KR20020005706A - 막 부재를 구비한 장치 - Google Patents

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훼플로란트
이트링거랄프
후덱폴케르
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클라우스 포스, 게오르그 뮐러
로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 에지 조인트(21)에 의해 고정된 막 부재(10)를 구비한 장치(2)에 관한 것이다. 상기 에지 조인트는 탄성 중합체 재료(22)에 의해 막 부재(10)의 탁월한 고정 및 확실한 밀봉을 보장한다. 장치는 예컨대 압력 밸브이며 자동차의 연료 공급 시스템의 압력에 영향을 주기 위해 사용된다.

Description

막 부재를 구비한 장치{Device with a membrane arrangement}
특허 공보 EP 0 585 810 B1호에는 제 1 고정 부재 및 제 2 고정 부재를 가진 막 부재를 포함하는 장치가 개시되어 있다. 막 부재는 2개의 고정 부재 사이에 고정된다. 막 부재의 외부 둘레에는 비드가 형성된다. 상기 비드는 하부 고정 부재에 제공된 홈 내에 놓인다. 이 장치에서의 단점은 막 부재에 형성된 비드가 막 부재의 제조 비용을 현저히 높이고, 상기 막 부재에서는 실제로 막 부재의 다층 구성이 불가능하다는 것이다. 다른 단점은 홈으로 인해, 하부 고정 부재의 제조가 매우 많은 비용을 필요로 한다는 것이다.
미국 특허 US 4,825,835호에는 2개의 고정 부재 사이에 고정된 막 부재를 포함하는 압력 밸브가 개시되어 있다. 막 부재의 외부 에지에는 비드가 배치된다. 상기 비드는 2개의 고정 부재 중 하나에 제공된 홈 내에 놓인다. 상기 홈으로 인해, 홈을 가진 고정 부재의 제조가 매우 복잡하다. 특히, 상기 고정 부재는 매우 심하게 변형되어야 하고 복잡한 형상을 가져야 한다. 상기 고정 부재의 복잡한 형상으로 인해 통상의 재료가 사용될 수 없고, 고정 부재의 제조 시 사용되는 스탬핑공구가 신속히 마모될 수 있다.
미국 특허 US 2,318,157호에는 2개의 고정 부재 사이에 고정된 막 부재를 포함하는 장치가 개시되어 있다. 막 부재의 외부 에지는 상부 고정 부재의 에지를 형성할 때 하부 고정 부재의 외부 에지 위로 휘어진다. 그러나, 이 장치에서는 고정 부재의 에지를 휘는 동안 막 부재의 고정 장소가 손상될 수 있다. 막 부재의 휨으로 인해, 다수의 층으로 이루어진 막이 사용될 수 없다.
독일 특허 공개 DE-OS 29 13 423호에는 2개의 고정 부재 사이에 고정된 막 부재를 포함하는 장치가 개시되어 있다. 부가로, 밀봉 링이 제공된다. 부가의 밀봉 링이 매우 불충분하게 챔버링되기 때문에, 하강 현상 및 그로 인해 야기되는 밀봉 문제가 나타날 수 있다. 게다가, 밀봉 링이 고정된 막의 영역에서 직접 밀봉할 수 없다.
독일 특허 공개 DE-OS 29 24 796호에는 에지 조인트에 고정된 밀봉 링을 갖춘 장치가 개시되어 있다. 상기 밀봉 링은 밀봉 링 홈 내에 배치된다. 필요한 밀봉 링 홈으로 인해, 간단히 제조 가능한 막 부재가 사용될 수 없다.
본 발명은 청구항 제 1항의 전제부에 따른 막 부재를 구비한 장치에 관한 것이다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예가 도면에 간략히 도시되고 하기 설명에서 상세히 설명된다.
도 1은 실시예의 종단면도.
도 2는 도 1의 선 Ⅱ으로 표시된 부분의 세부도.
청구항 제 1항의 특징을 가진, 본 발명에 따른 막 부재를 구비한 장치는 제조 비용이 매우 적으며, 특히 간단히 취급될 수 있는 에지 조인트를 사용하면서도, 막 부재의 탁월한 고정 및 에지 조인트의 확실한 밀봉이 이루어질 수 있다는 장점을 갖는다.
다른 장점은 에지 조인트의 영역에서 막 부재의 탁월한 고정으로 인해 에지조인트의 영역에서 장치의 부품 크기가 상당히 작을 수 있다는 것이다. 특히, 허용될 수 없는 변형의 우려 없이, 고정 부재가 비교적 작은 벽 두께를 가질 수 있고, 장치 내부의 유압이 상당히 크게 선택될 수 있다.
청구범위 종속항에 제시된 조치에 의해, 청구범위 독립항에 제시된 막 부재를 구비한 장치의 바람직한 개선이 이루어질 수 있다.
종종 막 부재는 적어도 한 측면이 탄성 중합체로 이루어진 표면을 갖는다. 막 부재의 탄성 중합체 표면이 압력 챔버 내에 고정된 탄성 중합체 재료와 함께 매우 놓은 마찰 저항을 갖기 때문에, 막 부재의 표면이 적어도 고정된 탄성 중합체 재료의 영역에서 탄성 중합체로 이루어지면, 막 부재의 특히 양호한 그리고 확실한 고정이 이루어지고, 그에 따라 장치의 매우 크고 지속적인 작동 안전성이 주어진다.
본 발명에 따른 막 부재를 구비한 장치는 막 부재가 서로 에지 결합된 2개의 고정 부재 사이에 고정되는 경우 항상 사용될 수 있다.
장치로는 예컨대 유압 축압기가 다루어지며, 상기 축압기에서 예컨대 막 부재의 한 측면 상에는 유체가 배치되고, 막 부재의 다른 측면 상에는 저압 가스가 배치된다.
그러나, 장치는 예컨대 압력 밸브일 수 있고, 압력 밸브에서 막 부재의 한 측면 상에는 압력이 제어되어야 하는 유체가 배치되며, 막 부재의 다른 측면 상에는 예컨대 대기압 또는 기준 압력이 배치된다. 압력 밸브는 예컨대 내연 기관의 연료 공급 시스템에서 연료의 압력을 제어하기 위해 사용된다. 내연 기관으로는 예컨대 오토-엔진이 있다. 연료로는 예컨대 벤진 또는 디젤이 있다.
도 1은 바람직한 실시예의 종단면도를 도시한다.
도 2는 도 1의 선 Ⅱ으로 표시된 부분의 확대도를 도시한다.
모든 도면에서 동일한 또는 동일한 작용을 하는 부품은 동일한 도면 부호를 갖는다. 다른 설명이 있거나 도면에 도시되어 있지 않다면, 하나의 도면에서 설명된 사실은 다른 도면에도 적용된다. 또한, 달리 설명하지 않았다면, 다른 도면의 세부 사항들이 서로 조합될 수 있다.
도 1은 본 실시예에서 압력 밸브(2)로 구현된 장치를 도시한다. 압력 밸브(2)는 하우징(4)을 포함한다. 상기 하우징(4)은 제 1 고정 부재(6) 및 제 2 고정 부재(8)로 이루어진다. 하우징(4)의 내부에는 막 부재(10)가 배치된다. 압력 밸브(2)는 공급 접속부(12) 및 전달 접속부(14)를 포함한다. 그 중간 영역에서 막 부재(10)가 밸브 바디(16)와 압력 밀봉 방식으로 연결된다. 밸브 바디(16)는 폐쇄 바디로 사용된다. 압력 밸브(2)는 막 부재(10) 상부에 제어 챔버(18)를 가지며, 막 부재(10) 하부에 압력 챔버(20)를 갖는다. 공급 접속부(12) 내의 압력 매체의 압력에 따라 밸브 바디(16)가 밸브 시이트로부터 다소 멀리 분리됨으로써, 압력 매체가 고압으로 압력 챔버(20)로부터 전달 접속부(14)로 흘러 나갈 수 있다.
2개의 고정 부재(6 및 8)는 에지 조인트(21)를 통해 서로 고정적으로 압력 밀봉 방식으로 연결된다. 제 1 고정 부재(6)는 원통형 표면(6.1)을 갖는다. 상기 원통형 표면(6.1)은 제 2 고정 부재(8)를 향한 단부에서 외부로 휘어지므로, 거기에서 실질적으로 방사 방향으로 플랜지(6.2)가 형성된다. 제 1 고정 부재(6)의 플랜지(6.2)는 단부면(6.6)에서 끝난다. 단부면(6.6)은 방사방향 외부로 향한다. 제 1 고정 부재(6)는 바람직하게는 하나의 판으로부터 펀칭 및 변형에 의해 제조된다. 압력 밸브(2)의 종 방향으로 볼 때, 단부면(6.6)의 폭은 제 1 고정 부재(6)가 제조된 판의 두께에 대략 상응한다. 제 2 고정 부재(8)는 실질적으로 원통형 표면(8.1)을 갖는다. 상기 원통형 표면(8.1)은 제 1 고정 부재(6)를 향하며 외부로 휘어지고 거기서 역 플랜지(8.1)를 형성한다. 역 플랜지(8.2)의 외부 둘레 영역에서 고정 부재(8)는 휨 장소(8.3)에서 다시 휘어진다. 휨 장소(8.3)에서 제 2 고정 부재(8)는 예컨대 160°내지 180°정도 휘어진다; 이상적인 경우에는 180°휘어진다. 제 2 고정 부재(8)의 180°까지 휘어진 부분은 이하 휘어진 부분(8.4)이라 한다. 상기 휘어진 부분(8.4)은 방사 방향 내부로 단부(8.5)에서 끝난다. 또한, 제 2 고정 부재(8)는 바람직하게는 판으로부터 펀칭 및 변형에 의해 제조된다. 압력 밸브(2)의 종방향으로 볼 때, 단부(8.5)의 폭은 제 2 고정 부재(8)가 제조된 판의 두께에 대략 상응한다.
플랜지(6.2)와 역 플랜지(8.2) 사이에서 막 부재(10)의 외부 둘레영역(10.4)이 에지 조인트(21)에 고정적으로 압력 밀봉 방식으로 고정된다.
방사 방향으로 볼 때, 막 부재(10)는 제 1 고정 부재(6)의 단부면(6.6)을 돌출한다. 단부면(6.6)을 방사방향으로 돌출하는 막 부재(10)의 부분은 이하 돌출 부분(10.6)이라 한다. 돌출 부분(10.6)은 단부면(6.6)과 대략 90°의 각을 형성하는 면을 형성한다. 제 1 고정 부재(6)의 플랜지(6.2) 위로 휘어진 부분(8.4) 전에, 단부면(6.6)과 상기 단부면(6.6)을 돌출하는 막 부재(10)의 부분이 만나는 곳에 탄성 중합체 재료(22)가 삽입된다. 제 1 고정 부재(6)의 플랜지(6.2) 위로 제 2 고정 부재(8)의 휘어진 부분(8.4)이 휘어질 때, 단부면(6.6)과 돌출 부분(10.6)과 제 2 고정 부재(8)의 압축 부분(8.6) 사이에는 탄성 중합체 재료(22)로 인해 압력 챔버(24)가 생긴다. 압력 챔버(24)내에 탄성 중합체 재료(22)가 압축되거나, 또는 달리 표현하면 압착된다. 탄성 중합체 재료(22)가 큰 힘으로도 임의로 압축될 수 없기 때문에, 삽입되는 탄성 중합체 재료(22)의 충분한 치수 설계 시 압력 챔버(24)는 탄성 중합체 재료(22)가 없을 때 생기는 챔버 보다 크다. 탄성 중합체 재료(22)의 체적은 압력 챔버(24)의 크기를 결정한다.
휘어진 부분(8.4)의 단부(8.5)와 휨 장소(8.3) 사이의 레버 암은 압축 부분(8.6)과 휨 장소(8.3) 사이의 평균 간격 보다 훨씬 더 크다. 이로 인해, 레버 작용 및 작용하는 힘의 전달이 이루어진다. 2개의 고정 부재(6 및 8)의 에지를 결합할 때, 휘어진 부분(8.4)의 단부(8.5) 영역이, 첨부된 도면과 관련해서, 상부로부터 제 1 고정 부재(6)의 플랜지(6.2)에 대항해서 가압되면, 단부(8.5)와 휨 장소(8.3) 사이의 레버 암이 압축 부분(8.6)과 휨 장소(8.3) 사이의 중간 레버 암보다 훨씬 더 크기 때문에, 탄성 중합체 재료(22)는 휘어진 부분(8.4)이 단부(8.5)의 영역에서 플랜지(6.2)에 대항해서 가압되는 힘 보다 훨씬 더 큰 힘으로 가압된다. 따라서, 압력 챔버(24) 내부에서 탄성 중합체 재료(22)의 매우 큰 압착이 이루어진다. 큰 압착으로 인해, 탄성 중합체 재료(22)는 압력 챔버(24)를 실제로 완전히 채운다.
탄성 중합체 재료(22)의 강력한 압착에 의해, 탄성 중합체 재료(22)가 큰 힘으로 막 부재(10)의 돌출 부분(10.6)의 표면을 가압한다. 탄성 중합체 재료(22)는 막 부재(10)의 둘레를 큰 힘으로 제 2 고정 부재(8)의 역 플랜지(8.2)에 대항해서 가압한다.
지금까지 공지된 장치에서 작동 동안 압력 챔버 내의 변동이 심한 유압이 막 부재에 작용하면, 이것은 지금까지 공지된 장치에서 종종 막 부재가 에지 조인트로부터 빠져 나오게 한다.
탄성 중합체 재료(22)의 강력한 압착으로 인해 그리고 이로 인해 야기되는 큰 힘으로 인해 또는 돌출 부분(10.6)과 탄성 중합체 재료(22) 사이의 큰 표면 압력으로 인해, 막 부재(10)가 막 부재(10)의 외부 둘레 영역(10.4)과 역 플랜지(8.2) 사이에 마주 놓여 지금까지 공지된 장치에서 보다 훨씬 양호하게 고정 및 밀봉된다. 이것은 압력 챔버(20) 내의 매우 큰 유압, 즉 고정 부재(6, 8)의 벽 두께가 비교적 작을 때도 다이내믹하게 강력히 변동하는 압력을 허용한다.
압력 챔버(20)내의, 지금까지 통상적인 것 보다 대략 10 배까지 더 큰, 매우 높은 유압은 휘어진 부분(8.4)의 단부(8.5)에서 에지 조인트(21)의 미미한 확대를야기한다. 그러나, 에지 조인트(21)의 휨 장소(8.3) 영역에서 상기 확대는 미미하다. 따라서, 압력 챔버(20) 내의 유압이 높을 때도 탄성 중합체 재료(22)의 압착이 감소되지 않거나 또는 실제로 감소되지 않는다. 따라서, 압력 챔버(10) 내의 유압이 매우 높을 때도 탄성 중합체(22)에 의해 제어되는 작용이 실제로 완전히 얻어진다.
막 부재(10)는 다수의 층으로 이루어진다. 바람직한 실시예에서, 막 부재(10)는 상부 층(10.1), 중간 층(10.2) 및 하부 층(10.3)을 포함한다. 3개의 층(10.1, 10.2, 10.3)은 예컨대 가황(vulcanization)에 의해 서로 고정 결합된다. 3개의 층(10.1, 10.2, 10.3)은 다른 두께를 가질 수 있지만 각각은 변함 없는 두께를 갖기 때문에, 막 부재(10)는 예컨대 큰 평평한 플레이트를 펀칭함으로써 매우 쉽게 제조될 수 있다. 쉽게 제조될 수 있는 플레이트로부터 막 부재(10)을 펀칭하는 것은 막 부재에 비드가 형성되는 경우에는 실제로 불가능하다.
도시된 실시예에 나타나는 바와 같이, 막 부재(10)는 에지 조인트(21)의 영역에서도 실제로 평평하다. 달리 표현하면, 막 부재(10)가 에지 조인트(21)의 영역에서 휘어져서는 안된다. 이것은 그 조성으로 인해 강력한 휨을 손상 없이 견딜 수 없는 막 부재(10)의 사용을 가능하게 한다.
막 부재(10)을 향한 플랜지(6.2) 및 역 플랜지(8.2)의 표면에는 실제로 홈(26)이 제공될 수 있다. 상기 홈(26)은 막 부재(10)의 고정을 개선시킬 수 있다. 탄성 중합체 재료(22)에 의한 양호한 고정으로 인해, 종종 홈(26)이 생략될 수 있기 때문에, 도 2에서는 홈(26)이 실선으로 도시되지 않고 파선으로만 도시되어 있다.
상부 층(10.1)은 예컨대 탄성 중합체로 이루어진다. 막 부재(10)가 적어도 탄성 중합체 재료(22)가 막 부재(10)를 가압하는 부분에서 탄성 중합체로 이루어지면, 막 부재(10)와 압력 챔버(24)내의 탄성 중합체 재료(22) 사이에 매우 높은 마찰 계수가 생기므로, 에지 조인트(21) 내부에서 막 부재(10)의 고정이 재차 향상될 수 있다.

Claims (10)

  1. 제 1 고정 부재(6) 및 제 2 고정 부재(8)를 포함하고, 상기 제 1 고정 부재(6) 및 제 2 고정 부재(8)는 에지 조인트(21)를 통해 서로 결합되며, 막 부재(10)가 에지 조인트(21)의 영역에서 그 둘레 영역(10.4)이 제 1 고정 부재(6)와 제 2 고정 부재(8) 사이에 고정되고, 상기 제 1 고정 부재(6)가 막 부재에 대해 실질적으로 평행한 플랜지(6.2)를 가지며, 상기 플랜지는 단부면(6.6)에서 종결되고, 상기 제 2 고정 부재(8)는 막 부재(10)에 대해 평행한 역 플랜지(8.2) 및 휘어진 부분(8.4)을 가지고, 에지 조인트(21)는 휘어진 부분(8.4)이 막 부재(10)의 둘레 영역(10.4) 및 제 1 고정 부재(6)의 단부면(6.6) 위로 휘어지도록 구성된, 막 부재를 구비한 장치에 있어서,
    상기 막 부재(10)의 둘레 영역(10.4)은 돌출 부분(10.6)으로 제 1 고정 부재(6)의 단부면(6.6)을 방사 방향으로 돌출하고, 제 1 고정 부재(6)의 단부면(6.6) 및 막 부재(10)의 돌출 부분(10.6) 및 제 2 고정 부재(8)의 휘어진 부분(8.4)에 인접한 압력 챔버(24) 내에 탄성 중합체 재료(22)가 고정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 막 부재(10)는 하우징(4)의 내부 공간 내에 조립되고 내부 공간을 제 1 챔버(18) 및 제 2 챔버(20)로 분할하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 고정 부재(6)는 하우징(4)의 부분 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 2항 또는 3항에 있어서,
    상기 제 2 고정 부재(8)는 하우징(4)의 부분 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 막 부재(10)는 막 부재(10)에 대해 횡으로 이동 가능한 밸브 바디(16)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 휘어진 부분(8.4)은 역 플랜지(8.2)에 접속된 휨 장소(8.3)에서 역 플랜지(8.2)에 대해 실질적으로 180°휘어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄성 중합체 재료(22)는 링인 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 막 부재(10)는 적어도 탄성 중합체 재료(22)에 인접한 영역에서 탄성 중합체(10.1)로 이루어진 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 공급 접속부(12) 및 전달 접속부(14)를 가진 압력 밸브(2)인 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 막 부재(10)는 적어도 2개의 층(10.1, 10.2, 10.3)을 가지며, 상기 층(10.1, 10.2, 10.3) 각각은 실질적으로 변함 없는 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
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