KR20170097733A

KR20170097733A - 자동차의 밸브 장치 및 제조 방법

Info

Publication number: KR20170097733A
Application number: KR1020177020120A
Authority: KR
Inventors: 라이너 요하네스 몬티그니; 피터 쾰른
Original assignee: 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Priority date: 2014-12-19
Filing date: 2015-12-15
Publication date: 2017-08-28
Also published as: EP3234422A1; DE102015200187A1; CN107110378A; US20170370478A1; WO2016096842A1

Abstract

본 발명은, 자동차의 연료 셀 조립체용 밸브 장치로서, 하우징(1) 내에서 연장되는 흐름 덕트(2), 흐름 단면에 영향을 미치는 플랩(8)으로서, 상기 플랩은 스핀들(3)에 고정되고 상기 스핀들은 상기 하우징 내에서 회전 가능하게 장착되는, 상기 플랩(8), 상기 플랩을 구동하는 구동부, 상기 흐름 덕트 내에 배열되는 밸브 안착부(12), 및 상기 플랩의 반경방향으로 원주 에지(10) 상에 배열되고, 상기 플랩이 폐쇄된 위치에서, 상기 스핀들이 소정의 각도로 상기 플랩을 통과하도록 상기 밸브 안착부와 접촉하는 밀봉부(11)를 포함하는 상기 밸브 장치에 관한 것이다. 상기 밀봉부는 적어도 하나의 개구(13)를 갖는 환형 베이스 몸체(15)를 구비하고, 상기 적어도 하나의 개구는 상기 플랩의 재료로 충전된다.

Description

자동차의 밸브 장치 및 제조 방법{VALVE DEVICE IN A MOTOR VEHICLE, AND PRODUCTION METHOD}

본 발명의 주제는, 자동차의 연료 셀 조립체용 밸브 장치로서, 하우징 내에 배치된 흐름 덕트(flow duct), 흐름 단면적에 영향을 주는 플랩(flap)으로서, 상기 플랩은 스핀들에 고정되고, 상기 스핀들은 상기 하우징 내에서 회전 가능하게 장착되는, 상기 플랩, 상기 플랩을 구동하는 구동부, 상기 흐름 덕트 내에 배열된 밸브 안착부, 및 상기 플랩의 반경방향 원주 에지(edge) 상에 배열된 밀봉부를 포함하고, 상기 밀봉부는, 상기 스핀들이 소정의 각도로 상기 플랩을 통과하도록, 상기 플랩이 폐쇄된 위치에서 상기 밸브 안착부와 접촉하는, 상기 밸브 장치이다. 본 발명의 추가적인 주제는 제조 방법이다.

이러한 유형의 밸브 장치는 오랫동안 알려져 있어서 종래 기술을 나타낸다. 흐름 매체, 예를 들어, 공기로 인해, 액추에이터는 흐름 덕트를 폐쇄할 때 높은 가스 기밀성을 구현해야 한다. 또한 이 액추에이터는 흐름 덕트의 흐름 단면 및 그리하여 흐름 매체의 질량 흐름을 잘 제어할 수 있어야 한다. 이것은 이러한 밸브 장치가 복잡한 구조를 가져서 상대적으로 비용이 많이 드는 결과를 가져온다. 솔레노이드 밸브는 상응하는 비용으로 상대적으로 우수한 가스 기밀성을 구현할 수 있어서 차단 밸브로서 솔레노이드 밸브를 사용하는 것이 알려져 있다; 그러나, 흐름 매체를 연속적으로 제어하는 것은 불가능하다. 특히 가스 기밀성과 관련하여, 스로틀 플랩 액추에이터 형태로 알려진 종래의 밸브 조립체는 구현 유형에 따라 연료 셀 응용에서 밀봉 요구량이 10배 내지 20배 더 높기 때문에 불리하다.

따라서, 본 발명의 목적은 약간의 누출만으로 흐름 덕트의 밀봉을 가능하게 하는 서두에 언급된 유형의 밸브 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 또한, 이 목적에 요구되는 밀봉부는 간단하고 비용이 저렴해야 한다.

상기 제1 목적은, 상기 밀봉부가 환형 베이스 몸체를 구비하고, 상기 베이스 몸체가 적어도 하나의 개구를 구비하고, 상기 적어도 하나의 개구가 플랩의 재료로 충전된 것에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 장치의 밀봉부는 환형 베이스 몸체, 및 상기 베이스 몸체 상에 배열된 밀봉 립(sealing lip)으로 구성된다. 상기 밀봉 립이 실제 실링 기능을 담당하는 반면, 상기 베이스 몸체는 상기 밀봉부를 상기 플랩에 고정시키는 역할을 한다. 상기 베이스 몸체의 상기 적어도 하나의 개구는, 상기 개구에 플랩 재료를 배열하는 것에 의해, 상기 밀봉부가 상기 플랩에 캡쳐된 방식으로 연결되게 한다. 그러나, 주된 장점은, 이러한 방식으로, 상기 밀봉부가 정확히 한정된 위치에 유지되고, 변하는 외부 조건에서도 상기 밀봉 안착부로 한정된 위치가 변하지 않아서 낮은 누설률로 영구적인 가스 기밀성이 보장된다는 것이다.

응용에 따라, 특히 상기 밀봉부의 크기 및 가스 기밀 요구조건에 따라, 2개 내지 10개의 개구를 제공하는 것이 유리한 것으로 입증되었다. 이러한 방식으로 상기 밀봉부는 특정 환경에 최적으로 적응될 수 있다.

홀수 개의 개구들이 상기 밀봉부의 주변부(periphery)에 대칭적으로 분포되는 경우 유리하다.

짝수 개의 개구부들이 상기 플랩의 회전시 최대 각도 편향을 갖는 2개의 영역에 배열되는 경우 유리하다.

따라서, 상대적으로 작은 직경의 플랩인 경우, 상기 밀봉부를 적절히 고정 안착시키는데 더 적은 수의 개구가 요구되는 반면, 상대적으로 큰 직경의 플랩은 상기 밀봉부 내에 더 많은 개구를 가질 수 있다. 따라서 대부분의 응용에서 2개 내지 6개의 개구만으로 충분한 것으로 입증되었다.

특히 간단한 실시예에서, 상기 개구는 원형이다.

또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상대적으로 큰 직경의 플랩인 경우 상기 개구들이 아치 형태(arcuate configuration)를 갖는 경우 상기 개구의 수는 감소될 수 있다. 상기 아치 형상은 유리하게는 상기 개구들이 상기 베이스 몸체에 배열되는 직경과 관련된다. 또한, 상기 아치 형상은 원호(arc)의 길이 때문에 원의 경우보다 더 큰 면적이 제조된다는 장점을 갖는다. 그 결과, 첫째, 상기 플랩의 재료가 제조 동안 상기 개구를 보다 용이하게 관통할 수 있고, 둘째, 플랩과 밀봉부 사이의 접합 강도가 면적이 더 큰 결과 증가된다.

그러나, 강도에 필요한 면적은 상기 원호의 길이에 의해 달성되므로 이 상황은 상기 원호의 폭을 줄임으로써 또한 최적화될 수 있다. 상기 원호의 폭이 감소되되면, 상기 밀봉부의 상기 베이스 몸체가 그 반경 방향 범위에서 더 감소될 수 있어서, 상기 밀봉부가 더 적은 재료를 요구하여 비용이 더 낮아진다는 장점이 제공된다.

추가적인 유리한 실시예에 따르면, 상기 개구들이 직선 범위를 갖는 경우 이러한 효과가 또한 활용될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 상기 밀봉부의 내부 윤곽(contour)은 원형이고, 이 경우 특히 상기 베이스 몸체의 상기 개구들이 대칭적인 분포인 경우, 그 배열에 충분한 공간이 이용 가능하다.

상기 플랩이 최대 각도 편향을 갖는 상기 베이스 몸체의 영역에 상기 개구들이 배열되는 경우에, 상기 밀봉부의 내부 윤곽은 유리하게는 타원형이며, 여기서 주축(major axis)은 상기 스핀들의 대칭축이 상기 플랩으로 투영된 선과 일치한다. 따라서 최대 각도 편향을 갖는 영역은 상기 타원형 내부 윤곽의 부축(minor axis)을 따라 배향된다. 상기 베이스 몸체의 상기 타원형 내부 윤곽은, 상기 베이스 몸체가 상기 개구들이 배열된 곳에 더 큰 반경 방향 범위를 가져서, 상기 개구들을 배열하는데 충분한 면적이 이용가능하다는 장점을 갖는다. 상기 개구들이 없는 영역이 상기 타원형 내부 윤곽의 주축을 따라 배향된 경우, 상기 베이스 몸체는 더 작은 반경 방향 범위를 가져서, 이에 의해 재료가 절약된다. 그러나, 결정적인 장점은, 주축과 관련하여, 상기 밀봉부는 반경 방향으로 더 멀리 배치되어, 상기 플랩을 통과하는 상기 스핀들이 더 얕은 각도로 배치될 수 있어서, 상기 흐름 덕트의 축에 대하여 상기 밸브 장치의 설치 공간 요구조건이 감소된다는 것이다. 더 작은 공간 요구조건과 함께 이것은 더 짧은 하우징으로 인해 중량을 절약할 수 있다.

상기 밀봉부, 특히 상기 밀봉 립이 상기 흐름 덕트의 벽과 꼭 맞게 접촉된 결과 발생하는 우수한 밀봉은 엘라스토머, 바람직하게는 합성 고무로 제조된 밀봉부에 의해 달성된다.

추가적인 실시예에 따르면, 상기 밀봉부에 물이 접착되는 것은 PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌)로부터 상기 밀봉부를 제조함으로써 방지된다.

추가적인 바람직한 실시예에 따르면, 상기 밀봉부와 상기 플랩 사이에 강력하고 가스 기밀성 있는 접합은, 상기 플랩을 사출 성형으로 제조하고, 상기 밀봉부가 상기 플랩 내에 배열되는 정도까지 상기 밀봉부 주위에 상기 플랩을 사출함으로써 달성된다.

본 발명의 추가적인 주제는, 밀봉부를 갖는 플랩을 갖는 밸브 장치를 제조하는 방법으로서, 적어도 하나의 개구를 갖는 밀봉부를 사출 성형 기계의 몰드 내에 배치하는 단계, 상기 몰드를 폐쇄하는 단계, 플라스틱 재료를 상기 몰드 내에 사출하여, 상기 플라스틱 재료를 상기 몰드에 충전하고 이에 따라 상기 밀봉부 내 개구들을 충전하는 단계, 및 상기 몰드로부터 상기 플랩을 제거하는 단계를 포함하는 방법이다.

본 방법을 사용하여 제조된 플랩은 상기 밀봉부 주위에 상기 플라스틱 재료를 사출하는 것을 통해 상기 플랩 내에 상기 밀봉부를 특히 확실히 유지하는 것을 보장한다.

본 발명은 예시적인 실시예를 참조하여 보다 상세히 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 밸브 장치를 도시한 도면;
도 2는 도 1에 따른 밸브 장치의 흐름 덕트를 도시한 도면;
도 3은 밀봉부를 도시한 도면; 및
도 4 내지 도 6은 밀봉부의 추가적인 실시예를 도시한 도면.

도 1의 자동차용 밸브 장치는, 하우징 내에 배열되고 유체가 흐를 수 있는 흐름 덕트(2)를 갖는 하우징(1)으로 구성된다. 이 경우, 공기 흐름은 밸브 장치에 의해 제어된다. 하우징(1)의 양측에서 베어링에 장착된 스핀들(3)은 흐름 덕트(2) 내에 배열된다. 제1 베어링(4)은 트랜스미션(transmission)(5)이 배열된 하우징(1) 측에 위치된다. 트랜스미션(5)은 출력측에서 스핀들(3)에 연결되고, 입력측에서 하우징(1)의 별도의 챔버(6)에 수용된 전기 모터(도시되지 않음)에 연결된다. 스핀들(3)을 위한 제2 베어링(7)은 트랜스미션(5)과는 반대쪽 흐름 덕트(2) 측에 위치된다. 스핀들(3)이 통과하는 보어(9)를 구비하는 플랩(8)은 스핀들(3) 상에 배열된다. 플랩(8)을 스핀들(3)에 고정하기 위해, 플랩(8)은 나사 수단에 의해 고정된다. 플랩(8)은 밀봉부(11)가 배열되는 반경방향 원주 에지(10)를 더 갖는다. 도시된 표현에서, 플랩(8)은 폐쇄된 위치에 있어서, 밀봉부(11)는 밸브 안착부(12)로서 작용하는 흐름 덕트(2)의 영역과 협력하며 흐름 덕트(2)를 완전히 폐쇄한다.

도 2는 90° 회전된 도 1의 흐름 덕트를 도시한다. 스핀들(3)은 이미지 평면(image plane)에 수직으로 배열되고, 이 이미지 평면으로 약간 상향으로 경사지게 배치된다. 밀봉부(11)를 수용하기 위해, 플랩(8)의 반경방향 원주 에지(10)는 반경방향 내부 측의 인접한 영역보다 축방향 범위에서 더 두꺼운 두께를 갖는다. 밀봉부(11)는 개구(13)들을 구비하고, 이 개구들은 플랩(8)의 재료로 충전되어, 이에 의해 밀봉부(11)는 플랩(8)에 견고하게 고정된다. 플랩(8)은 나사 조립체(14)에 의해 스핀들(3)에 회전 가능하지 않게 연결된다.

도 3은 베이스 몸체(15)와 이에 인접한 밀봉 립(16)으로 구성된 밀봉부(11)를 도시한다. 밀봉 립(16)은 원형 외부 윤곽을 갖는 반면, 베이스 몸체(15) 및 이에 따라 밀봉부(11)의 내부 윤곽(17)은 타원형이다. 그 결과, 베이스 몸체(15)는 타원형 내부 윤곽의 부축을 따라 배향된 영역(19)보다 타원형 내부 윤곽(17)의 주축을 따라 배향된 영역(18)에서 더 작은 반경방향 범위를 갖는다. 영역(19)은 플랩(8)의 선회시 최대 각도 편향을 갖는 영역이다. 이들 영역 각각에는 3개의 개구(13)가 배열되고, 플랩(8)의 제조 동안 플랩 재료가 밀봉부(11) 주위에 사출될 때 플랩(8) 재료가 이 개구(13)를 통과한다.

도 4는 원형 내부 윤곽(17)을 갖는 밀봉부(11)를 도시한다. 따라서, 영역(19, 18)은 동일한 반경방향 범위를 갖는다. 원형 윤곽을 갖는 8개의 개구는 베이스 몸체(15)에 대칭적으로 배열된다. 도 6은, 홀수 개의 개구(13)들이 주변부에 대칭적으로 분포된, 동일한 내부 윤곽(7)을 갖는 밀봉부(11)를 도시한다.

도 5의 밀봉부(11)는 개구(13)에 관해서 도 3의 밀봉부와 상이하다. 4개의 아치형 개구(13)는 도 3의 것과 유사하게 배열된다. 개구(13)의 면적이 더 크기 때문에, 영역(19)마다 단 2개의 개구(13)만이 제공된다.

Claims

자동차의 연료 셀 조립체용 밸브 장치로서,
하우징 내에 배치된 흐름 덕트, 흐름 단면에 영향을 주는 플랩으로서, 상기 플랩은 스핀들에 고정되고, 상기 스핀들은 상기 하우징 내에서 회전가능하게 장착되는, 상기 플랩, 상기 플랩을 구동하는 구동부, 상기 흐름 덕트 내에 배열된 밸브 안착부, 및 상기 플랩의 반경방향 원주 에지 상에 배열된 밀봉부를 포함하고, 상기 밀봉부는, 상기 스핀들이 소정의 각도로 상기 플랩을 통과하도록, 상기 플랩이 폐쇄된 위치에서 상기 밸브 안착부와 접촉하고, 상기 밀봉부(11)는 환형 베이스 몸체(15)를 구비하고, 상기 베이스 몸체(15)는 적어도 하나의 개구(13)를 구비하고, 상기 적어도 하나의 개구(13)는 상기 플랩(8)의 재료로 충전된 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
제1항에 있어서, 상기 밀봉부(11)는 2개 내지 10개, 바람직하게는 3개 내지 6개의 개구(13)를 갖는 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
제2항에 있어서, 상기 밀봉부(11)는 상기 밀봉부(11)의 주변부에 대칭적으로 분포된 홀수 개의 개구(13)를 갖는 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
제2항에 있어서, 상기 밀봉부는 짝수 개의 개구(13)를 구비하고, 상기 개구(13)는 상기 플랩(8)의 회전시 최대 각도 편향을 갖는 2개의 영역(19)에 배열되는 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개구(13)는 원형인 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개구(13)는 아치형인 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개구(13)는 직선 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀봉부(11)의 내부 윤곽(17)은 원형인 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀봉부(11)의 내부 윤곽(17)은 타원형인 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀봉부(11)는 엘라스토머 또는 PTFE로 제조되는 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플랩(8)은 사출 성형물인 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 밀봉부를 갖는 밸브 장치를 제조하는 방법으로서,
- 적어도 하나의 개구를 갖는 밀봉부를 사출 성형 기계의 몰드 내에 배치하는 단계,
- 상기 몰드를 폐쇄하는 단계,
- 플라스틱 재료를 상기 몰드 내로 사출하여 상기 플라스틱 재료를 상기 몰드에 충전하고 이에 따라 상기 밀봉부 내 개구를 충전하는 단계, 및
- 상기 몰드로부터 상기 플랩을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 장치를 제조하는 방법.