KR100310266B1

KR100310266B1 - 점성커플링

Info

Publication number: KR100310266B1
Application number: KR1019980032560A
Authority: KR
Inventors: 만프레드 호페르; 루돌프 모라웨츠
Original assignee: 지케이엔 비스코드라이브 게엠베하
Priority date: 1997-08-12
Filing date: 1998-08-11
Publication date: 2002-08-28
Also published as: JP3016201B2; ITMI971931A1; GB9814607D0; JPH11108083A; US6056097A; KR19990023519A; GB2328267B; GB2328267A; DE19752761C1; IT1293849B1

Abstract

본 발명은, 내부 판(80)과 외부 판(90) 간의 상대 회전 운동으로 인해 점성 매체가 점성 커플링의 회전 축(X-X)을 향하여 유동하게 되는, 자동차의 구동 라인에 사용되는 점성 커플링에 관한 것이다. 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 판(80, 90)에는 경계면(82, 83, 92, 93)이 가상 반경(R)에 대해서 경사져 있는 폐쇄형 구멍(81, 91)이 형성되어, 회전 운동 하는 경우에 상기 경계면은 점성 매체를 회전 방향과 무관하게 내측으로 가압하게 되고, 이에 따라 고속에서의 원심력에 의해 발생되는 점성 매체와 공기의 분리에 대항하는 작용이 이루어진다. 이 결과, 판(80, 90)이 균일하게 적셔지고, 이에 따라 마멸량이 감소되고 점성 커플링의 사용 수명이 연장되게 된다.

Description

점성 커플링

본 발명은, 서로에 대해 회전 가능하도록 회전 축 둘레에 배치되고 폐쇄 유니트를 형성하는 하우징과 허브를 구비하고, 허브와 회전 불가능하게 체결되는 1조의 내부 판을 구비하고, 하우징에 회전 불가능하게 체결되는 방식으로 부착된 1조의 외부 판을 구비하고, 적어도 1조의 판의 판들이 회전 축의 방향으로 이동 가능하고, 내부 판과 외부 판은 적어도 부분적으로는 서로가 중첩되면서 회전 축 방향으로 소정의 순서로 교대로 배열되고, 내부 판 또는 외부 판이 구멍을 포함하고, 또한 하우징과 허브와 판들 사이의 나머지 공간을 적어도 부분적으로 채우는 점성매체를 구비하는, 점성 커플링에 관한 것이다.

점성 커플링은 자동차의 구동 라인에 사용된다. 예컨대, 전륜 구동 차량의 전륜에서 슬립이 발생한다면, 후륜은 점성 커플링에 의해 연결될 수 있는데, 여기서 후륜은 제2 기어 박스 출력부, 점성 커플링, 추진 축, 차동 축 및 측방 축에 의해 구동된다.

독일 특허 공개 제21 35 791호로부터, 보어 형태의 구멍이 마련된 1조의 판과 결합된 판을 제공하는 것이 공지되어 있다. 다른 조의 판은 슬롯을 포함한다. 이와 같은 방식으로 판을 구성하게 되면, 커플링의 토크 용량을 향상시킬 수 있다. 또한, 점성 매체의 순환을 향상시키게 되면 열 소산도(degree of heat dissipation)가 증가된다.

점성 커플링이 자동차의 구동 라인에 사용되는 경우와 그리고 차량이 고속으로 주행하는 경우에 발생하는 것과 같은 고 점성 커플링 속도에서, 점성 매체에 작용하는 원심력은, 점성 켜플링이 통상적인 방식으로 부분적으로만 점성 매체로 채워져 있는 경우에는 점성 매체와 공기를 분리시키게 된다. 이 결과, 판의 내부 영역 즉, 회전 축에 근접하게 위치된 영역들은 점성 매체로 적셔지지 않거나 외부 영역들보다도 덜 적셔지게 된다. 그 결과, 보다 더 이론 단계에서 내부 영역에 마멸현상이 발생한다.

독일 특허 제37 02 299 C1호에는 내부 판 및 외부 판에 슬롯이 마련되고 상기 내부 판의 슬롯과 외부 판의 슬롯이 서로 교차하는 구성의 점성 커플링이 개시되어 있다. 이 결과, 교차 영역에는, 어느 하나의 판에서 이웃하는 다른 판까지 연장되며 또한 판들이 서로에 대해서 상대 회전 운동하는 경우에는 회전 방향에 따라서 반경 방향 내향 또는 외향으로 이동하는, 공동이 형성된다. 이것은 점성 매체가 내향 또는 외향으로 이송된다는 것을 의미하는 것으로, 그 목적은 회전 방향에 따른 토크 용량을 갖는 커플링을 제공하기 위한 것이다. 그러나 점성 매체가 외향으로 이송되는 경우에는 고 커플링 속도에서의 점성 매체와 공기의 분리가 촉진되고, 그 결과 판의 마멸이 커진다.

본 발명의 목적은, 조를 이루는 판들이 서로에 대해 회전할 때에 회전 방향과 무관하게 판의 중첩 영역에서의 점성 매체의 아주 균일한 분배가 이루어지게 하고 또한 고 점성 커플링 속도에서의 원심력에 의해 야기되는 점성 매체와 공기의 분리에 대항하여 작용하는 점성 커플링을 제공하기 위한 것이다.

도1은 점성 커플링을 부분적으로는 종단면도로 도시한 측면도.

도2, 도4 및 도6은 내부 판의 다른 실시예들을 나타나는 도면.

도3, 도5 및 도7은 외부 판의 다른 실시예들을 나타내는 도면.

도8은 도7에 따른 외부 판과 도6에 따른 내부 판과의 중첩을 나타내는 도면.

도9는 점성 커플링에 대한 한 가지 가능한 적용으로서 전륜 구동 차량의 구동 개념을 나타내는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 점성 커플링

2: 하우징

3: 허브

4, 4': 커버

5, 50, 70, 90: 외부 판

6, 40, 60, 80: 내부 판

7, 8, 13. 14: 치형

9, 10: 시일

11, 12: 용접부

15: 관통 유동 채널

16: 전륜

17: 엔진

18: 기어 박스

19, 24: 차동 축

20, 25: 측면 축

21: 전방 차축

22: 후륜

23: 추진 축

26: 후방 차축

41, 51, 61, 71, 81, 91: 구멍

42, 43, 52, 53, 62, 63, 72, 73, 82, 83, 92, 93: 경계면

44, 54, 64, 74, 84, 94: 정점

45, 55, 65, 75, 85, 95: 기부면

46, 56, 66, 76, 86, 96: 슬롯

본 발명에 따르면 본 발명의 목적은, 적어도 1조의 판의 판들의 구멍이 회전축을 기준으로 한 가상 반경으로부터의 거리를 갖는 2개의 경계면을 포함하고, 상기 가상 반경 상에 위치된 정점으로부터 시작하는 상기 거리가 회전 축의 방향으로증가하고 또한 구멍이 경계면을 연결시키는 기부면에 의해 경계가 이루어지는 것에 의해 성취된다.

경계면은 모두가 가상 반경과 함께 예각을 이루기 때문에, 하나의 힘의 성분이 회전 축의 방향으로 점성 매체에 작용하고, 그 힘의 성분은 조를 이루는 판들이 서로에 대해서 회전할 때 회전 방향과 무관하게 작용한다. 이러한 것은 구체적으로 점성 매체가 회전 축을 향하여 내측으로 유동한다는 것을 의미하는 것이다. 이와 같은 점성 매체의 소정의 내향 유동은 고 점성 커플링 속도에서의 원심력에 의해 발생된 점성 매체 유동에 대항해서 작용하고, 또한 점성 매체와 공기의 분리에 대항해서도 작용한다. 또한, 판들의 대향 면의 내부 영역은 점성 매체에 의해 보다 많이 적셔지고, 이 결과 판들이 덜 마멸되어서 점성 커플링의 사용 수명이 향상된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 내부 판과 외부 판 모두의 구멍들은 각각이 회전 축을 중심으로 해서 적어도 하나의 가상 원주 선 상에 분포되는데, 내부판의 구멍들은, 허브가 하우징에 대한 어떤 회전 위치에 있을 때에 구멍들이 어떤 영역에서 중첩되고 이에 따라 내부 판의 구멍들과 외부 판의 구멍들 사이에 관통 유동 채널이 형성되게 되는 방식으로, 회전 축을 기준으로 하여 반경 방향으로 외부 판의 구멍에 대해서 오프셋된다.

이와 같은 방식에 의하면, 인접하는 판의 구멍들이 부분적으로 서로 중첩되는 시점에서 점성 매체가 어느 한 판의 구멍으로부터 다른 판의 구멍으로 이송되고, 이 결과 점성 매체가 보다 긴 길이에 걸쳐서 내향으로 유동하게 된다. 이에 따라 점성 매체가 회전 축을 향해서 내향으로 유동하게 되는 잇점이 강화된다.

또한, 구멍들의 경계면과 기부면은 회전 운동의 함수로서의 상이한 유동 특성을 얻을 수 있도록 서로 다르게 형성될 수 있다. 경계면과 가상 반경에 의해 둘러싸인 각도를 변경시킴으로써, 회전 축의 방향으로 내측으로 향하는 힘의 성분을 변경시킬 수가 있게 된다. 이 결과, 점성 매체의 서로 상이한 유동 세기를 얻을 수 있게 된다. 구멍의 경계면 또는 기부면을 곡선형으로 마련함으로써, 구멍 내측의 유동 상태를 다르게 할 수 있고, 이 결과 점성 매체를 하나의 판의 구멍으로부터 다른 판의 구멍 안으로 이송시키는 것이 향상될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 열 응력 완화 및 기계적 응력 완화를 얻기 위한 것도 제안된다. 이 목적을 위해서, 판에는 구멍 외에도, 회전 축을 기준으로 한 가상 반경 상에 위치되고 원주 방향 면을 향해서 개방되어 있는 슬롯이 마련된다.

이하에서는 도면을 참고하여 양호한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

도1 내지 도9의 세부 요소가 서로 상응하는 범위 내에서, 상기 도면들은 동일한 도면 부호를 가지는데, 다만 그 도면 부호는 10 단위 만큼씩 증가한다.

도1에 따른 점성 커플링(1)은 하우징(2)과, 하우징(2)에 대해 동축으로 배치된 허브(3)와, 커버(4, 4')와, 외부 판(5)과, 내부 판(6)을 포함한다. 하우징(2)은 외부 판(5)을 회전 불가능한 체결 방식으로 수용하는 축방향 연장 치형(toothing, 7)을 원통면에 내부에서 포함하며, 외부 판(5)에는 축방향 연장 치형(7)에 대응하는 치형이 외부 판의 원주 상에 형성되어 있다. 허브(3)에는, 내측에 치형이 형성된 내부 판(6)을 회전 불가능한 체결 방식으로 연결하기 위한 1조의 축방향 연장 치형(8)이 형성된다.

이 실시예에서, 내부 판(6)은 축 방향으로 이동 가능하다. 외부 판(5)에는 판들 사이에 배치되는 이격 수단(27)이 마련되며, 외부 판은 커버(4, 4')에 의해 하우징 내에서 축방향으로 이동 가능하지 않게 유지된다.

여기서, 외부 판(5) 및 내부 판(6)은 내부 판이 인접하는 외부 판(5)들 사이에서 각각 축방향으로 이동 가능한 상태로 축방향으로 교대로 배열된다.

하우징(2)은 시일(9, 10)에 의해 허브(3)에 대해서 밀봉 유지된다. 또한, 커버(4, 4')는 용접부(11, 12)에 의해 하우징(2)에 견고하게 밀봉 연결된다. 하우징(2)과 허브(3)와 커버(4, 4')와 판(5, 6) 사이의 나머지 공간은 적어도 부분적으로는 점성 유체 특히, 고 점성 실리콘 오일로 채워진다. 허브(3)와 내부 판(6)이 하우징(2)과 외부 판(5)에 대해 회전 할 때에 토크가 전달된다. 이러한 점에 비추어 볼 때, 서로 다른 토크 전달 기구에 의해 특징 지워지는 두 가지 작동 상태를 서로 구분할 필요가 있다. 상기 두 가지 작동 상태 중 하나의 작동 상태에서는, 판(5, 6)들이 중첩되는 영역에서의 점성 매체의 전단 효과(shear effect)는 토크를 전달할 수 있게 한다. 소위 "험프(hump)"의 상태라고 하는 다른 하나의 작동 상태에서는, 내부 판(6)은 외부 판(5)과 접촉을 하게 되고, 이 결과 판(5, 6)들 사이의 마찰에 의해 발생된 토크가 전달된다. 험프 상태가 발생되어 있지 않은 상태에서, 허브(3)가 하우징(2)에 대해서 상대 회전하지 않도록 허브(3)와 하우징(2)이 회전축(X-X)을 중심으로 해서 동일한 속도로 회전하게 되면, 토크는 전달되지 않는다.

도2는 도1의 내부 판(6)에 대응하는 내부 판(40)을 도시하고 있다. 허브(3)와 회전 불가능하지만 축방향으로 이동 가능하게 연결하기 위해서, 내부 판(40)에는 1조의 치형(13)이 형성되는데, 도면에는 치형의 기준 직경만 도시되어 있다. 회전 축(X-X)을 중심으로 한 가상 원 상에는 액적 형상의 구멍(41)이 배열된다. 경계면(42, 43)과 가상 반경(R) 간의 거리 즉, 정점(44)으로부터 시작하는 거리는 위상 분리(phase separation)를 피할 수 있도록 하기 위해서 내향 방향으로 증가한다. 경계면(42, 43)의 측면부에 접하는 직선과 반경(R)은 예각 A를 이룬다. 원의 일부를 절단해낸 형태의 기부면(45)은 경계면(42, 43) 및 정점(44)과 함께 구멍(41)을 형성한다. 또한, 슬롯(46)도 형성되는데, 이 슬롯은 내부 판의 원주 상에 분포되고 외부 원주 면(47)을 향하여 개방되며, 또한 그 슬롯의 폐쇄 단부(48) 각각은 보어를 형성한다.

도3에 도시된 외부 판(50)은 도1의 외부 판(5)에 대응한다. 외부 판(50)에는 회전 불가능 배열 상태 및 하우징(2)의 절곡된 치형에 의한 축방향 이격 상태를 성취하기 위해 외부 치형(14)이 형성되는데, 도면에는 치형(4)의 기준 직경만이 도시되어 있다. 구멍(51)도 도2의 내부 판(40)의 구멍과 마찬가지로 액적 형상으로 형성된다. 구멍(51)의 경계면(52, 53)과 기부면(55)은 대응하는 내부 판(40)의 경계면(42, 43) 및 기부면(45)과 동일한 방식으로 구성된다. 경계면(52, 53)은 정점(54)에서 시작된다. 슬롯(56)은 내부 면(57)을 향해서 개방되고 외측으로는 보어형상의 단부(58)에 의해 폐쇄된다. 또한, 원형 구멍(59)이 가상 원 상에 배치되는데, 가상 원의 직경은 액적 형상의 구멍(51)이 위치된 가상 원의 직경보다 크다.

도4 및 도6은 또 다른 구성의 내부 판(60, 80)을 도시하고 있는데, 이들 내부 판 각각에는 내부 치형(13)이 각각 형성되어 있다.

도5 및 도7은 상기 또 다른 구성에 대응하는 외부 판(70, 90)을 도시하고 있는데, 이들 외부 판 각각에는 외부 치형(14)이 각각 형성되어 있다.

도4에 따른 내부 판(60)은 경계면(62, 63)과 가상 반경(R) 사이의 거리가 체감적(遞減的)으로 연장되는, 예컨대 경계면(62, 63)이 함께 반원을 형성하는, 구멍(61)을 포함한다. 구멍(61)은, 외부 원주 면(67)을 향하여 개방되고 폐쇄 단부(68)를 포함하는 원주 방향으로 분포된 슬롯(66)과 교대로 분포된다.

도5에 따른 외부 판(70)의 구멍(71)은 내부 판(60)의 구멍(61)에 대응한다. 구멍(71)은 각각의 내부 판의 구멍이 위치하는 원보다 작은 직경을 갖는 회전 축(X-X)을 중심으로 한 가상 원 상에 배열된다.

도6에 따른 내부 판(80)의 실시예는 도4의 내부 판(60)에 거의 대응하지만, 내부 판(80)에는 경계면(82, 83)과 반경(R) 사이의 거리가 정점(84)으로부터 점증적으로 연장되는 구멍(81)이 형성된다.

도7에 따른 외부 판(90)의 구멍(91)은 내부 판(80)의 구멍(81)에 대응한다. 구멍(91)은 각각의 내부 판의 구멍이 위치하는 원보다 작은 직경을 갖는 회전 축(X-X)을 중심으로 한 가상 원 상에 배열된다.

도8을 참고하면, 도6 및 도7에 따른 내부 판(80)과 외부 판(90)이 중첩되게 도시되어 있다. 도시된 바와 같은 상대 회전 위치에서는, 구멍(81)과 구멍(91)의 부분적 중첩에 의해서 관통 유동 채널(15)이 형성된다. 내부 판(80)이 반시계 방향으로 회진하게 되면, 점성 매체는 경계면(82)에 의해서 회전 축(X-X)을 향해서 내향으로 가압되고, 구멍(81)과 구멍(91)이 중첩되는 시점에서는 점성 매체가 구멍(81)으로부터 관통 유동 채널(15)을 거쳐서 외부 판(90)의 구멍(91) 안으로 유동하고 여기서부터 더 안쪽으로 이송된다.

도9는 전륜 구동 차량의 구동 개념을 도시한다. 전륜(16)은 엔진(17)에 의해서 기어 박스(18)와 그리고 전방 차축(axle, 21)의 차동 축(19) 및 측면 축(20)을 거쳐서 구동된다. 정상 주행 상태 하에서는 후륜(22)만이 구르므로, 내부 판과 외부 판은 점성 커플링(1) 내에서 서로에 대해 회전하지 않는다. 전륜(16)이 노면에 대한 적절치 못한 접착 마찰에 의해 슬립되는 경우, 외부 판에 대한 내부 판의 회전 이동이 점성 커플링(1)에서 발생하므로, 후륜(22)은 추진 축(23)과 그리고 후방 차축(26)의 차동 축(24) 및 측면 축(25)에 의해서도 구동된다.

이상의 본 발명에 따르면, 점성 커플링에 있어서 점성 매체가 어느 한 판의 구멍으로부터 다른 판의 구멍으로 이송되게 되어 점성 매체가 보다 긴 길이에 걸쳐서 내향으로 유동하게 된다. 그 결과, 점성 매체가 회전 축을 향해서 내향으로 유동하게 되는 이점이 커지게 되어, 판들의 대향 면의 내부 영역이 점성 매체에 의해 보다 많이 적셔지고, 이 결과 판의 마멸이 감소하여 점성 커플링의 사용 수명이 향상된다. 또한, 점성 커플링의 판에 구멍 외에도 회전 축을 기준으로 한 가상 반경상에 위치되고 원주 방향 면을 향해서 개방되어 있는 슬롯을 마련한 본 발명에 의하면, 열 응력 및 기계적 응력을 완화시키는 효과도 얻을 수 있다.

Claims

서로에 대해 회전 가능하도록 회전 축 둘레에 배치되며 폐쇄 유니트를 형성하는 하우징(2)과 허브(3)를 구비하고, 허브(3)와 회전 불가능하게 체결되는 1조의 내부 판(6, 40, 60, 80)을 구비하고, 하우징(2)에 회전 불가능하게 체결되는 방식으로 부착된 1조의 외부 판(5, 50, 70, 90)을 구비하고, 적어도 1조의 판의 판들이 회전 축의 방향으로 이동 가능하고, 내부 판(6, 40, 60, 80)과 외부 판(5, 50, 70, 90)은 적어도 부분적으로는 서로가 중첩되면서 회전 축(X-X) 방향으로 소정의 순서로 교대로 배열되고, 내부 판(6, 40, 60, 80) 또는 외부 판(5, 50, 70, 90)이 구멍(41, 51, 61, 71, 81, 91)을 포함하고, 또한 하우징(2)과 허브(3)와 판(5, 50, 70, 90, 6, 40, 60, 80)들 사이의 나머지 공간을 적어도 부분적으로 채우는 점성 매체를 구비하는, 점성 커플링에 있어서,

적어도 1조의 판의 판들의 구멍(41, 51, 61, 71, 81, 91)이 회전 축(X-X)을 기준으로 한 가상 반경(R)으로부터의 거리를 갖는 2개의 경계면(42, 43, 52, 53, 62, 63, 72, 73, 82, 83, 92, 93)을 포함하고, 상기 가상 반경(R) 상에 위치된 정점(44, 54, 64, 74, 84, 94)으로부터 시작하는 상기 거리는 회전 축(X-X)의 방향으로 증가하고, 또한 구멍(41, 51, 61, 71, 81, 91)은 경계면 (42,43, 52, 53, 62, 63, 72, 73, 82, 83, 92, 93)을 연결시키는 기부면(45, 55, 65, 75 85, 95)에 의해 경계가 이루어지는 것을 특징으로 하는 점성 커플링.
제1항에 있어서, 내부 판(6, 40, 60, 80)과 외부 판(5, 50, 70, 90) 모두의 구멍(41, 51, 61, 71, 81, 91)들은 각각이 회전 축을 중심으로 해서 적어도 하나의 가상 원주 선 상에 분포되고, 내부 판(6, 40, 60, 80)의 구멍(41, 61. 81)들은, 허브(3)가 하우징(2)에 대한 어떤 회전 위치에 있을 때에 구멍(41, 51, 61, 71, 81, 91)들이 어떤 영역에서 중첩되고 이에 따라 내부 판(6, 40, 60, 80)의 구멍(41, 61, 81)들과 외부 판(5, 50, 70, 90)의 구멍(51, 71, 91)들 사이에 관통 유동 채널(15)이 형성되게 되는 방식으로, 회전 축(X-X)을 기준으로 하여 반경 방향으로 외부 판(5, 50, 70, 90)의 구멍(51, 71, 91)에 대해서 오프셋된 것을 특징으로 하는 점성 커플링.
제1항 또는 제2항에 있어서, 경계면(42, 43, 52, 53, 62 63, 72, 73, 82, 83, 92, 93) 각각과 가상 반경(R) 사이의 거리가 직선적으로 연장되는 것을 특징으로 하는 점성 커플링.
제1항 또는 제2항에 있어서, 경계면(42, 43, 52, 53, 62, 63, 72, 73, 82, 83, 92, 93) 각각과 가상 반경(R) 사이의 거리가 점증적으로 연장되는 것을 특징으로 하는 점성 커플링.
제1항 또는 제2항에 있어서, 경계면(42, 43, 52, 53, 62, 63, 72, 73, 82, 83, 92, 93) 각각과 가상 반경(R) 사이의 거리가 체감적으로 연장되는 것을 특징으로 하는 점성 커플링.
제1항 또는 제2항에 있어서, 구멍(41, 51, 61, 71, 81, 91)의 기부면(45, 55, 65, 75, 85, 95) 각각은 회전 축(X-X)을 중심으로 한 가상 원의 원주에 대해 접선 방향으로 연장된 것을 특징으로 하는 점성 커플링.
제1항 또는 제2항에 있어서, 구멍(41, 51, 61, 71, 81, 91)의 기부면(45, 55, 65, 75, 85, 95)은 곡선형인 것을 특징으로 하는 점성 커플링.
제1항 또는 제2항에 있어서, 내부 판(6, 40, 60, 80) 또는 외부 판(5, 50, 70, 90)은 회전 축(X-X)을 기준으로 한 가상 반경(R) 상에 위치된 슬롯(46, 56, 66, 76, 86, 96)을 포함하고, 내부 판(6, 40, 60, 80)의 슬롯(46, 66, 86)은 원주면(47, 67, 87)을 향하여 개방되고, 외부 판(5, 50, 70, 90)의 슬롯(56, 76, 96)은 내부 면(57, 77, 97)을 향하여 개방된 것을 특징으로 하는 점성 커플링.