KR20210087500A - 수축-끼워맞춤 칼라 - Google Patents

Abstract

두 원주 에지(10)가 플랜지 가공된 수축-끼워맞춤 링은, 그것의 더 큰 고유 강성 덕분에 좌굴의 위험없이 더 얇은 밴드 두께의 사용을 가능하게 한다. 원주 에지(10)는 반경방향으로 외향을 지향하는 림(16)에서 종결되고, 상기 림은 대략 70° 내지 90°의 각도로, 축방향으로 더욱 내향에 놓인 링의 플랜지 가공되지 않은 중앙 섹션(13)을 둘러싼다. 플랜지 가공은 링의 에지 직경의 연장을 야기하고, 링의 에지 영역(14)은 둥근 방식으로 외향 만곡되고 에지 표면(11)은 바람직하게 링의 축(12)에 대해 대략 0° 내지 대략 20°의 각도로 연장된다.

Description

수축-끼워맞춤 칼라

소위 멀티-크림프 또는 수축-끼워맞춤 링 또는 칼라는 다양한 설계로 생산된다. 종래의 제조 프로세스에서는, 축방향 혹은 나사선을 따라 용접된 관이 소정의 폭의 링으로 절단된다. 대안적으로, 소정의 링의 폭에 따라 나뉜 스트립으로부터 링의 원주에 상응하는 길이의 밴드가 직선 혹은 대각선으로 절단되며, 밴드는 링을 형성하기 위해 둥글게 되고 밴드의 두 단부가 맞대기-용접된다.

수축을 위하여, 링 혹은 칼라는 반경방향 내향으로 작용하는 여러 가압 조오(jaw)를 갖는 도구에 의해 압축된다. 멀티-크림핑으로도 알려진 이 수축 프로세스 동안, 밴드가 충분히 두껍지 않은 경우 링의 좌굴 위험이 있다.

이 일반적인 형태의 수축-끼워맞춤 링은 DE 10 2007 008 274 A1에 기재되어 있다. 여기에 기재된 링은 파이프와 중첩된 영역 내에서 반경방향 멀티-크림핑에 의해 호스 상에서 압축된다. 단면에서, 그것은 반경방향 내향으로 2회 휘어진 구조를 갖는데, 여기서 반경방향 내부 섹션은 호스를 보호하기 위해 둥글게 처리된다.

일반적인 목적으로서, 본 발명은 공지된 수축-끼워맞춤 링과 함께 발생하는 단점들을 적어도 부분적으로 극복하는 것을 목적으로 한다. 더 구체적인 목적은 소정의 강도를 달성하는 데 있어서 더 작은 밴드 두께의 사용을 허용하는 수축-끼워맞춤 링의 제공에 있다.

이 목적은 양쪽의 축방향 원주 에지에서, 링을 외향으로 70° 내지 90°만큼 만곡함으로써 달성된다. 바람직하게 플랜지 가공 혹은 다른 만곡 혹은 절첩 프로세스들에 의해 달성되는 이 성형 프로세스는, 보강 주름 혹은 I-비임의 원리에 따라 링의 고유 강성을 증가시키며, 그 결과 더 작은 밴드 두께에서도 수축 프로세스동안의 링의 좌굴이 방지된다.

이 성형은 밴드 에지 직경의 증가를 야기하고, 이에 따라 밴드 에지가 둥글게 처리되고 외향 만곡된다. 이것은 링으로 둘러싸인 호스 재료의 손상을 방지한다.

본 발명의 실시예들은 도면에 대한 참조와 함께, 이하에서 더 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른, 플랜지 가공된 주연 에지를 갖는 수축-끼워맞춤 링의 축방향 측면도이다.
도 2는 도 1의 선 A-A를 따르는 축방향 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 수축-끼워맞춤 링의 사시도이다.
도 4는 도 2의 부분 X의 확대된 축방향 단면도이다.
도 5는 세 개의 수축-끼워맞춤 링의 부하 거동의 컴퓨터 기반 시뮬레이션 결과에 따른, 힘-변위 다이어그램이다.

도면에 도시된 링 혹은 칼라는 일정한 밴드 두께를 가지고, 림(limb)(16)이 플랜지 가공되지 않은 중앙 섹션(13)과 대략 70° 내지 90°의 각도를 형성하는 방식으로 두 원주 에지(10)에서 반경방향 외향으로 플랜지 가공된다. 대략 75° 내지 대략 85°의 각도가 특히 바람직하다.

도시된 실시예에서, 각도는 대략 80°이고, 주연 에지(10)의 실질적으로 직선인 단부 면(11)은 링의 축(12)과 대략 10°의 각도로 연장한다. 반경방향으로 더욱 내향에 있는 링의 중앙 섹션(13)은 양쪽에서 둥근 영역(14)으로 종결된다.

링의 전체 내부 표면은 그것이 둘러싸고 있는 튜브(도시 생략)에 대하여 에지가 없다. 외향 플랜지의 반경방향 높이는 바람직하게는 크림핑 작업 동안 큰 압축 하에서도 링의 내부 섹션(13)의 축방향 단부(15)가 튜브로부터 이격되는 것이다. 중앙 섹션(13)은, 좌굴 등에 의한 중단 없이, 원주방향으로 연속적으로 이어진다.

멀티-크림프 링은, 예컨대 자동차 산업에서 공기 충전 혹은 냉/난방 시스템 내의 민감성 호스 재료와 함께 사용된다. 통상의 호스의 공차 때문에, 상이한 압축율이 발생한다 - 큰 호스 두께에는 더 높은 값 및 작은 호스 두께에는 더 작은 값. 파이프 소켓에서의 직경 공차는 이 효과를 증가시킨다.

링의 조립은 일반적으로 경로-의존적이며, 즉, 링 직경의 감소는 한정된 치수로 설정된다. 상술된 호스 두께 및 파이프 소켓의 공차때문에, 이에 따라 다양한 압축율이 존재하게 된다. 즉, 압축율은 정확하게 설정될 수 없고, 압축율은 호스의 두께 및 소켓 직경의 공차에 따라 변경된다.

본 발명은 성능의 저하 없이 호스 손상의 위험을 감소시킨다. 플랜지 가공되지 않은 중심 영역에서 링에 의해 발생된 압축율은 변화없이 유지되는 반면, 플랜지 가공된 에지 영역은 압축된 호스를 완만하게 확장하여 호스의 재료를 보호한다.

하지만 무엇보다도, 원주 에지(10)의 플랜지 가공은 링의 고유 강성을 증가시킨다. 따라서, 본 발명은 반경방향으로의 링의 강도 및 치수적 강성(rigidity)의 저하를 허용할 필요 없이, 링에 더 얇은 밴드 재료를 사용하는 것을 허용한다. 시험 결과에 의하면, 동일한 강성을 가지면서 20% 까지 밴드 두께를 감소하는 것이 가능하고, 이는 재료의 절감으로 이어진다.

수축하는 동안 링의 좌굴을 방지하기 위하여, 실제 요구 성능(튜브 압축)에 비해 과도하게 큰 밴드 두께가 사용되어야 했다. 또한, 요구되는 압축율이 더 작은 밴드 두께로도 획득될 수 있지만, 플랜지 가공을 하지 않으면 압축하는 동안 링 좌굴의 위험이 존재할 것이다.

축방향 원주 에지(10)의 외향 만곡에 의한 수축-끼워맞춤 링의 고유 강성도 향상은 유한 요소법에 기초한 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 수량화되었다. 그 결과들이 도 5 에 도시되고 이하에서 설명된다.

세 개의 멀티-크림프 링(MCR)이 실험되었고, 각각은 맞대기 단부가 함께 맞대기 용접된(소위 "교차용접" RX) 금속 스트립으로 제조되었다. 제1 링(MCR RX)은 그것의 원주 에지에서 조금도 외향 만곡되지 않고, 즉, 균일한 스트립 두께 및 축방향으로 대략 40㎜로 일정한 직경을 갖는 단순 링이다. 제2 및 제3 링 각각은 외향 만곡형 주연 에지("컬형상 에지" CE)를 갖는 것을 제외하고는 제1 링과 동일하다. 제2 링(MCR RX CE~45°)의 축방향 원주 에지(10)의 림(16)은 링의 플랜지 가공되지 않은 중앙 섹션(13)에 대략 45°의 설정 각도로 연장된다. 제3 링의 경우 (MCR RX CE<90°), 이 설정 각도는 대략 85°이다.

세 개의 링의 거동은 소위 "하프-쉘(half-shell) 모델"로 시뮬레이션되었다. 여기서, 크림핑에 의해 수축된 링의 직경과 대략적으로 같은 직경을 갖고, 두 개의 반달 모양 쉘(shell)로 구성된 디스크 주변에 링이 교대로 배치된다. 두 하프-쉘은 이제 시뮬레이션에서 서로 반대 방향으로 이동되고, 세 개의 링이 각각 어떻게 거동하는지 계산하기 위해 유한 요소 분석법이 사용된다.

도 5는 링에 의해 발생된 복원력을 두 개의 하프-쉘의 변위의 함수로 도시한다. 링의 강성에 결정적인 복원력 또는 반력(N)이 두 하프-쉘 간 거리에 의해 야기되는 링의 직경의 팽창(㎜)의 함수로 도시된다. 10㎜ 까지의 직경 팽창 범위에서, 강하게 플랜지 가공된 제3 링 "MCR RX CE<90°"은 대략 45°로만 플랜지 가공된 제2 링 "MCR RX CE~45°"보다 일관적으로 높은 반력을 생성하고, 이것은 결과적으로 플랜지 가공되지 않은 제1 링 "MCR RX"보다 일관적으로 더 높은 반력을 생성한다. 대략 1㎜까지의 직경 팽창 영역에서만 기술적으로 관련된다는 것에 주의해야 한다. 만약 직경이 더 팽창한다면, 수축-끼워맞춤 링은 크림핑 프로세스에 의해 달성된, 수축-끼워맞춤 링에 의한 파이프 소켓과 호스의 밀봉 연결에 필수적인 직경 감소를 유지하지 못할 것이다.

실제 기술에 전형적으로 관련 있는 1㎜ 직경 팽창 값에서 각각의 반력 값들을 비교한다면, 제1 링 "MCR RX"에서는 대략 6,600N, 제2 링 "MCR RX CE~45°" 에서는 대략 7,900N, 그리고 제3 링 "MCR RX CE<90°" 에서는 대략 9,600N의 힘이 얻어진다. 본 발명의 실시예에 따른 제3 링의 반경방향 팽창에 대한 반력과 그로 인한 강성은, 플랜지 가공되지 않은 링보다 45%만큼, 대략 45°로만 플랜지 가공된 링보다도 20%만큼 향상된다.

요약하자면, 본 발명은 두 원주 에지(10)가 플랜지 가공된 수축-끼워맞춤 링에 관한 것으로, 그것의 더 큰 고유 강성 덕분에 좌굴의 위험없이 더 얇은 밴드 두께의 사용을 가능하게 한다. 원주 에지(10)는 반경방향으로 외향을 지향하는 림(16)에서 종결되고, 상기 림은 대략 70° 내지 90°의 각도로, 축방향으로 더욱 내향에 놓인 링의 플랜지 가공되지 않은 중앙 섹션(13)을 둘러싼다. 플랜지 가공은 링의 에지 직경의 연장을 야기하고, 링의 에지 영역(14)은 둥근 방식으로 외향 만곡되고 에지 표면(11)은 바람직하게 링의 축(12)에 대해 대략 0° 내지 대략 20°의 각도로 연장된다.

Claims (7)

1. 양쪽의 축방향 원주 에지(10)에서 플랜지 가공되는 수축-끼워맞춤 링에 있어서, 원주 에지(10)는 반경방향으로 외향을 지향하는 림(16)에서 종결되고, 상기 림은 링의 중앙 섹션(13)에 대해 대략 70° 내지 90°의 각도로 연장되며, 상기 중앙 섹션은 축방향으로 더욱 내향에 놓이며 플랜지 가공되지는 않는 것을 특징으로 하는, 수축-끼워맞춤 링.
2. 제1항에 있어서, 플랜지 가공이 전체 링 원주에 대해 원주 에지(10)의 직경 팽창을 야기하는, 수축-끼워맞춤 링.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 중앙 섹션(13)과 림(16) 사이에 놓여있는 링의 에지 영역(14)이 둥근 방식으로 외향 만곡되는, 수축-끼워맞춤 링.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 원주 에지(10)의 축방향 외측 단부 면(11)이 링의 축(12)에 대해 대략 0° 내지 대략 20°의 각도로 연장되는, 수축-끼워맞춤 링.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 전체 링 폭에 걸쳐 실질적으로 균일한 밴드 두께를 갖는, 수축-끼워맞춤 링.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 링으로 굴곡된 금속 스트립으로 제조되고, 상기 링의 맞대기 단부가 함께 맞대기-용접된, 수축-끼워맞춤 링.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 파이프 소켓과 중첩되는 영역에서 반경방향 멀티-크림핑에 의해 상기 파이프 소켓 상에서 호스를 가압하기 위해 호스 위를 미끄러지도록 설계된, 수축-끼워맞춤 링.

Images