KR100382265B1 - 스위벨브레이크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 의도하는 범위의 멈춤토크를 유지하기 위하여, 자동차의 회전축의 다른경사에서 멈춤토크의 전개가 연속적으로 이루어지는 스위벨 브레이크를 갖는 도어에서, 차원법칙이 상기 멈춤토크를 위하여 주어지고 특히 특히, 문이 의도하지 않게 닫히는 원인이 되는 토크에 대해, 그리고 문의 회전각도이상의 멈춤토크의 전개를 유리하게 하는 것이다.

Description

스위벨 브레이크{swivel brake}

DE 4,406,824 C에서, 힌지핀상에 환상의 웨지(wedge)형상이며 부분적으로 한지핀을 지지하고 상기 지지부의 탄성변형 또는 마찰에 의해 도어가 회전하는 것을 저지하는 스위벨 캐치(swivel catch)를 가지는 힌지가 설명되며, 상기 발명의 목적은 도어가 열린 각도 범위의 모든 회전위치에서 스스로 잠기게 하는 것이다.

특히, 자동차의 도어는 자동차가 종방향 또는 횡방향으로 경사진 상태에서 주차해 있을 때, 의도하지 않게 잠겨서는 안된다. 상기 잠김을 유발하는 모멘트의 크기와 잠기는 도어가 가지는 운동에너지는 개방각도와 도어의 질량 및 공간내의 회전축의 위치, 즉, 상기 경사를 가지고 주차된 자동차의 경사에 의존한다.

도어가 전면에 힌지로 연결되면, 닫히는 토크는 자동차가 상향경사면에 주차해있을 때 감소하고, 차량이 (상향경사면에 위치한 도어에서) 횡방향으로 경사져서 주차해있을 때 증가한다.

도어가 역방향으로 이동할 때, 특히 세로축에 대하여 경사져서 주차된 자동차의 상향경사면에서 도어가 열릴 때, 스위벨 캐치(swivel catch)에 의해 작용하는제동토크가 극복되어지기 때문에 상기 제동토크는 너무 크지 않아야 한다.

본 발명은 예를 들어 자동차 도어를 위해 수직방향에 대해 회전축이 다양한 경사를 가지는 도어의 스위벨 브레이크에 관한 것이다.

도 1은 회전각도에 따른 토크발생을 도시한 그래프.

도 2는 종방향축주위에서 경사져 주차된 자동차의 정면도.

도 3은 도 2의 자동차의 도어에 작용하는 토크의 개략도.

도 4는 환상의 웨지형태인 스위벨 브레이크를 가지는 힌지의 부분단면도.

도 5는 도 4의 화살표로 나타난 부분의 확대 단면도.

도 6은 다중 디스크 브레이크형태의 스위벨 브레이크를 가지는 힌지의 부분단면도.

도 7은 도 6의 평면도.

도 8은 슬롯이 형성되고 수축가능한 베어링 아이의 형태인 스위벨 브레이크를 가지는 힌지의 개략도.

도 9는 도 8의 단면도.

도 10은 원추형의 스위벨 브레이크를 가지는 힌지의 부분 단면도.

* 부호설명

1: 가로좌표 2: 세로좌표

3,5: 회전토크의 곡선 4,6: 제동토크의 곡선

7,8: 도어 9: 자동차

12: 제 1 힌지 플레이트 13: 힌지핀

14: 스크류 15: 칼라(collar)

16: 베어링 영역 17: 제 2 힌지 플레이트

18: 너트 19: 홀

20,21: 프로파일 22,23: 웨지(wedges)

24: 스위벨 브레이크 25: 키 표면(key surface)

26,27: 돌기 28,29: 브레이크 플레이트

30: 상승 디스크 31,32: 상승 표면

33: 디스크 스프링 34: 시거 서클립 링(seeger circlip ring)

35: 텅(tongue) 36: 링

37: 휠 38: 샤프트

39: 베어링 40: 간극

41: 캠 42: 자유단부

43: 디스크 44,45: 상승 디스크

본 발명의 과제는 부분적으로는 서로 반대되고 가장 적합한 요건을 규정함으로써 스위벨 브레이크의 제동작용을 위한 크기결정원리를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 청구범위의 독립항을 따르는 크기결정원리에 의해 상기 과제를 해결하며, 회전축이 수직방향에 대해 최대 경사위치에 있을 때, 동일하게 결정된 초기값과 최종값사이의 스위벨 브레이크의 제동토크의 임의적인 증감보다는 도어의 토크의 증가에 따른 전개를 사용하며 상기 전개는 도어의 중량, 도어의 중력중심의 스위벨 아암, 스위벨 각도 등 과 같은 변수에 의해 결정된다.

상기 변수들은 도어마다 많이 다를 수 있기 때문에, 도어의 토크발생을 결정하려면 제동토크를 먼저 제공해야 한다.

도어가 열릴 때, 자동차가 경사져서 주차되어 있는 경우, 흔히 횡방향축주위에 경사진 상태에 관련된다. 즉, 상기 자동차는 상방 또는 하방으로 주차되어 있다. 따라서, 상술한 경우 모든 회전위치에서 도어의 토크를 초과한다면, 사전에 스위벨 브레이크의 제동토크가 형성되는 것이 바람직하다.

상방으로 주차된 자동차 도어의 퍼텐셜 에너지가 최소한 위험하지 않은 열에너지로 변환된다.

자동차가 종방향축주위에 경사져있어서 발생하는 토크를 계산하기 위한 목적은 도어의 최대 개방각도에서 종방향축주위에 형성된 경사로부터 기인하는 토크에 의한 횡방향축주위에 형성된 경사로부터 기인한 토크를 초과하는 제동토크를 형성하기 위한 것이다.

특히 제동토크가 초기영역과 최종영역에서보다는 제동토크가 형성되는 중심영역에서 더 큰 범위에 대해 종방향축주위에서 경사를 형성하여 발생하는 토크를 초과할 때, 상기 제동토크의 균형이 이루어진다.

도어가 열릴 때 초기 제동토크는 상술한 목적을 위하여 요구되는 힘이 너무 커지게 되는 특정값을 초과하지 않아야 한다. 종방향축주위에서 경사져서 주차된 자동차의 상방측면에서 도어의 토크는 상기 영역에서 최대가 된다.

그러나 도어의 운동에너지를 상승시킬 수 있는 거리가 짧기 때문에 스위벨 브레이크의 제동하중이 상기 영역에서 도어의 토크를 저하시킬 수 있다.

도어의 최대 개방각도에서 스위벨 브레이크의 제동토크 최종값을 위한 모멘트는 자동차가 종방향축과 횡방향축주위에서 경사져 주차되는 경우에, 도어에 작용하는 토크의 합과 일치하는 것이 바람직하다는 것이 증명되었다.

본 발명의 목적은 자동차의 도어가 의도하지 않게 자동으로 닫혀지고 잠겨져서, 운전자의 다리와 같은 부위가 손상되는 것을 방지하기 위한 것이다.

의도하지 않게 스스로 개방되는 도어가 그 옆에 주차된 차량에 손상을 입힐 수 있다. 하방으로 즉 횡방향축주위에서 경사져서 주차된 자동차의 도어가 열리는 것은 모든 경우에 토크를 초과하는 제동토크에 의해 방지된다.

예를 들어, 종방향축주위에서 경사져서 자동차의 하방측면에서 도어의 개방운동이 약 35°의 개방각도까지 방지될 수 없다. 상기 각도까지 도어의 퍼텐셜 에너지가 운동에너지로 변환되어 흡수되고 제동토크에 의해 토크를 초과한다.

본 발명에 따라 형성된 제동토크의 전개가 스위벨 브레이크의 또 다른 실시예에 의해 구성될 수 있다. 하기 설명에 따라, 실시예들에 관련하여 도어 힌지에 구성된 네 개의 스위벨 브레이크가 종속항에 의해 구성된다.

본 발명에 따른 크기결정원리에 따라 회전범위이상으로 전개되는 제동토크가 힌지로부터 분리된 예를 들어 브레이크 루프(loop)의 형태로 스위벨 브레이크에 분배될 수 있다.

자동차와는 달리 예를 들어 선박에서 수직축에 대하여 회전축의 다양한 경사를 가지는 도어가 제공될 수 있다. 따라서, 하기 설명은 오직 자동차의 도어에 설치된 것이다. 왜냐하면, 구조적으로 정확한 스위벨 브레이크의 크기가 상기 자동차의 도어에 명확하게 부분적으로 도시되고 그 작동은 일반적으로 공지되어 있기 때문이다.

도면들을 참고하여 본 발명은 적절한 스위벨 브레이크가 상세히 설명된다.

도 1의 선도에서 가로좌표(1)는 도어의 회전각을 도시하고, 세로좌표(2)는 도어에 작용하는 스위벨 브레이크의 제동토크를 도시한다. 도 2에 자동차(9)의 도어(7, 8)들에 작용하는 토크들이 도시된다. 도어들이 밀폐된 위치에서 개방각은 0°으로 도시된다. 도어의 최대개방각은 70°이다. 상기 수치들은 특정차량에 대해 결정된 값이다. 서로 다른 적용예들의 환경에 따라, 상기 값들이 적용예마다 상이하고 각 경우에 따라 결정되어야 한다.

도2에서 자동차(9)는 종방향축주위에서 경사상태로 도시된다. 도 1의 선도에서, 종방향축 및 횡방향축주위에서 경사상태인 경우에 양쪽 토크들이 도시된다. 차량의 경사에 대하여, 제조업자는 차량의 종방향축 및 횡방향축으로 수평에 대해 14°로부터 진행된다. 차량도어의 최대개방각은 약 70°이다.

자동차(9)가 상향경사면위에 주차될 때, 즉 횡방향축주위에 경사를 가지는 경우에, 전방에서 힌지연결된 도어(7,8)들이 (화살표 A를 따라 )밀폐되거나 (화살표 B를 따라) 떨어져 개방될 수 있는 회전토크가 곡선(3)으로 도시된다. (개방각이 증가함에 따라 증가하는 상기 회전토크는 도어의 무게, 도어의 회전축으로부터 도어의 질량중심까지의 거리 및 도어가 운동하고 자동차(9)의 특정 경사에 의해 결정되는 평면의 경사를 고려한다. 또한 힌지의 마모 및 풍력과 같은 외부영향들의 추가 변수들이 고려된다. 자동차(9)의 도어(7, 8)들이 가지는 회전영역에 대한 상기 토크의 전형적인 발생이 곡선(3)으로 도시된다. )그러나 자동차의 도어에 작용하는 토크는 광범위하게 변화한다. 따라서 모든 환경을 고려하여 스위벨브레이크가 가지는 제동효과의 크기를 결정하는 것이 곤란하다.

이상적으로 일점쇄선으로 도시된 곡선(4)을 따라, 도어들이 가지는 토크의 곡선(3)보다 크게 스위벨브레이크의 제동토크가 제공되어, 회전범위내의 모든 개방각을 통해 상기 도어(7, 8)들은 자체구속된다. 자동차(9)가 수평으로 주차하면, 개방토크는 발생하지 못한다. 이 경우 도어를 밀폐할 때, 충분한 제동토크가 극복되어야 한다. 특히, 상향경사면위에 주차할 때 차량의 도어가 개방되면, 개방토크뿐 만 아니라 제동토크가 극복되어야 한다. 상기 목적을 위해 요구되는 하중이 과도하게 증가하는 것을 방지하기 위하여, 제동토크가 개방토크보다 너무 크게 배열되지 않아야 한다. 상기 목적을 위하여 약 5Nm 까지 제동토크가 증가하는 것이 유리하다.

도 2의 자동차에 있어서, 종방향축주위에서 경사를 형성하도록 자동차가 주차되면, 도어(7, 8)의 회전영역에서 토크발생이 역전되고, 도 3의 하중삼각형을 참고할 때, 도어의 개방각이 증가함에 따라, 곡선(5)을 따라 토크는 감소한다. 곡선(5)의 토크는 화살표(C)방향을 따라 상향인 도어(7)의 밀폐운동에 대응되고, 화살표(D)방향을 따라 하향인 도어(8)의 개방운동에 대응된다. 하중삼각형에서, 하향경사측부에 작용하는 토크가 화살표(10)로 도시되고, 도어가 밀폐될 때, 도어에 작용하는 토크에 해당한다. 도어가 완전히 개방( 약 70° )될 때, 도 1의 곡선(5)을 따라 상기 토크가 감소된다. 도 2에 도시된 하중삼각형을 참고할 때 토크(5')에 의해 상향경사측부에 배열된 도어(7)가 밀폐되고, 하향경사측부에 배열된 도어(8)가 개방된다.

개방각이 클 때, 곡선(4)을 따르는 제동토크가 상기 토크(5')를 신뢰성있게 초과하여 작용한다. 그러나 개방각이 약 35°이하일 때, 곡선(4) 및 곡선(5)사이에 배열된 중간영역에서 상기 토크는 제동토크를 초과한다.

심지어 상기 중간영역에서 상기 토크위의 제동토크를 증가시키면, 상기 개방운동이 개시될 때 도어(7, 8)를 개방하기 위한 토크가 불필요하게 급격히 상승할 수 있다. 곡선(4)을 따르는 토크와 비교하여, 제동토크가 대략 이점쇄선으로 도시된 곡선(6)을 추종하면 도어를 개방하기 위한 상기 토크가 감소될 수 있다.

전체적으로 상기 크기결정원리가 제공될 때, 특성 곡선(4,6)을 따라 제동하중이 발생되어 유리하고, 도어는 개방위치로 유지된다. 제동일 즉, 열로 변환되어 소모되는 상당 부분의 조정일에 의해 전체 회전영역에 걸쳐서 도어의 회전운동이 제동되고, 개방하중이 목적한 영역내에 유지된다.

서로 다른 형태의 스위벨브레이크에 의해 상기 제동토크들이 발생될 수 있다. 하기 설명에서 본 발명을 따르는 힌지에 관한 네 개의 실시예들이 제공되고, 또 다른 실시예들이 가능하며, 하기 실시예들은 본 발명을 제한하지 못한다.

도 4 및 도 5를 참고할 때, 힌지(11)는 제 1 힌지플레이트(12)를 가지고, 상기 힌지플레이트(12)내에 힌지핀(13)이 칼라(15)에 대해 고정되며, 스크류(14)에 의해 고정된다. 힌지핀(13)의 회전영역(16)에서 회전가능한 제 2 힌지플레이트(17)가 너트(18)에 의해 고정된다. 홀(19)에 고정되는 (도면에 도시되지 않은) 나사들에 의해 상기 힌지플레이트(12,17)들이 자동차(9)의 차체 또는 도어(7, 8)에 연결된다. 서로 일치하고 원형의 쐐기 형태를 가진 프로파일(20, 21)들이 회전영역(16)의 힌지핀(13) 및 힌지플레이트(17)에 제공된다. 반경방향으로 돌출하는 웨지(22)들이 원형쐐기형태의 프로파일들로서 구성된다. 힌지핀(13)위에서 가상의 원통형표면위에서 상기 웨지(22)들이 원주방향으로 증가하고, 원주방향으로 동일거리에 배열된다. 힌지플레이트(17)내에서 상대적으로 다소 큰 직경을 가지는 가상의 원통형표면위에서 일치되게 배열된 웨지(22)들이 반경방향으로 내측을 향해 돌출한다. 원통형 표면들위에서 상기 웨지(22, 23)들이 급격한 테이퍼구조를 가진다. 힌지(11)의 끼워맞춤을 가능하게 하는 연결간격이 상기 프로파일(20, 21)에 형성되고, 상기 힌지핀(13)이 작동개시위치로 회전할 때 상기 연결간격은 제거된다. 상기 작동개시위치로부터 진행하여, 힌지(11)가 회전할 때, 상기 웨지(22,23)의 후방부분들은 표면압력이 증가하며 서로 상하로 미끄럼운동한다. 그 결과, 힌지(11)의 회전운동에 대한 제동작용이 증가한다. 본 발명에 따르면, 웨지(22, 23)들의 후방부분들이 가지는 표면증가가 대수적인 나선형으로 형성되면, 서로 상하로 미끄럼운동하는 상기 후방부분들의 선형접촉이 회피된다.

상기 형태의 힌지가 제동효과를 결정하고 상기 제동효과의 크기를 결정하도록 적합하게 선택되며, 서로 조정되어야 하는 변수들은

웨지(22, 23)들의 갯수,

웨지들의 피치,

힌지의 축방향에 대한 웨지의 길이,

서로 상하로 미끄럼운동하는 웨지표면들의 마찰계수,

제동효과의 개시를 결정하는 웨지들의 연결간격,

서로 연결되는 부품들의 탄성계수이다.

제동효과에 관한 상기 변수들의 효과들이 상기 인용문헌에 설명된다.

스위벨브레이크(24)의 제동효과가 힌지핀(13)의 회전운동에 의해 변화되고, 그 결과 힌지가 회전운동함에 따라, 작동개시위치에서 웨지(22, 23)들사이의 표면압력이 변화하여 표면압력이 증가된다. 그 결과 제동토크의 크기가 변화한다.

상기 목적을 위하여, 상기 스크류(14)를 느슨하게 하면, 힌지플레이트(12)내부에서 힌지핀(13)의 고정상태가 이완되고, 키표면(25)위에서 작동하는 공구에 의해 힌지핀이 회전한다.

힌지핀(13)과 힌지플레이트(17)에서 회전영역(16)의 한 부분이 각각 내부단부 또는 외부단부와 일치하여 맞물리도록 결합되고 원형인 다수의 브레이크플레이트(28, 29)가 안내되는 돌기(26, 27)와 결합된다.

칼라(15)의 저단부표면에서 상승표면(32)과 일치하고 상부측면에서 상승표면 (31)과 상호작용하는 상승디스크(30)가 힌지플레이트(17)의 돌기(26)로 안내된다. 따라서 상기 브레이크 플레이트(28, 29)가 회전하도록 힌지핀(13) 및 힌지플레이트 (17)와 함께 고정수단에 연결되고 힌지가 회전할 때 서로 회전한다.

디스크스프링(33)은 상승디스크(30)와 마주보는 플레이트조립체의 측면에 배열된다. 힌지가 회전할 때, 상기 상승표면(32, 31)은 서로 미끄럼운동하고 브레이크플레이트(28, 29)를 서로에 대해 점점 강하게 가압하고, 디스크스프링(33)의 작용에 저항하며, 힌지의 회전각도가 증가함에 따라, 제동효과는 증가한다.

상기 제동효과가 상기 도 4 및 도 5의 실시예에서와 같이 변화할 수 있다. 따라서 상승표면(31, 32)의 출발위치와 제동효과는 변화할 수 있다.

도 8 및 도 9의 실시예에 있어서, 힌지핀(13)이 힌지플레이트(12,17)내에서 시거 서클립 링(34)에 의해 지지되고, 요홈 및 텅(35)에 의해 힌지플레이트(12)내에서 회전운동에 대해 고정된다. 개방구조를 가지고 간극(40)을 가지는 힌지플레이트(17)의 베어링아이(eye)에 의해 스위벨브레이크(24)가 구성된다.

치형부를 가진 링(36)이 힌지핀(13)위에 회전적으로 고정상태로 고정되고, 치형부를 가진 휠(37)과 상기 링(36)이 연결된다. 힌지플레이트(17)위에서 베어링 (39)내부에서 회전운동하는 샤프트(38)위에 상기 휠(37)이 배열된다. 상기 샤프트 (38)위에 캠(41)이 배열되고, 힌지플레이트(17)에 구성된 베어링아이의 자유단부 (42)위에 상기 캠(41)이 가압된다.

힌지(11)가 회전될 때, 힌지핀(13)에 연결된 상기 링(36) 및 상기 휠(37)에 의해 샤프트(38) 및 캠(41)이 회전운동한다. 그 결과 상기 힌지플레이트(17)의 상기 베어링아이를 수축시키며 상기 베어링아이의 자유단부(42)위에 상기 캠(41)이 압력을 증가시킨다. 그 결과 상기 베어링내부에서 마찰 및 제동토크가 증가한다.

캠(41)의 형상에 의해 제동토크의 발생이 선택될 수 있다.

마지막으로, 원추형으로 이루어진 스위벨 브레이크(24)의 실시예가 도 10에 도시된다. 힌지 플레이트(17)와 힌지핀(13)의 두 베어링 아이는 회전영역내에서 원추형으로 구성되고 힌지가 회전할 때 원추형 표면상에서 미끄럼운동한다.

상기 힌지 플레이트(17)의 베어링 아이는 다른 측면에 있는 디스크 스프링을 상승 디스크(44)위에서 지지하는 곳과 대향하여 디스크(43)를 지지한다.

상기 상승 디스크(44)는 고정된 수단내에서 회전하도록 안내되지만, 예를 들어 상기 영역에서 다각형으로 설계된 베어링아이에 의해 힌지 플레이트(17)의 베어링 아이내부에 축상으로 배열될 수 있다.

회전하지 않도록 고정된 상승 디스크(45)의 상승표면(31)은 너트(18)에 의해 기어가 형성되어 결합된 힌지핀(13)의 단부영역에서 상승 디스크(44)의 상승 표면에 대하여 지지된다.

힌지(11)가 회전할 때, 상기 상승 표면(31,32)은 서로 미끄럼운동하고 디스크 스프링의 가중되는 인장력을 받으며 점점 강하게 힌지플레이트(17)의 원추형 베어링 아이를 힌지핀의 원추형 베어링 영역(16)으로 가압하며, 따라서 제동효과가 확대된다.

상기 제동토크는 너트(18)에 의해 디스크 스프링(33)의 미리 인장력을 받음으로써 결정될 수 있다.

도 6,7 및 10의 실시예에서 상기 스위벨 브레이크(24)의 제동토크의 발생은 디스크 스프링의 선택과 상승표면(31,32)의 상승의 전개에 의해 결정될 수 있고 힌지핀(13)의 회전에 의해 변화될 수 있다. 상기 방법으로, 예를 들어, 회전각도가 증가함으로써 감소하는 상승표면의 상승이 도 1의 라인 6에 따라 제동토크의 상승으로 부드럽게 감소할 수 있다.

Claims (7)

1. 회전축주위에서 회전할 수 있는 자동차의 도어에 구성되며, 상기 회전축의 경사가 수직축에 대해 변화하는 스위벨 브레이크에 있어서,

   자동차의 횡방향축주위에서 자동차가 경사상태로 배열되고, 상기 도어의 회전축이 수직축에 대해 최대 경사를 형성할 때, 각 회전위치에서 스위벨 브레이크 (24)의 제동토크(4,6)가 도어의 회전토크(3,5)를 항상 초과하도록 스위벨 브레이크 (24)에서 발생하는 제동토크가 도어에서 발생하는 회전토크에 대해 설정되는 것을 특징으로 하는 스위벨 브레이크.
2. 제 1항에 있어서, 자동차가 종방향 및 횡방향축주위에서 경사를 형성할 때, 도어의 개방각이 최대이고, 자동차가 횡방향축 및 종방향축주위에서 최대경사를 형성하면, 스위벨 브레이크(24)의 제동토크(4)는 종방향축 및 횡방향축주위에서 도어의 회전토크(3,5)들의 합이상인 것을 특징으로 하는 스위벨 브레이크.
3. 제 2항에 있어서, 자동차가 횡방향축주위에서 경사를 형성할 때, 도어의 회전각범위 중 상부영역 및 하부영역보다 회전각의 중앙영역에서 스위벨 브레이크 (24)의 제동토크(4)가 도어의 회전토크(3)보다 상대적으로 더 크게 초과하는 것을 특징으로 하는 스위벨 브레이크.
4. 전항 중 어느 한 항에 있어서, 힌지핀(13) 및 힌지플레이트(17)에 구성되고 웨지구조를 가진 프로파일(20, 21)들을 서로 일치시켜 구성되는 것을 특징으로 하는 스위벨 브레이크.
5. 전항 중 어느 한 항에 있어서, 다중 디스크 브레이크로서 구성되고, 회전각이 증가함에 따라 브레이크 플레이트(28, 29)를 가압하는 강도를 증가시키는 장치(15, 30, 31, 32)가 구성되는 것을 특징으로 하는 스위벨 브레이크.
6. 전항 중 어느 한 항에 있어서, 마찰브레이크로서 구성되고, 회전각이 증가함에 따라 힌지플레이트(13, 17)내부의 부품들을 가압하는 강도를 증가시키는 장치(36, 37, 38, 41)가 구성되는 것을 특징으로 하는 스위벨 브레이크.
7. 전항 중 어느 한 항에 있어서, 원추형 브레이크로서 구성되고, 회전각이 증가함에 따라 베어링원추부분들을 서로 가압하는 강도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 스위벨 브레이크.