KR101134785B1 - 크랭크축 디커플러 - Google Patents

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제임스 더블유. 델
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Abstract

디커플러 조립체(20)는 자동차 엔진의 구동축(16)과 구동 벨트(18) 사이에 회전 토크를 전달하기 위해 제공된다. 디커플러 조립체는 구동축에 견고하게 고정되는 구동 허브(40)를 포함한다. 풀리(22)는 구동 허브(40)에 회전식으로 커플링되고 벨트(18)와 구동식으로 결합되도록 구성된다. 스프링 쉘(70, 100)은 구동 허브 및 풀리와의 선택적인 회전을 위해 구동 허브와 풀리 사이에 작동식으로 커플링되고 편향 부재(130)는 구동축의 회전에 의해 발생된 구동 허브와 풀리 사이의 요동성 진동부를 분리하기 위해 스프링 쉘과 구동 허브 사이에 작동식으로 커플링된다. 클러치 요소(140)는 구동 허브에서 풀리로 회전 토크를 선택적으로 전달하기 위해 스프링 쉘(70, 100)과 풀리(22) 사이에 배치된다. 풀리(22)는 내부 클러치 표면(26)을 포함하고 클러치 요소는 내부 클러치 표면과 마찰 결합하는 복수의 코일과, 구동 허브(40)와 풀리(22) 사이에 토크를 선택적으로 전달하도록 구동 허브와 스프링 쉘의 회전시 내부 클러치 표면에 대해 코일을 팽창시키기 위해 스프링 쉘에 커플링되는 단부를 포함한다.
디커플러 조립체, 구동축, 풀리, 구동 허브, 편향 부재, 클러치 요소, 스프링 쉘, 무단 구동 요소

Description

크랭크축 디커플러 {CRANKSHAFT DECOUPLER}
본 발명은 자동차의 크랭크축 및 구동 조립체에 관한 것이며, 특히 구동 조립체가 크랭크축의 속도와 다른 속도로 일시적으로 작동하거나 오버런(overrun)하는 것과, 크랭크축으로부터 구동 조립체를 분리하거나 기계적으로 차단하고 크랭크축과 구동 조립체 사이의 비틀림 진동을 감소시킬 수 있는 디커플링(decoupling) 조립체에 관한 것이다.
엔진 출력의 일부를 무단 사형 벨트(endless serpentine belt)를 이용하는 복수의 벨트 피동 부속품(belt driven accessory component)에 전달하는 것은 자동차 엔진에 있어서 널리 공지되어 있다. 통상, 벨트 피동 부속품 각각은 벨트와 구동식으로 결합된 풀리를 포함하고 벨트는 크랭크축에 직접 커플링된 출력 풀리에 의해 구동된다.
내연 기관은 끊임없이 가감속하여 엔진 진동을 발생시키는 펄스 시스템으로서 작동된다. 이러한 변속의 결과로서, 크랭크축에 의해 구동되는 벨트 피동 부속품은 계속적으로 속도가 증감된다. 이는 높은 변동 하중 및 진동으로 인하여 벨트 피동 부속품의 내구성 감소와 함께 허용될 수 없는 레벨의 소음 및 진동을 발생시킨다. 또한, 트랜스미션 이동 및 엔진 시동과 정지와 같은 급속한 엔진 가감속은 벨트와 풀리 사이의 미끄러짐으로 인한 벨트 스퀼(belt squeal) 뿐만 아니라 벨트에 대한 과중한 충격 하중을 발생시킨다.
벨트 피동 부속품이 고속도로 일시적으로 작동하거나 풀리가 엔진의 속도에 의해 요동될 때 풀리를 "오버런"할 수 있도록 벨트 피동 부속품과 풀리 사이에 디커플러 조립체를 제공하는 것이 공지되어 있다. 이러한 디커플러의 예가 2000년 7월 4일에 메비센(Mevissen) 등에 허여된 미국 특허 제6,083,130호 및 1992년 8월 18일에 바이트젝(Bytzek) 등에 허여된 미국 특허 제5,139,463호에 개시되어 있다.
그러나, 마찰 하중을 견디는 충분한 내구력을 갖고, 크랭크축의 출력 풀리가 고속도로 일시적으로 작동하거나 엔진의 속도가 가감될 때 크랭크축을 "오버런"할 수 있고, 정상 작동 중에 크랭크축이 요동될 때 출력 풀리의 마찰 진동을 분리하거나 차단하는 디커플러 조립체를 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 자동차 엔진의 구동축과 무단 구동 요소 사이에 회전 토크를 전달하는 디커플러 조립체가 제공된다. 디커플러 조립체는 구동축에 견고하게 고정되는 구동 허브를 포함한다. 풀리는 구동 허브에 회전식으로 장착되고 무단 구동 요소와 구동식으로 결합된다. 스프링 쉘은 구동 허브 및 풀리와의 선택적인 회전을 위해 구동 허브와 풀리 사이에 작동식으로 커플링된다. 편향 부재는 구동 허브와 스프링 쉘을 탄성적으로 커플링하여 구동 허브와 스프링 쉘 사이의 요동성 진동을 차단한다. 클러치 요소는, 구동 허브에서 풀리로 회전 토크를 선택적으로 전달하고 구동 허브에 대해 풀리를 오버런할 수 있도록 풀리와 스프링 쉘 사이에 배치된다. 클러치 요소는 풀리와 마찰 결합하는 복수의 나선형 코일 및 스프링에 커플링된 단부를 포함한다. 클러치 요소는 구동 허브와 풀리를 선택적으로 커플링하는 스프링 쉘에 대한 구동 허브의 구동 회전시 풀리에 대해 팽창한다.
본 발명의 효과는 첨부한 도면과 함께 이하의 상세한 설명을 참조함으로써 잘 이해될 것이다.
도1은 본 발명의 일 태양에 따른 디커플러 조립체를 포함하는 자동차 엔진의 정면도이다.
도2는 디커플러 조립체의 분해 사시도이다.
도3은 디커플러 조립체의 베어링 조립체 및 구동 허브의 분해 사시도이다.
도4는 디커플러 조립체의 상부 및 하부 스피링 쉘과 클러치 요소 사이에 커플링된 구동 허브의 분해 사시도이다.
도5는 하부 스프링 쉘, 편향 부재 및 클러치 요소의 평면도이다.
도6은 하부 스프링 쉘의 평면도이다.
도7은 도6의 7-7 선을 따라 취해진 단면도이다.
도8은 상부 스프링 쉘, 편형 부재 및 클러치 요소의 평면도이다.
도9는 비틀림 진동 댐퍼를 갖춘 디커플러 조립체의 분해 사시도이다.
도10은 출력 풀리의 구동 결합을 위해 가속되는 디커플러 조립체의 평면도이다.
도11은 출력 풀리가 구동 허브를 오버런할 수 있도록 감속되는 디커플러 조 립체의 평면도이다.
도1을 참조하면, 자동차용 내연 기관이 대체로 도면부호(10)로 나타나있다. 엔진(10)은 교류 발전기, 압축기 등과 같은 복수의 벨트 피동 부속품(12)을 포함한다. 풀리(14)의 회전으로 요소를 구동하기 위해 풀리(14)는 벨트 피동 부속품(12) 각각에 작동식으로 커플링된다. 또한, 엔진(10)은 엔진(10)의 작동으로 발생된 기계적 토크 출력을 일반적으로 제공하는 크랭크축(16)을 포함한다. 무단 사형 벨트(18)는 벨트 피동 부속품(12)의 각각의 풀리(14) 주위에 배치된다. 벨트(18)는 크랭크축(16)의 회전에 의해 피동 방향(driven direction)으로 구동되어 풀리(14)의 회전을 유발한다. 크랭크축 토크 모듈레이터 또는 디커플러 조립체(20)는 크랭크축(16)과 벨트(18) 사이에 작동식으로 커플링된다.
도2를 참조하면, 디커플러 조립체(20)의 분해도가 도시되어 있고 밸트(18)가 내부에 배치된 한 쌍의 이격된 상승 평행 림(25) 사이에 형성된 환형 외부 트랙(24)을 갖는 출력 풀리(22)를 포함한다. 또한, 출력 풀리(22)는 외부 트랙(24)에 대향하며 외부 트랙과 대체로 동심인 환형의 내부 클러치 표면(26)을 포함한다. 출력 풀리(22)는 외부 트랙(24)과 내부 클러치 표면(26) 사이에 연장된 면판(28)을 더 포함한다. 중공 원통 허브(30)는 허브 베어링 표면(32)을 형성하기 위해 내부 클러치 표면(26)과 동심인 면판(28)의 중심으로부터 축방향으로 돌출된다.
도2 내지 도4를 참조하면, 디커플러 조립체(20)는 크랭크축과 함께 회전되기 위해 임의의 적절한 패스너 또는 연결 수단에 의해 크랭크축(16)에 견고하게 고정 된 양호하게는 금속으로 형성된 구동 허브(40)를 더 포함한다. 구동 허브(40)는, 내부면(44)을 형성하고 주연부 반경 림(45)을 갖는 대체로 컵 형상의 원통 본체(42)를 포함한다. 베어링 포스트(46)는 본체(42)로부터 말단부까지 축방향으로 연장된다. 양호하게는 복수인 적어도 하나의 탭(48, 50)은 본체(42)의 반경 림(45) 외향으로 반경 방향으로 연장된다. 탭(48, 50) 각각은 본체(42)로부터 대체로 수직으로 연장하는 선단 에지(52) 및 본체(42)로부터 각지게(angularly) 연장하는 후단 에지(54)를 포함한다.
베어링 조립체(60)는 출력 풀리(22)와 구동 허브(40)를 회전식으로 커플링시킨다. 베어링 조립체(60)는 원형 외부 레이스(64)에 의해 둘러싸인 원형 내부 레이스(62)를 포함한다. 복수의 볼 베어링(66)은 내부 레이스(62)와 외부 레이스(64) 사이에 배치된다. 내부 레이스(62)는 구동 허브(40)의 베어링 포스트(46) 주위에 배치되고 외부 레이스(64)는 출력 풀리(22)의 베어링 표면(32)과 외부 레이스(64) 사이에 회전식 연결을 제공하도록 출력 풀리(22)의 베어링 표면(32)에 대해 압력 끼워 맞춤된다. 양호한 실시예에서, 내부 레이스(62)는 이하에 더 상세하게 기술되는 바와 같이, 외부 레이스(64)와 내부 레이스(62) 사이의 볼 베어링(66)을 밀봉하고 베어링 조립체(60) 및 출력 풀리(22) 내의 오일 또는 그리스 윤활제를 밀봉하는 디스크형 시일(68)을 수용하는 견부를 형성하도록 외부 레이스(64)를 넘어 축방향으로 돌출된다. 그러나, 내부 레이스(62)는 외부 레이스(64)의 단부와 축방향으로 동일한 높이를 가질 수 있다. 이러한 경우, 시일(68)은 내부 레이스(62) 및 외부 레이스(64)의 단부에 대해 밀봉하도록 베어링 포스트(46)의 연장된 칼라 부분 주위에 배치될 수 있다. 시일(68)은 베어링 조립체(60)의 분리형 또는 일체형 부품일 수 있다. 다르게는, 부싱이 베어링 조립체(60) 대신 사용될 수 있다. 통상, 부싱은 베어링 조립체(60)에 비해 더 큰 댐핑을 제공할 수 있다.
도2 및 도4 내지 도7을 참조하면, 디커플러 조립체(20)는 구동 허브(40)에 작동식으로 커플링된 상부 스프링 쉘(100) 및 하부 스프링 쉘(70)을 더 포함한다. 쉘(70, 100) 각각은 유기 플라스틱 재료로 성형되는 것이 바람직하다. 하부 스프링 쉘(70)은 대체로 디스크 형상이며 원통형이고 대체로 동심인 내부 및 외부면(72, 74) 사이에서 연장된다. 반경 방향 림 요소(75)는 출력 풀리(22)의 내부 클러치 표면(26)에 마찰식으로 결합하여 내부 클러치 표면을 지지하는 외주연부 베어링 표면(77) 및 선반(shelf) 또는 견부를 형성하는 외부면(74)의 적어도 일부로부터 반경 방향으로 돌출한다. 양호한 실시예에 도시된 바와 같은 반경 방향 림 요소(75)는 하부 스프링 쉘(70)의 중량을 감소하도록 외부면의 주연부의 일부를 따라 연장된다. 그러나, 림 요소(75)는 외부면(74)의 전체 주연부 주위로 연장하는 연속된 원주 방향 림일 수 있다는 것을 알아야 한다. 또한, 반경 방향 림 요소(75)의 축방향 두께는 나선형 외형을 갖거나 만곡된 지지면(ramped support surface; 79)을 형성하도록 외부면(74)의 주연 주위로 점진적이면서 연속적으로 증가된다. 양호하게는 복수인 적어도 하나의 트렌치(trench; 76)는 하부 스프링 쉘(70)의 내부 및 외부면(72, 74) 사이에 형성되어 리세스된다. 트렌치(76) 각각은 제1 단부(78)와 제2 단부(80) 사이에 아치형으로 연장된다. 트렌치(76)는 단부 대 단부(end to end)로 정렬되고 하부 스프링 쉘(70)의 주연부를 따라 대체로 원형으로 배 열된다. 보유 슬롯(82)은 외부면(74)에서 대체로 직사각형인 공동(84)까지 트렌치(76)의 인접 단부들 사이에서 비스듬히 연장된다. 바람직하게는 스탬핑 가공된 금속으로 제조된 L자형이거나 U자형의 차단 탭(blocking tab) 또는 클러치 정지부(85)는 공동(84)에 배치된다. 복수의 절결부(86)는 하부 스프링 쉘(70)의 중량을 감소하고 외부면(74)에 일련의 교번식 기복부(alternating undulation; 88)를 형성하도록 외부면(74)에 형성된다. 또한, 윤활제는 출력 풀리(22)의 내부 클러치 표면(26)을 윤활하기 위해 절결부(86)에 공급될 수 있다. 기복부(88) 각각은 상부 스프링 쉘(100)에 하부 스프링 쉘(70)을 견고하게 고정하는 리벳 또는 나사와 같은 패스너(94)를 수용하는 관통 보어(92)를 포함한다. 이하에 더 기술되는 바와 같이, 기복부(88) 각각은 상부 스프링 쉘(100)과 정렬하고 결합하기 위한 긴 형상의 슬롯(96)을 포함한다. 또한, 하부 스프링 쉘(72)은, 하부 스프링 쉘(70)의 회전 균형을 맞추도록 보유 슬롯(82) 및 공동(84)에 반경 방향으로 대향하게 위치되고 내부면(72)과 외부면(74) 사이에 형성된 확대된 평형추 블록(counter-balance block; 98)을 포함한다.
도2, 도4 및 도8을 참조하면, 상부 스프링 쉘(100)도 대체로 디스크 형상이고 원통형의 대체로 동심인 내부 및 외부면(102, 104) 사이에 연장된다. 양호하게는 복수인 적어도 하나의 트렌치(106)가 상부 스프링 쉘(100)의 내부 및 외부면(102, 104) 사이에 형성되어 리세스된다. 트렌치(106) 각각은 제1 단부(108)와 제2 단부(110) 사이에 아치형으로 연장된다. 트렌치(106)는 단부 대 단부로 정렬되고 상부 스프링 쉘(100)의 주연부를 따라 대체로 원형으로 배열된다. 상승된 차단 벽(112, 114)은 구동 허브(40)의 탭(48, 50) 각각의 후단 에지(54)와 접합되도록 트렌치(106) 각각의 외부면(102)에서 제2 단부(110)까지 트렌치(106)의 각각의 인접 단부 쌍 사이에 비스듬하게 연장된다. 또한, 차단 벽(112, 114) 중 하나는 하부 스프링 쉘(70)의 공동(84) 내에 정지부(85)를 보유하도록 클러치 정지부(85)를 덮도록 배열된다. 상부 스프링 쉘(100)은 내부면(102)과 외부면(104) 사이에 비스듬하게 연장된 축방향으로 연장된 정렬 탭(115)을 더 포함한다. 정렬 탭(115)은 하부 및 상부 스프링 쉘(70, 100) 사이의 정확한 배향을 보장하도록 보유 슬롯(82) 내에 수용되도록 크기가 정해진다. 복수의 절결부(116)는 상부 스프링 쉘(100)의 중량을 감소하고 외부면(104)에 일련의 교번식 기복부(118, 120)를 형성하도록 외부면(104)에 형성된다. 또한, 윤활제는 출력 풀리(22)의 내부 클러치 표면(26)을 윤활하기 위해 절결부(116)에 공급될 수 있다. 기복부(118) 각각은 상부 스프링 쉘(100)에 하부 스프링 쉘(70)을 견고하게 고정하는 패스너(94)를 수용하기 위해 하부 스프링 쉘(70)의 대응 보어(92)와 축방향으로 정렬된 관통 보어(122)를 포함한다. 기복부(120) 각각은, 하부 스프링 쉘(70)의 대응하는 긴 형상의 슬롯(96)과 축방향으로 정렬되고 하부 스프링 쉘(70)과 상부 스프링 쉘(100) 사이에 토크를 전달하도록 견고한 연결(rigid connection)을 제공하는, 축방향으로 돌출되고 약간 테이퍼진 탭(124)을 포함한다. 또한, 상부 스프링 쉘(100)은, 하부 및 상부 스프링 쉘(70, 100)의 회전 균형을 맞추도록 하부 스프링 쉘(70)의 공동(84) 및 보유 슬롯(82)에 반경 방향으로 대향하게 위치되고 내부면(102)과 외부면(104) 사이에 형성된 확대된 평형추 블록(126)을 포함한다.
또한, 디커플러 조립체(20)는 나선형 코일 스프링의 형태인 복수의 편향 부재(130)를 포함한다. 편향 부재(130)는 하부 스프링 쉘(70)과 상부 스프링 쉘(100) 사이에 반경 방향 및 축방향으로 정렬된 각각의 트렌치(76, 106) 내에 지지된다. 편향 부재(130) 각각은 제1 및 제2 스프링 단부(132, 134) 사이에 아치형으로 연장된다. 제1 및 제2 스프링 단부(132, 134)의 대략 절반은 하부 스프링 쉘(70)의 트렌치(76)의 제1 및 제2 단부(78, 80)에 접합되고 다른 절반은 상부 스프링 쉘(100)의 트렌치(106)의 제1 및 제2 단부(108, 110)에 접합된다. 상부 및 하부 스프링 쉘(70, 100)이 축방향 및 반경 방향으로 정렬되어 함께 가압될 때, 편향 부재(130)는 하부 및 상부 스프링 쉘(70, 100) 사이의 대응 트렌치(76, 106) 내에 배치된다. 편향 부재(130)는 트렌치(76, 106)의 아치 형상에 대응하는 아치 형상으로 미리 형성되거나 직선형으로 형성된 후 트렌치(76, 106) 내에 배치될 때 소정의 형상으로 절곡될 수 있다. 편향 부재(130)는 트렌치(76, 106) 내에 배치된 고무 스트럿(rubber strut)형 부재 또는 압축성 유체와 같은 임의의 압축성이거나 탄성 부재를 포함할 수 있다. 양호하게는, 그리스 또는 오일과 같은 윤활제는 편향 부재(130)와 스프링 쉘(70, 100) 사이의 마찰을 감소하도록 트렌치(76, 106)에 배치될 수 있다. 통상, 윤활제는 디커플러 조립체(20)의 댐핑 특성도 향상시킨다. 댐핑 특성은 특정한 적용을 위해 조정될 수 있다. 즉, 댐핑 특성은 트렌치(76, 106) 및 디커플러 조립체(20)에 위치된 윤활제의 형태에 따라 저하되거나 향상될 수 있다.
클러치 요소(140)는 출력 풀리(22)의 내부 클러치 표면(26)에 인접하게 배치 된다. 특히, 클러치 요소(140)는 기단부(144)와 말단부(146) 사이에 나선형으로 연장된 복수의 코일(142)을 갖는 코일 스프링이다. 클러치 요소(140)의 기단부(144)는 하부 스프링 쉘(70)의 보유 슬롯(82)에 견고하게 유지된다. 클러치 요소(140)의 기단부(144)의 끝은 공동(84)으로 연장되고 클러치 정지부(85)에 접합된다. 클러치 요소(140)는 림 요소(75)의 만곡된 지지면(79)이 나선형 코일(142)의 외형부에 대응하여 정합되도록 반경 방향 림 요소(75)에 의해 지지된다. 코일(142)은 내부 클러치 표면(26)과 외측에서 마찰식으로 결합하여, 크랭크축(16)의 피동 방향으로의 출력 풀리(22)에 대한 구동 허브(40)의 회전 가속은 구동 허브(40)와 출력 풀리(22)를 커플링하도록 반경 방향 외향으로 코일(142)이 팽창되게 한다. 코일(142)은 출력 풀리(22)가 구동 허브(40)와 회전되도록 내부 클러치 표면(26)을 죈다. 역으로, 출력 풀리(22)에 대한 구동 허브(40)의 감속은 코일(142)이 반경 방향 내향으로 수축되게 한다. 코일(142)은 출력 풀리(22)가 구동 허브(40)를 오버런할 수 있도록 내부 클러치 표면(26)을 죈 것을 해제한다. 양호하게는, 코일(72)은 직사각형 단면을 갖는다.
도2를 참조하면, 디커플러 조립체(20)는 하부 스프링 쉘(70)의 트렌치(76)에 편향 부재(130)를 배치함으로써 조립된다. 클러치 정지부(85)는 공동(84)에 위치된다. 클러치 요소(140)는 하부 스프링 쉘(70) 주위에 위치되고 기단부(144)는 단부가 클러치 정지부(85)와 접합된 상태로 보유 슬롯(82) 내에 리세스된다. 클러치 요소(140)는 나선형 코일(142)이 림 요소(75)에 의해 형성된 만곡된 지지면(79)의 나선형 외형부와 정합되도록 반경 방향 림 요소(75)에 의해 지지된다. 그 후, 반 경 방향 림(45)이 내부면(72) 주위의 주연부에 대해 배치되고 탭(48, 50)이 트렌치(76)의 인접 단부들 사이에 위치되도록 구동 허브(40)가 하부 스프링 쉘(70)의 중심에 위치된다. 다음에, 편향 부재(130)가 트렌치(106)에 배치되고 탭(48, 50)이 트렌치(106)의 인접 단부들 사이에 유사하게 위치되도록 상부 스프링 쉘(100)이 하부 스프링 쉘(70)과 축방향 및 반경 방향으로 정렬된다. 쉘들(70, 100) 사이의 적절한 배향을 보장하고 평형추 블록(98, 126)이 클러치 요소(140)의 기단부(144)에 대향 배치되도록 정렬 탭(115)은 보유 슬롯(82) 내에 수용되게 배열된다. 평형추 블록(126)은 클러치 요소(140)의 기단부(144)에 대체로 180도로 대향하게 배열되어야 한다. 또한, 정렬 탭(115)은 보유 슬롯(82) 내에 단부(144)가 보유되도록 클러치 요소(140)의 기단부(144)에 결합하여 기단부를 아래로 가압한다. 상부 스프링 쉘(100)은 클러치 요소(140)의 주연 내에 유사하게 배치된다. 축방향으로 돌출되고 테이퍼진 탭(124)은 쉘들(70, 100) 사이에 견고한 연결을 제공하고 쉘들(70, 100) 사이에 토크를 전달하도록 하부 스프링 쉘(70)의 대응 슬롯(96) 내에 수용된다. 상부 및 하부 스프링 쉘(70, 100)은 축방향으로 정렬된 각각의 보어(92, 122)에 패스너(94)를 관통시킴으로써 고정 연결된다.
베어링 조립체(60)는 출력 풀리(22)의 허브 베어링 표면(32)에 대해 압력 끼워 맞춤되고 시일(68)은 베어링 조립체(60)와 출력 풀리(22)를 밀봉하는 외부 레이스(64)로 형성된 견부에 대해 내부 레이스(62) 주위로 가압된다.
그 후, 구동 허브(40), 하부 및 상부 스프링 쉘(70, 100)과 클러치 요소(140)는, 구동 허브(40)와 출력 풀리(22)를 회전식으로 커플링하도록 구동 허브 (40)의 베어링 포스트(46)가 베어링 조립체(60)의 내부 레이스(62)를 통해 연장되는 상태로 환형의 내부 클러치 표면(26) 내에 위치된다. 클러치 요소(140)는 내부 클러치 표면(26)과 약한 마찰 결합하고 반경 방향 림 요소(75)의 외부 베어링 표면(77)은 출력 풀리(22)의 내부 클러치 표면(26)에 마찰 결합되어 출력 풀리(22)의 내부 클러치 표면(26)을 지지한다.
출력 풀리(22)의 내부 공동은 구성요소들 사이의 마찰을 감소시키고 댐핑하도록 필요에 따라 그리스 또는 오일과 같은 윤활제로 채워진다. 디스크형 덮개판(150)은 출력 풀리(22)을 폐쇄하고 상부 스프링 쉘(100)을 덮는다. 양호하게는, 덮개판(150)은 구동 허브(40)의 본체(42)에 대해 밀봉 결합하는 내부 시일(152) 및 출력 풀리(22)에 대해 밀봉하는 외주연부 개스킷(154)을 포함하며, 함께 유체 밀봉된 디커플러 조립체(20)를 제공한다. 덮개판(150)의 원주 방향 외부면에 대해 출력 풀리(22)의 립(156)의 주연부를 롤 성형함으로써 덮개판(150)은 출력 풀리(22)에 견고하게 고정될 수도 있다.
도9를 참조하면, 엔진(10)의 작동 중에 크랭크축(16)이 받는 진동을 댐핑하도록 당업자에게 공지된 바와 같은 비틀림 진동 댐퍼(160)가 허브(40)에 견고하게 고정될 수 있다. 도9의 양호한 실시예의 비틀림 진동 댐퍼(160)는 구동 허브(40)에 장착되는 댐퍼 장착 허브(162)를 포함한다. 탄성 링(elastomeric ring; 164)은 조립체를 완성하도록 관성 링(inertia ring; 166)에 의해 댐퍼 장착 허브(162)에 고정된다.
도2 및 도10을 참조하면, 작동시, 엔진(10)은 크랭크축(16) 및 구동 허브 (40)를 출력 풀리(22)에 대해 피동 방향(V)으로 회전식으로 가속시키거나 감속시킨다. 먼저, 정상 가속 동안, 탭(48, 50)은 편향 부재(130)의 제1 스프링 단부(132)에 결합된다. 초기에, 편향 부재(130)가 트렌치(76, 106)의 제2 단부(80, 110)에 대해 압축됨에 따라 제1 스프링 단부(132)는 각각의 스프링 단부(134)에 대해 회전식으로 변위된다. 가속 동안 제2 스프링 단부(134)의 변위량은 구동 허브(40)의 가속도 및 편향 부재(130)의 강성에 직접 비례한다. 결국, 압축된 편향 부재(130)에 의해 가압된 상부 및 하부 스프링 쉘(70, 100)은 구동 허브(40)를 가속시킨다. 즉, 구동 허브(40)에서 상부 및 하부 스프링 쉘(70, 100)까지의 가속도 또는 토크의 전달은 편향 부재(130)의 압축 동안 약간 지연된다. 출력 풀리(22)에 대한 상부 및 하부 스프링 쉘(70, 100)의 가속은 내부 클러치 표면(26)을 향해 반경 방향 외향으로 코일(142)을 팽창시킨다. 특히, 하부 스프링 쉘(70)의 회전은 코일(142)이 내부 클러치 표면(26)에 대해 반경 방향으로 팽창하도록 클러치 요소(140)의 기단부(144)에 대해 차단 탭(85)을 가압한다. 하부 스프링 쉘(70)의 보유 슬롯(82)의 외형부는 코일(142)의 국부적인 굽힘을 방지하고 나선형 코일(142)의 전체 길이를 따라 내부 클러치 표면(26)에 대해 균일한 반경 방향 팽창을 유발하도록 클러치 요소(140)의 기단부(144)를 지지한다. 출력 풀리(22)가 구동 허브(40)와 회전되어 벨트(18)를 구동시키도록 코일(142)은 충분한 마찰로 클러치 표면(26)을 죈다.
도2 및 도11을 참조하면, 트랜스미션 이동, 엔진 시동 또는 정지 등으로 인하여 발생하는 크랭크축(16) 및 구동 허브(40)의 급속한 감속 동안, 벨트 스퀼 또는 소음을 유발하는 출력 풀리(22) 상에서의 벨트 미끄러짐을 방지하도록 출력 풀 리(22)가 구동 허브(40) 및 크랭크축(16)을 오버런하거나 구동 허브(40)보다 빠른 속도로 회전하는 것을 선택적으로 가능케 하는 것이 바람직하다. 이러한 감속 동안, 탭(48, 50)은 편향 부재(130)의 제1 단부(132)에 인가된 토크 또는 하중을 감소하도록 감속된다. 편향 부재(130)는 탭(48, 50)에 대해 확장되거나 되돌아가서, 상부 및 하부 스프링 쉘(70, 100)에 대한 토크를 또한 감소하는 것이 가능케 된다. 탭(48, 50)의 후단 에지(54)는 허브(40)의 가속으로 스프링 쉘(70, 100)의 가속을 유지하도록 상부 스프링 쉘(100)의 대응 차단 벽(112, 114)에 결합된다. 출력 풀리(22)에 대한 스프링 쉘(70, 100)의 감속은 코일(142)이 내부 클러치 표면(26)에 대해 반경 방향 내향으로 수축되게 한다. 코일(142)의 수축은 내부 클러치 표면(26)이 클러치 기구(140)에 대해 미끄러져, 출력 풀리(22)가 구동 허브(40) 및 크랭크축(16) (V-δ)보다 높은 속도(V)에서 작동하거나, 크랭크축(16)을 오버런하여 출력 풀리(22) 상에서의 벨트의 미끄러짐 및 조립체의 소음을 방지할 수 있다.
또한, 엔진 연소 과정의 결과로서 크랭크축(16)의 정상 가감속 동안, 고주파수 요동성 비틀림 진동(oscillatory torsional vibration) 및 고충격 하중이 크랭크축(16) 내에 발생된다. 또한, 디커플러 조립체(20)는 크랭크축(16)과 출력 풀리(20) 사이의 이러한 비틀림 진동을 분리하고, 댐핑하고 기계적으로 차단한다. 특히, 크랭크축(16)으로부터의 요동성 비틀림 진동은 편향 부재(130)에 의해 출력 풀리(22)로부터 차단되거나 댐핑된다. 크랭크축(16)의 요동 및 이로 인한 구동 허브(40)의 요동이 편향 부재(130)의 제1 단부(132)에 작용하여 편향 부재(130)를 트렌치(76, 106)의 제2 단부(80, 110)에 대해 압축시킨다. 편향 부재(130) 또는 아치 형 코일 스프링은 구동 허브(40)의 비틀림 요동에 의해 연속적으로 팽창되고 압축되어 비틀림 요동에 의해 발생된 진동을 댐핑하고 차단하며 흡수한다. 따라서, 편향 부재(130)는 통상적으로 크랭크축(16)을 통해 출력 풀리(22)로 전달되어 후속적으로 벨트 피동 부속품으로 직접 전달되는 엔진 내에 생성된 충격 하중을 감소시킨다. 즉, 편향 부재(130)는 요동성 가감속도를 낮추고 구동 허브(40)에 의한 입력 힘(input force)과 출력 풀리(22)에서의 출력 응답 사이의 위상 변위(phase shift)를 유도한다. 이러한 위상 변위는 시스템 공진이 낮아짐에 따라 나타난다. 구동 조립체의 공진을 낮춤으로써, 원하지 않는 진동이 감쇄되고 시스템 공진에 의해 유도된 비틀림 변위가 제거되거나 방지된다.
따라서, 디커플러 조립체(20)는, 크랭크축(16)의 회전 속도가 엔진(10)의 속도에 의해 변함에 따라 벨트 피동 부속품(12)이 크랭크축(16)을 오버런하거나 고속도로 일시적으로 작동할 수 있어, 더 원활한 엔진 작동, 더 적은 소음 및 늘어난 벨트 수명이 얻어진다. 또한, 디커플러 조립체(20)는 엔진(10)의 작동 동안 크랭크축(16)과 벨트(18) 사이에 발생된 비틀림 진동을 댐핑하거나 차단한다.
디커플러 조립체(20)가 내연 기관의 부품으로서 전술되었지만, 디커플러 조립체(20)는 발전기 또는 콘베이어 벨트 시스템과 같은 임의의 회전식이거나 풀리형 벨트 구동 시스템, 또는 허브 하중이 인가되지 않을 수도 있는 오정렬 커플링체(misalignment coupling) 또는 풀리를 갖춘 임의의 강성축(rigid shaft) 시스템에 실시될 수 있다.
출력 풀리(22)는 플라스틱 또는 고무 다중 리브(multi-rib) 벨트, "V" 벨트 또는 싱크로너스 벨트(synchronous belt)와 같은 임의의 형식의 구동 요소를 수용하도록 구성될 수 있다. 또한, 출력 풀리(22)는 무단 가변 트랜스미션에 사용되는 강철 평 벨트 또는 플라스틱이나 강철로 제조된 다중 링크(multi-link) 체인과 같은 다른 구동 요소를 수용하도록 구성될 수 있다.
본 발명은 예시적 방법으로 기술되었으며, 사용된 용어는 제한적이기보다는 설명을 위한 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 많은 변경예 및 변형예가 상기 교시의 관점에서 가능하다. 따라서, 첨부한 청구의 범위의 범주 내에서 본 발명은 특정하게 기술된 것과 다르게 실시될 수 있음을 이해하여야 한다.

Claims (24)

  1. 디커플러 조립체이며,
    회전축을 갖는 허브와,
    회전축 둘레에서 회전하도록 허브에 대해 배치되며 내부 클러치 표면을 갖는 풀리와,
    허브와 풀리를 결합하고, 스프링 쉘과 복수의 편향 부재와 클러치 요소를 포함하는 클러치를 포함하고,
    편향 부재는 아치형의 압축 스프링이고,
    스프링 쉘은 허브와 풀리 사이에 수용되고, 편향 부재는 스프링 쉘에 장착되어 스프링 쉘과 허브 사이에서 회전력을 전달하도록 구성되며, 클러치 요소는 기단부와 복수의 나선형 코일을 포함하고, 기단부는 스프링 쉘에 구동가능하게 결합되고, 나선형 코일은 풀리의 내부 클러치 표면에 결합되며,
    클러치 요소의 나선형 코일의 일 부분은 스프링 쉘의 일 부분의 외주 둘레에 감겨지고, 나선형 코일의 상기 부분은 내부 클러치 표면과 스프링 쉘의 상기 부분 사이에 배치되고, 편향 부재는 회전축을 따른 축방향으로 클러치 요소의 대향 축방향 단부들 사이에 편향 부재 전체가 위치되도록 스프링 쉘 내에 배치되는 디커플러 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 편향 부재는 스프링 쉘 내에 배치되는 디커플러 조립체.
  3. 제2항에 있어서, 스프링 쉘은 한 쌍의 제1 및 제2 쉘 부재들이고, 제1 쉘 부재와 제2 쉘 부재 사이에 편향 부재가 수용되는 디커플러 조립체.
  4. 제3항에 있어서, 제1 및 제2 쉘 부재들 중 하나에 보유 슬롯이 형성되고, 이 보유 슬롯 내에 클러치 요소의 기단부가 수용되는 디커플러 조립체.
  5. 제1항에 있어서, 스프링 쉘과 편향 부재 사이에 윤활 재료가 배치되는 디커플러 조립체.
  6. 제5항에 있어서, 윤활 재료는 그리스, 오일 또는 그 조합을 포함하는 디커플러 조립체.
  7. 제1항에 있어서, 클러치는 림을 더 포함하고, 복수의 코일 중 기단부에 인접한 제1 코일이 림에 접하며, 림은 스프링 쉘에 고정 결합되는 디커플러 조립체.
  8. 제7항에 있어서, 림은 적어도 두 개의 위치에서 클러치 요소와 접하도록 구성되는 디커플러 조립체.
  9. 제8항에 있어서, 림은 나선형 외형을 갖는 디커플러 조립체.
  10. 제7항에 있어서, 림은 디커플러 조립체의 동작 동안 내부 클러치 표면과 마찰 결합하도록 구성되는 디커플러 조립체.
  11. 제1항에 있어서, 스프링 쉘은 스프링 쉘 부재와 삽입체를 포함하고, 스프링 쉘 부재는 삽입체가 내부에 수용되는 리세스를 형성하며, 삽입체는 클러치 정지부를 포함하고, 이 클러치 정지부에 대해 클러치 요소의 기단부의 단부면이 접하는 디커플러 조립체.
  12. 제11항에 있어서, 클러치 요소의 기단부를 수용하기 위한 보유 슬롯은 스프링 쉘 내에 형성되는 디커플러 조립체.
  13. 제1항에 있어서, 스프링 쉘은 복수의 별개의 아치형 트렌치를 포함하고, 이 트렌치 내에 편향 부재가 개별적으로 수용되는 디커플러 조립체.
  14. 제1항에 있어서, 허브는 반경방향으로 연장하는 복수의 탭을 포함하고, 탭 각각은 편향 부재 중 대응하는 하나의 편향 부재에 대해 접하는 선단 에지를 갖는 디커플러 조립체.
  15. 제14항에 있어서, 허브의 반경방향으로 연장하는 탭은 후단 에지를 포함하고, 차단 벽이 스프링 쉘에 결합되며, 후단 에지 중 하나와 차단 벽 사이의 접촉은 사전결정된 회전 방향으로의 스프링 쉘과 허브 사이의 상대적 회전을 제한하는 디커플러 조립체.
  16. 제15항에 있어서, 차단 벽은 스프링 쉘의 일부와 일체로 형성되는 디커플러 조립체.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 디커플러 조립체이며,
    회전축을 구비한 허브로서, 반경방향으로 연장하는 복수의 탭을 포함하고, 각 탭은 선단 에지와 후단 에지를 갖는 허브와,
    회전축을 중심으로 회전하도록 허브 둘레에 배치되고, 내부 클러치 표면을 갖는 풀리와,
    허브와 풀리를 결합하는 클러치로서, 스프링 쉘과, 림과, 아치형의 복수의 압축 스프링과, 클러치 요소와, 차단 벽을 포함하고, 스프링 쉘은 허브와 풀리 사이에 수용되고, 스프링 쉘은 스프링 쉘 부재와 삽입체를 포함하며, 스프링 쉘 부재는 리세스를 형성하고, 이 리세스 내에 삽입체가 수용되며, 삽입체는 클러치 정지부를 포함하고, 림은 스프링 쉘에 고정되며 적어도 두 개의 위치에서 클러치 요소의 단부에 접하도록 구성되고, 아치형의 압축 스프링 각각은 회전축을 따른 축방향으로 클러치 요소의 대향 축방향 단부들 사이에 아치형의 압축 스프링 전체가 위치되면서 허브의 탭의 선단 에지들 중 해당하는 하나의 선단 에지에 대해 결합되도록 스프링 쉘 내측에 장착되고, 클러치 요소는 기단부와 복수의 나선형 코일을 포함하고, 기단부는 클러치 정지부에 대해 접하는 단부면을 가지며, 나선형 코일은 풀리의 내부 클러치 표면에 결합되고, 차단 벽은 스프링 쉘에 결합되며, 후단 에지 중 하나와 차단벽 사이의 접촉은 사전결정된 회전 방향으로 스프링 쉘과 허브 사이의 상대 회전을 제한하는, 클러치와,
    스프링 쉘과 아치형의 압축 스프링 사이에 배치된 윤활제를 포함하는 디커플러 조립체.
  24. 디커플러 조립체이며,
    회전축을 갖는 허브와,
    회전축을 중심으로 회전하도록 허브에 대해 배치되며 내부 클러치 표면을 갖는 풀리와,
    허브와 풀리를 결합하는 클러치로서, 스프링 쉘과 복수의 편향 부재와 클러치 요소를 포함하고, 편향 부재는 아치형의 압축 스프링이고, 편향 부재는 회전축을 따른 축방향으로 클러치 요소의 대향 축방향 단부들 사이에 편향 부재 전체가 위치되도록 스프링 쉘 내에 배치되고, 편향 부재는 토크가 사전결정된 범위 이내의 크기를 가질 때 스프링 쉘과 허브 사이의 토크의 전달에 응답하여 편향되고, 클러치 요소는 스프링 쉘에 회전가능하게 결합되고, 내부 클러치 표면에 결합되는 복수의 코일을 구비하는, 클러치를 포함하고,
    디커플러 조립체는
    - 디커플러 조립체가 스프링 쉘과 편향 부재 사이에 수용된 윤활제를 포함하는 구성,
    - 클러치가 스프링 쉘에 결합되는 클러치 정지부를 포함하고, 클러치 정지부는 클러치 정지부와 축방향 단부가 서로 접하는 계면을 통해 스프링 쉘과 클러치 요소 사이에서 회전력이 전달되도록 클러치 요소의 축방향 단부에 접하는 구성,
    - 스프링 쉘이 리벳, 패스너 또는 그 조합을 통해 서로 고정 결합되는 제1 및 제2 쉘 부재를 포함하는 구성,
    - 클러치가 스프링 쉘에 대한 허브의 회전을 제한하는 차단 벽을 포함하는 구성 및
    - 스프링 쉘이 스프링 쉘에 고정되어 스프링 쉘의 동작 동안 내부 클러치 표면과 접촉하는 림 요소를 포함하는 구성
    중 적어도 하나를 특징으로 하는 디커플러 조립체.
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