KR100622785B1 - 나선형압축스프링 및 비틀림진동댐퍼 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 세로축을 따라 뻗어있는 스프링 코일과, 적어도 하나의 에너지 저장 요소(7)의 저항에 반해 꼬여질 수 있는 적어도 두 개의 구성성분을 포함하는 비틀림 진동 댐퍼에 관련된다. 상기 구성 성분은 에너지 저장 요소를 압축하기 위한 힘-적용 영역을 가진다. 본 발명은 길이를 따라 다수의 코일을 가지고 차단될 때까지 압축될 수 있는 강철 스프링 와이어로 만들어진 나선형 압축 스프링(9)에 관련된다. 두 개의 단부 코일 사이에서 나선형 스프링은 다른 외주, 즉 보다 긴 제 1 외주(132)와 보다 짧은 제 2 외주(133)를 가지는 적어도 두 가지 종류의 코일을 포함한다. 스프링의 길이를 따라 보았을 때 이런 종류의 코일은 일정한 패턴에 따라 연속적으로 배치되고 감겨져서 스프링은 직경을 따라 정반대쪽에 놓인 코일 영역을 가지는데 이것은 나선형 스프링의 길이 방향에 대해, 방사상 방향으로 보았을 때, 한 면에서 동일한 높이에 놓이고, 두 가지 코일의 직경을 따라 반대쪽에 놓인 코일 영역은 외주 사이의 차이와 일치하는 값만큼 갈라진다.

Description

나선형압축스프링 및 비틀림진동댐퍼{TORSIONAL VIBRATION DAMPER AND HELICAL COMPRESSION SPRING FOR A TORSIONAL VIBRATION DAMPER}
본 발명은 한 개이상의 에너지저장요소의 저항에 대해 서로에 대해 회전운동 할 수 있고 상기 에너지저장요소를 압축하기 위한 바이어싱영역들을 가지는 두 개이상의 부품들을 가진 비틀림진동댐퍼에 관한 것이다. 또한 본 발명은 상기 비틀림진동댐퍼와 이용될 수 있고 특수구조를 가지는 나선형 압축스프링들에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 큰 제동 포텐셜과 긴 사용수명을 가지는 상기 형태의 비틀림진동댐퍼를 제공하는 것이다. 본 발명의 목적은 아주 높은 응력 포텐셜을 가지는 나선형압축스프링에 대해 작업능력을 증가시키고 에너지저장요소의 용량을 증가시키는 것이다. 특히 스프링 와인딩이 한 개의 블록으로 변형되어 종종 고부하를 받는 경우에 본 발명의 나선형 압축스프링이 사용될 수 있다. 또한 본 발명의 비틀림진동댐퍼와 나선형압축스프링은 간단하고 경제적으로 제조할 수 있어야 한다.
본 발명의 목적을 위하여, 본 발명을 따르고 에너지저장요소로서 작동하는 나선형 압축스프링의 실시예에 의하면 상기 나선형 압축스프링의 단부와인딩들사이에서 상대적으로 큰 외경 및 상대적으로 작은 외경을 가진 두 가지이상의 형태를 가진 와인딩들이 구성되고, 나선형 압축스프링의 종방향에 대하여 상기 와인딩들이 특정 패턴을 가지고 연속적으로 배열되어 나선형 압축스프링의 종방향에 대하여 바로 마주보는 와인딩부분들이 나선형 압축스프링의 한쪽 측부에서 동일한 반경방향높이를 가지고 바로 마주보는 와인딩부분들이 상기 외경들의 직경차만큼 오프셋구성된다. 상기 나선형 압축스프링이 블록구조로 압축될 때 및 블록구조의 블록길이에 도달하기 전에, 상대적으로 작은 외경 및 상대적으로 큰 외경들을 가진 와인딩들이 서로 접촉하고 두가지 형태의 와인딩들을 서로 의도적으로 배열하여 서로 미끄럼운동하여 에너지가 추가로 소산되고 히스테리시스를 형성한다.
적어도 두 개의 와인딩들이 가지는 외경들이 나선형 압축스프링의 종방향에 대하여 스프링와이어의 반경방향연장부만큼 서로 상이한 것이 유리하다. 대부분의 경우에 있어서, 상기 직경차는 상대적으로 큰 것이 유리하다. 두가지 형태의 와인딩들이 나선형 압축스프링의 곡률중심에 대해 대략 중심을 두고 배열되고 외경들이 서로 일치되어, 상기 나선형 압축스프링의 블록길이에 도달하기 전에 두 가지 형태의 와인딩들이 서로 접촉하고 상기 나선형 압축스프링이 계속해서 압축되는 동안 마찰 또는 마찰히스테리시스를 형성한다. 상기 형태의 나선형 압축스프링에 의하면, 단지 상대적으로 큰 외경을 가진 와인딩들에 의해서만 나선형 압축스프링의 블록길이가 결정될 수 있다. 상대적으로 큰 외경을 가진 와인딩들의 반경방향 내측 영역들사이에서 상대적으로 작은 외경을 가진 와인딩들이 압축된다. 본 발명을 따르는 나선형 압축스프링에 의하면, 압축과정동안 스프링의 강성이 변화한다. 상기 형태의 와인딩들중 적어도 한 개의 와인딩을 따라 두 가지 직경들의 와인딩들이 탄성변형할 때 스프링의 강성이 변화될 수 있다. 적어도 일부 영역에서 나선형 압축스프링의 종방향축을 향해 상대적으로 작은 직경을 가진 와인딩들이 압축되는 동안 상대적으로 큰 직경을 가진 와인딩들이 적어도 일부 영역에서 확대되도록 두가지 형태의 와인딩들이 서로 일치되는 것이 유리하다. 본 발명에 의하면, 나선형 압축스프링의 상기 종방향축은 상대적으로 큰 직경을 가진 와인딩의 중심점을 통해 연장되는 종방향축을 포함한다. 두 가지 형태의 와인딩들이 서로 오프셋구성되는 나선형 압축스프링에 있어서, 상대적으로 작은 직경을 가진 와인딩의 이론 중심점을 관통하는 축이 상대적으로 큰 직경을 가진 와인딩의 이론중심점을 관통하는 축과 오프셋구성된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 에너지저장요소로서 나선형 압축스프링을 이용하고 상기 나선형 압축스프링이 블록구조로 압축되며 두 개의 단부와인딩들 사이에서 서로 다른 피치를 가진 다수의 와인딩들을 가지고, 단부와인딩들로부터 가장 멀리 떨어진 위치에서 와인딩피치가 가장 크게 구성된다. 본 발명에 의하면, 상기 나선형 압축스프링의 단부영역들사이에 적어도 세 개이상의 서로 다른 피치들이 제공된다. 상기 형태의 나선형 압축스프링들은 강철재질의 스프링와이어들로부터 제조되고, 소위 고온 굽힘공정에서 상기 스프링와이어들이 감긴다. 강철재질의 스프링와이어가 냉간상태이거나 대기온도상태에서 감길 수 있다.
상대적으로 회전가능한 두 개의 부품들사이에서 본 발명의 나선형 압축스프링이 제공되고, 부품들의 회전운동이 스프링와인딩들 따라서 블록구조로 압축되는 스프링들에 의해 제한된다. 본 발명의 나선형 압축스프링이 이중질량체구조의 플라이휠 또는 클러치디스크 또는 컨버터 록업 클러치의 댐퍼내에 설치된다.
이중질량체구조의 플라이휠들이 문헌 제 DE 41 17 584 호에 공개된다. 예를 들어, 컨버터 댐퍼가 문헌 제 DE OS 42 13 341 호에 공개된다. 본 발명의 나선형 압축스프링은 예를 들어, 문헌 제 DE OS 42 25 304 호 및 제 42 25 314호에 공개된 벨트 댐퍼에서 이용될 수 있다.
본 발명의 나선형 압축스프링들이 이용되는 비틀림진동댐퍼에 의하면, 서로에 대해 회전운동하는 댐퍼요소들에 의해 구성되는 링형상의 소켓들내에 상기 비틀림진동댐퍼가 수용되고, 해당 나선형 압축스프링이 반경방향 및 축방향으로 안내되도록 적합한 소켓이 구성되며, 비틀림진동댐퍼가 회전운동할 때 반경방향으로 외측부에서 나선형 압축스프링과 결합되는 마모방지장치위에서 원심력에 의해 상기 나선형 압축스프링이 지지된다. 상기 마모방지장치가 상기 나선형 압축스프링의 전체길이에 대해 연장구성되는 것이 유리하다. 상기 마모방지장치위에서 상기 나선형 압축스프링이 나선형 압축스프링의 와인딩들에 의해 직접 지지되는 것이 유리하다. 상기 나선형 압축스프링이 표면을 통해 반경방향으로 지지되면, 원심력 또는 속도에 의존하는 마찰감쇄기능이 제공될 수 있다. 지지표면을 따라 스프링 와인딩들의 미끄럼운동에 의해 상기 마찰감쇄기능이 직접 제공될 수 있다.
본 발명을 따르는 나선형 압축스프링의 길이는 다수의 중간 와인딩직경의 배수값을 가진다. 직경 대 길이의 비율이 2.5 내지 30 또는 5 내지 18의 값을 가진다.
단부와인딩들사이에서 서로 다른 피치들을 가진 다수의 와인딩들을 포함한 나선형 압축스프링에 있어서, 단부와인딩으로부터 멀어짐에 따라 단부와인딩들로부터 시작하여 와인딩들의 피치가 증가되는 것이 유리하다. 대부분의 경우에 있어서, 스프링의 중심에서 피치가 최대인 와인딩들이 구성되고 단부와인딩까지 형성되는 스프링의 길이중 적어도 부분적으로 단부와인딩들을 향해 와인딩들의 피치가 감소되는 것이 유리하다.
단부와인딩들사이에 배열된 와인딩들이 서로 다른 와인딩피치들을 가져서, 적어도 나선형 압축스프링이 블록구조로 압축될 때, 상대적으로 큰 피치를 가진 와인딩들이 가지는 비틀림응력은 상대적으로 작은 피치를 가진 와인딩들이 가지는 비틀림응력보다 크다. 와인딩피치가 증가함에 따라 와인딩내부의 재료스트레인이 증가된다. 와인딩들이 가지는 외경 및 중간직경의 크기에 의해 상기 재료스트레인이 추가로 변화될 수 있다. 재료스트레인의 변화를 위해 와인딩피치 및 와인딩직경이 이용될 수 있다.
본 발명의 나선형 압축스프링이 이완된 상태에서 곡선구조로 미리 성형된 스프링으로서 제공되는 것이 유리하다. 그 결과 상기 나선형 압축스프링을 해당 소켓내에 조립하는 작업이 용이해진다.
본 발명의 나선형 압축스프링이 또 다른 나선형 압축스프링내에 수용되거나 또 다른 나선형 압축스프링을 수용한다. 상기 구성에 의하면, 축방향으로 서로 내부에 수용된 두 개의 나선형 압축스프링들에 의해 에너지저장요소가 구성된다. 상기 형태의 에너지저장요소에 의하면, 적어도 한 개의 나선형 압축스프링들이 서로 다른 외경 또는 피치를 가진 와인딩들을 가진다.
또한 직경이 큰 와인딩 및 직경이 작은 와인딩들이 교대로 구성된 나선형 압축스프링의 단부들이 직경이 큰 와인딩들로 구성되고, 직경이 큰 와인딩 및 직경이 작은 와인딩들의 중심점축이 동일하지 않고- 즉 와인딩들의 축방향연장부를 따라 와인딩들이 동심구조를 형성하지 못하고, 직경이 큰 와인딩 및 직경이 작은 와인딩들의 중심점축이 반경방향으로 서로 오프셋구성되어, 와인딩원주의 한쪽 측부에서 상대적으로 작은 직경을 가진 와인딩들이 상대적으로 큰 직경을 가진 와인딩들의 내부원주속으로 축방향을 따라 적어도 부분적으로 삽입되고 동일한 반경방향높이에 장착된다. 비틀림진동댐퍼의 외측원주를 향해 상대적으로 작은 직경을 가지고 삽입될 수 있는 와인딩들이 와인딩원주에 배열되어, 반경방향으로 외측을 향해 더 크게 압축되는 스프링의 경로가 보상되고 스프링능력이 최적화되며, 스프링들이 해당 소켓내에 배열되어 스프링의 회전운동이 방지된다. 상기 형태의 스프링들이 예를 들어, 오버데드센터 스프링들, 보상스프링 또는 귀환스프링과 같은 분리장치들에서 이용될 수 있다.
본 발명의 다른 특징들과 장점들이 첨부된 도면들을 참고하여 상세히 설명된다.
삭제
도 1은 댐핑장치를 도시한 단면도.
도 2는 도 1의 선 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 본 부분 단면도.
도 3 및 도 4는 도 1 및 도 2에 도시된 댐핑장치에 이용되는 에너지저장요소의 구조를 도시한 도면.
도 5는 본 발명을 따르는 스프링의 하중-경로선도를 도시한 도면.
도 6은 본 발명을 따르는 에너지저장요소의 또 다른 실시예를 도시한 도면.
도 7은 비틀림 진동댐퍼내에 배열된 본 발명의 에너지저장요소에 관한 실시예를 도시한 도면.
*부호설명*
1......플라이휠 4.....베어링
5......보어 17,18.....판금부
23,24....팽창부 140.....곡률중심
237......축
도 1 및 도 2에서 단면으로 도시된 비틀림진동댐퍼가 분할구조의 플라이휠(1)을 포함하고, 내연기관의 (도면에 도시되지 않은 ) 출력축에 고정되는 제 1 질량체(2) 및 제 2 질량체(3)에 의해 상기 플라이휠(1)이 형성된다. 상기 제 2 질량체(3)에 마찰클러치가 고정되고, 상기 제 2 질량체(3) 및 마찰클러치사이에 클러치디스크가 배열되며, 기어박스를 구성하는 (도면에 도시되지 않은 ) 입력축이 상기 마찰클러치에 연결된다. 상기 제 1 질량체(2) 및 제 2 질량체(3)가 베어링(4)에 의해 서로에 대해 회전운동하도록 장착되고, 도 1을 참고할 때, 상기 베어링(4)은 고정나사들이 통과하도록 보어(5)로부터 반경방향으로 외측에 장착되며, 상기 고정나사들에 의해 상기 제 1 질량체(2)가 내연기관의 출력축에 장착된다. 상기 제 1 질량체(2) 및 제 2 질량체(3)사이에서 작동하는 댐핑장치(6)가 에너지저장요소(7)들을 포함하고, 상기 에너지저장요소(7)들은 나선형 압축스프링(8,9)들에 의해 형성된다. 도 2를 참고할 때, 나선형 압축스프링(8)의 와인딩(8a)들이 형성되는 공간내에 상기 나선형 압축스프링(9)이 완전히 수용되고, 즉 상기 두 개의 나선형 압축스프링(8,9)들이 종방향으로 서로에 대해 삽입된다. 나선형 압축스프링(9)이 나선형 압축스프링(8)내에 수용되는 도 2의 실시예를 참고할 때, 상기 나선형 압축스프링(9)을 구성하는 부분(10)의 원주방향 연장부(11)가 상기 나선형 압축스프링(8)의 연장부(12)보다 작게 구성된다. 30도 내지 90도 또는 45도 내지 70도의 각도만큼 상기 나선형 압축스프링(9)은 상기 나선형 압축스프링(8)보다 짧다. 각도차 또는 각도차에 해당하는 길이차가 다소 크거나 작을 수 있다.
상기 제 1 질량체(2) 및 제 2 질량체(3)가 에너지저장요소(7)를 위한 바이어싱영역(14,15) 또는 연장아암(16)을 가진다. 도 1의 실시예를 참고할 때, 상기 제 1 질량체(2)를 형성하는 판금부(17,18)들내부의 임프린팅부분들에 의해 상기 바이어싱영역(14,15)들이 구성된다. 상기 바이어싱영역(14,15)들사이에서 축방향으로 제공된 연장아암(16)들이 바이어싱구성부(20)와 같은 한 개이상의 플랜지에 의해 형성되고, 상기 바이어싱구성부(20)는 예를 들어, 리벳(19)들에 의해 제 2 질량체(3)와 연결된다. 에너지저장요소(7)와 제 2 질량체(3)사이에서 상기 바이어싱구성부(20)는 토크전달요소로서 작동한다. 상기 바이어싱구성부(20)의 외측원주부에 제공된 반경방향의 아암들에 의해 상기 연장아암(16)이 형성된다. 냉간성형 판금재로 형성된 상기 판금부(17)에 의해 내연기관의 출력축위에 제 1 질량체(2) 또는 플라이휠(1)이 고정된다. 반경방향으로 외측부에서 상기 판금부(17)가 금속판재로 제조된 판금부(18)와 연결된다. 환상영역(22)을 가지는 고리형상부(21)에 의해 상기 판금부(17,18)들이 형성된다. 상기 환상영역(22) 또는 고리형상부(21)가 적어도 부분적으로 그리이즈와 같은 점성매체에 의해 충진된다. 바이어싱영역(14,15)들사이에서 상기 판금부(17,18)들은 원주방향으로 팽창부(23,24)들을 가지고 상기 판금부들은 반경방향과 축방향으로 구성되며, 상기 팽창부(23,24)들은 환상영역(22)을 형성하고 에너지저장요소(7)를 고정한다. 플라이휠(1)이 회전할 때, 외측부에서 환상영역(22)을 형성하는 상기 판금부(17) 또는 판금부(18)의 영역들에 의해 나선형 압축스프링(8)의 와인딩들이 지지된다. 도 2를 참고할 때, 경화된 판재금속 인서트 또는 중간층에 의해 형성되는 마모방지장치(25)가 제공되고, 상기 마모방지장치(25)위에서 상기 나선형 압축스프링(8)들이 반경방향으로 지지된다. 이완된 에너지저장요소(7)의 전체 길이 또는 각운동길이에 대해 상기 마모방지장치(25)가 연장구성된다. 상기 에너지저장요소(7) 또는 나선형 압축스프링(8)이 압축되거나 길이변화할 때 원심력에 의해 상기 나선형 압축스프링(8)의 와인딩들이 지지되므로, 상기 와인딩들과 마찰연결된 부품들 및 상기 와인딩들사이에서 속도에 의존하는 마찰제동이 형성된다.
반경방향으로 내측에서 상기 판금부(17)가 허브(26)를 지지하고, 볼베어링과 같은 베어링(4)의 내측 지지링에 의해 상기 허브(26)가 지지된다. 상기 베어링(4)의 외측 지지링에 의해 제 2 질량체(3)가 지지된다.
도 2의 실시예를 참고할 때, 원주방향으로 상기 에너지저장요소(7)를 지지하는 바이어싱영역(14,15)들보다 상기 연장아암(16)들이 작게 구성되어, 도 2의 이론정지위치로부터 스프링작용없이 상기 제 1 질량체(2) 및 제 2 질량체(3)가 서로에 대해 회전방향으로 경미하게 회전운동할 수 있다.
플라이휠(1)과 관련하여 내부에 배열된 상기 나선형 압축스프링(9)이 제거되면, 상기 플라이휠(1)의 입력부 및 출력부사이에 단지 나선형 압축스프링(8)이 지지된다.
도 1 및 도 2에 도시된 비틀림진동댐퍼를 위한 도 3의 나선형 압축스프링(108)이 다수의 와인딩(127)들을 포함하고, 스프링 축(130') 또는 나선형 압축스프링의 길이를 따라 두 개의 단부와인딩(128,129)들사이에서 상기 와인딩(127)들이 연장구성된다. 상기 와인딩(127)들이 두 가지 형태의 와인딩(130,131)들을 포함하고, 도 3의 실시예에서 전후에 배열된 상기 와인딩(130,131)들이 서로 다른 외경을 가진다. 상기 와인딩(130) 및 와인딩(131)이 각각 1-1 반복주기의 연속배열로 제공되고, 상기 와인딩(130)이 상대적으로 큰 외경(132)을 가진 가지고, 상기 와인딩(131)은 상대적으로 작은 외경(133)을 가진다. 단부와인딩(128,129)들은 상대적으로 큰 외경(132)을 가진다.
상대적으로 큰 외경(132)을 가진 여러개의 와인딩(130)들, 예를 들어, 목표스프링특성 또는 용도에 따라 두 개 또는 세 개이상의 와인딩(130)들이 상기 단부와인딩(128,129)들과 근접하게 배열될 수 있다. 도 3의 실시예를 참고할 때, 상기 나선형 압축스프링(108)의 길이를 따라 상기 와인딩(130,131)들이 대략 동일한 피치(134)를 가져서, 상기 나선형 압축스프링(108)이 가지는 종방향의 스프링 축(130')에 대하여 대략 동일한 경사각을 가진다. 그러나 상기 와인딩(130,131)들은 서로 다른 피치(134) 또는 경사각을 가질 수 있다. 상기 와인딩(130,131)내부에 형성되는 최대인장력이 최적화될 수 있기 때문에, 상대적으로 큰 외경(132)을 가진 와인딩(130)은 상대적으로 작은 외경(133)을 가진 와인딩(131)보다 경미하게 작은 경사각 또는 피치(134)를 가진다.
도 3에 도시된 나선형 압축스프링(108)의 전체 길이에 걸쳐서 상기 와인딩(130,131)들이 주기적으로 연속적으로 연장구성되지만, 상기 나선형 압축스프링(108)의 전체 길이중 일부분에 대해서만 상기 와인딩(130,131)들이 배열될수 있다. 예를 들어, 상기 나선형 압축스프링(108)에 형성된 적어도 한 개의 단부영역(135,136)들에서만 서로 다른 상기 와인딩(130,131)들이 연장구성거나 양쪽 단부영역(135,136)들에서 상기 와인딩(130,131)들이 연장구성될 수 있다. 상기 단부영역(135,136)들은 서로 동일한 길이 또는 각운동연장부를 가지거나 서로 다른 크기를 가질 수 있다. 대부분의 경우에 있어서, 상기 와인딩(130,131)들이 중간영역(137)내에 제공되는 것이 유리하다.
상기 단부영역(135,136)들 또는 중간영역(137)은 원하는 효과 및 용도에 적합한 크기를 가질 수 있다.
또한 상기 와인딩(130,131)들은 도 3에 도시된 반복주기의 연속배열과 상이하게 배열될 수 있다. 예를 들어, 상대적으로 작은 외경(133)을 가진 한 개의 와인딩(131)과 상대적으로 큰 외경(132)을 가진 두 개의 와인딩(130)들이 다음에 배열되어, 두 개의 와인딩(130)들이 한 개의 와인딩(131)을 추종한다. 그 결과 2-1의 반복주기 또는 1-2의 반복주기가 제공될 수 있다. 또한 모든 형태의 반복주기가 선택될 수 있다. 상대적으로 작은 외경(133)을 가진 와인딩(131)이 상대적으로 큰 외경(132)을 가진 두 개의 와인딩(130)들사이에 배열되는 것이 유리하다.
대략 직선구조를 가진 종방향의 스프링축(130')을 포함한 스프링들에 있어서 도 3에 도시된 나선형 압축스프링(108)의 특징들이 유리하게 이용될 수 있고, (도 3에 도시된) 스프링의 이완상태에서 곡선경로를 가지는 상기 스프링들에 대해서 상기 특징들이 유리하게 이용될 수 있다.
곡선형상에 의하여 상기 나선형 압축스프링(108)의 와인딩(130,131)들은 반경방향으로 내측에 형성된 간격(138) 및 반경방향으로 외측에 형성된 간격(139)을 가지고, 상기 간격(138)은 상기 간격(139)보다 상대적으로 작다.
상기 와인딩(130,131)들은 이론적으로 중앙에서 종방향으로 위치한 상기 나선형 압축스프링(108)의 스프링축(130')에 대해 감겨져 구성되고, 상기 와인딩(130,131)들은 두 개의 외경(132,133)들의 차이만큼 반경방향으로 서로에 대해 오프셋 구성된다. 도 3의 실시예를 참고할 때, 상기 와인딩(130)에 대해 와인딩(131)이 엇갈리게 배열되어 곡률중심(140)에 대해 반경방향으로 외측에 배열된 상기 와인딩(130,131)들의 와인딩부분(130a,131a)들이 상기 곡률중심(140)으로부터 동일한 반경방향거리에 위치한다. 즉 외경(132) 및 외경(133)의 차이만큼 상기 와인딩(131)이 와인딩(130)으로부터 반경방향으로 오프셋 구성된다. 따라서 상기 와인딩(130)의 이론중심과 상기 와인딩(131)의 이론중심은 상기 외경(132,133)들의 차이만큼 오프셋구성된다. 또한 상기 와인딩(131)을 통과하는 이론종방향축은 상기 와인딩(130)을 통과하는 이론종방향축과 오프셋구성된다. 그 결과 반경방향으로 내측에 배열된 와인딩부분(103b,131b)들은 상기 외경(132,133)들의 차이만큼 오프셋구성된다. 대부분의 경우 (특히 곡선구조로 미리 성형된 상기 나선형 압축스프링(108)이 이용될 때) 상기 와인딩(130,131)들이 외경(132,133)들의 차이만큼 오프셋구성되는 것이 유리하지만, 상기 와인딩(130,131)들이 상대적으로 작게 엇갈리게 구성되거나 상기 나선형 압축스프링(108)의 길이에 대해 상기 와인딩(130,131)들의 중심들이 동일높이에 배열될 수 있다. 즉 공통의 스프링축(130')에 대해 상기 와인딩(130,131)들이 이상적으로 동심축을 이루며 배열될 수 있다.
나선형 압축스프링(108)의 와인딩(130,131)들이 강철로 제조되는 것이 선호되고, 외경(132,133)들의 차이는 상기 와인딩(130,131)들의 반경방향연장부(141)와 동일하다. 상기 와인딩(130,131)들이 원형단면을 가지면, 상기 외경(132,133)들의 차이는 와인딩의 직경과 동일하다. 외경(132,133)들의 차이는 상대적으로 큰 외경(132)의 3％내지 15％ 또는 4％ 내지 6％의 값을 가진다.
본 발명을 따르고 곡선구조로 미리 성형된 나선형 압축스프링(108)에 의하면, 내연기관의 파워트레인내에서 발생하는 과부하 모멘트( 충격토크)가 허용값으로 감소될 수 있다. 과부하 모멘트를 감소시키기 위하여, 도 4 및 도 5를 참고하여 상세히 설명되고 상기 와인딩(130,131)들사이에서 제어되는 변형작용 또는 상기 와인딩(130,131)들사이에서 형성되는 마찰작용이 이용된다.
도 4를 참고할 때, 와인딩(130,131)들을 구성하고 반경방향으로 내측에 구성된 와인딩부분(130b,131b)들이 점선 및 실선으로 도시된다.
상기 나선형 압축스프링(108)의 압축상태에 해당하고 실선으로 도시된 상기 와인딩부분(130a,130b)들의 위치에서 와인딩(130,131)들이 서로 접촉하기 시작한다. 도 5에 도시된 상기 나선형 압축스프링(108)의 압축경로(142) 또는 도 1의 제 1 질량체(2)와 제 2 질량체(3)가 서로에 대해 회전운동하는 회전각에 의해 상기 압축상태가 형성된다. 상기 압축상태에서 상기 와인딩(130,131)들이 반경방향으로 내측에서 서로 접촉하고, 상기 와인딩(130,131)들사이에서 쐐기형상의 간격이 반경방향으로 외측에 형성된다. 즉 도 3에 도시된 외측의 와인딩부분(130a,131a)들이 서로 접촉하지 못한다.
상기 압축경로(142) 또는 회전각을 초과할 때, 상기 와인딩(130,131)들이 서로에 대해 반경방향으로 운동하거나 변형되어, 상대적으로 큰 직경의 외경(132)을 가진 와인딩들이 내측으로, 따라서 곡률중심(140)을 향해 운동하려하고, 상대적으로 작은 외경(133)을 가진 와인딩들이 반경방향으로 외측으로, 따라서 상기 곡률중심(140)으로부터 벗어나 운동하려고 한다. 도 4를 참고할 때, 상기 와인딩(130,131)들사이에 형성된 변위가 점선으로 도시된 와인딩들에 의해 표시된다. 와인딩(130,131)들의 상기 변위에 기인하여 상기 와인딩부분(130b)의 중심들이 이동량(143)만큼 반경방향으로 내측을 향해 이동하고, 와인딩부분(131b)들의 중심들이 이동량(144)만큼 반경방향으로 외측을 향해 이동하여 와인딩(130,131)들 또는 와인딩부분(130b,131b)들사이에 상기 이동량(143,144)에 해당하는 변위가 형성된다.
도 4를 참고할 때, 상기 와인딩(131)의 양쪽 측부에 위치한 와인딩(130)들이 상기 와인딩(131)에 대하여 매번 이동량(145)만큼 상향으로 이동한다. 도 5를 참고할 때, 상기 나선형 압축스프링(108)이 추가로 압축되는 과정 또는 상기 와인딩(130,131)들이 미끄럼운동하여 형성되는 제 1 질량체(2)와 제 2 질량체(3)의 회전운동이 회전각경로(146)에 의해 도시된다. 회전각경로(146)가 형성된 후에 상기 개별 와인딩(130,131)들이 지지되어, 상기 나선형 압축스프링(108)이 추가로 압축되는 것이 방지된다.
상기 와인딩(130,131)들이 미끄럼운동할 때 상기 나선형 압축스프링(108)의 회전각경로(146)에 대해 마찰 또는 마찰히스테리시스(147)가 형성된다. 상기 외경(132,133)들의 차이 및 와인딩들의 피치를 선택하여 상기 마찰히스테리시스(147)의 크기가 적합하게 정해진다.
도 5를 참고할 때, 와인딩(130,131)들이 추가로 변형되기 때문에 상기 와인딩(130,131)들이 서로에 대해 반경방향으로 내측을 향해 이동하는 영역에서 라인(148)을 따라 상대적으로 큰 스프링계수가 형성된다.
점선(149)과 일점쇄선(150)사이에 형성된 표면적을 참고할 때, 모든 와인딩들에 대해 동일한 외경을 가진 종래기술의 나선형 스프링들이 변형되면, 개별 와인딩들사이에 형성된 변위에 기인하여 히스테리시스작용뿐만 아니라 스프링계수가 증가하는 효과가 제공되지만 마찰히스테리시스(147)를 형성하는 본 발명의 나선형 스프링이 가지는 효과보다 작다.
본 발명의 나선형 압축스프링(108)에 의하면, 상대적으로 큰 회전각경로(146)에 대하여 마찰댐핑의 상당한 증가와 관련하여 스프링강성이 현저하게 증가된다. 따라서 상당량의 에너지가 저장되거나 마찰에 의해 부분적으로 제거된다. 그 결과 과도한 모멘트가 제거되거나 회피되고 과도부하가 효과적인 비용으로 간단하게 제거되어, 토크를 전달하는 부품들이 상대적으로 약하게 제조되거나 파손방지될 수 있다.
여러개의 부품들로 제조된 플라이휠에 구성되는 본 발명의 나선형 압축스프링이 이용될 때, (예를 들어, 신속한 기어감속 또는 기어증속, 공진 또는 유사공진 상태와 같은) 특수한 구동상태에서 발생되는 피크 모멘트( 또는 충격토크)가 허용수준으로 감소된다. 상기 피크모멘트는 공칭엔진토크보다 크다. 상기 피크모멘트는 내연기관의 공칭토크보다 10배이상 큰 값을 가진다.
스프링길이에 대해 일정한 직경을 가지고 곡선구조로 미리 성형된 종래기술의 나선형 스프링들이 압축될 때, 반경방향으로 내측에서 개별 와인딩들의 (와인딩의 중심에 해당하는) 가장 높은 위치에서 점접촉 또는 선접촉이 형성된다. 개별 와인딩들의 반경방향 상대변위에 관한 자연법칙이 없으므로 불안정한 상태가 형성된다. 예를 들어, 근접하게 배열된 여러개의 와인딩들이 반경방향으로 내측을 향하거나 외측을 향해 운동하고 한번은 반경방향으로 내측을 향하고 다른 한번은 반경방향으로 외측을 향해 운동하여 제어되지 않은 상태로 하중을 받으면, 스프링은 국소과부하상태에 도달하고 결국 스프링이 파괴된다. 반면에 본 발명의 나선형 압축스프링(108)을 이용하면, 와인딩(130,131)들사이에서 제어된 상태의 접촉작용 및 변위가 형성된다. 해당 스프링에 작용하는 토크가 모든 와인딩들위에서 대략 균일하게 지지되고, 개별 와인딩들이 과부하로부터 보호된다.
상기 플라이휠(1)을 이용할 때, - 상기 나선형 압축스프링(108)의 개별 와인딩들위에 작용하는 원심력에 기인하여- 와인딩(127)들을 반경방향으로 지지하고 마모방지장치(25)에 의해 형성되는 표면 및 상기 와인딩(127)사이에서 마찰이 형성되며, 상기 마찰은 상기 와인딩(127)의 변위를 방해한다. 개별 와인딩들의 변위에 대한 마찰저항이 증가되기 때문에 상기 와인딩(127)들의 변위발생을 위한 하중은 나선형 압축스프링(108)의 단부영역으로 중심을 향해 증가한다. 예를 들어, 나선형 압축스프링(108)의 한쪽 단부로부터 떨어진 6번째의 와인딩이 탄성변형하기 위하여 처음 5개의 와인딩들의 마찰저항이 극복되어야 한다. 그 결과 서로 다른 외경들을 가진 개별 와인딩(130,131)들은 동시에 서로 연결될 수 없다. 도 4 및 도 5와 관련한 상기 와인딩(130,131)들의 미끄럼작용이 나선형 압축스프링(108)의 길이에 대하여 연속적으로 또는 불연속적으로 발생될 수 있다. 도 5의 선도는 나선형 압축스프링(108)의 정적 스트레인 또는 원심력작용이 없는 스트레인을 표시한다.
도 6을 참고할 때, 비틀림진동댐퍼내에서 에너지저장요소로서 이용되는 나선형 압축스프링(208)이 도시된다. 도 3에 도시된 나선형 압축스프링(108)과 비교할 때, 상기 나선형 압축스프링(208)의 전체 구조가 도시되어, 스프링축(230')을 따라 연장되는 와인딩(227)의 경로가 더욱 명확하게 도시된다. 상기 나선형 압축스프링(208)에 구성된 단부와인딩들중 단지 단부와인딩(228)이 도시된다. 상기 나선형 압축스프링(208)은 축(237)에 대해 대칭구조를 가진다.
상기 나선형 압축스프링(208)에 작용하는 원심력에 의해 상기 나선형 압축스프링(208)이 압축되고 이완되며 반경방향으로 외측에 형성된 와인딩부분(230a)들이 지지면과 접촉하면, 상기 와인딩부분(230a)들은 마찰감쇄를 발생시킨다. 도 1 및 도 2의 플라이휠 또는 댐핑장치에 있어서, 마모방지장치(25)에 의해 상기 지지면이 형성된다. 해당 댐핑장치가 당김작용 및 미는 작용을 수행하는 경우에 상기 나선형 압축스프링(8,108,208)들은 와인딩단부(128,129,228)들로부터 하중을 받는다. 나선형 압축스프링을 구성하는 개별 와인딩들과 상기 와인딩들을 지지하기 위한 반경방향의 지지면사이에 형성되는 마찰에 기인하여, 상기 와인딩들에 작용하는 토크 및 상기 와인딩들에 작용하는 압축하중이 상기 나선형 압축스프링의 단부영역으로부터 와인딩들을 통해 감소된다. 즉 도 6에 도시된 나선형 압축스프링(208)에 있어서, 나선형 압축스프링의 중앙에 배열된 와인딩(24')에 작용하는 토크가 상기 단부와인딩(228)에 작용하는 토크보다 작다. 즉 상기 나선형 압축스프링(8,108,208)을 장착한 플라이휠(1)의 사용수명동안 나선형 압축스프링의 중앙에 배열된 와인딩들은 단부와인딩들보다 상대적으로 작은 정적 응력 및 동적 응력을 받는다. 전체 작동과정 또는 사용수명동안 드물게 (예를 들어, 공진상태에서 기어를 신속하게 기어감속하거나 기어증속하는 과정 또는 클러치페달의 미끄럼과정과 같이) 피크 스트레인(충격토크)이 발생하고 구동작용동안 엔진이 주로 부분부하영역에서만 작동한다는 사실을 기초할 때, 중앙에 배열된 와인딩들은 상대적으로 작은 응력을 받는다. 그 결과 플라이휠(1)의 사용수명동안 상기 나선형 압축스프링(208)의 개별 와인딩(227)들이 견뎌야 하는 부하의 크기 및 부하변동의 횟수가 나선형 압축스프링(208)의 중심을 향해 감소하게 만든다. 따라서 상기 나선형 압축스프링(208)의 단부영역에서 와인딩들의 스트레인이 가장 크고 최대 인장상태에 관한 내구성을 가지도록 상기 와인딩들이 설계되어야 한다. 중심을 향해 배열된 나선형 압축스프링(208)의 와인딩들이 가지는 스트레인이 상대적으로 작기 때문에, 상기 와인딩들은 상대적으로 큰 인장력 및 정해진 회수의 응력들에 대해서 설계될 수 있다. 예를 들어, 도 6의 나선형 압축스프링(208)에 있어서, 와인딩들에 응력이 작용할 때 외측의 와인딩들에 발생하는 최대인장력들에 의해 상기 와인딩들의 내구성이 보장되도록 외측의 와인딩들이 구성된다. 상기 구성을 위하여, 외측의 와인딩들은 작은 피치를 가진다. 중앙에 배열된 와인딩(24')들 및 상기 와인딩(24')들과 근접하게 배열된 와인딩들에 응력이 작용할 때 상기 와인딩들에 발생하는 최대인장력이 나머지 와인딩들에 발생하는 인장력보다 작아서, 상기 나선형 압축스프링(208)의 중앙에 배열된 와인딩들이 충분한 횟수의 부하변동을 위한 시간동안 고정되도록 상기 와인딩들이 구성된다.
도 6의 나선형 압축스프링(208)이 이완된 상태일 때, 제 2 와인딩(227a)과 와인딩(1')사이에 와인딩의 피치에 의해 형성되는 간격(y1)이 제공된다. 와인딩(1')으로부터 시작하여 도 6에 제공된 공식에 따라 근접하게 배열된 두 개의 와인딩(227)들사이에 제공된 간격(y)이 와인딩(24')을 향해 증가한다. 예를 들어, 간격(y1)이 1.2mm이고 나선형 압축스프링(208)의 중앙에 배열된 와인딩을 향해 두 개의 와인딩(227)들사이에 일정한 간격증가량이 0.05mm일 때 와인딩(23',24')들사이에 제공되는 간격은 y=1.2+ (23 x 0.05) = 2.35mm 이다.
본 발명의 나선형 압축스프링(208)에 의하면, 상기 나선형 압축스프링(208)이 가지는 최대 압축경로 또는 압축각의 적어도 일부영역에 대하여 와인딩의 피치가 감소된다. 따라서 나선형 압축스프링(208)의 중앙영역에서 인장력이 증가되거나 나선형 압축스프링(208)의 단부영역에 제공된 와인딩이 상대적으로 부드럽게 구성된다. 모든 와인딩들에 대해 일정한 피치를 가진 스프링과 비교할 때, 상기 나선형 압축스프링(208)의 와인딩이 가지는 피치는 약 10％내지 15％만큼 감소될 수 있다. 또한 본 발명의 나선형 압축스프링(208)에 의하면, 나선형 압축스프링(208)이 가지는 압축경로의 단부영역에서 와인딩의 점진구조가 제공될 수 있다. 개별 와인딩들이 중앙의 와인딩(24')으로부터 단부와인딩(228)을 향해 상대적으로 부드럽게 구성되기 때문에, 나선형 압축스프링(208)이 압축되는 동안 단부와인딩(228)으로부터 시작하여 개별 와인딩들이 블록구조를 형성하므로 와인딩들의 작용이 연속적으로 중지되는 효과가 제공된다. 개별 와인딩들이 형성하는 마찰에 의해 발생되는 효과가 상기 효과와 결합된다.
도 6에 도시된 나선형 압축스프링(208)의 개별 와인딩들이 가지는 피치가 중앙의 와인딩(24')을 향해 점진적으로 증가하지만, 피치의 점진적 증가는 단계적으로 형성될수 있다. 동일한 피치를 가지는 와인딩들의 그룹 및 서로 다른 피치를 가진 와인딩들의 그룹들이 제공될수 있다. 도 6의 나선형 압축스프링(208)과 관련하여 와인딩들이 형성하는 적어도 한 개의 그룹내에서 와인딩들의 피치가 점진적으로 변화하고 다른 그룹의 와인딩들의 피치는 일정하게 유지될 수 있다.
특히 상기 플라이휠(1)내에서 이용되고 곡선구조를 가진 스프링들에 있어서, 두 개의 단부와인딩들 중 오직 한쪽 단부와인딩에 대해서 단부와인딩으로부터 시작되는 서로 다른 피치가 개별 와인딩들에 형성될 수 있다. 따라서 당기고 미는 작동과정동안 발생하는 서로 다른 상태들이 고려될 수 있다. 예를 들어, 상대적으로 작은 모멘트가 와인딩들의 가압측부에 작용해야 하기 때문에, 상대적으로 큰 피치를 가지고 블록구조를 형성할 때 최대 비틀림응력을 가지는 와인딩들이 가압측부를 향해 이동할 수 있다. 기어박스로부터 엔진을 향해 볼 때 토크가 유입되는 나선형 압축스프링의 측부에 의해 상기 가압측부가 제공될 수 있다.
서로 다른 외경을 가진 와인딩(130,131)들로 구성된 도 3의 나선형 압축스프링에 대하여 서로 다른 피치를 가진 도 6의 와인딩(227,227a)들이 유리하게 이용될 수 있다. 상기 와인딩(130,131)들의 서로 다른 외경(132,133)들에 의해 형성되는 마찰감쇄에 의해 상기 나선형 압축스프링(208)의 감쇄거동이 추가로 개선될 수 있다.
모든 와인딩들에 대해 동일한 외경을 가진 종래기술의 스프링과 비교할 때 도 3에 도시된 스프링에 있어서 경미하게 증가되는 와인딩들의 피치가 도 6의 나선형 압축스프링이 가지는 점진적인 피치에 의해 보상될 수 있다.
도 7에 도시된 비틀림진동댐퍼(301)에 의하면, 비틀림진동댐퍼(301)의 입력부분 및 출력부분에 바이어싱장치(314,316)들이 구성되고, 에너지저장요소(308,308')들의 작용에 대하여 출력부분 및 입력부분이 서로에 대해 회전운동한다. 균일하게 편향되는 에너지저장요소들의 차이를 도시하기 위하여, 도 7은 압축상태의 에너지저장요소(308) 및 이완된 상태의 에너지저장요소(308')를 도시하고, 예를 들어, 2개 내지 12개 또는 4개 내지 8개의 짧은 에너지저장요소(308)들이 비틀림진동댐퍼의 원주에서 다소 균일하게 분포된다. 상기 에너지저장요소(308)의 종방향에 대하여 직경이 큰 와인딩(315,315')들이 에너지저장요소(308)의 단부들에 구성되고, 직경이 큰 와인딩 및 직경이 작은 와인딩이 교대로 구성된다. 나선형 압축스프링이 압축될 때, 직경이 작은 와인딩(331)이 직경이 큰 와인딩(315)내부에 축방향으로 삽입될 수 있다. 와인딩(315)의 외경에 대해 에너지저장요소(308)가 가지는 와이어두께의 절반크기만큼 와인딩(331)의 외경이 감소되고, 상기 와인딩(331)의 외경은 와이어의 두께만큼 감소된 와인딩(315)의 외경과 크거나 같다.
와인딩(315,331)들의 중심점들은 반경방향으로 서로 오프셋구성되고, 한쪽 각운동영역에서 와인딩(315,331)들의 주변부들이 동일한 반경방향높이에 배열되며, 충분한 압축작용에 의해 상기 와인딩(315,331)들이 블록구조로 형성되며, 나선형 압축스프링(308)이 압축되는 동안 마주보는 각운동영역에서 와인딩들의 서로 다른 직경에 의해 와인딩(331)들의 주변부들이 와인딩(315)들의 주변부내에 삽입될 수 있다. 그 결과 상기 나선형 압축스프링(308)의 작동영역이 확대된다.
적어도 일부분의 와인딩 피치들을 서로 다르게 적용하여 작동영역이 추가로 최적화될 수 있고, 상기 와인딩(315,331)들이 가지는 서로 다른 직경들에 의해 스프링상수들이 서로 일치되며, 용도에 따라 직경방향으로 더 크거나 작은 와인딩(315,331)들이 상대적으로 큰 와인딩 피치를 가질 수 있다.
두 개의 바이어싱장치(314,316)들이 서로에 대해 회전운동할 때 상대적으로 긴 경로가 반경방향으로 외측에 형성되고 상기 나선형 압축스프링(308)이 상대적으로 더욱 세게 압축되기때문에 나선형 압축스프링(308)의 각운동영역이 반경방향으로 내측을 향해 동일한 반경방향높이에서 와인딩의 주변부에 배열되도록 - 비틀림진동댐퍼(301)의 설치위치에 대하여- 상기 나선형 압축스프링(308)을 배열하는 것이 유리하다. 상기 나선형 압축스프링(308)을 회전운동에 대해 고정시키기 위해 제 1 와인딩(315) 또는 마지막 와인딩(315')이 해당 바이어싱장치내에 고정될 수 있다. 반경방향으로 외측에 위치한 외측영역들이 초기에 상대적으로 더욱 강하게 압축되도록 상기 바이어싱장치(314,316)들이 구성될 수 있다.
특히, 도 3 내지 도 5에 도시되고 본 발명을 따르며 서로 다른 직경을 가진 와인딩들을 포함한 한 개이상의 나선형 압축스프링을 이용할 때, 상기 나선형 압축스프링이 가지는 스프링거동 및 감쇄거동을 최적화하고 상기 거동들을 용도에 대해 최적화할 수 있다. 예를 들어, 나선형 압축스프링(108)의 와인딩들이 서로 접촉하거나 지지된 후에 계속해서 상기 나선형 압축스프링이 압축되는 동안, 와인딩들의 적합한 직경차를 선택하여 상대적으로 큰 와인딩 및 작은 와인딩들의 상대변위가 제어된다. 서로 다른 직경을 가진 와인딩들을 형성하여 상기 변위가 발생하면, 도 4에서 설명한 것과 같이, 상대적으로 큰 직경을 가진 와인딩들은 반경방향으로 외측을 향해 가압되고 상대적으로 작은 직경을 가진 와인딩들은 내측으로 가압된다. 해당 스프링들을 둘러싸는 부품들을 통해 마찰감쇄를 증가시키도록 와인딩들의 변위가 발생하고 계속해서 상대적으로 큰 직경을 가진 와인딩들의 직경 또는 스프링의 외경들이 증가될 수 있다. 예를 들어, 상대적으로 큰 직경을 가진 와인딩들의 외경이 정해진 변형값을 가지도록 상기 와인딩들 및 와인딩들을 둘러싸는 부품들이 접촉하고 스프링을 수용하는 채널들이 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 실시예를 이용할 때, 환상영역(22)의 직경은 나선형 압축스프링을 구성하고 상대적으로 큰 직경을 가진 와인딩들의 직경보다 단지 경미하게 크다. 환상영역(22)의 단면적에 의해 와인딩들이 서로에 대해 단지 부분적으로 예를 들어, 세 개의 위치들 또는 영역들에서 지지되도록 환상영역(22)의 표면들이 구성될 수 있다. 와인딩들을 위해 제공되는 접촉지지점들 또는 지지영역들이 마모방지기능을 가지거나 예를 들어, 인서트와 같은 마모방지부품을 가질 수 있다. 상기 구성을 위해 와인딩들의 원주에서 여러개의 인서트들이 분포되는 마모방지장치(25)가 고려될 수 있다.
또 다른 실시예에 의하면, 에너지저장요소의 와인딩들 및 상기 환상영역들의 경계면사이에 형성되는 접촉이 나선형 압축스프링과 같은 에너지저장요소의 일부분에 대해서만 제공되도록 상기 환상영역(22)들이 구성된다.
나선형 압축스프링을 구성하는 와인딩들이 반경방향으로 인장되거나 지지되어 히스테리시스 마찰이 형성되기 때문에 와인딩들을 구성하는 재료의 과도한 스트레인 특히 소성변형으로부터 스프링이 보호되어, 과도하중영역에서 사용수명이 증가되고 스프링의 설정상태가 손상되는 것이 감소될 수 있다. 과도한 토크가 발생할 때 충격에너지를 제거하는 히스테리시스마찰 또는 다른 마찰성분이 해당 에너지저장요소의 와인딩들에 의해 수용된다. 스프링을 수용하는 채널들의 표면들위에서 와인딩들 또는 직경이 큰 와인딩들의 마찰에 의해 상기 마찰성분이 구해진다. 도 5에 도시된 압축경로(146)의 적어도 일부분에 대해 추가로 마찰히스테리스가 형성된다. 추가의 마찰감쇄 또는 마찰히스테리시스에 의해 도 5의 마찰히스테리시스(147)가 증가된다. 에너지저장요소의 와인딩들을 둘러싸는 표면에 작용하는 하중이 증가되고 상기 와인딩들에 작용하는 하중 또는 변위에 의해 상기 와인딩들이 압축될 때부터 상기 회전각경로(146)의 일부분에 대해 마찰히스테리시스가 증가된다. 본 발명에 의하면, 스프링의 와인딩들에서 발생하는 최대인장력이 제한될 수 있다.
직선의 종방향축을 가진 스프링들에 있어서 스프링의 형상과 스프링을 둘러싸는 부품의 기하학적 형상을 일치시킬 때 사용수명이 증가될 수 있다. 스프링의 외경 또는 상대적으로 큰 직경을 가진 와인딩들의 외경과, 와인딩들을 수용하는 채널 또는 채널단면의 내부형상과 일치시키면, 과도한 하중이 가해질 때 스프링이 외측을 향해 꼬이거나 불필요하게 변형되는 것이 방지된다. 상기 형태의 스프링을 이용하면, 충격응력이 발생할 때 와인딩들 및 와인딩들을 수용하는 채널의 경계면들사이의 마찰접촉에 의해 충격에너지가 제거될 수 있다.
큰 와인딩들의 외경 및 작은 와인딩들의 외경사이의 외경차이를 적합하게 선택하여 본 발명에 따라 서로 다른 직경을 가진 와인딩으로 구성된 나선형 압축스프링의 감쇄거동이 변화될 수 있다. 해당 나선형 압축스프링의 감쇄거동은 서로 다른 직경을 가진 와인딩들의 접촉점들에서 접선의 각도 및 배열에 의존한다. 모든 와인딩들이 동일한 외경을 가진 나선형 압축스프링에 있어서, 와인딩들이 구속될 때 상기 접선은 나선형 압축스프링의 종방향축과 수직으로 배열된다. 상대적으로 큰 직경 및 상대적으로 작은 직경을 가진 와인딩들사이의 직경차이가 증가함에 따라 상기 접선의 각도는 - 상기 스프링의 종방향축에 대하여- 감소된다. 상대적으로 작은 와인딩들 및 상대적으로 큰 와인딩들사이에서 형성되는 반경방향 모멘트 또는 변위에 의하여, 개별 와인딩들사이의 접촉점들에서 상기 접선의 각도가 변화된다.
상기 와인딩들사이의 직경차이가 작으면 스프링의 종방향축에 대하여 와인딩들의 접촉점들에서 접선각도가 상대적으로 크기 때문에, 와인딩들의 마찰에 의해 형성되는 감쇄작용은 상대적으로 큰 충격모멘트를 가지고 시작된다.
상대적으로 큰 직경을 가진 와인딩들 및 상대적으로 작은 직경을 가진 와인딩들이 공통의 종방향축을 가져서 실제로 공축구조를 가진 나선형 압축스프링에 있어서, 와인딩들 및 와인딩들을 둘러싸는 부품들사이에서 의도적인 마찰히스테리시스를 형성하는 것이 유리하다.
와인딩들사이의 직경차가 상대적으로 큰 경우에, 와인딩들의 접촉점들을 통과하는 접선의 각도가 스프링의 종방향축에 대해 상대적으로 작은 각도를 가지기 때문에, 서로 미끄럼운동하는 와인딩들에 의해 형성되는 감쇄특성이 상대적으로 부드럽게 시작된다. 따라서 상대적으로 큰 반경방향 하중들이 와인딩들에 형성된다. 요구조건들에 따라 와인딩들의 직경차에 의해 요구특성값이 측정될 수 있다. 해당 에너지저장요소에 대해 요구되는 감쇄특성을 위한 또 다른 변수는 와인딩을 형성하는 스프링 와이어의 직경 또는 외형이다.
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상기 스프링들의 사용수명을 증가시키고 스프링의 단부와인딩들의 파손을 방지하기 위하여, 상기 단부와인딩들이 문헌 제 DE OS 42 29 416 호에 따라 제조되는 것이 선호된다.
상기 스프링들의 내구성 또는 블록강도를 추가로 개선하기 위하여, 상기 스프링들은 문헌 제 DE OS 44 06 826 호에 공개된 와이어 단면을 가지도록 제조되거나 상기 문헌에 공개된 형태의 단면을 제조하기 위한 방법에 따라 제조되는 것이 유리하다.
도면들에 도시된 스프링들은 예를 들어, 타원형 단면과 같은 비원형 단면을 가진 스프링 와이어로부터 제조될 수 있다. 상기 단면을 가진 스프링와이어를 이용하면, 스프링 와이어에 형성되는 인장상태가 추가로 개선될 수 있다.
본 발명의 나선형 압축스프링을 제조하기 위해 소위 고온 굽힘(hot bending) 과정이 이용되고, 상기 과정에서 와인딩으로 형성되는 스프링 와이어가 가열된다. 와인딩으로 형성된 후에, 나선형 압축스프링은 추가로 열처리 또는 기계가공 또는 마무리공정을 거친다.
본원의 특허 청구항은 보다 넓게 특허권을 보호받기 위한 용어로 기술된다. 본 발명의 출원인은 상세한 설명 및 도면에서 지금까지 설명한 특징에 대한 권리를 가진다.
종속항은 각각의 관련된 종속항의 특징을 통하여 독립항의 주제에 따른 다른 구조를 권리로서 청구한다. 이것은 상기 종속항의 특징에 대해 독립적인 보호를 얻을 수 없는 것으로서 간주되어서는 안 된다. 종속항의 주제는 선행 청구항의 주제와 독립적인 구조를 가지는 독립 발명을 형성한다.
본 발명은 상세한 설명의 실시예에 국한되지 않는다. 본 발명의 범위내에서 다양하게 수정할 수 있고, 특히 이런 변화, 요소 및 결합 또는 재료는 상세한 설명과 실시예 및 청구항에 기술되고 도면에 도시된 각각의 특징이나 요소 또는 공정 단계를 결합하거나 수정함으로써 실시되고 결합 가능한 특징들에 의해 제작, 검사 및 작업 공정에 관해 다르게 실시될 수 있다.

Claims (18)

  1. 종방향축을 따라 연장되는 와인딩(127)들을 가지고 강철재질의 스프링와이어로 제조되며 블록구조로 압축되는 나선형 압축스프링(108)에 있어서,
    상기 나선형 압축스프링의 단부와인딩(128,129)들사이에서 상대적으로 큰 외경(132) 및 상대적으로 작은 외경(133)을 가진 두 가지이상의 형태를 가진 와인딩(130,131)들이 구성되고, 나선형 압축스프링(108)의 종방향에 관해 바로 마주보는 와인딩부분(130a,131a)들이 나선형 압축스프링의 한쪽 측부에서 동일한 반경방향 높이를 가지며 바로 마주보는 와인딩부분(130b,131b)들이 나선형 압축스프링(108)의 다른 한쪽 측부에서 상기 외경(132,133)들의 직경차만큼 오프셋구성되는 패턴을 가지고 나선형 압축스프링(108)의 종방향으로 상기 와인딩(130,131)들이 연속적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 나선형 압축스프링.
  2. 종방향축을 따라 연장되는 와인딩(127)들을 가지고 블록구조로 압축되는 나선형 압축스프링(108)에 있어서,
    상기 나선형 압축스프링의 단부와인딩(128,129)들사이에서 서로 다른 피치(134)들을 가진 와인딩들이 구성되고, 상기 단부와인딩(128,129)들로부터 가장 멀리 떨어진 위치에서 와인딩들의 피치(134)가 가장 크게 구성되는 것을 특징으로 하는 나선형 압축스프링.
  3. 제 2 항에 있어서, 나선형 압축스프링이 강철재질의 스프링와이어로 제조되는 것을 특징으로 하는 나선형 압축스프링.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 각각의 단부와인딩(128,129)으로부터 시작하여 단부와인딩(128,129)들로부터 거리가 증가함에 따라 피치(134)가 증가하는 스프링영역이 구성되는 것을 특징으로 하는 나선형 압축스프링.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 나선형 압축스프링의 중간영역(137)에서 와인딩들의 피치(134)가 가장 크고, 나선형 압축스프링의 길이에 대해 적어도 부분적으로 상기 피치(134)가 상기 단부와인딩(128,129)들을 향해 감소하는 것을 특징으로 하는 나선형 압축스프링.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 나선형 압축스프링이 블록구조로 압축될 때, 상대적으로 큰 피치(134)를 가진 와인딩(127)들의 비틀림응력이 상대적으로 작은 피치(134)를 가진 와인딩들의 비틀림응력보다 큰 것을 특징으로 하는 나선형 압축스프링.
  7. 제 1항 또는 제 2 항에 있어서, 이완된 상태일 때 나선형 압축스프링이 곡선구조로 미리 성형된 상태로 배열되는 것을 특징으로 하는 나선형 압축스프링.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 단부와인딩(128,129)들사이에서 서로 다른 피치(134)의 와인딩들을 가진 영역이 제공되고, 단부와인딩(128,129)들로부터 가장 멀리 떨어진 위치에서 와인딩의 피치(134)가 가장 큰 것을 특징으로 하는 나선형 압축스프링.
  9. 제 1항 또는 제 2 항에 있어서, 적어도 두 개의 와인딩(130,131)들이 가지는 외경(132,133)들은 나선형 압축스프링(108)의 종방향에 대하여 스프링와이어의 반경방향연장부(141)만큼 서로 상이한 것을 특징으로 하는 나선형 압축스프링.
  10. 제 1항 또는 제 2 항에 있어서, 나선형 압축스프링(108)의 종방향연장부에 대하여 반경방향으로 서로 오프셋구성된 와인딩부분(130a,131a,130b,131b)들이 반경방향으로 서로 중첩되도록 상기 와인딩(130,131)들의 외경(132,133)들이 서로 일치되는 것을 특징으로 하는 나선형 압축스프링.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 나선형 압축스프링(108)이 형성하는 블록구조의 블록길이에 도달하기 전에 오프셋구성된 상기 와인딩부분(130a,131a,130b,131b)들이 서로 접촉하고 상기 블록길이에 도달할 때 서로 미끄럼운동하며 접촉하는 상기 와인딩부분(130a,131a,130b,131b)들에 의해 마찰이 발생되도록 상기 와인딩부분(130a,131a,130b,131b)들사이에 이동량(144)의 크기가 결정되는 것을 특징으로 하는 나선형 압축스프링.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 블록길이에 도달하기 전에 서로 다른 직경을 가진 상기 와인딩(130,131)들이 나선형 압축스프링(108)의 종방향에 대해 반경방향으로 서로 변위를 형성하는 것을 특징으로 하는 나선형 압축스프링.
  13. 제 12 항에 있어서, 서로 다른 직경을 가진 상기 와인딩(130,131)들이 반경방향으로 상대운동할 때 상기 와인딩(130,131)들이 탄성변형되고 와인딩들의 스프링계수가 변화하는 것을 특징으로 하는 나선형 압축스프링.
  14. 두 개이상의 제 1 질량체(2) 및 제 2 질량체(3)를 가지고, 종방향축을 따라 연장되는 와인딩(127)들을 가지고 한 개이상의 에너지저장요소(7)들을 위한 연장아암(16)들을 가지는 에너지저장요소(7)의 저항에 대하여 상기 제 1 및 제 2 질량체들이 회전운동하는 비틀림진동댐퍼에 있어서,
    제 1 항 또는 제 2 항에 따라 제조되는 한 개이상의 나선형 압축스프링(108)에 의해 상기 에너지저장요소(7)가 구성되는 것을 특징으로 하는 비틀림진동댐퍼.
  15. 두 개이상의 제 1 질량체 및 제 2 질량체를 가지고, 종방향축을 따라 연장되는 와인딩들을 가지고 한 개이상의 에너지저장요소들을 위한 연장아암들을 가지는 에너지저장요소의 저항에 대하여 상기 제 1 및 제 2 질량체들이 회전운동하며, 제 1 항 또는 제 2 항에 따라 제조되는 한 개이상의 나선형 압축스프링에 의해 상기 에너지저장요소가 구성되는 비틀림진동댐퍼에 있어서,
    제 3항 또는 제 5항 또는 제 6항 또는 제 8항에 따라 상기 나선형 압축스프링(108)이 구성되는 것을 특징으로 하는 비틀림진동댐퍼.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 질량체들중 제 1 질량체(2)가 고리형상부(21)를 가지고, 상기 고리형상부(21)내에서 상기 나선형 압축스프링(108)이 반경방향과 축방향으로 안내되며, 비틀림진동댐퍼(1)가 회전운동할 때, 나선형 압축스프링(108)의 반경방향외측부에서 나선형 압축스프링과 반경방향으로 결합되는 마모방지장치(25)위에서 상기 나선형 압축스프링(108)이 원심력에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 비틀림진동댐퍼.
  17. 제 16 항에 있어서, 나선형 압축스프링(108)의 와인딩(127)들에 의해 나선형 압축스프링이 반경방향으로 직접 지지되는 것을 특징으로 하는 비틀림진동댐퍼.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 질량체들중 제 1 질량체(2)가 고리형상부(21)를 가지고, 상기 고리형상부(21)내에서 상기 나선형 압축스프링(108)가 반경방향과 축방향으로 안내되며, 비틀림진동댐퍼(1)가 회전운동할 때, 나선형 압축스프링(108)의 반경방향으로 외측에서 나선형 압축스프링과 반경방향으로 결합되는 마모방지장치(25)위에서 상기 나선형 압축스프링(108)이 원심력에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 비틀림진동댐퍼.
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