KR100347233B1 - 탬퍼저항식브레이크액츄에이터 - Google Patents

Abstract

유체작동식 조합 다이어프램 스프링 브레이크는 파워스프링(52)을 수용하는 스프링 챔버를 서로 형성한 헤드(36)와 플랜지 케이스(34)사이의 탬퍼저항 연결부를 가지고 있다. 헤드는 환형의 플랜지(60)와 축방향림(62)을 가지고 있고 플랜지 케이스(34)는 환형의 플랜지(68)와 축방향림(70)을 가지고 있다. 헤드 및 플랜지 케이스의 플랜지와 헤드 및 플랜지의 림중의 적어도 하나는 환형의 오목부를 형성한다. 다이어프램(38)은 플랜지 사이에 끼워져 있고 실질적으로 환형의 오목부내에 있는 모든 공기를 제거한 환형의 오목부를 채운다. 방사상 방향으로 다이어프램에 인접한 용접연결부는 헤드림을 플랜지 케이스림에 체결한다.

Description

탬퍼저항식 브레이크 액츄에이터{BRAKE ACTUATOR HAVING TAMPER-RESISTANT HOUSING AND METHOD FOR MAKING SAME}

스프링 브레이크 액츄에이터는, 트럭, 버스 및 견인 자동차에 사용되는 공기브레이크 시스템에 통상 사용된다. 이러한 액츄에이터는, 압축된 공기의 전달 및 배출에 반응하여 통상 브레이크를 작용 및 해제시키기 위한 서비스 챔버, 및 주차 또는 사이드 브레이크 기능을 제공하기 위하여 서비스 챔버에 탠덤으로 배치된 스프링 챔버를 전형적으로 구비하고 있다.

스프링 브레이크 액츄에이터는 스프링 챔버내의 압축공기가 어떤 소정의 레벨 아래로 감소될때에 서비스 브레이크 액츄에이터를 작동시키고 브레이크를 작용시키는데 스프링힘을 사용한다.

공기 압축은 압축공기 시스템의 고장의 결과로서 작동자의 제어하에 브레이크를 적용하거나 또는 브레이크를 자동적으로 적용하도록 스프링 챔버내에서 감소될 수 있다. 서비스 챔버와 스프링 챔버는 2개의 챔버 사이에서 벽을 형성하는 어댑터 또는 플랜지에 의해서 분리된다.

전형적인 스프링 브레이크 액츄에이터에 있어서, 배럴형 파워스프링은 에너지를 저장하고 공기압력 부족의 경우에 제동하기에 필요한 큰힘을 발휘하는데 사용된다. 다이어프램 또는 피스톤 상에 작용하는 공기 압력은 스프링을 압축하는데 사용되며 다이어프램 또는 피스톤을 브레이크 해제위치에서 유지하는데 사용된다. 공기가 배출되면, 스프링은, 다이어프램, 전형적으로 탄성중합체의 다이어프램 또는 피스톤 상에 작용하고 시스템 공기압력의 부족의 경우에 브레이크를 작용시키도록 작동로드를 통하여 스프링힘을 서비스 푸시로드 상에 발휘한다.

스프링 브레이크 액츄에이터는 헤드(대개는 스프링 하우징 도는 스프링 챔버로서 알려져 있음)와 어댑터 사이에서 탄성중합체 다이어프램을 클램프함으로써 전형적으로 형성되는 스프링 챔버내에서 작동한다. 파워스프링은 헤드와 다이어프램 사이에 있는 스프링 챔버내에서 전형적으로 압축된다. 스프링은 높은 스프링 상수를 가지고 있고 전형적으로 무게가 3파운드 이상이며 원래의 비압축길이에서 9 내지 10인치로 신장되고 3인치보다 더 작은 선형길이로 압축된다. 높은 스프링 상수를 구비한 스프링은 힘을 2000 내지 3000파운드의 헤드상에 발휘하는 잠재에너지양을 가지고 있다.

종래의 다이어프램형 브레이크 액츄에이터에 있어서 브레이크 액츄에이터 헤드는 다이어프램이 클램프된 헤드와 어댑터 상의 정합플랜지를 클램프하도록 단면이 통상 U형상인 밴드에 의해서 어댑터에 체결된다. 전형적으로 밴드에는 편리하게 분해하기 위하여 서로 볼트결합되는 부위가 형성되어 있다. 파워스프링이 큰 압력하에 있기 때문에, 수단은 스프링 챔버가 안전하게 분해되기 전에 파워스프링을 구속 또는 "속박"하도록 제공되어야 분해하기전에 파워스프링을 적절하게 구속하지 못하여 스프링내의 잠재에너지가 갑작스럽게 해제되면 헤드와 어댑터는 흩어질 수 있다.

스프링 챔버의 분해를 방지하기 위하여, 클램프 밴드는 통상 밀봉된 브레이크이라고 불리우는 것을 형성하기 위하여 연속링으로 형성되어 플랜지위에서 변형된다. 빌봉된 브레이크의 이점은 안전하다는 점이다. 클램프밴드가 제거되도록 변형되었기 때문에, 밀봉된 브레이크 클램프 밴드 또는 변형된 플랜지는 스프링 챔버의 분해를 방지한다. 브레이크를 손상시키지 않고는 분해하기가 곤란하기 때문에 밀봉된 브레이크를 안전하게 하는 동일한 특징은 미래수선을 방지한다. 다이어프램이 예컨대 고장나면, 전체브레이크 액츄에이터는 교체되어야 한다. 여하튼간에, 밀봉된 브레이크의 수리작업은 대단히 어렵다.

탬퍼저항식 브레이크내에서 브레이크 액츄에이터 헤드를 어댑터에 체결하기 위한 다른 수단이 사용된다. 예컨대, 1994년 5월 31일에 발행되어 피어스(pier- ce)에 허여된 미국특허 제5,315,918호에는 브레이크 액츄에이터 헤드를 어댑터에 체결하기 위한 베이언니트 장착부가 개시되어 있다. 브레이크 액츄에이터 헤드와 어댑터는 축방향으로 뻗어 있는 보조립을 가지고 있다. 이 립중의 하나에는 일련의 개구부가 형성되어 있으며 이 개구부에는 액츄에이터 헤드를 어댑터에 체결하도록 용접된 플러그가 수용된다.

톰프슨(Thompson)에게 허여되고 1994년 2월 15일에 발행된 미국특허 제5,285 ,716호에는 브레이크 액츄에이터 헤드를 어댑터에 체결시키는 용접이 다이어프램에서 충분한 거리만큼 떨어져서 이루어져 다이어프램이 타지 않는 방식으로 어댑터로의 브레이크 액츄에이터 헤드의 용접방법이 개시되어 있다. 특히, 브레이크 액츄에이터 헤드는 어댑터의 축방향으로 뻗어 있는 플랜지와 중첩하고 액츄에이터 헤드와 어댑터 사이에서 압축된 다이어프램으로부터 충분히 거리만큼 뻗어 있으면서 축방향으로 뻗어 있는 플랜지를 가져서 액츄에이터 헤드의 축방향으로 뻗어 있는 플랜지의 끝에 형성되는 용접으로부터의 열이 다이어프램을 타지 않도록 한다.

본 발명은 트럭과 같은 자동차 상의 공기 브레이크 시스템에 사용되는 타입의 다이어프램 스프링 브레이크 액츄에이터에 관한 것이다. 그 특성중의 하나에 있어서, 본 발명은 탬퍼저항식 스프링 챔버를 가진 스프링 브레이크 액츄에이터에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 유체 작동식 조합다이어프램 스프링 브레이크 액츄에이터의 정면, 및

도 2는 도 1의 유체작동식 조합다이어프램 스프링 브레이크 액츄에이터의 부분단면도.

본 발명에 따라, 원통형 헤드와 플랜지 케이스 사이의 탄성 중합체 다이어프램을 구비한 원통형 헤드 및 플랜지 케이스를 가지고 있는 유체작동식 브레이크 액츄에이터는 다이어프램의 주위 부분에 인접한 용접연결부를 가지고 있다. 플랜지 케이스와 헤드는 다이어프램의 주위에지를 압축하도록 형성된 방사상으로 뻗어 있는 플랜지와 원통형 헤드 사이에 형성된 환형의 오목부를 실질적으로 채우도록 한다.

일실시예에 있어서, 헤드와 플랜지 케이스 모두는 플랜지의 외부에지상에서 축방향으로 뻗어 있는 림을 가지고 있다. 림은 중첩되고 용접은 림사이에서 행해진다.

탄성중합체 가스켓이 헤드와 플랜지 케이스 사이에서 방사상으로 뻗어 있는 플랜지 사이에 형성된 환형의 공간내에 완전하게 채워지고 플랜지상에 있는 환형의림에 의해서 폐쇄되지 때문에, 용접부는 다이어프램을 손상되지 않게 태우지 않고 탄성중합체 다이어프램에 인접하여 방사상으로 위치된다. 따라서, 시일은 헤드와 플랜지 케이스 사이에서 완전하게 유지된다. 그럼에도 불구하고, 연결부는 인정되지 않는 탬퍼링을 피하기 위하여 용접될 수 있다. 따라서, 재료용량은 감소되어 스프링 브레이크 액츄에이터의 가격 및 무게를 감소시킨다.

본 발명은 수반한 도면을 참조하여 설명된다. 도 1 및 도 2에는 본 발명에 따른 유체작동식 브레이크 액츄에이터(10)가 도시되어 있다. 도시된 특정실시예는 서비스 챔버(12)와 스프링 챔버(14) 모두를 가진 유체작동식 조합다이어프램 스프링 브레이크 액츄에이터이다. 브레이크 액츄에이터는 자동차의 액슬의 장착 브래킷에 장착되고 자동차의 슬랙조정기와 제동시스템으로 뻗어 있고 이것에 연결된 서비스 푸시로드(16)를 통하여 브레이크(도시 안됨)를 작동시키도록 되어 있다.

본 발명은 스프링 챔버에 관한 것이지만, 서비스 챔버(12)와 스프링 챔버(14)는 이 배열이 통상 스프링 브레이크 액츄에이터내에 있기 때문에 탠덤으로 서로 결합되어 있다. 서비스 챔버(12)의 구조는 잘 알려져 있다. 그러므로 서비스챔버(12)는 일반적인 사항만이 설명된다. 서비스 챔버(12)는 중공의 내부챔버를 형성하도록 컵형상 하부서비스 하우징(18)과 클램프(22)에 의해서 서로 결합된 상부서비스 하우징(20)에 의해여 형성된다. 제1탄성중합체(24)(서비스 브레이크 다이어프램으로서 잘 알려져 있음)는 하부서비스 하우징(18)과 상부서비스 하우징(20)사이의 유체기밀 맞물린 상태로 압축되어 있다. 서비스 챔버 공기포트(26)는 상부서비스 하우징(20)을 압축하도록 압력원에 연결되어 있고 공기의 추가 및 배출시에 서비스 푸시로드(16)를 왕복운동가능하게 작동시키도록 배출밸브에 연결되어 있다.

스프링 챔버(14)는 플랜지 케이스(34)와 원통형 헤드(36)에 의해서 형성되며 원통형 헤드는 플랜지 케이스(34)에 체결된다. 도시된 본 발명의 주제를 형성하는 개량은 챔버(36)를 플랜지 케이스(34)에 체결하는 것이다. 스프링 다이어프램으로 잘 알려진 제2탄성중합체 다이어프램(38)은 스프링 다이어프램(38)과 플랜지 케이스(34) 사이의 압력챔버(46)를 형성하도록 플랜지 케이스(34)와 챔버(36) 사이에서 유체기밀 맞물림 상태로 클램프된다.

스프링 공기포트(40)는 압력챔버(46)를 압축된 공기원(도시안됨)에 연결하도록 플랜지 케이스에서 뻗어 있다. 압축된 공기는 다이어프램(38)과 플랜지 케이스(34) 사이의 압력챔버(46)로 들어간다.

스프링 푸시로드(42)가 시일(44)을 통과하여 플랜지 케이스(34)와 상부 서비스 하우징(20)을 통하여 뻗어 있어서, 스프링 푸시로드(42)의 한쪽끝이 스프링 챔버(14)내에 있고 다른쪽 끝이 서비스 챔버(12)내에 있다. 스프링 푸시로드(42)는서비스 챔버(12)내에 있는 한쪽 끝에 강고하게 장착된 반작용판(48)을 가지고 있으며 압력판(50)은 스프링챔버(14)내에 있는 다른쪽 끝에 장착된다. 압력판(50)은 다이어프램(38)에 대해 지지한다. 파워스프링(52)은 압력판(50)과 스프링 푸시로드(42)를 압력챔버(46)내의 압축된 공기의 힘에 대해 가압하도록 압력판(50)과 헤드(36)사이에 위치된다. 압축된 공기가 압력챔버(46)내로 들어가면, 이것은 스프링 푸시로드(42)를 후퇴시키고 브레이크를 해제시키도록 파워스프링(52)의 힘을 극복한다. 압축된 공기가 배출되면, 파워스프링(52)은 브레이크를 작동시키도록 스프링 푸시로드(42)를 이동시킨다.

도시된 바와 같이, 서비스 챔버(12)는 상부서비스 하우징(20)을 플랜지 케이스(34)에 용접함으로써 스프링 챔버(14)에 장착된다. 종종 어댑터 하우징으로 불리우는 단일 피스로서 만들어지는 것은 상부 서비스 하우징(20)과 플랜지 케이스(34)에 공통이다. 단일 피스 어댑터 하우징을 합체한 유체 작동식 브레이크 액츄에이터는 본 발명의 범위내에 있다.

해제공구(56)는 브레이크를 기계적으로 해제하여야만 하는 경우에 압력판(50)을 후퇴된 또는 "구속된" 위치로 기계적으로 끌어당기기 위하여 헤드(36)의 중심개구부(61)내에 제공될 수 있다. 해제공구는 그 바닥 끝에 있는 일체형 헤드와 그 상부상에서 스웨지 가공된 너트를 가진 나사형로드를 전형적으로 포함하고 있다. 제2너트는 로드상에서 나사결합되고 헤드(36)에 용접된다. 너트상의 헤드는 로드가 헤드로부터 나사풀림됨에 따라 압축판을 후퇴시키도록 스프링 브레이크 액츄에이터분야에서 잘 알려진 방식으로 압력판(50)의 부분과 선택적으로맞물림 가능하다. 플랜지 케이스(34)를 원통형 헤드(36)에 체결시키는 연결부에 더욱 확실하게 잠금하도록 원통형 헤드는 원주방사상 방향으로 뻗어 있는 플랜지(60)를 가지고 있고 이 프랜지에서는 원주축방향으로 플랜지(62)가 뻗어 있다. 바람직하게, 방사상 플랜지(60)는 방사상 방향에서 약간 상향인 경사부를 가지고 있고 즉 스프링 푸시로드의 길이방향 축선에 직각인 평면에 대해 상향으로 뻗어 있는 예각을 형성하고 있다. 축방향 플랜지(62)는 서비스 챔버(12)를 향해 축방향으로 뻗어 있고 실질적으로 스프링 푸시로드의 길이방향 축선에 평행이다. 바람직하게, 방사상 플랜지(60)와 축방향 플랜지(62)는 헤드(36)를 스탬핑함으로써 형성된다. 64에서의 반경변이는 헤드(36)의 측벽(63)과 방사상 플랜지(60)사이에 형성되며 66에서의 반경변이는 방사상 플랜지(60)와 축방향 플랜지(62)사이에 형성된다.

유사한 방식으로, 플랜지 케이스(34)는 또한 터미널 에지(7)에서 종결하는 원주축방향 플랜지(70)로 뻗어 있고 원주방사상 방향으로 뻗어 있는 플랜지(68)를 가지고 있다. 바람직하게, 방사상 플랜지(68)는 스프링 푸시로드(42)의 길이방향 축선에 수직인 평면에 대해 하향으로 뻗어 있는 예각을 형성한다. 방사상 플랜지(68)와 축방향 플랜지(70)는 숄더(72,74)를 형성하는 플랜지 케이스(34)를 절곡함으로써 발생한다.

방사상 플랜지(68)는 헤드(36)의 방사상 플랜지(60)보다 더 작은 방사상 거리만큼 뻗어 있다. 2개의 방사상 플랜지(68,60)의 방사상 연장부의 차이는 축방향 플랜지(70)가 축방향 플랜지에 포개어 끼워지도록 축방향 플랜지(62)의 두게와 거의 동일하다.

브레이크 액츄에이터(10)의 조립중에, 스프링 다이어프램은 방사상 플랜지(60,68) 사이에 끼워져서 바람직하게 방사상 플랜지(60,68) 사이의 압출력을 적용시킴으로써 압축된다. 환형의 오목부(76)는 방사사 플랜지(60,68)와 축방향 플랜지(62,70)에 의해서 형성된다. 스프링 다이어프램(38)상의 비드는 환형의 오목부(76)와 유사한 형상을 가지고 있다. 방사상 플랜지(60,68)는 정렬되어 스프링 다이어프램(38)의 머드를 환형의 오목부내에 완전하게 채워지도록 스프링 다이어프램을 압축한다. 스프링 다이어프램(38)이 방사상 플랜지(60,68) 사이에서 압축됨에 따라 스프링 다이어프램(38)의 부분이 환형의 오목부내로 들어가 완전하게 채워진다. 축방향 플랜지(70)는 스프링 다이어프램(38)이 완전하게 압축될 때 축방향 플랜지의 터미널 에지(71)가 방사상 플랜지(60)와 맞닿도록 소정의 길이로 이루어질 수 있다. 축방향 플랜지(62)는 용접부(78)를 따라 축방향 플랜지(70)에 용접된다. 용접부(78)는 용접재료의 추가없이 축방향 플랜지(70)에 용해되어 용접되는 곳이며 열영향구역을 최소화한다. 추가적으로, 특정과정에 있어서, 열싱크는 과도한 열을 제거하는데 필요하다.

스프링 다이어프램(38)이 열에 의해서 그슬릴수 있지만, 용접과정 동안에 스프링이 태워졌을때 발생할 수 있는 그슬림은 스프링 다이어프램의 성능을 저하시키지 않는다. 다이어프램에 인접하여 용접부를 위치시킴으로서, 헤드(36)와 플랜지 케이스(34)을 제조하는데에는 재료가 덜 필요하다. 종래 브레이크 액츄에이터에서와 같이 플랜지의 에지에서의 용접으로부터의 열이 다이어프램을 태우는 것을 방지하기 위하여, 다이어프램을 넘어서 축방향 플랜지의 에지를 연장시키는 것을 필요하지 않다.

작동중에, 공기압력은 스프링 다이어프램(38)을 제위치에 유지하여 파워스프링을 압축하도록 스프링 공기포트(40)를 통하여 스프링 챔버(14)에 연속적으로 공급된다. 이 위치에서비스 푸시로드(16)는 통상 공기를 서비스 공기포트(26)를 통하여 서비스 챔버내로 선택적으로 압축시킴으로써 상술한 바와 같이 작동된다. 하지만, 주차브레이크가 설정될때와 같이 의도적으로 또는 공기압축시스템의 고장에 의하여 압력의 손실의 경우에, 스프링 챔버(14)내의 압력이 감소되고 파워스프링(52)이, 압력판(50), 다이어프램(38) 및 스프링 푸시로드(42)를 가압시킴으로써 브레이크를 작동시키며 이에 따라 제동압력을 브레이크에 작용시키도록 서비스 푸시로드(16)를 작동시킨다.

정당한 변경 및 수정은 첨부된 청구범위내에서 한정된 본 발명의 정신으로부터 이탈하지 않고 상기 개시의 범위내에서 가능하다.

Claims (10)

1. 한쪽끝에서 방사상 방향으로 뻗어 있는 플랜지와 헤드플랜지로부터 뻗어 있는 원주림을 가지고 있는 원통형 헤드,

   한쪽끝에서 방사상 방향으로 뻗어 있는 플랜지와 플랜지 케이스의 방사상 플랜지로부터 축방향으로 뻗어 있고 헤드원주림과 맞닿음 관계로 되어 있고 헤드원주림에 용접되는 원주림을 가지고 있는 플랜지 케이스

   헤드의 방사상 방향으로 뻗어 있는 플랜지, 플랜지 케이스의 방사상 방향으로 뻗어 있는 플랜지 및 헤드림과 플랜지 케이스림중의 적어도 하나에 의해서 형성되는 환형의 오목부,

   용접된 연결부에 의해서 헤드플랜지와 플랜지 케이스 사이에 압축상태로 유지되는 원주주위에지를 가지고 있는 탄성중합체 다이어프램으로 이루어진 유체작동식 브레이크 액츄에이터에 있어서,

   플랜지 케이스의 원주림과 헤드의 원주림 사이의 용접부는 방사상 방향으로 탄성중합체 다이어프램의 에지에 인접하여 있고 탄성중합체 다이어프램은 실질적으로 환형의 오목부내에 채워지며, 이에 따라 헤드의 원주림으로의 플랜지의 원주림의 용접중 탄성중합체 다이어프램의 탐은 최소화되는 것을 특징으로 하는 유체작동식 브레이크 액츄에이터.
2. 제 1 항에 있어서, 헤드와 플랜지 케이스림은 중첩관계로 되어 있는 것을 특징으로 하는 유체작동식 브레이크 액츄에이터.
3. 제 2 항에 있어서, 헤드의 림과 플랜지 케이스림중의 적어도 하나는 에지에서 종결되며 에지는 헤드와 플랜지 케이스의 다른 하나의 플랜지에 인접한 지점에서 종결되는 것을 특징으로 하는 유체작동식 브레이크 액츄에이터.
4. 제 3 항에 있어서, 환형의 오목부는 헤드 및 플랜지 케이스의 플랜지와 헤드 및 플랜지 케이스중의 하나의 림에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 유체작동식 브레이크 액츄에이터.
5. 제 1 항에 있어서, 헤드와 플랜지 케이스중의 하나의 림직경은 헤드와 플랜지 케이스의 다른 하나의 림의 직경보다 더 작으며, 이에 따라 헤드와 프랜지 케이스중의 하나의 림은 헤드와 플랜지 케이스중의 다른 하나의 림내에서 중첩관계로 포개어 끼워질 수 있는 것을 특징으로 하는 유체작동식 브레이크 액츄에이터.
6. 제 5 항에 있어서, 헤드와 플랜지 케이스중의 적어도 하나의 림은 에지에서 종결되며 에지는 헤드와 플랜지 케이스의 다른 하나의 플랜지에 인접한 지점에서 종결되는 것을 특징으로 하는 유체작동식 브레이크 액츄에이터.
7. 제 6 항에 있어서, 환형의 오목부는 헤드 및 플랜지 케이스의 플랜지와 헤드및 플랜지 케이스중의 하나에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 유체작동식 브레이크 액츄에이터.
8. 제 1 항에 있어서, 용접연결부는 스폿용접인 것을 특징으로 하는 유체작동식 브레이크 액츄에이터.
9. 제 1 항에 있어서, 용접부는 브레이크 액츄에이터의 원주의 적어도 일부분 둘레에서 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 유체작동식 브레이크 액츄에이터.
10. 한쪽끝에서 방사상 방향으로 뻗어 있는 플랜지를 가지고 있는 원통형 헤드,

    한쪽끝에서 방사상 방향으로 뻗어 있는 플랜지를 가지고 있는 플랜지 케이스,

    헤드와 플랜지 케이스의 방사상 방향으로 뻗어 있는 플랜지 사이에 위치되고 헤드와 플랜지 케이스의 방사상 방향으로 뻗어 있는 플랜지에 의해서 부분으로 형성된 환형의 오목부내로 압축되는 탄성중합체 다이어프램, 및

    헤드와 플랜지 케이스의 방사상으로 뻗어 있는 플랜지에 의해서 형성된 환형의 오목부를 폐쇄하는 환형의 폐쇄부재로 이루어진 유체작동식 브레이크 액츄에이터에 있어서,

    탄성중합체 다이어프램의 원주부분은 환형의 오목부를 실질적으로 완전하게 채우며, 용접부는 확실하게 클램프된 관계로 방사상 방향으로 뻗어 있는 플랜지를체결하도록 원주부재내에 제공되어 있으며 이에 따라 헤드는 플랜지 케이스에 체결되며, 용접부는 환형의 오목부의 방사상 외측에 위치되고 탄성중합체 다이어프램의 원주부분의 적어도 일부분에 인접되어 있는 것을 특징으로 하는 유체작동식 브레이크 액츄에이터.