KR20170140296A - 밸브 샤프트 또는 액추에이터 샤프트의 지지를 위한 니들 베어링 유닛 및 가스 제어 밸브 장치 - Google Patents

밸브 샤프트 또는 액추에이터 샤프트의 지지를 위한 니들 베어링 유닛 및 가스 제어 밸브 장치 Download PDF

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안드레 앙거
비르거 볼볼트
요에르크 라트만
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섀플러 테크놀로지스 아게 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은 외측 링(2)과, 상기 외측 링(2) 내에 배치된 니들 케이지(4)와, 상기 니들 케이지(4) 내에서 안내되는 니들형 회전체(5)를 구비한, 밸브 샤프트 또는 액추에이터 샤프트(8)의 지지를 위한 니들 베어링 유닛(1)에 관한 것으로서, 외측 링(2)은 슬리브 형태로 형성되어 자신의 제1 단부(2a)에 슬리브 바닥(3a)을 갖고, 또한 니들 케이지(4) 내에 배치된 내측 링(20)이 제공되며, 이 내측 링은 슬리브 바닥(3a) 반대편의 내측 링의 단부에 외측 링(2)을 향한 내측 링 플랜지(20b)를 갖고, 외측 링(2)은 자신의 제2 단부(2b)에 슬리브 플랜지(3b)를 포함하며, 이 슬리브 플랜지는 외측 링(2) 내에 내측 링(20)을 고정시키기 위해 내측 링 플랜지(20b)를 둘러싸는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명은 회전 가능한 밸브 샤프트(8)와, 이 밸브 샤프트(8)에 배치되고 본 발명에 따른 하나 이상의 니들 베어링 유닛(1)을 구비한 가스 제어 밸브(9)를 포함하는 가스 제어 밸브 장치(10)에 관한 것이다.

Description

밸브 샤프트 또는 액추에이터 샤프트의 지지를 위한 니들 베어링 유닛 및 가스 제어 밸브 장치
본 발명은 외측 링과, 이 외측 링 내에 배치된 니들 케이지와, 이 니들 케이지 내에서 안내되는 니들형 회전체를 구비한, 밸브 샤프트 또는 액추에이터 샤프트의 지지를 위한 니들 베어링 유닛에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 회전 가능한 밸브 샤프트와, 이 밸브 샤프트에 배치된 가스 제어 밸브를 포함하는 가스 제어 밸브 장치에 관한 것이다.
밸브 샤프트 또는 액추에이터 샤프트의 지지를 위한 롤링 베어링 유닛, 특히 니들 베어링 유닛은 공지되어 있다. 문헌 DE 10 2006 053 716 A1은 가스 제어 밸브 장치에서 밸브 샤프트를 지지하기 위해 사용되는, 서두에서 언급된 유형의 롤링 베어링 유닛을 기재하고 있다. 이 경우, 외측 링 내에 수용되어 밸브 샤프트의 회전축을 따라 유동하는 유체를 밀봉시키기 위해 형성된 복수의 밀봉 링이 사용된다. 이때 슬리브형 외측 링의 두 단부에 밀봉 링이 제공된다.
이러한 경우에, 회전체는 직접 밸브 샤프트에서 회전하는데, 이는 높은 마모를 수반하는 문제를 초래한다. 따라서, 통상적으로 니들 베어링 유닛을 위한 캐리어로서 경질 크롬 도금되고 연마된 단부를 갖는 밸브 샤프트가 사용된다. 샤프트 단부의 이러한 사전 처리는 복잡하고 비용이 많이 든다.
본 발명의 과제는, 특히 간단하고 비용 효율적으로 제조될 수 있는, 밸브 샤프트 또는 액추에이터 샤프트의 지지를 위한 니들 베어링 유닛을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 과제는 이러한 유형의 니들 베어링 유닛을 구비한 가스 제어 밸브 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제는 외측 링과, 이 외측 링 내에 배치된 니들 케이지와, 이 니들 케이지 내에서 안내되는 니들형 회전체를 구비한, 밸브 샤프트 또는 액추에이터 샤프트의 지지를 위한 니들 베어링 유닛을 위해, 외측 링은 슬리브 형태로 형성되어 자신의 제1 단부에서 슬리브 바닥을 갖고, 또한 니들 케이지 내에 배치된 내측 링이 제공되고, 내측 링은 슬리브 바닥 반대편의 내측 링의 단부에 외측 링을 향한 내측 링 플랜지를 갖고, 외측 링은 자신의 제2 단부에 슬리브 플랜지를 포함하며, 이 슬리브 플랜지는 외측 링 내에 내측 링을 고정시키기 위해 내측 링 플랜지를 둘러싸는 것에 의해 해결된다.
따라서, 니들 케이지와 외측 링의 제1 단부의 슬리브 바닥 사이에 밀봉 링이 생략될 수 있다. 이에 의해 본 발명에 따른 니들 베어링 유닛은 외측 링, 니들 케이지, 회전체 및 내측 링으로 형성될 수 있다. 개별 부품들로 이루어진 니들 베어링 유닛의 형성은 신속하고 저렴한 비용으로 구현될 수 있다.
내측 링 플랜지와 슬리브 플랜지 사이에 형성된 갭은 바람직하게 1mm 미만, 특히 0.7mm 미만의 갭 크기를 갖는다. 이 경우, 갭은 밀봉 링을 대체할 수 있는 갭 밀봉부 또는 래버린스 밀봉부(labyrinth sealing)를 형성한다.
내측 링은 딥 드로잉되고 경화된 내측 링인 것이 바람직한 것으로 판명되었다. 특히 강 또는 스테인레스 강, 특히 X5 CrNi1810이 내측 링의 형성을 위해 사용된다. 또한, 대안적인 실시예에서 내측 링은 금속 절단에 의해 제조될 수 있거나 부분적으로 무절단 가공 그리고 부분적으로 절단 가공을 통해 형성될 수 있다.
바람직하게 내측 링은 0.5 내지 3 mm 범위의 벽 두께를 갖는다. 이에 의해 밸브 샤프트 또는 액추에이터 샤프트에 대한 내측 링의 압착이 문제없이 가능하게 된다.
슬리브 형태의 외측 링도, 바람직하게 강 또는 스테인레스 강, 특히 X5 CrNi1810으로부터 형성되며, 이때 연성 또는 경성 품질이 사용될 수 있다. 슬리브 형태의 외측 링이 무절단 방식으로, 특히 딥 드로잉에 의해 제조되는 것이 바람직한 것으로 판명되었다. 대안적인 실시예에서, 외측 링도 금속 절단 방식으로 제조될 수 있거나 부분적으로 무절단 가공 그리고 부분적으로 절단 가공을 통해 형성될 수 있다.
니들 케이지는 바람직하게 플라스틱, 강 또는 스테인레스 강으로부터 형성된다.
또한, 니들 베어링 유닛의 바람직한 실시예에서, 니들 케이지와 내측 링 플랜지 사이에 배치된 하나 이상의 밀봉 링이 존재한다. 이 밀봉 링은 하나 또는 복수의 밀봉 립을 포함할 수 있다. 바람직하게 밀봉 링은 니트릴 고무(NBR) 또는 불소 고무(FPM)로부터 형성된다.
본 발명의 과제는 또한, 회전 가능한 밸브 샤프트와, 이 밸브 샤프트에 배치된 가스 제어 밸브를 포함하는 가스 제어 밸브 장치에 있어서, 밸브 샤프트가 적어도 일측에서 본 발명에 따른 니들 베어링 유닛에 의해 지지되고, 밸브 샤프트의 일 단부가 슬리브 형태의 외측 링 내로 삽입 안내되어 내측 링이 밸브 샤프트의 이 단부와 압착 연결되는 것에 의해 해결된다. 이에 의해, 밸브 샤프트의 비용상 저렴하고 내구성이 있는 지지가 달성된다. 통상적으로 이를 달성하기 위한 밸브 샤프트의 연마 및 경질 크롬 도금이 생략될 수 있는데, 내측 링이 회전체를 위한 접동면으로서 사용되고 축 방향 샤프트 유격이 감소되기 때문이다. 특히, 경화된 내측 링이 사용되는 경우, 내측 링 영역에서의 마모가 감소된다.
바람직하게, 밸브 샤프트가 가스 제어 밸브의 일 측에서는 본 발명에 따른 니들 베어링 유닛에 의해 지지되고, 가스 제어 밸브의 반대편 측에서는 슬리브 형태의 추가 외측 링과, 이 추가 외측 링 내에 배치된 추가 니들 케이지와, 이 추가 니들 케이지 내에서 안내되는 니들형 회전체와, 하나 이상의 추가 밀봉 링을 갖는 추가 니들 베어링 유닛에 의해 지지되며, 이때 추가 외측링의 제1 단부 및 제2 단부는 밸브 샤프트 쪽을 향한 각각 하나의 플랜지를 갖고, 이때 추가 니들 케이지는 한편으로 추가 외측 링의 제1 단부의 플랜지에 접하고 다른 한편으로 추가 외측 링의 제2 단부의 플랜지와 추가 니들 케이지 사이에 하나 이상의 추가 밀봉 링이 배치된다.
추가 니들 베어링 유닛의 추가 외측 링의 제1 단부에서 플랜지는 바람직하게, 플랜지가 밸브 샤프트의 외경보다 최대 0.1 내지 1 mm 큰 내경을 가짐으로써 밸브 샤프트에 대한 갭 밀봉부를 형성한다. 이에 의해 갭 밀봉부는 추가 외측 링의 제1 단부에서의 밀봉 링을 신뢰성 있게 대체한다. 바람직하게, 추가 니들 베어링 유닛의 추가 외측 링의 제1 단부는 가스 제어 밸브를 향해 배치된다. 대안적으로, 추가 외측 링의 제2 단부는 가스 제어 밸브를 향해 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 니들 베어링 유닛 및 본 발명에 따른 가스 제어 밸브 장치는 특히 내연기관 분야에서, 특히 자동차 산업 분야에서 사용하기에 유리하다.
도 1 내지 도 5는 본 발명에 따른 니들 베어링 유닛 및 이를 구비하여 형성된 가스 밸브 제어 장치를 예시적으로 도시한다.
도 1은 니들 베어링 유닛의 단면도이고;
도 2는 가스 밸브 제어 장치의 단면도이며;
도 3은 밀봉 링을 갖는 제1 추가 니들 베어링 유닛의 단면도이고;
도 4는 2개의 밀봉 링을 갖는 제2 추가 니들 베어링 유닛의 단면도이며;
도 5는 제3 추가 니들 베어링 유닛의 단면도이다.
도 1에는 니들 베어링 유닛(1)이 단면도로 도시되어 있다. 니들 베어링 유닛(1)은 외측 링(2)과, 이 외측 링(2) 내에 배치된 니들 케이지(4)와, 이 니들 케이지(4) 내에서 안내되는 니들형 회전체(5)를 갖는다. 외측 링(2)은 슬리브 형태로 형성되어 외측 링의 제1 단부(2a)에서 슬리브 바닥(3a)을 갖는다. 또한 니들 케이지(4) 내에 배치된 내측 링(20)이 제공되고, 내측 링은 슬리브 바닥(3a) 반대편의 내측 링의 단부에 외측 링(2)을 향한 내측 링 플랜지(20b)를 갖는다. 외측 링(2)은 외측 링의 제2 단부(2b)에 슬리브 플랜지(3b)를 갖고, 이 슬리브 플랜지는 외측 링(2) 내에 내측 링(20)을 고정시키기 위해 내측 링 플랜지(20b)를 둘러싼다. 이 경우, 내측 링(20)은 딥드로잉되고 경화된 내측 링(20)이다.
도 2에는 가스 안내 라인(17)을 구비한 가스 밸브 제어 장치(10)가 단면도로 도시되어 있다. 도 1과 동일한 도면 부호는 동일한 부재를 표시한다. 밸브 샤프트(8)는 가스 안내 라인(17)의 영역에서 도 1에 따른 니들 베어링 유닛(1)에 의해, 그리고 또한 도 3에 따른 추가 니들 베어링 유닛(11)에 의해 회전 가능하게 지지된다(이중 화살표 참조). 밸브 샤프트(8)에는, 가스(18)를 안내하는 가스 안내 라인(17) 내에서 밸브 샤프트(8)와 함께 동반 운동하는 가스 제어 밸브(9)가 배치된다. 밸브 샤프트(8)의 일 단부는 니들 베어링 유닛(1)의 슬리브 형태의 외측 링(2) 내로 삽입 안내되고 내측 링(20)은 이 밸브 샤프트(8)의 단부와 압착에 의해 연결된다(또한, 도 1 참조). 가스(18) 중 밸브 샤프트(8)의 방향으로 유동하는 부분에 대해 밀봉 링(6)의 차단 방향은 화살표(도 1 참조)에 의해 표시되어 있다.
가스 제어 밸브(9)를 향한 내측 링(20)의 측면은, 밸브 샤프트(8)로부터 먼 쪽을 향하는 내측 링 플랜지(20b)를 갖는다. 슬리브 형태의 외측 링(2)은 가스 제어 밸브(9)를 향한 자신의 측면에서 밸브 샤프트(8)를 향한 슬리브 플랜지(3b)를 갖는다. 이 슬리브 플랜지(3b)는 슬리브 형태의 외측 링(2) 내에 내측 링(20)을 고정시키기 위해 내측 링 플랜지(20b)를 둘러싸고, 이때 0.7 mm미만의 갭 크기를 갖는 갭(S)이 형성된다. 이 경우, 갭(S)은 갭 밀봉부 또는 래버린스 밀봉부를 형성한다. 이러한 관점에서, 니들 베어링 유닛(1)의 대안적인 구성의 경우 밀봉 링(6)이 생략될 수도 있다.
도 3에는 슬리브 형태의 추가 외측 링(12)과, 이 추가 외측 링(12) 내에 배치된 추가 니들 케이지(14)와, 이 추가 니들 케이지(14) 내에서 안내되는 니들형 추가 회전체(15)와, 추가 밀봉 링(16)을 구비하는, 밸브 샤프트(8)를 지지하기 위한 추가 니들 베어링 유닛(11)이 단면도로 도시되어 있다. 슬리브 형태의 추가 외측 링(12)은 자신의 제1 단부(12a)와 자신의 제2 단부(12b)에 각각 하나의 플랜지(13a, 13b)를 갖는다. 니들 케이지(14)는 일측에서 추가 외측 링(12)의 제1 단부(12a)의 플랜지(13a)에 접한다. 다른 일측에서는 추가 외측 링(12)의 제2 단부(12b)의 플랜지(13b)와 추가 니들 케이지(14) 사이에 추가 밀봉 링(16)이 배치되어 있다. 밸브 샤프트(8)의 방향으로 유동하는 유체에 대한 이 추가 밀봉 링(16)의 차단 방향은 화살표에 의해 표시되어 있다. 추가 외측 링(12)의 제1 단부(12a)에서 플랜지(13a)는, 플랜지(13a)가 밸브 샤프트(8)의 외경(D)보다 최대 0.1 내지 1 mm 큰 내경(d)을 가짐으로써 가스 제어 밸브 장치(10)의 밸브 샤프트(8)에 대한 갭 밀봉부를 형성한다(도 2 참조).
도 4에는 제2 추가 밀봉 링(16a, 16b)을 갖는 제2 추가 니들 베어링 유닛(11')이 단면도로 도시되어 있다. 도 3과 동일한 도면 부호는 동일한 부재를 표시한다. 밸브 샤프트(8)의 방향으로 유동하는 유체에 대한 이 추가 밀봉 링(16a, 16b)의 차단 방향은 화살표에 의해 표시되어 있다.
도 5에는 하나의 밀봉 링(16)을 갖는 제3 추가 니들 베어링 유닛(11")이 단면도로 도시되어 있다. 도 1과 동일한 도면 부호는 동일한 부재를 표시한다. 밸브 샤프트 또는 액추에이터 샤프트(도시되지 않음)의 방향으로 유동하는 유체에 대한 이 추가 밀봉 링(16)의 차단 방향은 화살표에 의해 표시되어 있다. 이 추가 외측 링(12)의 제1 단부(12a)에서 플랜지(13a)는 U자형 프로파일의 형태로 형성되어 추가 니들 케이지(14)에 의해 형성된 중공 챔버(7) 내로 돌출한다. 이에 의해 플랜지(13a)는 추가 외측 링(12) 내에 추가 니들 케이지(14)를 고정시킨다.
최소한의 밀봉 링(6, 16)으로 이루어지는, 특히 간단하고 저렴한 비용으로 제조될 수 있는 가스 밸브 제어 장치(10)가 형성된다.
도 1 내지 도 5에는 본 발명에 따른 니들 베어링 유닛 또는 가스 밸브 제어 장치의 단지 예시적인 실시예가 도시된 것이다. 따라서, 가스 밸브 제어 장치의 밸브 샤프트는 본 발명에 따른 2개의 니들 베어링 유닛에 의해 지지될 수도 있다.
1 니들 베어링 유닛
2 슬리브 형태의 외측 링
2a 슬리브 형태의 외측 링의 제1 단부
2b 슬리브 형태의 외측 링의 제2 단부
3a 슬리브 바닥
3b 슬리브 플랜지
4 니들 케이지
5 회전체
6 밀봉 링
7 중공 챔버
8 밸브 샤프트
9 가스 제어 밸브
10 가스 제어 밸브 장치
11, 11', 11" 추가 니들 베어링 유닛
12 슬리브 형태의 추가 외측 링
12a 추가 외측 링의 제1 단부
12b 추가 외측 링의 제2 단부
13a, 13b 플랜지
14 추가 니들 케이지
15 추가 회전체
16, 16a, 16b 추가 밀봉 링
17 가스 안내 라인
18 가스
20 내측 링
20b 내측 링 플랜지
D 밸브 샤프트의 외경
d 플랜지(13a)의 내경
S 갭

Claims (10)

  1. 외측 링(2)과, 상기 외측 링(2) 내에 배치된 니들 케이지(4)와, 상기 니들 케이지(4) 내에서 안내되는 니들형 회전체(5)를 구비한, 밸브 샤프트 또는 액추에이터 샤프트(8)의 지지를 위한 니들 베어링 유닛(1)에 있어서,
    외측 링(2)은 슬리브 형태로 형성되어 자신의 제1 단부(2a)에 슬리브 바닥(3a)을 갖고, 또한 니들 케이지(4) 내에 배치된 내측 링(20)이 제공되며, 상기 내측 링은 슬리브 바닥(3a) 반대편의 내측 링의 단부에 외측 링(2)을 향한 내측 링 플랜지(20b)를 갖고, 외측 링(2)은 자신의 제2 단부(2b)에 슬리브 플랜지(3b)를 포함하며, 상기 슬리브 플랜지는 외측 링(2) 내에 내측 링(20)을 고정시키기 위해 내측 링 플랜지(20b)를 둘러싸는 것을 특징으로 하는, 니들 베어링 유닛.
  2. 제1항에 있어서, 내측 링(20)은 딥드로잉되고 경화된 내측 링(20)인 것을 특징으로 하는, 니들 베어링 유닛.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 내측 링(20)은 0.5 내지 3 mm 범위의 벽 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 니들 베어링 유닛.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 내측 링 플랜지(20b)와 슬리브 플랜지(3b) 사이에 형성된 갭이 1mm 미만, 특히 0.7mm 미만의 갭 크기를 갖는 것을 특징으로 하는, 니들 베어링 유닛.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 니들 케이지(4)와 내측 링 플랜지(20b) 사이에 배치된 하나 이상의 밀봉 링(6)이 더 제공된 것을 특징으로 하는, 니들 베어링 유닛.
  6. 회전 가능한 밸브 샤프트(8)와, 상기 밸브 샤프트(8)에 배치된 가스 제어 밸브(9)를 포함하는 가스 제어 밸브 장치(10)에 있어서,
    밸브 샤프트(8)는 적어도 일측에서 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 니들 베어링 유닛(1)에 의해 지지되고, 이때 밸브 샤프트(8)의 일 단부가 슬리브 형태의 외측 링(2) 내로 삽입 안내되어 내측 링(20)이 밸브 샤프트(8)의 상기 단부와 압착 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 제어 밸브 장치.
  7. 제6항에 있어서, 밸브 샤프트(8)가 가스 제어 밸브(9)의 일 측에서는 니들 베어링 유닛(1)에 의해 지지되고, 가스 제어 밸브의 반대편 측에서는 슬리브 형태의 추가 외측 링(12)과, 상기 추가 외측 링(12) 내에 배치된 추가 니들 케이지(14)와, 상기 추가 니들 케이지(14) 내에서 안내되는 니들형 회전체(15)와, 하나 이상의 추가 밀봉 링(16)을 갖는 추가 니들 베어링 유닛(11, 11', 11")에 의해 지지되며, 이때 추가 외측링의 제1 단부(12a) 및 제2 단부(12b)는 밸브 샤프트(8) 쪽을 향한 각각 하나의 플랜지(13a, 13b)를 갖고, 이때 상기 추가 니들 케이지(14)는 한편으로 추가 외측 링(12)의 제1 단부(12a)의 플랜지(13a)에 접하고 다른 한편으로 상기 추가 외측 링(12)의 제2 단부(12b)의 플랜지(13b)와 상기 추가 니들 케이지(14) 사이에 하나 이상의 추가 밀봉 링(16)이 배치된 것을 특징으로 하는 가스 제어 밸브 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 추가 니들 베어링 유닛(11, 11', 11")의 추가 외측 링(12)의 제1 단부(12a)에서 플랜지(13a)는, 상기 플랜지(13a)가 밸브 샤프트(8)의 외경(D)보다 최대 0.1 내지 1 mm 큰 내경(d)을 가짐으로써 밸브 샤프트(8)에 대한 갭 밀봉부를 형성 것을 특징으로 하는 가스 제어 밸브 장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 추가 외측 링(12)의 제1 단부(12a)는 가스 제어 밸브(9)를 향해 배치된 것을 특징으로 하는 가스 제어 밸브 장치.
  10. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 추가 외측 링(12)의 제2 단부(12b)는 가스 제어 밸브(9)를 향해 배치된 것을 특징으로 하는 가스 제어 밸브 장치.
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