KR20120006511A - 플랩 어셈블리, 특히 배기 가스 플랩 어셈블리 - Google Patents

플랩 어셈블리, 특히 배기 가스 플랩 어셈블리 Download PDF

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엠테우 프리드리히스하펜 게엠베하
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Abstract

본 발명은 베어링 장치들(6, 7)을 통해 하우징 내 양측에 장착되는 플랩(4)을 갖는 플랩 어셈블리, 특히 배기 가스 어셈블리(1)를 위해, 베어링 바디(20, 21)가 상기 베어링 장치(6, 7)의 환상 칼라(14, 15)에 대해 방사상으로 지지되고 그리고, 상기 환상 칼라(14, 15)에 의해 미리 정해진 방사상 위치로 방사상 스프링 하중을 받는 방식으로 브레이스되어 유지되는 설계를 제안한다.

Description

플랩 어셈블리, 특히 배기 가스 플랩 어셈블리 {FLAP ASSEMBLY, IN PARTICULAR EXHAUST GAS FLAP ASSEMBLY}
본 발명은 특허청구범위 제 1항의 전제부에 따른 플랩 어셈블리, 특히 배기 가스 플랩 어셈블리에 관한 것이다.
전술한 유형의 배기 가스 어셈블리는 예를 들어 DE 37 07 904 A1호에 공지되어 있으며, 이 경우 기술되는 배기 가스 어셈블리는 배기 가스 플랩을 지지하는 샤프트를 위한 배기 가스 채널 내에 놓인 플랩 및 상기 배기 가스 채널의 한쪽 또는 양쪽에 놓인 하우징측 베어링 장치를 갖는 시스템과 관련하여 베어링 장치의 형성을 제공하고, 온도 및 제조에 기인하여 발생되는 공차(tolerance) 및 축 방향 오프셋(axial offset)은 상기 베어링 장치에 의해 보정된다. 이 목적을 위해 샤프트는 배기 가스 채널에 대해 샤프트 방향으로 측면 돌출한 하나 이상의 하우징측 환상 칼라(annular collar) 내에서 회전 가능하도록 하나 이상의 베어링 바디 내에 설치되며, 상기 베어링 바디는 구면 베어링 바디로서 채널 방향으로 원추형으로 좁아지는 환상 칼라의 부분에서 가이딩되어 배기 가스 채널 방향으로 축 방향 스프링 하중식으로 적용된다. 이와 같은 베어링 장치의 구조는 샤프트가 베어링 바디 쪽으로 회전 가능하게 그리고 축 방향으로 이동 가능하게 가이딩되는 현상 때문에 특히 작동 조건들을 고려하여 샤프트와 이 샤프트를 수용하는 베어링 바디의 원통형 보어 사이에서 소정의 방사상 틈새(radial clearance)를 야기하며, 상기 틈새는, 환상 칼라의 좁아지는 부분에 대한 지연 및 축 방향 오프셋을 보정하기 위한 베어링 바디의 구면 지지에 의해 이루어지는 보정 범위와 마찬가지로 상기 베어링 바디의 축 방향 조절 기능에 의해 근소하게 보정될 수 있다. 이로부터는 특히 배기 가스 맥동(pulsation)과 관련하여 샤프트와 베어링 바디 사이에서는 움직임이 발생하고, 이러한 움직임은 베어링 마멸 및 베어링 장치의 편향을 초래한다.
WO 2008/043429 A1호에 공지된 바와 같이 기본적으로 유사 조건들은 배기 가스 플랩 어셈블리들에도 적용된다.
본 발명의 과제는 추가의 개선된 플랩 어셈블리를 제공하고, 특히 제작 기술과 관련하여 플랩 어셈블리의 제어가 용이하고 공차 범위가 큰 경우에도 계속해서 상기 어셈블리의 마멸 특성을 충족시키는 방식으로 전술한 유형의 플랩 어셈블리를 발전시키는 것이다.
도입부에 언급된 유형의 플랩 어셈블리의 경우에 있어서 상기 과제는 청구범위 제 1항의 특징들에 의해 해결된다. 후속 청구항들은 바람직한 개선 예들을 설명한다.
본 발명은 플랩 어셈블리, 특히 가스 흐름에 의해 펄스 방식으로(in a pulsed manner) 작동하는 접촉부를 갖는 배기 가스 플랩 어셈블리에 있어서 하우징측 베어링 장치 내에 있는 개개의 가스 플랩이 베어링 바디를 통과하여 지지된다는 구상으로부터 출발하며, 상기 베어링 바디는 미리 정해진 방사상 위치로 유연하게(flexible), 특히 스프링 하중식으로 지지된다. 베어링 바디를 미리 정해진 방사상 위치로 유연하게, 특히 스프링 하중식으로 브레이싱하는 공정은 상기 베어링 바디를 "배격 없이(backlash-free)", 거의 부동(floating) 식으로 가이딩할 수 있게 하고, 이러한 가이딩 과정은 예를 들어 배기 가스 플랩들에 주어진 것과 같은 작동 조건들 아래에서도 이루어질 수 있는데, 그 이유는 적어도 방사 방향으로 볼 때 방사상 스프링 하중식 브레이싱에 의해 베어링 바디의 지지 및 가이딩 시 유연성이 제공되기 때문이며, 상기 유연성에 의해서는 작동과 관련하여 발생하는 치수 변경들이 보상될 수 있다: 베어링 바디는 플랩 방향으로 회전 가능하거나 아니면 플랩과 함께 회전한다.
미리 정해진 방사상 위치로의 유연한, 특히 스프링 하중식의 지지는 바람직하게 베어링 바디의 중앙 설정 위치로의 지지로서 본 발명에 따르면 특히 베어링 장치의 환상 칼라에 의해 이루어지고, 베어링 바디는 상기 환상 칼라에 대해 둘레 측에서 지지되어 스프링 하중식으로 브레이싱되며, 이 경우 환상 칼라는 원주 방향으로 분리된 환상 섹터들로 세분되고, 상기 환상 섹터들은 베어링 바디에 대해 방사상으로 적어도 부분적으로 스프링 하중식으로 놓인다. 따라서, 환상 칼라는 본 발명의 범주에서 예를 들면 클램핑 핑거들에 의해 형성될 수 있으며, 상기 클램핑 핑거들은 하나의 공통 지지체로부터 뻗어나와 자체 축 방향 연장부에 대해 횡 방향으로 방사 방향 스프링 하중식으로 베어링 바디의 수용 케이지(cage)를 형성한다. 특히 이에 추가하여, 상기 핑거들은 둘레를 둘러싸는 "스프링 슬리브(spring sleeve)"를 통해서도, 위치 고정된 환상 섹터에 의해 규정된 공통의 자체 중심부 위치로 프리텐션될 수 있으며, 이 경우 상기와 같은 "슬리브"는 하나 또는 다수의 환상 섹터에 의해, 바람직하게는 둘레를 둘러싸는 나사선 스프링에 의해 형성된다.
본 발명의 범주에서는 특히, 방사 방향 스프링 하중식으로 결합되고 원주 방향으로 분리된 환상 섹터들 중 하나 이상의 환상 섹터가 베어링 바디의 방사 방향 비탄성 지지부를 형성함으로써, 환상 칼라에 의한 베어링 바디의 설정 위치로서 방사상 위치가 미리 정해질 수도 있으며, 베어링 바디는 환상 칼라의 방사 방향 스프링 하중식 섹터들에 의해 그리고/또는 스프링 하중식으로 지지되는 섹터들에 의해 상기 지지부 상에 배치된다.
상기와 같은 해결책의 경우에, 환상 칼라의 환상 섹터들 중 하나 이상은 베어링 장치의 위치 고정 부분이며, 상기 위치 고정 부분에 대해 베어링 바디는 추가의, 방사 방향 스프링 하중식 환상 섹터들에 의해 지지된다. 스프링 하중식으로 지지되는 상기 환상 섹터들은 본 발명의 범주에서 별도의 부재들에 의해서도 형성될 수 있는데, 상기 부재들은 오직 환상 칼라를 방사 방향 스프링 하중식으로 결합하는 클램핑 장치에 의해서 지지되며 마찬가지로 베어링 장치에 대해 위치 고정된 환상 섹터에 의해 상기 환상 칼라 방향으로 연결된다. 이어서 상기와 같은 해결책에서는 베어링 장치에 대해 위치 고정된 환상 섹터가 베어링 바디의 방사상 설치와 동시에 다른 별도의 환상 섹터들의 가이딩 베이스를 형성하고, 상기 별도의 환상 섹터들은 방사상 클램핑 수단들에 의해서 베이스를 형성하는 환상 섹터에 연결된다. 따라서 환상 칼라의 모울드가 거의 "팽창(swelling)"될 수 있으며, 요구되는 작은 조정 거리들의 범주에서, 베이스로서 위치 고정된 환상 섹터에 대해 벌징될 수 있다.
이러한 현상은 본 발명의 범주에서 환상 칼라와 베어링 바디 사이에 원통형의 접촉면뿐만 아니라 구형의 접촉면에서도 가능한데, 그 결과 온도에 기인한 치수 변경이 보정될 뿐만 아니라 상응하는 크기로의 제조 공차 및 축 에러도 보상될 수 있다.
기본적으로 본 발명의 범주에서는 개개의 가스 플랩을 위한 베어링 바디가 일체형으로 형성된다. 그러나 바람직하게 베어링 바디는 특히 가스 플랩이 플랩 어셈블리의 하우징과 서로 대향하여 지지될 경우 플랩, 특히 가스 플랩용 구면 지지부의, 플랩 샤프트 방향으로 회전 가능한 구성 부품을 형성한다. 이러한 구면 지지부는 바람직하게 구형 세그먼트 및 상기 구형 세그먼트에 대해 확대되고 그리고 상기 구형 세그먼트를 수용하는 리세스를 포함하고, 이 경우 상기 구형 세그먼트 또는 상기 리세스는 베어링 바디에 제공된다.
바람직하게는 구형 세그먼트가 플랩, 특히 가스 플랩에 대해 회전축의 방향으로 동일하게 축 방향으로 돌출하는 부분을 형성하고, 상기 돌출 부분은 베어링 바디 내에 제공된 리세스에 의해 수용되며, 이 경우 본 발명에 따르면 베어링 바디는 환상 칼라를 지지하고, 하우징에 맞추어 고정되는 베어링 장치의 지지체에 대해 축 방향으로 스프링 하중식으로 지지된다. 이로써 공차 및 작동과 관련한 오염에 민감하지 않은 플랩, 특히 가스 플랩의 가이딩이 달성되며, 이러한 가이딩은 바람직하게 플랩의 조절에 필요한 샤프트의 배열 및 지지도 구현한다.
따라서, 기밀 방식으로도 설계되고, 특히 캡슐 방식으로 우수하게 밀봉될 수 있는 구조상 간단하고 공차에 민감하지 않은 플랩 어셈블리가 주어진다.
본 발명의 추가적인 세부 사항 및 특징들은 청구항들, 도면 설명 그리고 도면들에서 제시된다.
도 1은 배기 가스 플랩 어셈블리의 개략적인 횡단면도이고,
도 2는 도 1의 화살표 Ⅱ를 따라 절단한 하우징측 베어링 장치의 간략한 부분도이며,
도 3은 도 2의 화살표 Ⅲ-Ⅲ를 따라 절단한 베어링 장치의 단면도이다.
도 1에 도시된 배기 가스 플랩 어셈블리(1)의 단면도에서 배기 가스 채널(2)과 경계를 접하고 있는 하우징에는 도면 부호 3이 부여된다. 배기 가스 채널(2) 내에는 플랩(4)이 놓여 있고, 상기 플랩은 상기 배기 가스 채널(2)에 대해 횡 방향으로 연장되는 축(5)을 중심으로 회전 가능하며, 실시 예에서는 상기 배기 가스 채널(2)의 양측으로 가이드 된다. 이를 위해 제공되는 베어링 장치들(6, 7) 중 베어링 장치(7)는 플랩(4)에 연결되어 축(5)의 방향으로 연장되는 샤프트(8)에 의해 관통되며, 상기 샤프트에는 플랩(4)용 작동 장치(도시되지 않음)가 고정된다. 샤프트(8)는 바람직하게 시일(35)에 의해 밀봉된 관통 개구(34)에서 지지체(13)를 관통한다(도 2 및 도 3).
상기와 같은 배기 가스 플랩 어셈블리(1)는 바람직하게 고정식으로 또는 차량, 특히 상용차 내에 삽입되는 엔진, 특히 디젤 엔진의 배기 가스 시스템에 사용하기 위해 제공되는데, 예를 들면 배기 가스-브레이킹 시스템에서는 위어 플랩(weir flap)으로 언급되거나 아니면 배기 가스-피드백 시스템에서는 역전 플랩(reversing flap)으로 언급된다.
하우징(3)은 축(5) 방향으로 그리고 배기 가스 채널(2)의 길이 방향 축(9)에 대해 횡 방향으로, 특히 수직으로 서로 대향하는 베어링 장치들(6, 7)을 수용하기 위해 상기 축(5)에 대해 동심을 이루는 환상 플랜지들(10, 11)을 포함하고, 상기 환상 플랜지들에 대해 베어링 하우징의 덮개형 지지체(12, 13)는 각각 단부면에서 나사 결합되며, 상기 지지체는 축(5)의 방향으로 환상 플랜지(10, 11)의 개개의 수용 개구(16, 17)에 삽입되는 개개의 환상 칼라(14, 15)를 갖는다. 상기 개개의 환상 칼라(14, 15)는 베어링 바디(20, 21)용 베어링 개구(18, 19)를 둘러싸고, 상기 베어링 바디는 중앙에서 배기 가스 채널(2)에 대해 개방된 리세스(22, 23)를 포함하며, 플랩(4)에 연결된, 예를 들면 구형 섹션 또는 구형 디스크 형태의 구형 세그먼트(24, 25)는 상기 리세스 내에 삽입된다. 개개의 베어링 바디(20, 21)는 상기 구형 세그먼트(24, 25) 방향으로 유연하게 지지되며, 특히 스프링 하중을 받으며, 이 경우 상기 스프링 지지부(26, 27)는 실시 예에서 각각 디스크 스프링 어셈블리(disk spring assembly)에 의해 형성된다.
도 1에서는 특히 플랩(4)의 에지측 벌지(bulge)에 의해 형성되는 단 하나의 세그먼트 디스크가 구형 세그먼트(24)로서 제공된다. 상응하게 평탄화된 구형 세그먼트(24)는 원뿔대형 리세스(22) 내에 수용된다. 반대편에는 구형 섹션으로서 구형 세그먼트(25)가 형성되어 있으며, 상기 구형 세그먼트는 플랩(4)에 할당되고 그리고 상기 플랩(4)에 연결된 샤프트(8)의 단부 부분에 의해 형성된다. 상기 샤프트의 단부 부분을 수용하는 리세스(23)는 반구 형태를 갖는다.
특히 도 2 및 도 3에는, 환상 칼라(15)에 나타난 바와 같이 개개의 환상 칼라가 환상 섹터들(실시 예에서는 3개의 환상 섹터(28 내지 30))로 세분되는데, 상기 환상 섹터들 중 환상 섹터(28)는 베어링 바디(21)를 위한 베어링 셸을 형성하는 환상 칼라(15)의 부분으로서 지지체(13)에 맞게 위치 고정되고, 특히 상기 지지체(13)와 일체형으로 형성되는 한편, 환상 섹터들(29, 30)은 상기 지지체(30)에 예속되지 않는 베어링 셸 부분들을 형성하고, 상기 베어링 셀 부분들은 스프링 장치(31)에 의해 지지되는 방식으로 그리고 베어링 바디(21)에 대해 방사 방향 스프링 하중식으로 지지체(13)에 맞게 위치 고정된 환상 섹터(28)에 연결된다. 스프링 장치(31)는 스프링 슬리브 유형으로 환상 섹터들(28 내지 30)의 외부 둘레를 둘러싸고, 이 경우 스프링 장치(31)는 이 스프링 장치가 환상 칼라(15)의 둘레측 환상 그루부(32) 내에 놓임으로써 상기 환상 칼라(15)에 대해 축 방향으로 고정된다.
실시 예는 나사선 스프링(33)으로서 스프링 장치(31)의 형성을 도시하고 있으며, 상기 스프링 장치는 환상 그루브(32)의 측면들에 대해 축 방향으로 놓이며, 그 결과 상기 스프링 장치(31)에 의해 지지체(13)와는 무관하게 각각 독립된 부품들을 형성하는 환상 칼라(15)의 환상 섹터들(29, 30)도 마찬가지로 축 방향으로 고정된다.
베어링 장치(7)와 관련하여 설명된 이러한 구조는 베어링 장치(6)에도 상응하게 적용된다. 두 경우에서 환상 플랜지(10, 11) 내에 제공된, 개개의 환상 칼라(14, 15)를 위한 수용 개구(16, 17) 역시 경미한 방사상 틈새를 가지며, 상기 틈새는 개개의 베어링 바디(20, 21)의 지지와 관련해서는 효과적이지 않은데, 그 이유는 베어링 바디(20, 21)가 환상 세그먼트들(29, 30)의 느슨한 방사 방향 브레이싱에 의해 지지체(12 또는 13)에 맞게 위치 고정된 개개의 환상 세그먼트(28)에 대해 방사 방향으로 배격 없이 지지되기 때문이다.
도면들에는, 플랩이 개개의 베어링 바디들 중 하나 이상의 베어링 바디에, 실시예를 기준으로 볼 때 특히 샤프트(8)에 의해 관통되지 않는 베어링 바디(20)에 일체형으로 연결됨으로써 상기 베어링 바디(20)에 대해 회전 가능하게 지지되는 것이 아니라, 베어링 바디(20)(상기 베어링 바디를 위해 자체 환상 섹터들을 갖는 수용 환상 칼라(14)는 원주 방향으로 세분된 베어링 셸을 형성함)와 함께 회전될 수 있는 본 발명에 따른 설계는 도시되어 있지 않다.
1: 배기 가스 플랩 어셈블리 2: 배기 가스 채널
3: 하우징 4: 플랩
5: 축 6: 베어링 장치
7: 베어링 장치 8: 샤프트
9: 채널 축 10: 환상 플랜지
11: 환상 플랜지 12: 지지체
13: 지지체 14: 환상 칼라
15: 환상 칼라 16: 수용 개구
17: 수용 개구 18: 베어링 개구
19: 베어링 개구 20: 베어링 바디
21: 베어링 바디 22: 리세스
23: 리세스 24: 구형 세그먼트
25: 구형 세그먼트 26: 스프링 지지부
27: 스프링 지지부 28: 환상 섹터
29: 환상 섹터 30: 환상 섹터
31: 스프링 장치 32: 환상 그루브
33: 나사선 스프링 34: 관통 개구
35: 시일

Claims (15)

  1. 환상 칼라(14, 15) 내에 수용되는 베어링 바디(20, 21)를 포함하는 하우징측 베어링 장치(6, 7)를 구비한 플랩 어셈블리, 특히 배기 가스 어셈블리(1)로서,
    상기 베어링 바디(20, 21)가 상기 환상 칼라(14, 15)에 의해 미리 정해진 방사상 위치로 방사상 스프링 하중을 받는 방식으로 브레이스되어 유지되는 것을 특징으로 하는,
    플랩 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 환상 칼라(14, 15)가 원주 방향으로 분리된 환상 섹터들(28 내지 30)로 세분되고, 상기 환상 섹터들이 방사상 스프링 하중식으로 결합되는 것을 특징으로 하는,
    플랩 어셈블리.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    스프링 하중식으로 결합된 상기 환상 칼라(14, 15)의 환상 섹터들(28 내지 30) 중 하나 이상의 환상 섹터(28)가 상기 베어링 장치(6, 7)에 대해 위치 고정되는 것을 특징으로 하는,
    플랩 어셈블리.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 환상 칼라(14, 15)가 상기 베어링 장치(6, 7)의 지지체(12, 13)에 제공되는 것을 특징으로 하는,
    플랩 어셈블리.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 환상 칼라(14, 15)가 상기 지지체(12, 13) 대해 위치 고정된 하나 이상의 환상 섹터(28)와 상기 지지체(12, 13)에 대해 방사상으로 이동 가능한 하나 이상의 환상 섹터(29, 30)로 각각 구성되는 것을 특징으로 하는,
    플랩 어셈블리.
  6. 제 5 항에 있어서,
    방사상으로 이동 가능한 상기 하나 이상의 환상 섹터(29, 30)가 방사상으로 탄성적으로 유연하게 상기 지지체(12, 13)에 연결되는 것을 특징으로 하는,
    플랩 어셈블리.
  7. 제 5 항에 있어서,
    방사상으로 이동 가능한 상기 하나 이상의 환상 섹터(29, 30)가 상기 지지체(12, 13)로부터 분리된 부품을 형성하는 것을 특징으로 하는,
    플랩 어셈블리.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 환상 칼라(14, 15)가 3개 이상의 환상 섹터(28 내지 30)를 포함하고, 상기 환상 섹터들 중 하나의 환상 섹터가 상기 지지체(12, 13)에 대해 위치 고정된 일체형의 부품을 형성하는 것을 특징으로 하는,
    플랩 어셈블리.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 환상 섹터들(28 내지 30)이 둘레를 둘러싸는 스프링 장치(31), 특히 둘레를 둘러싸는 나사선 스프링(33)에 의해 슬리브 형태로 결합되는 것을 특징으로 하는,
    플랩 어셈블리.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 환상 칼라(14, 15)에 대한 상기 베어링 장치(20, 21)의 방사상 위치가 상기 지지체(12, 13)에 대해 위치 고정된 상기 하나 이상의 환상 섹터(28)에 의해 미리 정해지는 것을 특징으로 하는,
    플랩 어셈블리.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베어링 장치(6, 7)가 상기 플랩(4)을 위한 구면 베어링 수단들을 구비하고, 상기 베어링 수단들이 구형 세그먼트(24, 25) 및 상기 구형 세그먼트(24, 25)에 대해 확대되고 그리고 상기 구형 세그먼트를 수용하는 리세스(22, 23)를 포함하며, 상기 베어링 수단들에 의해서 상기 구형 세그먼트(24, 25) 또는 상기 리세스(22, 23)가 베어링 바디(20, 21)에 제공되는 것을 특징으로 하는,
    플랩 어셈블리.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 리세스(22, 23)가 특히 반구형 형상으로 상기 베어링 바디(20, 21)에 제공되는 것을 특징으로 하는,
    플랩 어셈블리.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 구형 세그먼트(24, 25)가 상기 플랩(4)에 연결된 샤프트(8)의 부분인 것을 특징으로 하는,
    플랩 어셈블리.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플랩(4)이 자체 축(5) 방향으로 브레이스된 스프링 수단들(스프링 지지부: 26, 27)에 의해 상기 베어링 장치(6, 7)에 대해 축 방향으로 브레이스되는 것을 특징으로 하는,
    플랩 어셈블리.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 베어링 바디(20, 21)가 상기 지지체(12, 13)에 대해 상기 스프링 수단들(스프링 지지부: 26, 27)에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는,
    플랩 어셈블리.
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