KR20180002622A - 유체 압력을 조절 또는 제어하기 위한 유닛 - Google Patents

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만 운트 훔멜 게엠베하
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Abstract

본 발명은 유체를 위한 입구(28) 및 출구(30)를 포함하는 밸브 하우징(12)을 가지며, 입구와 출구 사이에서 유체의 관류를 개폐하기 위한, 최대 500 mbar, 바람직하게는 최대 250 mbar, 특히 바람직하게는 최대 100 mbar의 압력차의 경우에 개폐하기 위한 개폐막(22)을 가지며, 개폐막은 불소 및 탄소를 포함하는 폴리머 막으로 구성되는, 유체 압력을 조절 또는 제어하기 위한 유닛(10)에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 유닛을 위한 개폐막에 관한 것이다.

Description

유체 압력을 조절 또는 제어하기 위한 유닛
본 발명은 유체 압력의 조절 또는 제어를 위한, 특히 내연기관 및/또는 자동차의 내연기관의 크랭크케이스의 압력 조절을 위한 유닛(unit)에 관한 것이다.
압력 조절 밸브는 예를 들면 내연기관의 흡기 매니폴드(intake manifold)와 크랭크케이스 사이의 배기 라인(venting line)에서 사용된다. 이와 관련해서, 그 과제는 통기될 용기 내의 압력 또는 진공이 소정값을 넘어 상승하는 것을 방지하는 것이다.
내연기관에서, 블로바이 가스(blow-by gas)들이 발생하여 실린더의 연소 가스가 실린더 피스톤을 지나 크랭크케이스에 도달한다. 이들 블로바이 가스들은 크랭크케이스 내의 압력을 상승시켜 오일의 누설 및 누출을 결과시킨다. 압력 상승을 피하고 블로바이 가스들을 환경 친화적인 방식으로 배출하기 위하여, 이들은 내연기관의 크랭크케이스로부터 흡기 매니폴드로 귀환된다. 다른 한편으로는, 특정 진공 값에 크게 미달되어서는 안되는데, 왜냐하면 그렇지 않으면 누설로 인해 원하지 않는 누입 공기가 크랭크케이스 내로 흡입될 수도 있기 때문이다.
현재 사용되는 압력 조절 밸브의 경우에, 일반적으로 엘라스토머(elastomer), 종종 불소실리콘 고무(FVMQ)로 이루어진, 당업자에게 용어 "개폐 멤브레인(switching membrane)"으로 또한 알려진 개폐막(switching film)이 사용된다. 이들 개폐막들은 엘라스토머의 특유의 물성으로 인해 매우 플렉시블하다. 인가된 압력 비율의 함수로서, 이 개폐막은 압력 조절 밸브의 개구부를 개방 또는 폐쇄한다. 압력 비율은 일반적으로 압력 조절 밸브의 제1 챔버에 인가된 압력과 제2 챔버에 존재하는 압력 사이의 압력 차이로부터 추정된다. 제1 챔버의 압력은 예를 들면 대기압과 같을 수 있다. 개폐막은 1 내지 250 mbar 크기의 작은 개폐 압력으로 반응해야 한다.
블로바이 가스(blow-by gas)들은 연소되지 않은 연료 부분들, 엔진 오일 부분들, 및 연소 동안 발생되는 다른 오염 물질들로 구성된다. 이들 가스들은 많은 엘라스토머 유형들에 악영향을 미치며 따라서 재료 물성에 대한 손상이 발생할 수 있다. 이들 재료들로 이루어진 부품들은 취성, 다공성이 되며, 금이 가게 된다. 개폐막이 손상되는 경우, 시스템은 더 이상 밀봉 차단이 아니기 때문에 환경적으로 유해한 블로바이 가스들이 직접 환경에 도달된다. 엘라스토머의 개폐막은 보통 막의 어떤 스토로크(상승 운동)를 구현하기 위하여 롤 막으로서 설계된다. 롤링 영역의 재료는 롤링 운동에 의해 추가적으로 기계적으로 하중을 받으며, 동시에 블로바이 가스들에 의해 접촉되며, 따라서 손상될 수 있다.
DE 26 29 621 A1은 당업자에게 용어 "멤브레인 밸브(membrane valve)"로 알려진 막(film)을 구비한, 막 밸브(film valve)를 개시하며, 막은 밸브 하우징과 하우징 커버 사이의 그것의 림(rim)에서 클램핑되며, 압력 부재에 의해 밸브 하우징에 제공되는 시트 면에 밀봉 접촉하게 되며, 막은 하우징 내부를 향하고 어그레시브한 흐름 매질에 내성인 작은 탄성을 갖는, 예를 들면, PTFE로 이루어진 박막과 탄성 고무 재질로 이루어진 또 다른 후막으로 구성된다. 이러한 막 밸브들은 주로 흐름 매질과 접촉하는 재료의 높은 내화학성이 요구되는 곳에서 사용된다. 탄성 고무 재료들은 이러한 요구사항을 충족하지 못하므로, PTFE와 같은 내화학성 재료들은 적절한 기능을 위해 요구되는 탄성을 갖지 못하며, 2개의 층들을 포함하는 막들이 사용된다. 두꺼운 고무같은 층에 의해, 압력 부재에 의해 가해지는 접촉 압력은 가능한 균일하게 밸브 하우징의 시트 면과 상호 작용하는 개폐막의 밀봉 면에 전달된다. 이런 맥락에서, 2-층 막을 폐쇄하기 위해, 수 바(several bar)의 비교적 큰 스위칭 압력이 핸드휠에 연결된 압력 스핀들에 의해 필름에 가해져 뻣뻣한(stiff) PTFE 층에 의해 요구되는 밀봉 기능을 보장하게 된다.
본 발명의 목적은 어그레시브한 블로바이 가스를 갖는 내연기관의 작동에서 긴 수명을 달성하는 낮은 압력차에서 개폐하기 위한 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 어그레시브한 블로바이 가스를 갖는 내연기관의 작동에서 긴 수명을 달성하는 낮은 압력차에서 개폐하기 위한 이러한 유닛을 위한 개폐막을 제공하는 것이다.
상술한 목적은 유체를 위한 입구 및 출구를 포함하는 밸브 하우징을 가지며, 그리고 개폐막을 가지며, 상기 개폐막은 불소 및 탄소를 포함하는 폴리머 막으로 형성되는, 유체 압력을 조절 또는 제어하기 위한 유닛에 의한 본 발명의 일 태양에 따라 달성된다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 또 다른 목적은 불소 및 탄소를 포함하는 폴리머 막의 이러한 유닛을 위한 개폐막에 의해 달성된다.
본 발명의 유리한 실시형태들 및 이점들은 추가적인 청구항들, 상세한 설명, 및 도면에서 유래한다.
유체를 위한 입구 및 출구를 포함하는 밸브 하우징을 가지며, 입구 및 출구 사이에서 유체의 흐름을 방출 또는 차단하기 위한, 1 내지 250 mbar, 바람직하게는 1 내지 100 mbar의 압력차에서 개폐하기 위한 개폐막을 가지며, 상기 개폐막은 불소 및 탄소를 포함하는 폴리머 막으로 형성되는, 유체 압력을 조절 또는 제어하기 위한 유닛이 제안된다. 유닛은 흐름을 방출 또는 차단하는 기능뿐만 아니라 압력차의 함수로서 유동 횡단면의 연속적인 변화에 의해 입구 및 출구 사이의 유체의 흐름을, 2개의 개폐 상태들 사이에서 방출 또는 차단을 조절하는 기능도 한다.
불소 및 탄소를 포함하는 폴리머 막은 내화학성이며 막 밸브의 많은 개폐 사이클들을 개폐할 수 있다. 유닛의 장기간 안정성은 개선된다. 특히, 불소 및 탄소를 포함하는 폴리머는 PTFE(polytetrafluoroethylene)일 수 있다. 대안으로, 불소 및 탄소를 포함하는 폴리머는 혼합 재료를 갖는 모재로서 PTFE일 수 있으며; 또한, 불소 및 탄소를 포함하는 폴리머는 열가소성 가공이 가능한 PTFE일 수 있다.
유닛의 조절 거동을 적절한 방식으로 조절하기 위하여, 밸브 하우징에 지지되는 스프링 요소에 의해, 힘이 개폐막에 가해진다. 출구는 개폐막의 폐쇄 영역에 의해 폐쇄 가능한 밸브 하우징에 배치되는 단부에 밸브 시트(valve seat)를 포함하며, 이에 의해 입구로부터 출구로의 유체의 이송이 조절될 수 있다.
유리한 실시형태에 따르면, 개폐막은 중앙 폐쇄 영역을 둘러싸는 굴곡 영역(bending region)을 갖는 플레이트 형상 납작한 바디를 가질 수 있으며, 굴곡 영역은, 개폐막을 개폐하는 경우, 낮은-스트레치 굽힘 운동에 의해, 즉, 실제적인 적용에 대해서는 거의 스트레치가 없는, 특히 스트레치가 없는, 굽힘 운동에 의해 밸브 시트를 향해 또는 밸브 시트로부터 멀어지는 쪽을 향해 축방향으로 밸브 시트에 대해 폐쇄 영역을 이동시킨다. 이 구성에서 개폐막은 플레이트형 형태로 인해 작은 표면적에서뿐만 아니라 큰 표면적에 걸쳐서도 구부릴 수 있기 때문에, 개폐막의 개별 영역들은 단지 최소로 스트레치가 된다. 따라서 굽힘 운동이 개폐막의 큰 영역에 걸쳐 따라서 작은 스트레칭, 예를 들면 10% 미만을 갖는 곡률 변화의 형태의 작은 탄성 변형으로 실행된다.
유리한 실시형태에 따르면, 굴곡 영역은 폐쇄 영역 주위(둘레)에 주름진(물결 모양의) 형상으로 반경방향으로 연장할 수 있다. 이와 관련해서 굴곡 영역은 편리하게는 폐쇄 영역 주위에 적어도 하나의 반경방향으로 배치된 주름부를 포함하며, 이러한 하나 또는 복수의 주름부들은 개폐막의 교번 배치되는 상승부 및 하강부를 갖는 오목하게 그리고 볼록하게 연장하는 곡률(만곡) 영역들로서 형성된다. 이와 관련해서, 개폐막의 하나의 납작한 측에 있는 상승부는 개폐막의 다른 납작한 측에 있는 하강부에 대응한다. 용어 주름진 형상(corrugated shape)은 만곡 형상 주름부뿐만 아니라 예를 들면, U-형상 또는 다른 오목하게 또는 볼록하게 만곡된 외형도 또한 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 할 것이다. 가상의 막 평면의 단지 일 측에 대한 곡선 편향부는 또한 주름부를 구성한다. 이러한 방식으로, 균일한 힘 경로를 가지며 동시에 불소 및 탄소를 포함하는 폴리머 막의 스트레칭이 최소 내지 스트레칭이 전혀 없는 유익한 굽힘 거동이 달성될 수 있으며, 즉, 굴곡 영역의 기하학적 구조로 인해 개폐막의 중앙 영역이 작은 스트레치 운동으로, 즉, 실제적인 적용에 대해서는 거의 스트레치가 없는 또는, 특히 스트레치가 없는 방식으로, 축방향으로 이동될 수 있다. 또한, 불소 및 탄소를 포함하는 폴리머 막의 운동은 심지어 필름의 전면과 후면 사이의 매우 작은 압력차에 대해서도 야기될 수 있다. 이러한 방식으로, 250 mbar 미만의 압력차에 대한 밸브의 개폐가 가능하다.
따라서 내연기관 압력 조절 및/또는 내연기관의 크랭크케이스의 압력 조절을 위한 종래의 유닛의 엘라스토머의 종래의 개폐막은 불소 및 탄소를 포함하는 폴리머의 막으로 대체된다. PTFE와 같은 불소 및 탄소를 포함하는 폴리머 재료는 소결 공정에 의해 제조될 수 있으며 이어서 기계적으로 가공될 수 있다. 이러한 막은 그것의 보통 형태가 매우 뻣뻣하며 플렉시블한 부품들에 대해서는 적합하지 않다. PTFE는 우수한 내화학성을 가지며 매우 광범위한 온도 범위에서 사용 가능하며 탄성률이 엘라스토머 재질과 비교하여 낮은 온도를 향해 크게 증가한다. 이러한 이유로, PTFE는 내연기관에서 자동차 적용들에서 요구되는 온도 범위 (-40℃ 내지 +150℃)에서 막으로서 사용하기에는 다소 적합하지 않다. 이러한 불리한 점은 특별한 기하학적 구조에 의해 그리고 선택적으로 불소 및 탄소를 포함하는 폴리머의 막의 극히 얇은 벽 두께에 의해 본 발명에 따르는 유닛에서 유리하게 회피된다. 재료의 클램핑 영역 및 움직이지 않는 밀봉 영역은 훨씬 두껍게 구현될 수 있으며, 종래기술에서 통상적으로 사용되는 바와 같이 롤링 영역이 없는 막의 특별히 발전된 기하학적 구조일 수 있는, 이동 가능한 영역의 PTFE 재료의 벽 두께의 수 십분의 일 밀리미터로의 감소에 의해, 뻣뻣한 재질을 요구되는 유연성을 갖지만 이것에도 불구하고 크랙 형성, 스트레칭, 및 굽힘 피로 강도에 관한 기계적 요구사항들을 여전히 충족하는 형상으로 가져올 수 있다. 특별한 기하학적 구조로 인해, 롤링 운동이 더 이상 발생하지 않지만, 대신에 반경 변화를 갖는 낮은-스트레치 굽힘 운동이 발생하며 이에 의해 유닛을 위한 개폐막의 스트로크 운동(리프팅 운동)이 구현될 수 있다.
유리한 실시형태에 따르면, 개폐막은 그 전체 확장에 걸쳐 대체로 일정한 두께를 갖는다. 이것은 그것의 납작한 확장에 수직하게 개폐막은 대체로 동일한 두께를 가지며, 즉, 림(rim) 영역에서의 개폐막은 굴곡 영역에서보다 최대 2배만큼 두껍다. 이것은 개폐막이 성형 공정, 특히 딥 드로잉에 의해 제조된다는 점에서 유리하게 달성될 수 있다. 이와 관련해서, 굴곡 영역은 개폐막의 림 영역보다 약간 더 얇을 수 있다. 바람직하게는, 개폐막은 최대 0.5 mm 두께이다. 공지된, 예를 들면, 엘라스토머의 공지된 개폐 멤브레인에서와 같이, 국부적으로 제한된, 상당히 증가된 재료 두께를 갖는 영역들의 제거에 의해, 이러한 개폐막은 이와는 대조적으로 실제적 고려에 대해서는 균일한 재료 두께로 간단한 방식으로 제조될 수 있다. 엘라스토머 멤브레인에서 멤브레인의 두께는 전형적으로 얇은 영역의 배수만큼 다르며 왜냐하면 엘라스토머 멤브레인은 전형적으로 마스터 성형 공정에 의해, 예를 들면, 프레싱 툴에서 엘라스토머의 벌커니제이션에 의해 제조되기 때문이다.
유리한 실시형태에 따르면, 개폐막의 폐쇄 영역에 힘을 가하는, 밸브 하우징에 지지되는 스프링 요소가 제공될 수 있다. 이와 관련해서, 요구되는 압력 범위에서 유닛의 조절 거동을 달성하기 위하여, 스프링 요소는 개폐막에 적절한 대항력을 가한다. 이와 관련해서, 조절될 유체로부터 멀어지는 쪽을 향하는 개폐막의 측은 보통 대기압으로 채워진다.
유리한 실시형태에 따르면, 스프링 요소는 폐쇄 영역에서 플레이트에 의해 지지될 수 있다. 이러한 방식으로, 개폐막에서 스프링 요소의 안정된 접촉이 달성되며 따라서 개폐막으로의 정의된 힘 도입이 보장된다. 동시에, 불소 및 탄소를 포함하는 얇은 폴리머 막으로서 본 발명에 따라 구현되는, 개폐막은 스프링 요소에 의해 가능한 손상으로부터 이에 의해 보호된다.
유리한 실시형태에 따르면, 폐쇄 영역은 냄비 형상 벌지(bulge)(돌출부)를 가질 수 있다. 냄비 형상 벌지로 인해, 폐쇄 영역의 안정된 형상이 달성되며 이에 의해 폐쇄 영역이 밸브 시트에 지지되는 경우 신뢰 가능한 밀봉 작용이 보장될 수 있다. 이와 관련해서, 벌지 그 자체는 개폐막의 굽힘 운동에 의해 그 형상이 영향을 받지 않으며 신뢰 가능한 밀봉 효과를 위해 형상을 유지한다.
유리한 실시형태에 따르면, 스프링 요소는 냄비 형상 벌지 주위에 배치될 수 있다. 이러한 방식으로, 스프링 요소로부터 개폐막으로의 균일한 힘 도입이 달성되며 벌지로서 형성된 폐쇄 영역은 그 형상에 관하여 힘 도입에 의해 영향을 받지 않는다. 스프링 요소의 플레이트가 벌지 주위에 환형 형상으로 배치되며 따라서 플레이트가 추가적으로 벌지의 형상을 안정화시키기 때문에 이것이 더욱더 보장된다. 이와 관련해서, 폐쇄 영역으로서 벌지는 스프링 요소의 내부 영역에 배치된다.
유리한 실시형태에 따르면, 스프링 요소는 벌지를 향하는 그 단부면에 사출 성형에 의해 매립될 수 있다. 또한, 플라스틱 재료에 매립의 형태로 스프링 요소의 플레이트의 구현은 매우 편리할 수 있으며 스프링 요소와 개폐막의 연결에 유익하게 영향을 줄 수 있다. 또한, 불소 및 탄소를 포함하는 얇은 폴리머 막은 이러한 방식으로 스프링 요소의 영역에서 기계적 부하로부터 추가적으로 보호된다.
유리한 실시형태에 따르면, 유닛의 제1 챔버는 대기압으로 채워질 수 있다. 유닛의 효과적인 조절 거동을 위해, 개폐막은 가능한 자유롭게 이동 가능해야 하며 이 목적을 위해 조절될 유체가 배치되는 제2 챔버로부터 개폐막에 의해 분리되는 제1 챔버는 환경, 즉, 대기압에 편리하게 연결된다. 이와 관련해서 스프링 요소는 대기압을 보상하며 따라서 개폐막의 조절 거동은 낮은 압력 차이 범위에서 구현될 수 있다.
유리한 실시형태에 따르면, 개폐막은 개방 및 폐쇄 상태의 그 최대 위치들 사이의 태핏 없이 이동 가능할 수 있다. 개폐막의 개방 및 폐쇄는 양측에서 개폐막 에 작용하며 이것을 일 방향 또는 다른 방향으로 이동시키는 이동 가능한 접촉 태핏 없이 구현될 수 있다. 대신에, 개폐막은 단지 개폐막의 양 측에서의 압력차에 의해 전후로 이동될 수 있다.
대안으로, 개폐막은 개폐막에 작용하는 이동 가능한 기계적 작동 수단, 예를 들면, 태핏에 의해 폐쇄 및 개방 상태의 그 최대 위치들 사이에서 전후로 이동 가능한 것이 제공될 수 있다.
유리한 실시형태에 따르면, 개폐막의 폐쇄 영역은 입구와 출구 사이의 유체의 흐름을 차단할 수 있다. 개폐막은 흐름을 차단하기 위하여 밀봉 시트를 즉시 접촉할 수 있다.
유리한 실시형태에 따르면, 개폐막의 일 측에 제어 압력으로서 대기압이 인가된다는 점에서 개폐막은 개방 및 폐쇄 상태의 그 최대 위치들 사이에서 이동 가능할 수 있다. 유리하게는, 개폐막은 자동으로 조절되며 개폐막은 유닛의 하나의 챔버 내의 대기압과 유닛의 다른 챔버 내의 작동 압력 사의의 압력차에 의해 간접적으로 폐쇄될 수 있다. 작동 압력은, 예를 들면, 내연기관의 크랭크케이스 내의 압력일 수 있다.
대안적인 실시형태에 따르면, 개폐막은 개폐막의 일 측에 대기압과는 다른 제어 압력이 인가되며 그리고/또는 개폐막을 개폐하기 위한 기계적 작동 수단이 제공된다는 점에서 개방 및 폐쇄 상태의 그 최대 위치들 사이에서 이동 가능할 수 있다.
유리한 실시형태에 따르면, 개폐막은, 적어도 굴곡 영역에서, 최대 0.5 mm, 바람직하게는 최대 0.3 mm, 특히 바람직하게는 최대 0.2 mm의 두께를 가질 수 있다. 불소 및 탄소를 포함하는 폴리머 막, 예를 들면, PTFE 막 또는 PTFE 함유 막의 이러한 최소(매우 작은)두께로, 공정에서 상당한 스트레칭을 경험하지 않고 낮은 차이 압력에서 충분히 쉽게 굽혀질 수 있는 것이 달성될 수 있다. 유리하게는, 막의 작은 두께와 주름진 굴곡 영역은 작은 개폐 압력을 가능하게 하기 위하여 상호 작용할 수 있다. 막은 개폐막의 폐쇄 영역으로 밸브 시트를 밀폐함에 의해 요구되는 개폐 거동을 보장할 수 있다. 보통 두꺼운 PTFE 부품들에 배치되며 뻣뻣한 PTFE 재료의 기계적 절삭 또는 기계 가공에 의해 제조되며 뻣뻣한 PTFE 재료의 운동을 가능하게 하는 접힌 벨로즈 영역과는 대조적으로, 이러한 구조는, 이러한 얇은 불소 및 탄소를 포함하는 폴리머 막의 경우에는 이러한 구조가 필요하지 않은데, 왜냐하면 굽힘 운동이 단지 개폐막의 반경방향으로 배치된 주름진 영역들을 갖는 플레이트형 구성에 의해 가능하기 때문이다.
유리한 실시형태에 따르면, 개폐막은 40 mm와 100 mm 사이의, 바람직하게는 50 mm와 80 mm 사이의 직경을 가질 수 있다. 요구되는 낮은 압력차에서 유닛의 요구되는 조절 거동을 달성하기 위하여 특정한 직경을 갖는 개폐막은 상술한 막 두께와 관련하여 충분한 굽힘 운동 자유를 달성한다. 따라서, 자동차 분야의 종래의 내연기관을 위한 벤팅 밸브는 효율적으로 구현될 수 있다. 또한 0.5 mm 이상의, 예를 들면, 최대 1 mm 내지 0.5 mm의 범위의 약간 더 큰 두께의 개폐막이 대응하는 더 큰 직경들로 구현될 수 있는 것을 생각할 수 있다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 중앙 폐쇄 영역을 둘러싸는 굴곡 영역을 갖는, 플레이트형 납작한 바디를 가지며, 불소 및 탄소를 포함하는 폴리머 막으로 형성되는 유닛을 위한 개폐막이 제안되며, 개폐막의 개폐를 위한 폐쇄 영역은 축방향으로 굴곡 영역의 낮은-스트레치, 특히 스트레치가 없는, 굽힘 운동에 의해 전후로 이동 가능하다. 이러한 구성의 개폐막은 단지 작은 표면적에서 굽혀질 뿐만 아니라 플레이트형 형태로 인해 큰 표면적에 걸쳐서도 굽혀질 수 있기 때문에, 개폐막의 개별 영역들은 단지 최소로 스트레칭을 받는다. 따라서 굽힘 운동은 개폐막의 큰 영역에 걸쳐 수행되며 따라서 최소 곡률(만곡)로 수행된다.
유리한 실시형태에 따르면, 굴곡 영역은 폐쇄 영역 주위에 주름진 형상으로 반경방향으로 연장할 수 있다. 이와 관련해서, 굴곡 영역은 편리하게는 폐쇄 영역 주위에 적어도 하나의 반경방향으로 배치되는 주름부를 포함하며, 이러한 하나 또는 복수의 주름부들은 개폐막의 교번 배치되는 상승부 및 하강부를 갖는 오목하게 그리고 볼록하게 연장하는 곡률(만곡) 영역들로서 구현된다. 이와 관련해서, 개폐막의 하나의 평평한 측 상의 벌지(돌출부)는 개폐막의 다른 평평한 측 상의 하강부에 대응한다. 이러한 방식으로, 균일한 힘 경로를 가지며 동시에 불소 및 탄소를 포함하는 폴리머 막의 스트레칭이 최소 스트레칭(낮은-스트레치) 내지 스트레칭이 전혀 없는(스트레치가 없는) 유익한 굽힘 거동이 달성될 수 있으며, 즉, 굴곡 영역의 기하학적 구조로 인해 개폐막의 중앙 영역이 축방향으로, 작은 스트레치로 또는 심지어 스트레치가 없는 방식으로, 이동될 수 있다. 또한, 불소 및 탄소를 포함하는 폴리머 막의 운동은 이러한 방식으로 막의 전면과 후면 사이의 매우 작은 압력차에서 야기될 수 있다.
유리한 실시형태에 따르면, 중앙 폐쇄 영역은 냄비 형상으로 돌출할 수 있다. 냄비 형상 벌지(돌출부)로 인해, 폐쇄 영역의 안정된 형상이 달성되며 따라서 밸브 시트에 대한 폐쇄 영역의 지지 시 신뢰 가능한 밀봉 작용이 보장될 수 있다. 벌지 그 자체는 그 형상과 관련하여 개폐막의 굽힘 운동에 의해 영향을 받지 않으며 신뢰 가능한 밀봉 효과를 위해 형상이 유지된다.
유리한 실시형태에 따르면, 적어도 굴곡 영역은 최대 0.5 mm의 두께, 바람직하게는 최대 0.3 mm의 두께, 특히 바람직하게는 최대 0.2 mm의 두께를 가질 수 있으며, 납작한 바디는 특히 150 mm 미만의 직경, 바람직하게는, 40 mm 내지 100 mm 사이의 직경, 특히 바람직하게는 50 mm 내지 80 mm 사이의 직경을 가질 수 있다. 불소 및 탄소를 포함하는 폴리머 막의 이러한 최소 두께로, 막이 이에 의해 상당한 스트레칭을 경험하지 않고 낮은 차이 압력에서 충분히 쉽게 굽혀질 수 있는 것이 달성될 수 있다. 또한 0.5 mm 이상, 예를 들면, 최대 1 mm 내지 0.5 mm의 범위의 약간 더 큰 두께의 개폐막이 대응하는 더 큰 직경들에 대해 구현될 수 있는 것을 생각할 수 있다.
개폐막은 개폐막의 폐쇄 영역으로 밸브 시트의 폐쇄에 의해 요구되는 개폐 거동을 보장할 수 있다. 보통 두꺼운 PTFE 막과 결합 배치되며 뻣뻣한 PTFE 재료의 운동을 가능하게 하는 접힌 벨로즈 영역과는 대조적으로, 이러한 구성은 불소 및 탄소를 포함하는 폴리머로 구성되는 이러한 얇은 막에 대해서는 필요하지 않는데 왜냐하면 굽힘 운동이 단지 개폐막의 반경방향으로 배치된 주름진 영역들을 갖는 플레이트형 구성에 의해 가능하기 때문이다. 요구되는 낮은 압력차에서 유닛의 요구되는 조절 거동을 달성하기 위하여 특정한 직경의 개폐막은 상술한 특정 막 두께에 대해 충분한 굽힘 운동 자유를 갖는다. 이러한 방식으로, 자동차 분야의 종래의 내연기관을 위한 벤팅 밸브는 효율적으로 구현될 수 있다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 본 발명에 따르는 유닛은 내연기관의 압력 조절을 위해 및/또는 내연기관의 크랭크케이스의 압력 조절을 위해 사용된다.
본 발명은 어그레시브한 블로바이 가스를 갖는 내연기관의 작동에서 긴 수명을 달성하는 낮은 압력차에서 개폐하기 위한 유닛을 제공하며, 또한 어그레시브한 블로바이 가스를 갖는 내연기관의 작동에서 긴 수명을 달성하는 낮은 압력차에서 개폐하기 위한 이러한 유닛을 위한 개폐막을 제공한다.
추가적인 이점들은 이하의 도면의 설명으로부터 유래한다. 도면에는 본 발명의 실시형태들이 도시된다. 도면, 상세한 설명, 및 청구항들은 많은 특징들을 조합으로 포함한다. 당업자는 특징들을 또한 개별적으로 형편에 맞게 고려할 것이고 이들을 의미있는 또 다른 조합들로 결합할 것이다.
도면은 예시적인 방식으로 도시되며 도면에서:
도 1은 본 발명의 실시형태에 따르는 불소 및 탄소를 포함하는 폴리머의 개폐막을 갖는 유닛을 단면도로 도시하며;
도 2는 본 발명의 실시형태에 따르는 불소 및 탄소를 포함하는 폴리머의 개폐막을 등각투영도로 도시하며;
도 3은 하중이 걸리지 않은 상태의 도 2의 개폐막을 종방향 단면도로 도시하며;
도 4는 휘어진 상태의 도 2의 개폐막을 종방향 단면도로 도시한다.
도면들에서, 동일 또는 유사한 부품들에는 동일한 참조부호가 부여된다. 도면들은 단지 예들을 도시하며 한정하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따르는 불소 및 탄소를 포함하는 폴리머의 개폐막(22)에 의해 유체 압력을 조절 또는 제어하기 위한 유닛(10)을 단면도로 도시한다. 유닛(10)은 특히 내연기관의 압력 조절 및/또는 내연기관의 크랭크케이스의 압력 조절을 위해 사용하기 위한 유체 압력을 제어 또는 조절하기 위한 기능을 한다. 유닛(10)은 하우징 커버(14)를 구비한 밸브 하우징(12)을 포함하며, 밸브 하우징(12)은 유체를 위한 입구(28) 및 출구(30)를 포함한다. 개폐막(switching film)(22)은 불소 및 탄소를 포함하는 폴리머 막, 예를 들면, PTFE로 형성되며, 밸브 하우징(12)과 하우징 커버(14) 사이의 클램핑 영역(60)에 의해 클램핑된다. 개폐막(22)은 제1 챔버(36)를 제2 챔버(38)로부터 분리시킨다. 압력차가 제1 챔버(36)와 제2 챔버(38) 사이에 존재하며 제1 챔버(36)는 주변 환경, 즉, 대기압과 통한다(미도시). 개폐막(22)은 1 내지 250 mbar, 바람직하게는 1 내지 100 mbar의 압력차에 의해 이동될 수 있으며, 입구(28) 및 출구(30) 사이의 유체의 흐름을 방출 또는 차단하는 기능을 한다. 사용 시, 유닛(10)의 입구(28)는 예를 들면 내연기관의 크랭크케이스에 유체적으로 연결되며 반면에 출구(30)는 흡기 매니폴드에 유체적으로 연결된다. 개폐막(22)은 중앙에 배치되는 폐쇄 영역(24)을 둘러싸는 주름진 굴곡 영역(18)을 갖는 플레이트 형상 납작한 바디(16)를 포함한다. 개폐막(22)을 개폐하는 경우, 굴곡 영역(18)은 낮은-스트레치, 특히 스트레치가 없는, 굽힘 운동에 의해 밸브 시트(32)를 향해 또는 밸브 시트(32)로부터 멀어지는 쪽을 향해 축방향(L)으로 밸브 시트(32)에 대해 폐쇄 영역을 이동시킨다. 개폐막(22)은 이 목적을 위해 적어도 굴곡 영역(18)에서 최대 0.5 mm, 바람직하게는 최대 0.3 mm, 특히 바람직하게는 최대 0.2 mm의 두께를 포함한다. 이와 관련해서 개폐막(22)의 직경은 40 mm 내지 100 mm 사이이며, 바람직하게는 50 mm 내지 80 mm 사이이다.
굴곡 영역(18)은 폐쇄 영역(24) 주위에 주름진 형상으로 반경방향으로 연장하며, 하나의 납작한 측의 하강부는 개폐막(22)의 다른 납작한 측의 상승부에 대응한다. 폐쇄 영역(24)은 그것이 밸브 시트(32)에 지지되는 경우 유체-기밀적으로 밸브 시트(32)를 밀폐한다. 밸브 하우징(12)에 지지되는 스프링 요소(26)가 제공되어 개폐막(22)의 폐쇄 영역(24)에 힘을 가하며 이러한 방식으로 제1 챔버(36) 내의 대기압을 보상한다. 이와 관련해서, 스프링 요소(26)는 폐쇄 영역(24)에서 환형 플레이트(34)에 의해 지지된다. 폐쇄 영역(24)은 개폐막(22)의 냄비형 벌지(20)로서 구현되며 지지 링 형태의 플레이트(34)는 이 벌지를 환형으로 테를 두른다. 스프링 요소(26)는 대안으로 플레이트(34) 없이 개폐막(22)과 체결되며 이와 관련해서 개폐막(22)의 보호를 위해 사출 성형에 의해 벌지(20)를 향하는 그 단부면에서 매립될 수 있으며 따라서 매립이 플레이트(34)를 대체할 수 있다. 개폐막(22)의 납작한 부분과 벌지(20) 사이의 림(rim)(56)은 플레이트(34)에 매칭되며 따라서 개폐막(22)은 플레이트(34)에 직접 접촉할 수 있다. 따라서 스프링 요소(26)는 스프링 요소(26)의 내부로 연장하는 냄비형 벌지(20) 주위에 배치된다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따르는 불소 및 탄소를 포함하는 폴리머 막의 개폐막(22)을 등각투영도로 도시한다. 유닛(10)을 위한 개폐막(22)은 중앙 폐쇄 영역(24)을 둘러싸는 굴곡 영역(18)을 갖는, 플레이트형 납작한 바디(16)를 갖는, 불소 및 탄소를 포함하는 폴리머 막, 예를 들면, PTFE로 형성되며, 개폐막(22)을 개폐하기 위한 폐쇄 영역(24)은 축방향(L)으로 굴곡 영역(18)의 낮은-스트레치, 특히 스트레치가 없는, 굽힘 운동에 의해 왕복 이동 가능하다. 중앙 폐쇄 영역(24)은 냄비형 벌지로서 구현된다. 개폐막(22)의 직경(54)은 40 mm 내지 100 mm 사이이며, 바람직하게는 50 mm 내지 80 mm 사이이다. 굴곡 영역(18)은 폐쇄 영역(24) 주위에 주름진 형태로 반경방향으로 연장한다. 도 2의 실시형태에서, 3개의 주름부들(40, 44, 48)이 도시되며 폐쇄 영역(24) 주위에 동심으로 배치되며 반대 곡률(만곡)을 각각 가지며, 따라서 납작한 바디(16)의 굽힘 운동이 이러한 방식으로 선호된다.
도 3은 하중이 걸리지 않은 상태의 도 2의 개폐막을 종방향 단면도로 도시한다. 하중이 걸리지 않는 상태에서, 림(rim)(56)은 외측 클램핑 영역(60)과 동일한 레벨에서 개폐막(22)의 납작한 영역과 냄비형 벌지(20) 사이에 배치된다. 굴곡 영역(18)은, 유닛(10)의 제1 챔버(36)에서 볼 때, 교번 순서로 볼록하게, 오목하게, 그리고 볼록하게, 반경들(42, 46, 50)로 구현되는 3개의 주름부들(40, 44, 48)로 형성된다. 적어도 굴곡 영역(18)에서, 불소 및 탄소를 포함하는 폴리머 막의 두께(52)는 최대 0.5 mm, 바람직하게는 최대 0.3 mm, 특히 바람직하게는 최대 0.2 mm의 범위이다. 도 3의 개폐막(22)의 납작한 바디(16)는, 도시된 바와 같이, 특히, 40 mm 내지 100 mm 사이의, 바람직하게는 50 mm 내지 80 mm 사이의 직경(54)을 갖는다.
도 4는 휘어진 상태의 도 2의 개폐막을 종방향 단면도로 도시한다. 폐쇄 영역(24)는 상당히 하강되며, 따라서 도 1의 유닛(10)에서, 예를 들면, 밸브 시트(32)와 접촉할 수도 있다. 폐쇄 영역(24)의 하강 운동은 폐쇄 영역(24) 주위에 동심으로 반경방향 배열로 각각 배치되는 3개의 주름부들(40, 44, 48)의 3개의 반경들(42, 46, 50)의 반경 확장에 의한 개폐막(22)의 굽힘 운동에 의해 야기된다. 반경들(42, 46, 50)을 상징하는 화살표들은 반경 확장을 나타내는 것을 의미한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 폐쇄 영역(24)의 스트로크(58)는 하중이 걸리지 않은 상태에서 도 2에 도시된 개폐막(22)의 스트로크(58)와 비교해 상당히 확대된다. 개폐막(22)의 납작한 영역과 폐쇄 영역(24) 사이의 림(56)은 반면에 굽힘 운동에도 불구하고 대략 직사각형 형상을 유지하는데 왜냐하면 개폐막(22)의 납작한 바디(16)가 넓은 굴곡 영역(18)을 가지며 따라서 전체 굴곡 영역(18)의 곡률이 매우 큰 곡률 반경을 나타내기 때문이다.

Claims (16)

  1. 유체를 위한 입구(28) 및 출구(30)를 포함하는 밸브 하우징(12)을 가지며, 입구(28)와 출구(30) 사이에서 유체의 흐름을 조절, 방출 또는 차단하기 위한, 1 내지 250 mbar, 바람직하게는 1 내지 100 mbar의 압력차에서 개폐하기 위한 개폐막(22)을 가지며, 개폐막(22)은 불소 및 탄소를 포함하는 폴리머 재질로 형성되는, 유체 압력을 조절 또는 제어하기 위한 유닛(10).
  2. 제1항에 있어서,
    개폐막(22)은 중앙 폐쇄 영역(24)을 둘러싸는 굴곡 영역(18)을 갖는, 플레이트형 납작한 바디(16)를 포함하며, 개폐막(22)을 개폐하는 경우, 굴곡 영역(18)은 낮은-스트레치, 특히 스트레치가 없는, 굽힘 운동에 의해 밸브 시트(32)를 향해 또는 밸브 시트(32)로부터 멀어지는 쪽을 향해 축방향(L)으로 밸브 시트(32)에 대해 폐쇄 영역(24)을 이동시키는 것을 특징으로 하는 유닛.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    굴곡 영역(18)은 폐쇄 영역(24) 주위에 주름진 형상으로 반경방향으로 연장하는 것을 특징으로 하는 유닛.
  4. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    개폐막(22)은 전체 확장에 걸쳐 최대 50%만큼 변하는 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 유닛.
  5. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    밸브 하우징(12)에 지지되며 개폐막(22)에 힘을 가하는 스프링 요소(26)가 제공되며, 바람직하게는 스프링 요소(26)가 개폐막(22)에 플레이트(34)에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 유닛.
  6. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    폐쇄 영역(24)은 냄비형 벌지(20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유닛.
  7. 제5항 내지 제6항들 중 어느 한 항에 있어서,
    스프링 요소(26)는 냄비형 벌지(20) 주위에 배치되는 것을 특징으로 하는 유닛.
  8. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    개폐막(22)의 일 측에 제어 압력으로서 대기압이 인가된다는 점에서 개폐막(22)은 개방 및 폐쇄 상태의 그 최대 위치들 사이에서 이동 가능한 것을 특징으로 하는 유닛.
  9. 제1항 내지 제7항들 중 어느 한 항에 있어서,
    개폐막(22)은 개폐막(22)의 일 측에 대기압과는 다른 제어 압력이 인가되며 그리고/또는 개폐막(22)을 개폐하기 위한 기계적 작동 수단이 제공된다는 점에서 개방 및 폐쇄 상태의 그 최대 위치들 사이에서 이동 가능한 것을 특징으로 하는 유닛.
  10. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    개폐막(22)은 적어도 굴곡 영역(18)에서 최대 0.5 mm, 바람직하게는 최대 0.3 mm, 특히 바람직하게는 최대 0.2 mm의 두께(52)를 가지며, 그리고/또는 개폐막(22)은 150 mm 이하, 바람직하게는 40 mm 내지 100 mm 사이, 특히 바람직하게는 50 mm 내지 80 mm 사이의 직경(54)을 갖는 것을 특징으로 하는 유닛.
  11. 중앙 폐쇄 영역(24)을 둘러싸는 굴곡 영역(18)을 갖는, 플레이트형 납작한 바디(16)를 가지며, 불소 및 탄소를 포함하는 폴리머 재질로 형성되는, 선행하는 항들 중 어느 한 항에 따르는 유체 압력을 조절 또는 제어하기 위한 유닛(10)을 위한 개폐막(22)으로서, 폐쇄 영역(24)은 굴곡 영역(18)의 낮은-스트레치, 특히 스트레치가 없는, 굽힘 운동에 의해 개폐막(22)의 개폐를 위해 축방향(L)으로 전후로 이동 가능한 것을 특징으로 하는 개폐막(22).
  12. 제11항에 있어서,
    굴곡 영역(18)은 폐쇄 영역(24) 주위에 주름진 형태로 반경방향으로 연장하는 것을 특징으로 하는 개폐막.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    중앙 폐쇄 영역(24)은 냄비-형상 벌지인 것을 특징으로 하는 개폐막.
  14. 제11항 내지 제13항들 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 굴곡 영역(18)은 최대 0.5 mm, 바람직하게는 최대 0.3 mm, 특히 바람직하게는 최대 0.2 mm의 두께(52)를 가지며, 그리고/또는 납작한 바디(16)는 특히 150 mm 이하, 바람직하게는 40 mm 내지 100 mm 사이, 특히 바람직하게는 50 mm 내지 80 mm 사이의 직경(54)을 갖는 것을 특징으로 하는 개폐막.
  15. 제11항 내지 제14항들 중 어느 한 항에 있어서,
    불소 및 탄소를 포함하는 폴리머 재료는 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene), 또는 혼합물을 갖는 폴리테트라플루오로에틸렌, 또는 열가소성 가공이 가능한 폴리테트라플루오로에틸렌인 것을 특징으로 하는 개폐막.
  16. 내연기관의 압력 조절을 위해 및/또는 내연기관의 크랭크케이스의 압력 조절을 위한 제1항 내지 제10항들 중 어느 한 항에 따르는 유닛(10)의 사용.
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