KR20130126937A - 밀폐 부재를 포함하는 유압 장치, 특히 저압 어큐뮬레이터 - Google Patents

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Abstract

하우징(10)과 이 하우징에 배치되는 밀폐 부재(7)를 포함하는 유압 장치는, 본 발명에 따라, 밀폐 부재(7)가 토션 용접부에 의해 하우징(10)과 결합되는 것을 특징으로 한다.

Description

밀폐 부재를 포함하는 유압 장치, 특히 저압 어큐뮬레이터{HYDRAULIC DEVICE, IN PARTICULAR LOW-PRESSURE ACCUMULATOR WITH A CLOSURE ELEMENT}
본 발명은, 밀폐 부재를 포함하는 유압 장치, 특히 저압 어큐뮬레이터뿐 아니라, 밀폐 부재의 결합이 유압 장치의 하우징에서 이루어지는 유압 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
공지된 유압 장치는 공동부들을 포함하고, 이들 공동부 내에는 유압 장치의 작동 중에 유압 유체가 위치하며, 공동부들은 유압 장치의 주변에 대해 밀폐되어야만 한다. 상기 공동부들은 빈번히 유압 장치에서 압력 어큐뮬레이터, 특히 저압 어큐뮬레이터로서 이용된다. 또한, 유압 장치로서 피스톤 펌프들은, 펌프 하우징의 원통형 보어 내로 삽입되는 부싱 내에서 축 방향으로 변위 가능하게 안내되는 피스톤을 포함한다. 커버 형태의 밀폐 부재는 원통형 보어의 부싱에 배치되어 상기 부싱을 압력 밀봉 방식으로 밀폐한다. 밀폐 부재는 빈번히, 특히 어큐뮬레이터, 밸브, 유압 포트 및/또는 모터와 같은, 유압 장치의 다른 구조 부재의 구성 부분이다.
통상적으로, 밀폐 부재는 공지된 결합 조치들을 통해 유압 장치의 하우징 내로 삽입된다. 이 경우, 밀폐 부재는 코킹(caulking)되는 방식으로, 또는 추가 부재, 예컨대 스냅 링을 통해, 또는 나사와 같은 결합 수단들에 의해 하우징 내에 배치된다. 또한, 이른바 "셀프 클린치(selfclinch)" 결합 방법을 이용하여 밀폐 부재를 장착하는 것도 공지되었다.
이 경우, 공지된 결합 조치들은, 비교적 고비용으로, 그리고 경우에 따라 유압 장치의 수명에 걸쳐 어렵게 밀봉된다. 마지막으로, 상기 결합 조치들의 경우, 유압 장치의 총 치수를 증가시키는 소정의 공간이 필요하다.
본 발명의 과제는, 유압 장치의 전체 수명에 걸쳐 결합부의 기밀도를 보장하고, 밀폐 부재의 밀봉을 위해 필요한 부재의 개수를 줄임으로써 공간 수요를 감소시키는 것이다.
본 발명에 따라, 밀폐 부재는, 소노트로드(sonotrode)를 이용한 토션 용접 또는 토션 마찰 용접을 통해, 유압 장치의 하우징, 특히 피스톤 펌프에서 자동차의 차량 브레이크 시스템을 위해 이용되는 저압 어큐뮬레이터의 하우징과 결합된다. 이 경우, 두 구조 부재, 즉 밀폐 부재와 하우징의 재료의 소성 변형에 의해, 하우징과 밀폐 부재의 액밀한, 특히 기밀한 재료 결합이 달성된다. 그에 따라, 밀폐 부재가 최소 공간에서 하우징과 분리되지 않게 결합되는 것이 달성된다. 토션 용접의 경우, 특히 소노트로드는 밀폐 부재 내로 소성 압입되고 밀폐 부재는 고주파 진동 상태가 된다(특히 초음파).
본 발명에 따라 이용되는 토션 용접 방법에 의해, 결합부의 기밀도는 유압 장치의 전체 수명에 걸쳐 보장된다. 분리 불가능한 결합으로 인해, 예컨대 작동 중에 진동 하중에 의해 나사 이음부가 풀리는 문제는 더 이상 발생할 수 없다. 또한, 본 발명에 따른 방법에 의해 공간이 절감되는데, 그 이유는 예컨대 밀봉을 위한 O 링뿐 아니라, 지지 링 및 나사부가 더 이상 필요하거나 또는 성형 코킹을 위한 재료도 더 이상 제공될 필요가 없기 때문이다. 이로 인해, 구조 부재들 및 재료가 절감되고 이용되는 구조 부재들의 공차, 특히 밀폐 부재에 대해 더욱 낮은 요건이 주어질 수 있으므로, 본 발명에 따른 제조 방법의 경우 제조 비용이 감소될 수 있다. 전체적으로 하우징의 재료도 절감될 수 있는데, 그 이유는 토션 용접의 경우 축 방향 힘(약 1kN 내지 10kN)이 특히 코킹 시보다 더 낮기 때문이다.
본 발명에 따라, 절삭에 의해 내부에 원통형 보어가 형성되는 하우징 내에 경계면(interface)이 제공되며, 상기 경계면은 특히 어큐뮬레이터 피스톤을 위한 피스톤 활주면으로서도 이용될 수 있다. 상기 보어는 제 1 챔퍼부를, 다시 말하면 제 2 챔퍼부로 이어지는 지지 견부로의 전환부로 향하는 보어의 에지에 면취된 표면을 포함한다. 상기 제 2 챔퍼부는 다시금 하우징의 외부면의 전환 반경부로 이어진다. 이 경우, 축 방향 지지면의 깊이는 바람직하게는 0.5㎜와 1.0㎜ 사이이고, 특히 0.7㎜이다. 제 1 페이즈(phase)는 밀폐된 보어의 종축과 관련하여 약 30°의 각도를 갖고, 제 2 페이즈는 약 40° 내지 45°의 각도를 갖는다.
하우징에 대한 밀폐 부재의 센터링은 특히 밀폐 부재의 바깥쪽 가장자리와의 상호 작용으로 제 2 챔퍼부를 통해 이루어진다. 그러므로 제 2 챔퍼부는, 하우징과 밀폐 부재의 결합을 위해 하우징에서 경계면 상에 밀폐 부재가 안착될 때, 조립 보조부로서 이용된다. 이 경우, 제 2 챔퍼부는 밀폐 부재의 전체 외주에 걸쳐 연장될 필요가 없을뿐더러, 직육면체 하우징의 영역들에서, 특히 서로 맞은편에 위치하는 2개의 측면 영역에서, 하우징의 맞은편에 위치하는 측면들로 차단될 수 있다. 밀폐 부재가 하우징에 대한 그 지지면의 나머지 영역에서 센터링되는 것으로 충분하다. 그럼으로써 밀폐 부재의 바깥쪽 가장자리는 하우징의 두께 또는 디스크 두께의 영역에 걸쳐 센터링될 수 있다. 중요한 사실은, 밀폐 부재가 그 전체 외주에 걸쳐 토션 용접되도록 하기 위해, 상기 전체 외주에 걸쳐 하우징과 접촉하기만 하면 된다는 점이다.
밀폐 부재의 장착 후에, 하우징에 대한 결합부는, 토션 용접 시스템의 소노트로드를 이용한 상기 토션 용접에 의해 제조된다.
이 경우, 소노트로드는, 밀폐 부재에 대한 축 방향 압착을 통해 소노트로드의 기하구조와 밀폐 부재 사이에 형상 끼워맞춤 및 압력 끼워맞춤 결합부가 형성ㄷ되도록 설계된다. 그에 따라 밀폐 부재의 표면은 다이(die)의 암 금형이 되는데, 그 이유는 밀폐 부재의 재료가 소노트로드의 삽입에 의해 소성 변형되기 때문이다. 이 경우, 소노트로드는 특히 바람직하게는 홈들을 갖도록 구성되며, 그럼으로써 밀폐 부재는 소성 변형을 통해 하우징과의 형상 끼워맞춤 및 압력 끼워맞춤 결합부를 포함하게 된다.
하우징의 기본 재료와 밀폐 부재의 재료의 결합은, 소노트로드가 고주파(약 10kHz 내지 20kHz)로 활성화되고, 그에 따라 소노트로드의 고유 주파수 범위에서 상기 결합을 일으키는 적합한 진폭(약 30㎛ 내지 50㎛)이 생성됨으로써, 이루어진다.
차량 브레이크 시스템을 위한 유압 장치들의 기존 하우징의 경우, 관련 어큐뮬레이터, 특히 저압 어큐뮬레이터의 어큐뮬레이터 지름은 하우징의 디스크 두께에 대한 결정 변수이다. 그러므로 디스크 두께는 지금까지 밀폐 부재를 고정하기 위한 지금까지의 통상적인 코킹 방법을 위해 요구되었던 재료에 의해 제공해야만 했다. 따라서, 예컨대 종래의 코킹 공정의 경우, 최대 500bar의 정적 및 동적 압력 요건을 충족하도록 하기 위해, 재료를 밀폐 부재 상에 충분히 도포해야만 했다.
본 발명에 따르는 하우징의 디스크 두께의 경우, 통상적으로 필요했던 상기 성형될 재료를 더 이상 제공하지 않아도 된다.
본 발명에 따른 결합의 경우, 경계면에서, 특히 상기 제 2 챔퍼부와 전환 반경부를 포함하는 페이즈만이 필요하다. 따라서, 밀폐 부재뿐 아니라 특히 어큐뮬레이터와 같은 관련 구조 부재의 유효 지름과 디스크 두께 사이의 비율이 바람직하게 감소될 수 있다. 또한, 하우징의 높이가 더욱 작게 형성될 수 있는데, 그 이유는 스냅 링을 배치하거나 코킹을 위한 재료를 제공하지 않아도 되기 때문이다.
또한, 축 방향 하중과, 그에 따라 다른 구조 부재들 또는 그 하우징 경계면들의 의도하지 않은 변형은 감소된다. 이 경우, 특히 바람직하게는, 본 발명에 따른 결합부에 의해, 기밀도 및 안정성과 관련하여 우수한 기능성이 달성되며, 그와 동시에 하우징은 더욱 적은 재료 중량(주로 바람직하게는 알루미늄)을 필요로 하고, 그에 따라 재료도 절감된다. 또한, 본 발명에 따른 재료 결합부를 통해, 특히 댐퍼나 어큐뮬레이터의 경우, 소음 감소도 달성된다.
본 발명에 따른 방법을 이용하여 하우징에 밀폐 부재의 결합은 다수의 컴포넌트를 위해, 특히 저압 어큐뮬레이터의 피스톤 챔버를 위해 이용될 수 있다. 본 발명에 따라, 바람직하게는 이는 고압 댐퍼 챔버의 컴포넌트들이기도 하다.
본 발명에 따른 결합부는 바람직하게는 기밀하게, 특히 헬륨 밀봉 방식으로 형성된다.
또한, 결합부의 강도는 바람직하게는 적어도 결합할 부재들의 두 재료의 최소 인장 강도에 상응하며, 이는 요건을 기초로 하는 레이아웃을 간단하게 한다. 특히 재료의 최소 강도와 결합부 면적을 곱하면 부하 용량이 주어진다.
본 발명에 따르는 결합을 위해, 바람직하게는 토션 용접을 위해 적합한 공지된 용접 시스템이 이용될 수 있다. 이 경우, 상기 용접 시스템은, 서로 반대되는 압전 액추에이터들을 구비한 컨버터와, 부스터를 이용하여 소노트로드로, 그에 따라 용접 시스템의 하부에 고정되어 있는 용접할 부분으로 힘을 공급하는 진동 트랜스듀서를 포함한다.
본 발명에 의해, 유압 장치의 전체 수명에 걸쳐 결합부의 기밀도가 보장되고, 밀폐 부재의 밀봉을 위해 필요한 부재의 개수가 감소함에 따라 공간 소요도 감소된다.
하기에서 본 발명에 따른 해결책의 실시예가 첨부된 개략적 도면을 참고로 더욱 상세하게 설명된다.
도 1은 종래 기술에 따르는 밀폐 부재를 압착하는 단계에서 펌프 하우징을 도시한 축 방향 종단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 피스톤 펌프의 펌프 하우징을 도시한 평면도이다.
도 3은 도 2에 따른 펌프 하우징에서 토션 용접을 위한 소노트로드를 도시한 저면도이다.
도 4는 "보어의 절삭" 제조 단계에서 도 2의 절단선 IV-IV를 따라 도시한 단면도이다.
도 5는 "보어의 절삭" 제조 단계에서 도 2의 절단선 V-V를 따라 도시한 단면도이다.
도 6은 "커버 장착" 제조 단계에서 도 4에 따르는 도이다.
도 7은 "커버 용접" 제조 단계에서 도 4에 따르는 도이다.
도 8은 "커버 용접" 제조 단계에서 도 5에 따르는 도이다.
도 9는 도 8의 IX 부분을 도시한 상세도이다.
도 10은 도 6의 X 부분의 변형예를 도시한 상세도이다.
도 1에는, 종래 기술에 따라 프레스 다이(22)를 이용한 압착을 통해 이루어지는, 펌프 하우징(10)(본원에서는 피스톤 펌프로서 형성되는 유압 장치의 하우징으로서)과 커버 형상의 밀폐 부재(7)의 결합이 도시되어 있다.
펌프 하우징(10), 이 펌프 하우징 내에 형성된 원통형 보어(12), 보어(12) 내에 배치되는 코일 스프링(14), 및 코일 스프링(14)에 의해 탄성적으로 예응력을 받는 어큐뮬레이터 피스톤(16)이 나타난다. 어큐뮬레이터 피스톤(16)은 코일 스프링(14)과 함께, 펌프 하우징(10)으로 형성되고 추가로 도시되어 있지 않은 피스톤 펌프를 위한 어큐뮬레이터 또는 어큐뮬레이터 장치를 형성한다.
밀폐 부재(7)는, 원통형 보어(12)의 내부에 형성되는 계단형 지지대(26)에서 홀딩 클램프(24)에 의해 지지된다. 프레스 다이(22)는, 원통형 보어(12)의 가장자리에 대한 축 방향 압착을 통해 펌프 하우징(10)의 재료가 밀폐 부재(7)의 바깥쪽 가장자리 영역 위쪽으로 밀리도록 형성된다.
이 경우, 밀폐 부재(7)의 전체 외주에 걸쳐서 유체 밀봉 방식의 밀봉을 달성하기 위해, 밀폐 부재(7)의 전체 외주에 걸쳐서도, 밀폐 부재의 가장자리 영역 위쪽으로 재료가 밀리도록 하는 것이 중요하다. 그러므로 펌프 하우징(10)은 그 두께(18)와 관련하여, 펌프 하우징(10)의 측면 표면들(20)에서도 변형을 위한 재료가 충분히 제공되도록 두껍거나 넓게 형성된다.
상기 방식으로 관련 어큐뮬레이터에서 펌프 하우징(10) 및 밀폐 부재(7)로 형성되는 피스톤 펌프는 특히 자동차 내 유압 자동차 브레이크 시스템을 위한 유체를 공급하도록 형성된다. 피스톤 펌프는 특히 슬립 제어 시에 휠 브레이크 실린더들 내의 제동 압력을 선택적으로 감소시키거나 상승시키기 위해 이용된다.
또한, 본 발명에 따른 피스톤 펌프는 예컨대 내연기관을 위한 고압 연료 공급 펌프로서 이용될 수 있으며, 이때 송출 챔버 내에 포함된 연료는 압축된다.
도 2에는 본 발명에 따른 펌프 하우징(10)이 평면도로 도시되어 있다. 펌프 하우징(10)에는 밀폐 부재(7)를 안착 및 장착하기 위한 경계면이 형성되며, 이 경계면은 도 4와 도 5에서 단면도로 도시되어 있다. 경계면은, 후속해서 토션 용접의 공정에 의해 재료 결합 방식으로 그리고 특히 기밀 방식으로 펌프 하우징(10)과 밀폐 부재를 결합시키기 위해, 밀폐 부재(7)를 위한 지지대를 형성한다.
도 3에는, 도시되어 있지 않은 토션 용접 시스템에서 홈들을 구비한 소노트로드(28)가 저면도로 도시되어 있다. 상기 소노트로드(28)는 소성 변형을 통해 밀폐 부재(7)와 펌프 하우징(10) 사이에서 재료 결합부를 제조한다.
도 4에는 밀폐 부재(7)와 펌프 하우징(10) 사이에 결합부를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법의 제 1 단계가 도시되어 있다. 이를 위해, 펌프 하우징(12) 내에는 마찬가지로 원통형 보어(12)가 형성되며, 상기 원통형 보어는 어큐뮬레이터 피스톤(16)을 위한 피스톤 면으로서 이용된다. 원통형 보어(12)의 바깥쪽 가장자리에는 제 1 챔퍼부(2), 다시 말하면 제 2 챔퍼부(4)로 이어지는 지지 견부(3)로의 전환부로 향하는 면취된 면이 형성된다. 제 2 챔퍼부(4)는 펌프 하우징(10)의 상부면(21)으로의 전환 반경부(5)로 이어진다. 상부면(21)과 관련하여 지지 견부(3)의 깊이는 약 0.7㎜이다.
도 5에는 상기 가장자리 구성이 펌프 하우징(18)의 측면들(20)에서 어떻게 보이는지가 도시되어 있다. 펌프 하우징(18)의 상기 측면 영역에서, 상기 펌프 하우징은, 제 1 챔퍼부(2)와 지지 견부(3)만이 원통형 보어(12)의 전체 외주에 존재하고 제 2 챔퍼부(4)는 존재하지 않는 방식으로, 얇거나 협폭으로 형성된다. 특히 도 4에 나타나는 것처럼, 펌프 하우징(10)은 그 두께(8)와 관련하여 특히 얇거나 협폭으로 형성될 수 있다.
도 6에는 펌프 하우징(10)과 밀폐 부재(7)로 이루어진 결합부를 제조하기 위한 다음 단계가 축 방향 단면도로 도시되어 있다. 이 경우, 밀폐 부재(7)는 지지 견부(3) 상에 안착되고, 전환 반경부(5) 및 제 2 챔퍼부(4)에서 밀폐 부재(7)의 바깥쪽 반경부(6)에 의해 센터링된다. 전환 반경부(5) 및 제 2 챔퍼부(4)를 이용한 상기 센터링은 측면들(20)로 향하는 가장자리 영역들에서는 이루어지지 않는데, 그 이유는 거기에는 제 2 챔퍼부(4)가 존재하지 않기 때문이다.
도 7, 도 8 및 도 9에는 실질적인 용접이 이루어지는 제 3 단계에서 토션 용접을 이용한 형상 끼워맞춤 결합이 도시되어 있다. 이를 위해, 소노트로드(28)에 의해 밀폐 부재(7) 상에 축 방향으로 압력이 제공되고, 그와 동시에 소노트로드(28)는 도시되지 않은 토션 용접 시스템에 의해 고주파로 활성화된다. 이로 인해, 밀폐 부재(7)의 하부 가장자리 영역의 재료가 펌프 하우징(10)의 지지 견부(3)의 재료와 결합된다. 이 경우, 용융되는 재료는 도 7 및 도 9에서 도면 부호 30으로 표시된다.
동시에, 밀폐 부재(7)의 상부면에는 소노트로드(28)의 음 금형이 새겨지는데, 그 이유는 상기 소노트로드가 밀폐 부재(7)로 향하는 그 접촉면에 특히 홈들을 갖도록 형성되기 때문이다.
도 10에는 펌프 하우징(10) 및 이 펌프 하우징의 원통형 보어(12)에 밀폐 부재(7)를 결합하는 변형예가 도시되어 있다. 여기에는, 원통형 보어(12)의 상부 가장자리에서 챔퍼부(2)가 나타날 뿐만 아니라 밀폐 부재(7)에 형성된 견부(32)가 확인되며, 상기 견부는 원통형 보어(12) 안쪽으로 돌출하여 보어(12)의 축 방향으로 챔퍼부(2)에 겹쳐진다. 밀폐 부재(7)에 형성된 상기 유형의 견부(32)에 의해, 토션 용접부의 형성 시 보어(12)의 가장자리에서 발생하는 칩들(chips)은 챔퍼부(2) 내에 억류되고 보어(12) 내로, 그에 따라 유압 시스템 내로 유입될 수 없게 된다.
명세서, 하기의 특허청구범위 및 도면에서 제시되는 모든 특징은 개별적으로 그리고 서로 임의로 조합되어 본 발명의 핵심이 될 수 있다.
3 지지 견부
7 밀폐 부재
10 하우징
20 하우징의 측면
32 견부

Claims (10)

  1. 하우징(10)과, 상기 하우징에 배치되는 밀폐 부재(7)를 포함하는 유압 장치, 특히 피스톤 펌프에 있어서,
    상기 밀폐 부재(7)는 토션 용접부에 의해 상기 하우징(10)과 결합되는 것을 특징으로 하는 유압 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 토션 용접부는 상기 밀폐 부재(7)의 전체 외주를 따라 지지 견부(3)에 형성되는 것을 특징으로 하는 유압 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 밀폐 부재(7)는 상기 하우징(10)에 형성된 센터링부(4; 5)에 의해 둘러싸이며, 상기 센터링부는 상기 밀폐 부재(7)의 전체 외주에 걸쳐 연장되지 않는 것을 특징으로 하는 유압 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 센터링부(4; 5)는 상기 하우징(10)의 측면들(20)로 향하는, 상기 밀폐 부재(7)를 위한 지지 견부(3)의 전환부에는 형성되지 않는 것을 특징으로 하는 유압 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀폐 부재(7)는 상기 하우징(10)을 향해 있는 견부(32)를 구비하여 형성되는 것을 특징으로 하는 유압 장치.
  6. 유압 장치, 특히 압력 어큐뮬레이터 및/또는 피스톤 펌프를 제조하기 위한 제조 방법에 있어서,
    하우징(10)과, 상기 하우징에 배치되는 밀폐 부재(7)를 제공하는 단계와,
    토션 용접부를 이용하여 상기 하우징(10)과 상기 밀폐 부재(7)를 결합하는 단계를 포함하는 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 토션 용접부는 상기 밀폐 부재(7)의 전체 외주를 따라 지지 견부(3)에 형성되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 하우징(10)에는 상기 밀폐 부재(7)를 차후에 둘러싸는 센터링부(4; 5)가 형성되고, 상기 센터링부는 상기 밀폐 부재(7)의 전체 외주에 걸쳐 연장되지 않는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 센터링부(4; 5)는 상기 하우징(10)의 측면들(20)로 향하는, 상기 밀폐 부재(7)를 위한 지지 견부(3)의 전환부에는 형성되지 않는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  10. 자동차의 차량 브레이크 시스템의 저압 어큐뮬레이터를 제조하기 위한, 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 제조 방법의 사용.
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