KR100471306B1 - 유압식 클러치 디스커넥팅 장치의 링 피스톤용 실 - Google Patents

Abstract

본 바명은 하나의 이탈장치가, 변속장치 입력축(3)에 동심으로 배열되어 있으며 변속장치 케이싱(4)에 고정된 입력케이싱(2)을 포함하며, 여기서 압력케이싱(2)에는 변속장치 입력축(3)에 반경방향으로 그리고 압력케이싱(2)에서 종방향구멍(5)에 대하여 간격이 떼어진 안내소케트(6)가 배열되어 있으며, 이 소케트 상에는 링피스톤(7)이 이동가능하게 안내되어 있으며, 이 링피스톤은 압력실(8)과 축방향으로 경계하고 있으며, 여기서 링피스톤(7)의 밀봉을 위하여 V자 형상으로 펼쳐진 밀봉립들(13,14)을 가지는 밀봉물을 가지는 그러한 자동차의 마찰클러치용의 이탈장치에 관한 것이다.

본 발명에 따라서 밀봉물(12)의 밀봉립들(13,14)은 비대칭의 형성을 가지는 횡단면 윤곽을 가진다.

Description

유압식 클러치 디스커넥팅 장치의 링 피스톤용 실 {SEAL FOR RING PISTON OF A HYDRAULIC CLUTCH DISCONNECTING DEVICE}

본 발명은 종속 실린더(slave cylinder)를 포함하는 자동차의 마찰클러치용 디스커넥팅 장치(disconnecting device)에 관한 것으로서, 여기서 상기 종속 실린더는 유체의 유압에 의해 작동되며, 기어 박스 하우징(gear box housing)의 전면에 부착되어 구동축 주위에 동축으로 배열된 프레셔 하우징(pressure housing)을 포함하고 있으며, 안내 슬리브(guiding sleeve)는 프레셔 하우징의 종방향 구멍내에서 구동축에 반경방향 거리를 두고 배치되어 있으며, 링 피스톤은 안내 슬리브 내에서 이동가능하게 안내되어 프레셔 챔버의 경계를 축방향에서 한정하며, 링 피스톤에는, 밀봉을 위해, V자 형으로 펼쳐져서 분리된 실링 립(sealing lip)이 제공된 피스톤 실이 구비되어 있다.

이러한 유형의 디스커넥팅 장치는 문헌 GB-A 2 259 346 에 공지되어 있다. 상기 문헌에는 프레셔 챔버를 밀봉하기 위한 대칭적 구조의 링 피스톤 실이 개시되어 있는데, 여기서 반경방향 안쪽 실링 립 및 반경방향 바깥쪽 실링 립은 V자 형상으로 펼쳐져 분리되어 프레셔 하우징의 구멍 벽 및 안내 슬리브를 밀봉하고 있다. 실링 립 간의 직경 차이로 인하여, 밀봉 면은 서로 다르게 되며, 그 결과 실링 립의 접촉력도 서로 다르게 된다. 이에 의해, 링 피스톤의 축방향 이동에 있어서, 반경방향 안쪽 실링 립에 비해 반경방향 바깥쪽 실링 립 상에서의 마찰력이 더 커지게 된다. 따라서 반경방향 안쪽 실링 립과 반경방향 바깥쪽 실링 립 간의 마모 패턴은 서로 일치하지 않게 된다. 더욱이 실링 립 상에 발생하는 상이한 응력으로 인해, 기능에 손상을 가져오는 외부 실링 립의 밀림(extrusion)이나 실의 뒤틀림(twisting) 현상이 발생할 수 있다.

DE-U 88 01 765호에는 U자형의 횡단면 프로파일을 갖는 방사상의 실이 개시되어 있다.

이러한 실링 링(sealing ring)의 구조에는 원형의 링 형상 디스크로 형성되어 있는 소위 커넥팅 레그(connecting leg)가 제공되어 있다. 축방향으로 향하고 있는 동일한 길이의 레그들이 커넥팅 레그의 내외부에 형성되어 있다. 내부의 실링 레그는 외부의 클램핑 레그(clamping leg)에 비하여 더 작은 벽 강도를 가진다. 실링 립은 양 레그들의 단부 영역에 배치되어 있다. 축방향 구조의 긴 길이 및 이와 관련된 (특히 내부 실링 레그의) 큰 불안정성으로 인해, 이러한 방사상의 실링 링은 디스커넥팅 시스템에 장착하기에 적당하지 않다.

본원 발명의 실시예는 이하의 7개의 도면에 기초하여 설명되어 지며, 여기서,

도 1은 본원발명에 따른 차량의 마찰클러치용 유압식 디스커넥팅 장치의 반(半)단면도,

도 2는 도 1의 영역 "Z"의 확대된 상세도,

도 3은 본원발명에 따른 구성 부분으로서의 실의 단면도,

도 4는 본원발명에 따른 실의 단면 프로파일의 확대도,

도 5는 도 4에 도시된 실의 압력구배 "dp/dl" 곡선,

도 6은 기하학적 비율을 결정하기 위하여, 실의 각각의 부분들이 표시되어 있는, 도 3에 따른 실,

도 7은 외부 형상을 명확히 나타내기 위한, 본원발명에 따른 실 프로파일의 반단면 확대도를 도시하고 있다.

본원 발명의 목적은, 양 실링 립 단면에서 동일한 응력을 갖으며, 기능적 안정성 및 효율이 향상되며, 또한 조립 및 제조 비용에 영향을 끼치지 않으면서 밀림 현상을 방지할 수 있는, 유압식 디스커넥팅 장치용 실을 만드는데 있다.

상기 목적은, 유체의 유압에 의해 작동되며, 기어 박스 하우징의 전면에 부착되어 구동축 주위에 동축으로 배열된 프레셔 하우징을 포함하는 종속 실린더를 포함하는, 본원발명의 청구항에 따른 마찰클러치용 유압식 디스커넥팅 장치(disconnecting device)에 의해 달성된다. 본원발명은 실링 립이 서로에 대해 비대칭적으로 배치될 뿐만 아니라 실링 립이 서로 다른 길이를 갖도록 단면 프로파일이 형성되는 실에 관한 것이다. 본원발명에서는, 프레셔 하우징의 종방향 구멍 또는 안내 슬리브의 접촉면과 슬라이딩 실링면(sliding sealing surface)을 형성하는 실링 립의 동적 밀봉 효과(dynamic sealing effect)를 얻을 수 있다. 이러한 양 실링 립의 동적 밀봉 작용은 실의 밀봉 성능 및 그로 인한 기능적 안정성과 효율을 향상시킨다.

또한, 본원발명에 따른 실의 구성에 의해서, 동일한 응력 및 마모값을 얻을 수 있는 실링 립의 치수가 제공된다. 더욱이 본원발명의 동일한 대칭적 마찰력은 뒤틀림이나 밀림현상을 효과적으로 방지하여, 실의 수명이나 피로 한도에 유리하게 작용한다. 또한 본원발명의 실 구조는 조립 및 실의 제조비용에 불리한 영향을 끼치지 않으면서도 효율을 명백히 개선시킨다.

바람직하게도, 본원발명의 발명사상은 거의 동일한 응력, 즉 링 피스톤 실의 반경방향으로 떨어져 있는 실링 립에서의 동일한 축방향 응력 및 변형을 가능하게 한다. 이와 동시에, 본원발명에서는 실링 립의 길이가 다르도록 비대칭적으로 실링 립이 배치되게끔 실을 구성하거나, 이러한 방안들 중 하나만이 제공되도록 실을 구성할 수 있다.

본원발명의 구성에 있어서, 반경방향 바깥쪽 실링 립은 반경방향 안쪽 실링 립에 비하여 더 큰 벽 두께를 갖는다. 또한, 반경방향 안쪽 실링 립의 축방향 길이는 반경방향 바깥쪽 실링 립의 축방향 길이보다 길다. 압력이 가해지는 실링면의 차이에 맞추어, 그에 따라 조정된 실링 립의 길이차이를 통해 마찰력을 조화시킬 수 있다. 본원발명에서는 반경방향 바깥쪽 실링 립의 더 큰 벽두께와 실링 립의 길이 차이를 함께 구성하거나 또는 이중 하나만을 구성한다.

또한 본원발명의 실 구성에서는, 프레셔 챔버의 중심으로부터 반경방향으로 편위(offset)된 V자 형의 요부(recess)가 실링 립 사이에 형성되도록 하고 있다. 이렇게 함으로써, 실링 립의 자유단부로부터 실링 립이 합쳐지는 실 후미부 상의 지점까지, 각각의 실링 립은 거의 일정한 벽두께 또는 약간 원추형으로 기울어진 벽의 형상을 가질 수 있게 된다. 실험을 통해 최적의 벽두께 비율이 결정될 수 있는데, 여기서 반경방향 바깥쪽 실링 립은 10% 더 큰 벽 두께를 갖는다.

축방향으로 돌출한 길이, 즉 반경방향 안쪽 실링 립과 반경방향 바깥쪽 실링 립간의 길이 차이 "X"의 치수로는 ≤ 4mm가 적당하다는 것이 판명되었다.

압력구배 "dp/dl", 즉 실링 립의 유체측 및 이와 반대방향으로 향하고 있는 측면간의 실의 상대 길이 "1" 에 대한 접촉 압력 "p" 에 선택적으로 영향을 주기 위하여, 본원 발명의 실링 립은 다음과 같은 외부 형상으로 되어 있다. 실링 립의 자유단부에 있는 원통형 부분과 실의 후미부를 향하는 경사진 부분 사이의 전이영역(transition zone)에서는, 실 가장자리 영역에 곡률반경이 제공되어 있다. 이 곡률반경으로 인해 경사진 부분에 제 1 접점이 형성되는데, 이 제 1 접점은 실의 후미부로의 전이영역에 제공된, 반경방향 안쪽으로 치우친 제 2 접점과 분리되거나 또는 일치할 수 있다. 이와 같은 실링 링 형상으로 인해, 상대 길이 "1" 에 대한 실링 립의 접촉 압력 "p" 는, 유체측에 보았을 때 가파른 압력구배, 즉 실링 가장자리까지 계속 증가하는 압력 프로파일을 형성하게 된다. 실 가장자리로부터는 평탄하게 변화하는 압력구배, 즉 계속 하강하는 압력 프로파일이 이어진다. 압력구배의 경로가 서로에 대해 급격하게 편향됨으로써, 밀봉의 전체 효율뿐만 아니라 실링 립의 마모 특성 및 밀봉 작용에 긍정정인 영향을 미치게 된다. 유체측과 반대로 있는 실링 립 측면 상의 계속 하강하는 압력 프로파일은, 윤활막으로서 작용하는 오일이 채워진 일정한 간극을 유지함으로써 마찰에 유리하게 작용하며, 이로써 실링 립의 마모를 증가시키는 혼합 마찰을 방지하게 된다. 실링 립의 원통형 형상 자유 단부의 축방향 길이로는, 자유단부로부터 실 가장자리까지 ≤ 2mm 가 적당하다는 것이 판명되었다.

본원발명의 실 프로파일은 반경방향 안쪽에 있는 더 긴 실링 립과 관련하여, 이하에서와 같은 실 치수의 기하학적인 비율을 갖는다. 장착된 상태에서의 실링 립 외부 지름에 대한 실 폭의 치수 비율은 0.5 내지 1 이 유리하다는 것이 판명되었다. 이에 반하여, 실 폭에 대한 실 후미부의 폭은 0.4 내지 0.8 로 정해진다. 본원 발명에 따른 실의 외부 형상을 확정하기 위하여, 반경방향 치수 비율 또한 결정되는데, 이는 실의 후미부 영역에 있는 실 표면에 대한 실링 립의 반경방향 편위를 나타낸다. 반경방향 비율 "b/a" 에 대해서는 ≥ 0.5 의 값으로 결정된다. 여기서, "b"는 실의 후미부로부터 곡률반경 "R₂"와 경사진 부분 "t" 사이에 형성된 접점 "T₂"까지의 거리를 나타내며, "a"는 실의 후미부로부터 실 가장자리까지의 반경방향 거리를 나타낸다. 실의 기하학적 비율 및 곡률반경 "R₂"가 곡률반경 "R₁"에 비하여 명백히 크다는 점으로 인해, 경사진 부분 "t"에 대해서는 ≥ 0 의 값이 설정될 수 있다.

바람직하게는, 본원발명에 따른 실(12)이 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE; polytetrafluorethylene)으로 제조되는 것이 좋다.

도 1에는 유압식 디스커넥팅 장치(1)의 반단면이 도시되어 있다. 상기 디스커넥팅 장치(1)는 기어박스 입력축(3)에 대해 동축으로 배치된 프레셔 하우징(2)에 의해 기어박스 하우징(4)에 분리가능하게 결합되어 있다. 링 피스톤(7)은 안내 슬리브(6) 상에서 축방향으로 이동가능하게 안내되며, 상기 안내 슬리브는 기어박스 입력축(3) 및 프레셔 하우징(2)의 종방향 구멍(5)으로부터 반경방향으로 떨어져 배치되어 있다. 릴리즈 베어링(9)은 기어박스 하우징(4)의 반대편에 있는 링 피스톤(7)의 측면 상에 제공되며, 설치된 상태에서는 마찰 클러치에 잠금 결합된다. 링 피스톤(7)은 기어박스 하우징 측에서 프레셔 챔버(8)의 경계를 한정하며, 상기 프레셔 챔버는, 링 피스톤(7)의 축방향 이동을 위하여, 압력 연결부(10)에 위치하는 공급구(11)를 통해 흐르는 가압 유체에 의해 작용된다. 상기 디스커넥팅 장치(1)는 공지된 장치와 일반적으로 다르지 않으므로, 디스커넥팅 장치(1)의 작동 방식 및 구성요소 부분에 대한 보다 상세한 설명은 생략한다.

도 2에는, 본원발명의 실(12)을 명확하게 도시하기 위하여, 도 1의 "Z" 영역을 확대한 상세도가 도시되어 있다. 실(12)에는 비대칭적으로 배치되어 있는 실링 립(13,14)이 제공되어 있으며, 여기서 반경방향 안쪽 실링 립(13)은 반경방향 바깥쪽 실링 립(14)보다 적은 벽 두께를 갖는다. 또한 실링 립(13,14) 사이에는 길이차이가 존재한다. 즉, 반경방향 안쪽 실링 립(13)의 길이가 반경방향 바깥쪽 실링 립(14)의 길이보다 더 길다. 이러한 차이는 길이차이 "X" 로서 표시되어 있다. V자형으로 바깥쪽으로 펼쳐져 분리된 실링 립(13,14)은 프레셔 챔버측 상에 요부(15)를 형성하며, 이 요부는 프레셔 챔버 중심선(16)으로부터 안내 슬리브(6)쪽으로 반경방향으로 향하는 편위 "Y" 를 갖는다. 슬라이딩 실링 면(sliding sealing surface; 20,21)은 각각 양 실링 립(13,14)과 종방향 구멍(5) 및 안내 슬리브(6) 상의 해당 베어링 표면(bearing surface) 사이에 위치하여, 링 피스톤(7)에 의해 조절된다. 이에 따른 실링 립(13,14)의 동적 밀봉 작용(dynamic sealing action)으로 인해, 실(12)의 작동 안정성이 개선될 수 있다.

본원발명에 따른 실(12)이 도 3에 더욱 상세히 나타나 있는데, 여기서 실(12)은 개별적인 구성요소로서 그 반단면이 도시되어 있다. 장착되지 않은 상태에서 실링 립(13)의 벽두께 "d" 또는 실링 립(14)의 벽두께 "D" 는, 자유단부 상에 있는 외부 라운딩(rounding)을 제외하고는, 명백히 전체 길이에 걸쳐 일정하다. 또한 도 3에는, 곡률반경을 거쳐 실 후미부(19)로 이어지기 전까지 요부(15)의 벽과 평행하게 직선으로 뻗어 있는 실링 립의 형상이 명백하게 나타나 있다.

도 4에는 실(12)의 단면 형상이 도시되어 있고, 이에 대한 다이어그램이 도 5에 도시되어 있으며, 여기에는 실(12)의 압력구배 곡선 "dp/dl" 이 도시되어 있다. 압력구배 곡선은 가로축의 상대길이 "l" 에 대한 세로축의 접촉압력 "p" 로 도시되어 있다. 상기 곡선은 프레셔 챔버측으로부터 실 가장자리(17,18)까지 압력구배가 급격히 증가하는 것을 보여주고 있다. 이 압력 프로파일 정점으로부터 압력구배는 계속 떨어지며, 실의 후미부(19) 폭의 대략 중간지점에서 최저값이 나타난다.

도 6은 실(12)의 각각의 부분 또는 기하학적 비율을 결정하는데 사용된다. 문자 "E" 는 실(12)이 장착된 상태에서 실링 립(13,14)의 접촉영역 사이의 치수를 나타낸다. 전체 밀봉 폭, 즉 실(12)의 축방향 치수는 문자 "F" 로 표시되어 있다. 반경방향 안쪽 실링 립(13)의 길이는 문자 "H" 로 표시되어 있고, 실 후미부(19)의 폭은 문자 "G" 로 표시되어 있다.

도 7은 실(12)의 외부 형상을 명확히 나타내는데 사용된다. 이에 의하면, 먼저 양 실링 립(13,14)에는 원통형 부분이 프레셔 챔버측 상에 제공되며, 이 원통형 부분은 외부 형상선이 곡률반경 "R₁" 을 거쳐 접점 "T₁" 에서 경사진 부분 "t" 로 이어지기 전까지 실 가장자리(17,18)로 연장된다. 경사진 부분 "t"는 실링 립(13,14)의 원통형 외부 형상으로부터 실 후미부(19)를 향해 30°이상인 각 α로 경사져서 곧게 뻗어 있다. 곡률반경 "R₂" 는 접점 "T₂" 의 다음에 이어져 반대측 상의 실 후미부(19)로 이어진다. 최적의 압력구배 곡선을 결정하기 위한 계산을 통하여, 이하의 값 또는 치수 비율이 결정되었다. 각 "α" 에 대해서는 ≥ 30°의 값이 결정되었다. 경사진 부분 "t" 에 대해서는 ≥ 0 의 값이 결정되었다. 곡률반경 "R₂" 는 명백히 곡률반경 "R₁"보다 크게 구성된다. 실 후미부(19) 영역의 외부 형상선과 접점 "T2" 사이의 반경방향 거리 "b"를, 실 후미부(19) 영역의 외부 형상선과 실 가장자리(17) 사이의 반경방향 거리 "a"로 나눈 값이 ≥ 0.5 가 되도록 반경방향의 거리 비율이 결정되었다.

본원발명은, 양 실링 립 단면에서 동일한 응력을 갖으며, 기능적 안정성 및 효율이 향상되며, 또한 조립 및 제조 비용에 영향을 끼치지 않으면서 밀림현상을 방지할 수 있는, 유압식 디스커넥팅 장치용 실을 만드는 목적을 기초로 하고 있다. 이에 따른 본원 발명의 디스커넥팅 장치는 그 우수한 성능으로 인해 자동차의 마찰 클러치용 디스커넥팅 장치 등으로서 사용될 수 있다.

Claims (11)

1. 기어 박스 하우징(4)에 부착되어 기어박스 입력축(3) 주위에 동축으로 배치된 프레셔 하우징(2)을 포함하는, 유압 유체에 의해 작동되는 종속 실린더를 포함하며,

   안내 슬리브(6)가 기어박스 입력축(3) 및 프레셔 하우징(2)의 종방향 구멍(5)에 대해 반경방향으로 간격을 두고 배치되어 있으며,

   링 피스톤(7)이 상기 종방향 구멍(5) 상에서 이동가능하게 안내되고, 프레셔 챔버(8)의 경계를 축방향으로 한정하며,

   프레셔 챔버(8)를 밀봉하기 위하여, 링 피스톤(7)은 프레셔 챔버측 상에 실(12)을 구비하며,

   상기 실(12)에는 V자형으로 펼쳐져서 분리된 실링 립(13,14)이 제공되며,

   상기 실링 립(13,14)은 종방향 구멍(5) 또는 안내 슬리브(6)의 접촉면과 슬라이딩 실링면(20,21)을 형성하는,

   자동차의 마찰클러치용 디스커넥팅 장치에 있어서,

   상기 실(12)은 실링 립(13,14)이 서로에 대해 비대칭적으로 배치되는 단면 프로파일을 가지며,

   상기 실링 립(13,14)은 실 가장자리(17,18)로부터 실링 립(13,14)의 자유단부에 이르기까지 원통형 부분으로 형성되며,

   반경방향 바깥쪽 실링 립(14)은 반경방향 안쪽 실링 립(13)보다 더 큰 벽두께를 가지며,

   반경방향 안쪽 실링 립(13)의 실 후미부(19)로부터의 축방향 치수가, 반경방향 바깥쪽 실링 립(14)의 실 후미부(19)로부터의 축방향 치수보다 큰 것을 특징으로 하는 디스커넥팅 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   실링 립(13,14) 사이에 V자형의 요부가 형성되고, 그 중심이, 프레셔 챔버의 중심(16)에 대해, 안내 슬리브(6)를 향해 반경방향으로 이동된 것을 특징으로 하는 디스커넥팅 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   실링 립(13,14)이 자유단부로부터 실 후미부(19)까지 일정한 벽두께를 갖는 것을 특징으로 하는 디스커넥팅 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   반경방향 바깥쪽 실링 립(14)의 벽두께가 반경방향 안쪽 실링 립(13)의 벽두께보다 10%이상 큰 것을 특징으로 하는 디스커넥팅 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   반경방향 바깥쪽 실링 립(14)과 반경방향 안쪽 실링 립(13)의 축방향 길이차이 "X" 의 치수가 ≤ 4mm 인 것을 특징으로 디스커넥팅 장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   실(12)은 실링 립(13,14) 영역에서,

   실링 립(13,14)의 자유단부에 있는 원통형 부분과, 실 가장자리(17,18)로부터 시작하여 실 후미부(19)를 향해 30° 이상의 각도 "α " 로 기울어져 있는 경사진 부분 "t" 와의 사이에 있는 전이영역에 곡률반경 "R₁" 이 제공되도록 하고,

   실 후미부(19)와 상기 경사진 부분 "t" 사이에 있는 전이영역에 곡률반경 "R₂"가 제공되도록 하며,

   상기 경사진 부분 "t" 상으로의 곡률반경 "R₁" 의 접점 "T₁" 및 곡률반경 "R₂" 의 접점 "T₂" 이 서로 떨어져 있거나 또는 일치하도록 하는,

   외부 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 디스커넥팅 장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   자유단부로부터 실 가장자리(17,18)까지 연장되는 실링 립(13,14)의 원통형 부분은 ≤ 2mm의 축방향 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 디스커넥팅 장치.
8. 제 1 항에 있어서,

   실(12)은, 반경방향 안쪽 실링 립(13)이 실(12)의 타 부분에 대해 다음의 치수 비율;

   실 폭 "F" / 장착된 상태에서 실의 반경방향 거리 "E" = 0.5 내지 1

   실 후미부 폭 "G" / 실 폭 "F" = 0.4 내지 0.8

   을 갖도록 하는 밀봉 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 디스커넥팅 장치.
9. 제 6 항에 있어서,

   반경방향의 치수 비율 "b/a" 이 ≥ 0.5 가 되도록 실링 립(13,14)의 외부 형상을 형성하며,

   여기서, "b" 는 실 후미부(19)로부터 접점 "T₂" 까지의 반경방향 거리이고, "a" 는 실 후미부(19)로부터 실 가장자리(17,18)까지의 반경방향 거리인 것을 특징으로 하는 디스커넥팅 장치.
10. 제 6 항에 있어서,

    경사진 부분 "t" 의 치수는 ≥ 0 인 것을 특징으로 하는 디스커넥팅 장치.
11. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서,

    실(12)이 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE)로 제조되는 것을 특징으로 하는 디스커넥팅 장치.