KR101979755B1

KR101979755B1 - 금속 비드 가스켓

Info

Publication number: KR101979755B1
Application number: KR1020147017151A
Authority: KR
Inventors: 잉고 얀터
Original assignee: 보르그워너 인코퍼레이티드
Priority date: 2011-12-01
Filing date: 2012-11-20
Publication date: 2019-05-17
Also published as: US9429102B2; US20140333034A1; WO2013081898A1; CN103946531B; KR20140094637A; DE112012004342T5; CN103946531A; JP2015500960A; JP6200898B2

Abstract

본 발명은, 적어도 하나의 비드(9)를 구비한 밀봉 영역(12); 고정 수단(5), 특히 나사를 수용하기 위한 적어도 하나의 리세스(21)를 갖는 적어도 하나의 고정 영역(13); 및 밀봉 영역(12)을 고정 영역(13)에 연결하는 적어도 하나의 중간 영역(14)을 포함하되, 중간 영역(14)은 밀봉 영역(12) 및/또는 고정 영역(13)보다 고정 방향(4)에 수직으로 더욱 변형적으로 불안정하도록 구성되는 금속 비드 가스켓(11)에 관한 것이다.

Description

금속 비드 가스켓{METAL BEAD GASKET}

본 발명은 금속 비드 가스켓 및 이러한 금속 비드 가스켓을 포함하는 배기가스 터보차저에 관한 것이다.

금속 비드 가스켓은, 밀봉 플레이트 내에 포함된 비드가 밀봉될 측면을 가압하는 방식으로 작용한다. 이 경우 밀봉될 측면과 비드 사이의 접촉은 사실상 선형으로 이루어진다. 종종 복수의 밀봉 플레이트들이 서로 위아래로 배치되는 경우가 있다. 그러면 플레이트들의 각각의 비드가 대향하는 밀봉 측면들과 접촉하게 된다. 열적 부하에서도 대체로 탄성을 유지하는 비드들의 초기응력의 결과 비드 플레이트들이 작용한다. 이에 따라 재료들이 선택된다. 비드들이 차단 지점까지 가압되는 경우, 비드는 편평하게 가압되므로 비드들의 작용이 손실된다. 이를 방지하기 위해, 일반적으로 금속 비드 가스켓에는 소위 "정치층"이 구비된다. 이는 비드들의 영역에서 밀봉 측면의 적절한 공간 형성을 보장한다.

도 1은 제1 부재(1)와 제2 부재(2) 사이의 종래 기술에 따른 금속 비드 가스켓(3)을 보여준다. 종래에 알려진 금속 비드 가스켓(3)은 제1 층(6), 제2 층(7) 및 정지층(8)을 포함한다. 세 개의 층은 서로 위아래로 적층된다. 제1 층(6) 및 제2 층(7)에는 비드(9)가 형성된다. 고정 수단(5), 특히 나사가 고정 방향(4)을 따라 세 개의 층을 전부 통과하여 돌출된다. 이러한 고정 수단(5)은 두 개의 부재(1, 2)를 서로에 대해 가압한다. 이 경우, 비드(9)가 변형되어 밀봉 작용을 한다. 열적 유도 팽창 공정의 경우, 종래에 알려진 금속 비드 가스켓(3)은 두 개의 부재(1, 2)의 밀봉 측면들과 동일한 정도로 반드시 팽창되는 것은 아니다. 이러한 고온에 놓이는 가스켓의 경우, 두 개의 층(6, 7)은 오스테나이트로 이루어지는 반면, 밀봉될 부재들(1, 2)은 페라이트로 이루어진다. 이로 인해 팽창 거동에 차이가 생긴다. 열적 부하를 받는 경우, 가압된 금속 비드 가스켓(3)은 밀봉될 부재(1, 2)보다 더욱 팽창하게 될 것이다. 그러나 가압으로 인해 이러한 팽창이 가능하지 않으므로, 금속 비드 가스켓(3)은 미시적으로 압축된다. 금속 비드 가스켓(3)의 압축을 반전시킬 만큼 응력이 충분히 커지기 전에, 냉각 시 처음에는 금속 비드 가스켓(3)의 강도가 증가하므로, 이러한 압축은 냉각 시에 완전히 반전되지는 않는다. 그러므로, 고온에 놓이며 정지층(8)을 가지는 종래에 알려진 금속 비드 가스켓(3)은 사이클 수가 증가할수록 짧아지고 불규칙하게 되며 파손될(tear) 수 있다. 결과적으로, 금속 비드 가스켓에 틈이 생기게 된다. 고정 수단(5)을 수용하기 위한 슬롯의 사용은 이를 적절하게 방지하지 못한다.

도 2는 종래 기술에 따른 또 다른 장치를 보여준다. 여기서, 종래에 알려진 금속 비드 가스켓(3)은 제1 부재(1)의 홈(10)에 수용된다. 이러한 금속 비드 가스켓(3)은 정지층을 포함하지 않는다. 이러한 금속 비드 가스켓(3)의 예에서는, 팽창을 위한 적절한 공간을 제공하기 위해서 홈(10)이 제1 부재(1) 내로 밀링된다. 여기서 홈(10)의 깊이는 금속 비드 가스켓(3)이 차단 지점까지 가압될 수 없도록 선택된다. 따라서 부재들(1, 2)은 이에 대응하여 서로에 대해 직접 나사 고정되고, 이러한 경우 금속 비드 가스켓(3)은 나사 조립체의 일부가 되지 않는다. 이 때, 홈(10)의 밀링으로 인해 제1 부재(1)의 기계가공이 복잡하고 비용이 많이 든다는 단점이 있다.

본 발명의 목적은, 특히 높은 열적 부하에서, 비용 효율적인 제조와 조립으로 두 개의 요소를 영구적으로 확실하게 밀봉할 수 있는 금속 비드 가스켓을 제공하는 데에 있다.

이러한 목적은 독립 청구항의 특징들을 조합함으로써 달성된다. 종속 청구항들은 본 발명의 유리한 개선예들을 포함한다.

그러므로, 이러한 목적은, 적어도 하나의 비드를 구비한 밀봉 영역, 적어도 하나의 고정 영역, 및 밀봉 영역을 고정 영역에 연결하는 적어도 하나의 중간 영역을 포함하는 금속 비드 가스켓에 의해 달성된다. 고정 영역은, 고정 수단, 특히 나사를 수용하기 위한 적어도 하나의 리세스를 가진다. 이러한 리세스는 특히 관통홀 또는 측방향으로 개방된 관통홀로서 형성된다. 본 발명에 따르면, 중간 영역은 밀봉 영역 및/또는 고정 영역보다 고정 방향에 수직인 방향으로 더욱 변형적으로 불안정하도록 구성된다. 고정 영역은 금속 비드 가스켓에 실질적으로 수직으로, 즉 고정 수단 또는 나사에 평행하게 연장된다. "변형적으로 불안정한"이라는 것은, 구체적으로, 금속 비드 가스켓의 응력이 저하되도록 전체 금속 비드 가스켓의 열적인 가열 하에서 중간 영역이 가소적으로 그리고/또는 탄성적으로 변형된다는 것을 의미한다. 본 발명에 따르면, 금속 비드 가스켓은 서로 연결될 제1 및 제2 부재와 함께 나사 조립체의 구성 부분을 이룬다. 연결될 두 부재는 단지 고정 영역과의 레벨로 서로 클램핑되는 것이 바람직하다. 두 개의 부재 상에서 밀봉될 측면들의 영역의 나머지 부분은 열적으로 팽창할 수 있으며, 금속 비드 가스켓을 고정하게 되지는 않는다. 금속 비드 가스켓은, 특히 중간 영역의 변형적으로 불안정한 구성 때문에, 열적으로 유도된 변형을 용이하게 보상할 수 있다. 종래 기술에 따른 도 2에 도시된 것과 같은 홈은 더 이상 필요하지 않다.

바람직한 실시예에서, 밀봉 영역은 고정 방향으로 서로 위아래로 배치된 적어도 두 개의 층을 포함하고, 중간 영역은 밀봉 영역보다 적은 적어도 하나의 층을 포함한다. 구체적으로, 밀봉 영역은 두 개의 층을 포함하고, 중간 영역은 하나의 층만 포함한다.

또한, 고정 영역은 고정 방향으로 서로 위아래로 배치된 적어도 두 개의 층을 포함하고 중간 영역은 고정 영역보다 적은 적어도 하나의 층을 포함하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 고정 영역은 두 개의 층을 가지며, 그 중 하나는 소위 정지층이다.

또한, 중간 영역에는 고정 방향으로 상승하는 적어도 하나의 파형부(corrugation)가 형성되는 것이 바람직하다. 특히, 중간 영역은 파형판으로서 형성된다. 중간 영역의 판에 파형부를 형성함으로써 중간 영역은 "아코디언"과 같은 형상을 갖게 된다.

특히 바람직한 실시예에서, 중간 영역은 고정 영역과 밀봉 영역 사이에 적어도 하나의 웹을 포함하며, 구체적으로 웹의 길이는 웹의 폭보다 크다. 금속 비드 가스켓은 바람직하게는, 고정 수단의 삽입을 위한 리세스를 각각 갖는 복수의 고정 영역을 포함한다. 이들 고정 영역들은 각각 별도의 웹에 의해 밀봉 영역에 연결된다. 금속 비드 가스켓이 나사 고정점에 대해 열 팽창에 의해 충분히 변위 가능하게 유지되도록, 고정 영역들은 바람직하게는 오직 얇은 아코디언 형상의 웹에 의해 밀봉 영역에 연결된다. 이는 금속 비드 가스켓이 팽창할 수 있도록 보장하고 그 위치는 나사 고정점에 대한 결합에 의해 보장된다.

전체 금속 비드 가스켓의 무게중심과 고정 영역의 리세스들 중 하나의 중심점 사이에 가상선이 정의된다. 웹과 이러한 가상선 사이의 각도는 30° 내지 150°, 특히 40° 내지 140°, 특히 50° 내지 130°이다. 각각의 웹의 각도는 이러한 각도 범위에 따라 형성되는 것이 바람직하다. 특히 둥근(또는 환형) 금속 비드 가스켓의 경우, 이러한 각도 범위의 웹을 구성함으로써 웹은 대략 반경방향 범위에 있게 된다. 그로 인해 금속 비드 가스켓의 전체 직경은 가능한 한 작게 유지된다.

또한, 고정 영역의 제1 두께는 중간 영역의 제2 두께와 밀봉 영역의 제3 두께 사이에 있는 것이 바람직하다. 이 경우 두께들은 고정 방향으로 측정된다. 밀봉 영역의 두께는 비장착 상태에서 측정될 것이다. 이러한 구성의 결과, 중간 영역은 특히 고정 방향으로 팽창될 가능성이 충분하다.

또한, 금속 비드 가스켓은, 일체형으로 제조되며 고정 영역, 중간 영역 및 밀봉 영역에 대해 공통된 구성 부분인 적어도 하나의 층을 갖는 것이 바람직하다.

또한, 고정 방향에 수직으로 측정된 고정 영역의 최대 제1 직경 대 고정 수단을 위한 리세스의 제2 직경의 비는 최대 5, 특히 최대 4, 특히 최대 3인 것이 바람직하다. 이는 고정 영역의 크기, 특히 정지층의 크기가 가능한 한 작게 유지되어 중간 영역을 위해 충분한 공간 이용이 가능하도록 보장한다.

금속 비드 가스켓은 특히 바람직하게 금속판으로 제조된다. 정지층은 금속 및 플라스틱 둘 다로 이루어질 수 있다.

본 발명은 또한 전술한 금속 비드 가스켓들 중 적어도 하나를 포함하는 배기가스 터보차저를 포함한다. 특히 배기가스 터보차저의 경우, 금속 비드 가스켓은 열적 응력에 노출되는 일이 자주 있으며, 따라서 여기에서 본 발명에 따른 금속 비드 가스켓이 특히 바람직하게 이용된다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 예시적인 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 종래 기술에 따른 금속 비드 가스켓을 보여준다.
도 2는 종래 기술에 따른 다른 금속 비드 가스켓을 보여준다.
도 3은 본 발명의 예시적인 제1 실시예에 따른 금속 비드 가스켓의 단면도를 보여준다.
도 3a는 본 발명의 예시적인 제2 실시예에 따른 금속 비드 가스켓의 단면도를 보여준다.
도 4는 본 발명의 예시적인 제1 실시예에 따른 금속 비드 가스켓의 평면도를 보여준다.
도 5는 본 발명의 두 실시예에 따른 금속 비드 가스켓을 위한 밀봉 측면을 갖는 본 발명에 따른 배기가스 터보차저를 보여준다.

이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예들을 상세히 설명한다.

도 3은 제1 부재(1)와 제2 부재(2) 사이에 장착된 상태의 금속 비드 가스켓(11)을 보여준다. 금속 비드 가스켓(11)은 제1 및 제2 부재들(1, 2)의 대향하는 측면들을 서로 밀봉한다.

두 부재들(1, 2)은 나사로 형성된 연결 수단(5)에 의해 함께 가압된다. 연결 수단(5)은 고정 방향(4)으로 연장된다. 관통홀로 형성된 리세스(21)가 금속 비드 가스켓(11)에 제공된다. 연결 수단(5)은 이 리세스(21)를 통과하여 제1 부재(1)로부터 제2 부재(2)로 연장된다.

고정 방향(4)에 수직인 방향으로, 금속 비드 가스켓(11)은 밀봉 영역(12), 고정 영역(13) 및 중간 영역(14)으로 나누어진다. 중간 영역(14)은 밀봉 영역(12)과 고정 영역(13) 사이에 위치한다. 밀봉 영역(12)은 중간 영역(14)으로 바로 이어진다. 중간 영역(14)은 고정 영역(13)으로 바로 이어진다. 금속 비드 가스켓(11)은 금속판으로 만들어진 제1 층(6)을 포함한다. 제1 층(6)은 세 개의 영역, 즉 밀봉 영역(12), 고정 영역(13) 및 중간 영역(14) 모두에 걸쳐 연장된다. 또한, 금속 비드 가스켓(11)은 금속판으로 만들어진 제2 층(7) 및 정지층(8)을 포함한다. 제2 층(7)은 밀봉 영역(12) 상에서만 연장된다. 정지층(8)은 고정 영역(13) 상에서만 연장된다. 제2 층(7)은 제1 층(6) 위에 위치한다. 정지층(8)도 마찬가지로 제1 층(6) 위에 위치한다. 그러므로, 중간 영역(14)은 제1 층(6)에 의해서만 형성된다.

밀봉 영역(12)의 제1 층(6) 및 제2 층(7)에 비드가 형성된다. 이러한 비드들은 두 부재들(1, 2)의 가압 시 약간 변형되며, 따라서 두 부재들(1, 2)을 서로에 대해 밀봉한다. 중간 영역(14)은 제1 층(6)에 두 개의 파형부(15, 16)를 가진다. 이들 파형부(15, 16)는 중간 영역(14)의 "아코디언" 형상의 구성을 나타낸다.

고정 영역(13)에서는 제1 층(6) 및 정지층(8)이 두 부재들(1, 2) 사이의 최소 거리를 정의한다. 고정 방향(4)으로 측정했을 때, 고정 영역(13)은 제1 두께(28)를 갖는다. 중간 영역(14)의 아코디언 형상의 영역은, 마찬가지로 고정 방향(4)으로 측정했을 때 제2 두께(29)를 갖는다. 제1 두께(28)는 제2 두께(29)보다 상당히 더 크다. 또한, 제1 두께(28)는 비장착 상태에서 밀봉 영역(12)에서의 제3 두께보다 더 작다.

또한, 도 3은 제1 직경(17)을 보여준다. 이러한 제1 직경(17)은 고정 영역(13)의 최대 직경, 특히 정지층(8)의 최대 직경을 정의한다. 제2 직경(18)이 리세스(21)의 내부 직경을 나타낸다. 제1 직경(17)은 밀봉 영역(12) 및 중간 영역(14)에 충분한 공간이 이용 가능하도록 가능한 한 작게 선택된다. 제1 직경(17)은 선택된 고정 수단(5)의 크기 또는 리세스(21)의 크기에 따라 조절된다.

도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스켓을 나타낸 것으로, 밀봉 영역(12)과 중간 영역(14) 둘 다 하나의 층으로만 이루어진다. 이 경우, 비드의 높이는 중간 영역(14)에서보다 밀봉 영역(12)에서 더 높도록 선택된다. 고정 영역(13)은 이 경우 플랜지에 의해 또는 하나의 층을 접음으로써 제작될 수 있다.

도 4는 도 3의 금속 가스켓(11)을 평면도로 보여준다. 도 4를 참조하면, 밀봉 영역(12)은 폐쇄된 링으로서 형성된 것을 쉽게 알 수 있다. 또한, 금속 비드 가스켓(11)은 리세스(21)를 각각 갖는 복수의 고정 영역(13)을 갖는다. 개개의 고정 영역(13)은 웹으로서 형성된 중간 영역(14)을 통해 각각 밀봉 영역(12)에 연결된다.

또한, 도 4는 리세스(21)가 폐쇄된 구멍 또는 측방향으로 개방된 구멍으로 형성될 수 있는 것을 보여준다. 제2 층(7)은 도시된 용접점(19)에 의해 제1 층(6)에 연결된다.

웹으로서 형성된 중간 영역(14)은 밀봉 영역(12) 주위에 실질적으로 반경방향으로 배치된다. 이러한 반경방향 배치는, 특히 금속 비드 가스켓(11)의 무게중심(20)이 도 4에 도시된 것과 같이 되도록 정의된다. 유사하게, 각각의 리세스(21)에 대해서도, 도 4는 상응하는 리세스(21)의 중심점(22)을 보여준다. 중심점(22)과 무게중심(20) 사이의 연결은 제1 가상선(24)으로 나타난다. 또한, 도 4에서 참조 부호 23은 밀봉 영역(12)에서 웹의 단부의 중심을 나타낸다. 제2 가상선(25)이 이러한 중심(23)과 중심점(22)을 통과하여 이어진다. 제1 가상선(24)과 제2 가상선(25) 사이의 각도를 개개의 고정 영역(13)에 대해 α, β, γ, δ, ε로 나타낸다. 각각의 각도는 30° 내지 150°, 특히 40° 내지 140°, 특히 50° 내지 130°이다. 이들 웹은 또한, 특히 좁은 형태에서, 파형의 방향에 대한 횡방향만이 아니라 반경방향으로 불안정하도록 이루어질 수 있다. 이는 또한 다른 파형부들의 상응하는 배향에 의해 달성될 수 있다.

또한, 도 4는 웹으로서 형성된 중간 영역(14)의 길이(26)를 보여준다. 길이(26)는 제2 가상선(25)에 평행한 중심(23)으로부터 고정 영역(13)까지 측정된다. 제2 가상선(25)에 수직으로 웹의 가장 넓은 지점에서 웹의 폭(27)이 측정된다. 길이(26)는 특히 폭(27)보다 더 크다. 특히, 길이(26)는 폭(27)의 적어도 1.2배, 특히 1.5배이다.

도 5는 압축기(31) 및 터빈(32)을 구비한 배기가스 터보차저(30)를 보여준다. 압축기(31)의 로터와 터빈(32)의 로터는 샤프트(33)를 통해 연결된다. 터빈(32)은 내연기관으로부터의 배기가스에 의해 구동된다. 압축기(31)가 회전하게 됨에 따라 내연기관을 위한 충전 공기는 샤프트(33)에 의해 과급된다. 하우징(1)(제1 부재)은 적어도 하나의 밀봉 측면(34)을 가진다. 금속 비드 가스켓(11) 및 커버(제2 부재)는 상기 밀봉 측면(34) 상에 배치되어 이에 나사 고정된다.

본 발명의 상기 기재된 개시내용 외에도, 이를 보충하는 개시내용을 위해 도 3 내지 도 5에서의 본 발명의 개략적인 도시를 명백히 참조한다.

1 제1 부재
2 제2 부재
3 종래 기술에 따른 금속 비드 가스켓
4 고정 방향
5 고정 수단(나사)
6 제1 층
7 제2 층
8 정지층
9 비드
10 홈
11 본 발명에 따른 금속 비드 가스켓
12 밀봉 영역
13 고정 영역
14 중간 영역
15 제1 파형부
16 제2 파형부
17 제1 직경
18 제2 직경
19 용접점
20 무게중심
21 리세스
22 리세스의 중심점
23 웹의 단부의 중심
24 제1 가상선
25 제2 가상선
26 길이
27 폭
28 제1 두께
29 제2 두께
30 배기가스 터보차저
31 압축기
32 터빈
33 샤프트
34 밀봉 측면

Claims

적어도 하나의 비드(9)를 구비한 밀봉 영역(12);
고정 수단(5)을 수용하기 위한 적어도 하나의 리세스(21)를 갖는 적어도 하나의 고정 영역(13); 및
밀봉 영역(12)을 고정 영역(13)에 연결하는 적어도 하나의 중간 영역(14);을 포함하며,
상기 중간 영역(14)은 밀봉 영역(12) 및/또는 고정 영역(13)보다 고정 방향(4)에 수직으로 더욱 변형적으로 불안정하도록 구성되고,
상기 밀봉 영역(12)과 고정 영역(13) 사이에서, 적어도 하나의 파형부(15, 16)가 중간 영역(14)에 형성되는, 금속 비드 가스켓(11).
제1항에 있어서,
밀봉 영역(12)은, 고정 방향(4)으로 서로 위아래로 배치된 적어도 두 개의 층(6, 7)을 포함하고, 중간 영역(14)은 밀봉 영역(12)보다 적은 적어도 하나의 층을 포함하는, 금속 비드 가스켓.
제1항에 있어서,
밀봉 영역(12) 및 중간 영역(14)은 적어도 하나의 층(6)을 포함하는, 금속 비드 가스켓.
제1항에 있어서,
고정 영역(13)은 고정 방향(4)으로 서로 위아래로 배치된 적어도 두 개의 층(6, 8)을 포함하고, 중간 영역(14)은 고정 영역(13)보다 적은 적어도 하나의 층을 포함하는, 금속 비드 가스켓.
제1항에 있어서,
고정 방향(4)으로 상승하는 적어도 하나의 파형부(15, 16)가 중간 영역(14)에 형성되는, 금속 비드 가스켓.
제1항에 있어서,
중간 영역(14)은 고정 영역(13)과 밀봉 영역(12) 사이에 적어도 하나의 웹을 포함하고, 상기 웹의 길이(26)는 상기 웹의 폭(27)보다 큰, 금속 비드 가스켓.
제6항에 있어서,
리세스(21)를 갖는 각각의 고정 영역(13)이 각각의 경우에 웹을 통해 밀봉 영역(12)에 연결되는, 금속 비드 가스켓.
제6항에 있어서,
금속 비드 가스켓(11)의 무게중심(20)으로부터 리세스(21)의 중심점(22)까지의 가상선(24)과 상기 웹 사이의 각도(α, β, γ, δ, ε)는, 상기 웹이 시작되는 고정 영역(13)에서, 30° 내지 150°인, 금속 비드 가스켓.
제1항에 있어서,
비장착 상태에서 고정 방향(4)으로 측정한 고정 영역(13)의 제1 두께(28)는, 중간 영역(14)의 제2 두께(29)와 밀봉 영역(12)의 제3 두께 사이인, 금속 비드 가스켓.
제1항에 있어서,
일체형으로 제작되며 고정 영역(13), 중간 영역(14) 및 밀봉 영역(12)의 구성 부분인 적어도 하나의 연속층(6)을 특징으로 하는 금속 비드 가스켓.
제1항에 있어서,
고정 방향(4)에 수직으로 측정했을 때 고정 영역(13)의 최대 제1 직경(17) 대 고정 수단(13)을 위한 리세스(21)의 제2 직경(18)의 비는 최대 5인, 금속 비드 가스켓.
제1항 내지 제11항 중 한 항에 따른 적어도 하나의 금속 비드 가스켓(3)을 포함하는 배기가스 터보차저.