KR20130141347A - 단열 디커플링 부재의 제조 방법과 특히 내연기관의 배기가스관용 디커플링 부재 - Google Patents

단열 디커플링 부재의 제조 방법과 특히 내연기관의 배기가스관용 디커플링 부재 Download PDF

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임모 괴아트너
홀거 해비쉬
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보아 발크- 운트 콤펜자토렌 테크놀로지 게엠베하
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Abstract

본 발명은 단열 디커플링 부재(1)를 제조하기 위한 제조 방법과 디커플링 부재 자체에 관한 것이며, 여기에서 단열부(8)는 벨로우즈의 파형 영역을 따라 제공된다. 상기 단열부는 단열과립을 함유하는 코팅층으로 구성된다. 따라서 벨로우즈의 가동성은 상기 단열부를 결합한 후에도 여전히 제공된다.

Description

단열 디커플링 부재의 제조 방법과 특히 내연기관의 배기가스관용 디커플링 부재{METHOD FOR PRODUCING A HEAT INSULATED DECOUPLING ELEMENT AND A DECOUPLING ELEMENT, IN PARTICULAR FOR EXHAUST PIPES OF INTERNAL COMBUSTION ENGINES}
본 발명은 단열부를 도포함으로써 특히 내연기관의 배기가스관 용도로 단열 디커플링 부재를 제조하기 위한 제조 방법뿐 아니라, 벨로우즈와 이 벨로우즈의 단열부를 포함하여 특히 내연기관의 배기가스관 용도로 제공되는 디커플링 부재에 관한 것이다.
디커플링 부재들은 운동 및 진동을 실질적으로 분리하기 위해 자동차의 배기가스관들 내 중간 부재로서 장착된다. 이를 위해 디커플링 부재는 배기가스 가이드 및 벨로우즈 보호를 목적으로 내부 영역에 나선형 금속 호스(spiral wound metallic hose)를 구비하는 금속 소재의 가요성 벨로우즈를 포함한다.
오늘날의 배기가스 시스템에서는 예컨대 디젤 파티큘레이트 필터에 의한 것처럼 점차 배기가스의 후처리가 필요해지고 있다. 상기 유형의 장치들이 유용하게 기능하도록 하기 위해서는 배기가스가 고온의 온도를 보유하고 있어야 한다. 한편으로 엔진 인출구(outlet)에서부터 필터 인입구(inlet)까지 최소의 열 손실을 보장하기 위해, 그리고 다른 한편으로는 고온의 배기가스 유체로부터 민감한 벨로우즈를 열적으로 절연하기 위해, 절연을 위해 다소 탄성을 띠는 매트가 디커플링 부재의 내부에서 다양한 반경 방향 층에 통합된다. 상기 유형의 단열부는 DE 10 2007 043 944 A1로부터 공지되었으며, 이 독일 공보에는 단열부와 진동감쇠부가 조합된 가요성 라인 부재가 기재되어 있다. 배기가스를 안내하는 가요성 내부 부재와 기밀한 가요성 외피 부재 사이에는 복수의 층으로 구성되고 중공 실린더의 형태를 갖는 층이 배치된다.
상기한 및 유사한 구조 형태의 단점은 한편으로 디커플링 부재의 가요성이 감소되고 다른 한편으로는 절연층의 수명이 짧다는 점에 있는데, 그 이유는 상기 구조 형태가 디커플링 부재의 가요성을 나타내지 않으며 배기가스 시스템의 지속적인 진동에 의해 강력한 하중을 받기 때문이다. 절연을 위해 이용되는 재료는 자체의 중공 실린더 형태를 통해 호스의 운동 흡수 시, 높은 팽창을 흡수해야만 한다. 이런 점은 추가로 특히 내열성 재료에 대한 재료 선택을 강하게 제한한다.
그러므로 본 발명의 목적은, 디커플링 부재에 있어서, 디커플링 부재 자체의 가동성이 열적 절연에도 불구하고 제한되지 않는 상기 디커플링 부재를 제공하는 것에 있다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 최초에 언급한 유형의 제조 방법에 있어서, 하기 단계들을 연속해서 실행하는 상기 제조 방법에 의해 달성된다.
a) 결합제로 벨로우즈 몸체의 파형 영역에서 코팅할 부분을 습윤화시키는 단계,
b) 코팅할 부분 내에서 단열과립을 결합제 상에 분포시키는 단계,
c) 결합제를 건조시키는 단계, 및
d) 결합제에 의해 벨로우즈 몸체와 결합되지 않은 과량의 과립을 제거하는 단계.
또한, 본 발명은 최초에 언급한 유형의 디커플링 부재에 의해 달성되며, 이 경우 단열부는 벨로우즈의 파형 영역을 따라 배치되고, 단열부는 단열과립을 함유하는 코팅층으로 구성된다.
배기가스관 용도의 디커플링 부재를 위한 단열부의 경우, 우선 자체의 파형부가 사인파형으로 사전 성형되어 사전 제조된 벨로우즈가 벨로우즈의 소정의 위치에서 결합제로 습윤화된다. 이런 경우 본 발명에 따라 바람직하게는 결합제는 래커로 이루어진다. 본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따라, 특히 결합제로서 래커가 도포된다. 결합제로서는 특히, 예컨대 노(furnace)의 제조 시에 이용되는 것과 같은 내고온성 래커가 적합하다. 상기 유형의 래커는 실리콘 수지를 기반으로 하고 최대 600℃까지 내열성을 띠며 높은 온도 변동을 견딘다. 습윤화는 통상적으로 래커칠에 의해 이루어지며, 이 경우 분무식, 또는 원심분리식, 또는 침지식 래커칠 또는 또 다른 유형의 래커칠이 이용된다.
이용되는 개념인 골부(root)와 산부(crest)는 하기와 같이 정의된다. 너클(knuckle)은 외경부(산부)에서, 또는 내경부(골부)에서 파형을 범위 한정하는 환상체(toroid) 형태의 반쪽 외피(half shell)이며, 이 경우 측면부(flank)는 파형의 양측에서 산부와 골부 사이의 연결부이다. [비첸만(Witzenmann) 사의 "파형 호스(corrugated hose) 편람" 참조.]
코팅층의 위치는 벨로우즈 벽부에서 인접한 구조 부재들에 대한 접촉에 의해 기계적으로 하중을 받지 않는 부분이다. 그에 따라 적합한 위치는 골부들의 외부면, 산부들의 내부면 및 벨로우즈 측면부이다. 이 경우 본 발명에 따라 특히 바람직하게는 결합제가 벨로우즈 영역의 전체 길이를 따라 벨로우즈 영역의 표면에 도포되며, 예컨대 결합제는 벨로우즈의 외측면에서 골부들의 외부면에, 및/또는 벨로우즈의 내측면에서 산부들의 내부면에 도포되고, 및/또는 단열부는 벨로우즈의 내부 및/또는 그 외부에서 벨로우즈 측면부에 도포된다.
본 발명에 따라, 특히 바람직하게는, 단열과립이 절연 재료로서 결합제에 의해 벨로우즈에 고정 유지된다. 이런 경우 단열과립은 결합제로 코팅된 부분에서 벨로우즈를 따라 분포되며, 과립의 분포는 벨로우즈의 종축을 중심으로 한 경동(tilting) 및 회전 운동에 의해 이루어진다. 이런 경우, 과립은 결합제로 코팅된 부분에 점착된 상태로 유지된다. 결합제 층의 두께는 바람직하게는 최대 1㎜일 수 있다.
바람직하게는 에어로젤 또는 나노젤 소재의 과립이 이용된다. 또한, 결합제에서 과립의 보다 나은 점착을 달성하기 위해, 과립은 예컨대 압착 맨드릴(pressing mandrel)에 의해 결합제에 압착된다. 소정의 시간 기간 동안 대기하거나, 또는 코팅된 부분을 부분적으로 가열하는 것을 통해 결합제의 건조가 달성된다. 적합한 과립의 입자 지름은 전형적으로 1㎜이며, 다시 말해 0.5와 1.5㎜ 사이이지만, 2 내지 5㎜의 높은 값도 취할 수 있다. 결과적으로 (기본적으로 가능한 사항이지만 과립의 다층 구조를 제외한) 과립 층에 의해 높은 단열을 달성하기 위해서는 큰 과립 크기가 바람직하다. 결합제는 경제적인 이유에서 얇은 층 두께가 바람직하다. 그러나 단열과립은 확실하면서도 지속적으로 고정 유지되어야 한다.
그런 후에 과량의 과립은 제거하되, 이는 간단히 쏟아 붓거나 흔들어 털어 내는 것으로 실시할 수 있다. 특히 벨로우즈의 벽부에 대한 단열부의 도포는 칠현금 형태(Lyra-form)로 이루어지는 벨로우즈의 최종 변형 이전에 이루어지며, 벨로우즈는 과량의 과립이 제거된 후에 계속해서 압축되며, 그럼으로써 벨로우즈 파형부는 횡단면에서 Ω 형태를 유지하게 된다. 상기 코팅층으로 단열부를 형성하는 것을 통해 벨로우즈의 가동성은 실질적으로 확보된 상태로 유지되며, 과립 입자들 간에 경우에 따라 증가한 초기 마찰은 압축 시 마멸에 의해 제거된다.
본 발명에 따른 단열부의 실질적인 장점은 단열부의 제조 방법이 간단할 뿐 아니라, 산부에서는 벨로우즈의 내부에서, 그리고 골부에서는 벨로우즈의 외부에서 중첩 코팅층에 의해 절연이 가능한 한 커진다는 점에 있다. 단열 코팅층은 그 자체로서 최고의 가요성을 나타내며, 그럼으로써 벨로우즈의 가동성도 가능한 최고의 정도로 확보된 상태로 유지된다.
본 발명의 추가의 장점들과 특징들은 특허청구범위로부터 뿐 아니라, 본 발명의 실시예가 도면을 참조하여 상세하게 설명되는 하기의 설명으로부터 제시된다.
도 1은 단열부를 포함하는 본 발명에 따른 디커플링 부재의 일 실시예를 도시한 부분 종단면도이다.
도 1에는 원통형으로 형성된 연결 영역(3)들 뿐 아니라 파형 영역(4)을 구비한 벨로우즈(2)를 포함하는 본 발명에 따른 디커플링 부재(1)가 절단되어 부분 단면도로 도시되어 있다. 파형 영역(4)은 벨로우즈(2)의 전체 길이의 대부분에 걸쳐서 연장되며, 바깥쪽 방향으로 만곡된 산부(5)들과 안쪽 방향으로 만곡된 골부(6)들을 구비한 파형부를 포함한다. 골부(6)들과 산부(5)들 사이에는 벨로우즈 측면부(7)들이 위치한다.
본 실시예에 따라, 단열부(8)는 벨로우즈(2)의 내부에 제공된다. 단열부(8)는 산부(5)의 내측면(9)에 배치되고 접착에 의해 형태 결합 방식으로 상기 내측면과 결합된다. 단열부(8)는 예컨대 래커와 같은 결합제(10)와, 이 결합제에 의해 벨로우즈(2)와 결합되는 절연 재료(11)로 구성된다. 절연 재료(11)는 에어로젤 또는 나노젤 소재로 밀착 압축(tight packing)된 단열과립으로 구성된다. 상기 절연 재료는 도 1에서 과립의 개별 입자들에 상응해야 하는 개별 점들에 의해 도시되어 있다.
이런 경우 상기 유형의 단열부(8)는 하기와 같이 제조된다.
우선 미리 제조된 벨로우즈에서 변형 후에, 다시 말해 사인파 구조의 파형부를 포함하는 파형 영역을 형성한 후에, 적합한 기술, 예컨대 분무, 원심 분리 및/또는 침지 기술을 이용하여 코팅할 부분에 결합제(10)로 래커칠을 실시한다. 그런 후에, 래커가 건조되기 전에, 벌크상 재료(bulk material) 형태의 과립을 절연 재료(11)로서 벨로우즈 안에 채우고, 벨로우즈(2)를 벨로우즈의 종축을 중심으로 회전시키고 그와 동시에 기울이면서 왕복 운동시킴으로써 과립이 벨로우즈(2)의 내부에 균일하게 분포되게 한다. 그럼으로써 결합제(10)로 코팅된 모든 부분은 절연 재료(11)와 접촉하게 되며, 이때 절연 재료(11)는 결합제(10) 상에 점착된 상태로 유지되게 된다. 압착 맨드릴을 이용하여서는 특히 벨로우즈(2)의 내부에서 과립이 결합제(10)에 압착되게 할 수 있다. 그런 후에 단순히 소정의 시간 단위 동안 대기하거나, 온풍을 송풍하거나, 벨로우즈(2)를 약하게 가열함으로써 결합제(10)를 건조하기만 하면 된다. 추가의 단계에서는 과량의 과립을 제거한다. 그럼으로써 절연 재료(11)의 층이 잔존하게 된다. 마지막으로 벨로우즈(2)를 압축한다. 압축을 통해서는 파형 영역(4)의 개별 파형부들에 대해 도 1에 도시된 칠현금 형태가 달성된다. 그 외에도 압축을 통해 과립 입자들 간에 증가했던 초기 마찰이 감소되며, 그럼으로써 코팅되지 않은 벨로우즈(2)의 가동성이 달성되게 된다. 그런 후에 벨로우즈(2)는 통상적인 방식으로 추가로 가공할 수 있게 된다.
1: 디커플링 부재
2: 벨로우즈
3: 연결 영역
4: 파형 영역(convolution range)
5: 산부(crest)
6: 골부(root)
7: 벨로우즈 측면부(bellows flank)
8: 단열부
9: 산부의 내측면
10: 결합제
11: 절연 재료

Claims (12)

  1. 단열부를 도포함으로써 특히 내연기관의 배기가스관 용도로 단열 디커플링 부재를 제조하기 위한 제조 방법에 있어서,
    a) 결합제로 벨로우즈 몸체의 파형 영역에서 코팅할 부분을 습윤화시키는 단계와,
    b) 코팅할 부분 내에서 단열과립을 결합제 상에 분포시키는 단계와,
    c) 결합제를 건조시키는 단계와,
    d) 결합제에 의해 벨로우즈 몸체와 결합되지 않은 과량의 과립을 제거하는 단계를 포함하는 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    결합제로서 래커가 도포되는 것을 특징으로 하는 상기 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 결합제가 벨로우즈 영역의 전체 길이를 따라 벨로우즈 영역의 표면에 도포되는 것을 특징으로 하는 상기 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결합제가 골부들의 외측면에, 및/또는 산부들의 내측면에, 및/또는 벨로우즈 측면부들의 하나 이상의 표면에 도포되는 것을 특징으로 하는 상기 제조 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    과립이 보다 나은 점착을 위해 아직 축축한 결합제 쪽으로 압착되는 것을 특징으로 하는 상기 제조 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    벨로우즈의 벽부에 대한 과립의 도포가 칠현금 형태로 이루어지는 벨로우즈의 최종 변형 이전에 이루어지며, 또한 벨로우즈가 과량의 과립의 제거 후에 계속해서 압축되며, 그럼으로써 벨로우즈 파형부가 횡단면에서 칠현금 형태를 유지하게 되는 것을 특징으로 하는 상기 제조 방법.
  7. 특히 내연기관의 배기가스관 용도로 제공되는 디커플링 부재로서 벨로우즈와 이 벨로우즈의 단열부를 포함하는 상기 디커플링 부재에 있어서, 상기 단열부(8)는 상기 벨로우즈(2)의 파형 영역(4)을 따라 배치되고, 상기 단열부는 단열과립을 함유하는 코팅층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디커플링 부재.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 단열과립이 결합제에 의해 벨로우즈에 고정 유지되는 것을 특징으로 하는 상기 디커플링 부재.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 결합제가 래커인 것을 특징으로 하는 상기 디커플링 부재.
  10. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단열부(8)가 상기 벨로우즈(2)의 내부 및/또는 그 외부에서 벨로우즈 측면부(7)에 배치되는 것을 특징으로 하는 상기 디커플링 부재.
  11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단열부(8)가 상기 벨로우즈(2)의 내측면에서 산부(5)들의 내측면에 배치되는 것을 특징으로 하는 상기 디커플링 부재.
  12. 제 7 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단열부(8)가 상기 벨로우즈(2)의 외측면에서 상기 파형 영역(4)의 골부(6)들의 외측면에 배치되는 것을 특징으로 하는 상기 디커플링 부재.

KR20127033931A 2011-03-18 2012-03-12 단열 디커플링 부재의 제조 방법과 특히 내연기관의 배기가스관용 디커플링 부재 KR20130141347A (ko)

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