KR101164276B1 - 회전 진동 댐핑 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 벨트 풀리(25)와 회전자의 허브(26) 사이에 배치된 프리휠 클러치(27)를 갖는 구동 트레인에서의 회전 진동을 댐핑하기 위한 장치에 관한 것이며, 상기 허브(26)는 보조 유닛의 구동축과 연결되고 벨트 풀리(25)는 벨트를 통해 크랭크 축과 연결되고, 프리휠 클러치(27)는 허브(26)를 에워싸면서 여기에 고정된 내측 링(34)과, 반경 방향 유극을 가지며 내측 링(34)을 에워싸며 벨트 풀리(25)에 고정된 외측 링(35)을 포함하고, 내측 링(34) 내에 원심력에 따라 작동하는 적어도 하나의 로킹 요소(36)가 배치되며 외측 링(35) 내에 적어도 하나의 로킹 수용부(37)가 배치된다.
회전 진동, 프리휠 클러치, 벨트 풀리, 로킹 요소, 구동축

Description

회전 진동 댐핑 장치{DEVICE FOR DAMPING ROTARY OSCILLATIONS}
본 발명은 벨트 풀리와 허브 사이에 배치된 프리휠 클러치를 구비한 구동 트레인, 특히 왕복 피스톤 내연 기관의 보조 유닛을 위한 벨트 구동부에서의 회전 진동을 댐핑하기 위한 장치에 관한 것이며, 허브는 보조 유닛의 구동축과 연결되고 벨트 풀리는 벨트를 통해 크랭크 축과 연결되고, 프리휠 클러치는 허브를 에워싸며 허브에 고정된 내측 링 및 반경 방향 유극을 가지며 내측 링을 에워싸며 벨트 풀리에 고정된 외측링을 포함한다.
평균 연료 소모를 감소시키기 위한 자동차 산업체의 시도가 증가됨에 따라 예를 들어 내연기관에 벨트로 구동되는 시동기-발전기가 사용된다. 이러한 신기술은 바람직하게는 직접 분사식의 휘발유- 또는 디젤 엔진과 조합되어 사용된다. 이러한 형태의 엔진을 포함하는 비효율적인 엔진 동력학으로 인해, 벨트 구동부를 발전기-프리휠-벨트 풀리(OAP, Overrunning Alternator Pulley; 오버러닝 교류기 풀리)와 함께 사용할 수 있도록 요구하는 것은 당연하다. 이때 발전기 프리휠의 신중한 작동 방법이 사용되어야 한다.
벨트 풀리와 조합된 이러한 프리휠은 예를 들어 독일 특허 제DE 195 11 188 A1호에 공지되어 있다. 이러한 형태의 프리휠은 크랭크 축에 의해 발생된 벨트 구동부의 모멘트를 보조 유닛의 구동축으로 전달한다. 프리휠-벨트 풀리는 부분적으로 "미끄러지는" 크랭크 축에 의해 초래되는 불균형을 감소시킨다. 이러한 거동은 시동기를 보조 유닛으로서 사용시 바람직하지 않다. 모멘트 전달이 역으로 보조 유닛으로부터 크랭크 축으로 발생되는 한, 시동기는 특수한 보조 유닛을 나타낸다. 이로 인해 시동 단계에서 발전기를 벨트 풀리와 회전 고정식으로 연결시키는 것이 필요하다.
다른 한편으로는 시동 단계 후에 발전기가 최적으로 작동되기 위해, 프리휠을 통해 발생될 수 있는 가능한 한 일정한 구동을 제공하는 것이 필요하다. 시동 단계에서 유압식 압력이 반드시 작용해야 하는 것은 아니기 때문에, 독일 특허 제DE 44 34 324호에 소개된, 구동 유닛에 보조 유닛을 결합시키기 위해 유체 정역학적 클러치를 사용하는 해결책은 적절치 못하다.
이로 인해 본 발명은 발전기를 통해 내연기관이 시동될 수 있는 것이 가능하도록 하는데 목적이 있다. 이러한 목적을 위해 시동 과정 후에 회전수에 따라 벨트 풀리의 시동 기능을 자동으로 분리시키는 시동 메커니즘이 발전기-프리휠-벨트 풀리에 통합되어야 한다.
이러한 목적은 본 발명에 따라 청구항 제1항의 특징적인 부분을 통해 벨트 풀리와 허브 사이에 허브를 에워싸고 여기에 고정된 내측 링 및 반경 방향 유극을 가지며 내측 링을 에워싸며 벨트 풀리에 고정된 외측링을 포함하는 프리휠 클러치가 배치되는 것을 통해 해결된다. 이때 내측 링 내에 원심력에 따라 작동하는 적어도 하나의 로킹 요소 및 외측 링에 적어도 하나의 로킹 수용부가 배치된다.
소정의 한계 회전수 이하, 즉 정지 상태 및 낮은 엔진 회전수의 경우에 로킹 요소는 로킹 수용부로 맞물린다. 이를 통해 발전기의 구동축과 연결된 벨트 풀리 및 허브가 로킹되며, 이로써 보조 유닛 발전기는 시동기로서 사용될 수 있다. 시동되는 동안 보조 유닛의 구동축으로부터 토크가 내측 링으로 유도되고 형태 결합식 로킹을 통해 외측 링에, 그리고 벨트 풀리를 통해 크랭크 축과 연결된 벨트에 전달된다. 이로써 내연기관은 시동될 수 있다.
상대적으로 높은 회전수의 경우에 로킹 요소는 원심력에 의해 외측 링의 로킹 수용부를 이탈하고 허브를 구비한 내측 링에 대해 상기 외측 링을 개방한다. 이러한 경우에 허브와 벨트 풀리 사이에 단지 프리휠 클러치만 작용하고 보조 유닛이 발전기로서 사용될 수 있다. 벨트 풀리는 발전기 질량이 분리된 경우에 정상 기능을 충족시킬 수 있다. 따라서, 본 발명은 내연기관의 벨트 구동시에 시동기-발전기의 사용을 가능케한다.
본 발명의 근본적인 장점은 내측 링에서의 로킹 요소의 배치이다. 내연기관의 정지시에 로킹 요소는 외측 링이 더 이상 회전되지 않는 경우 그리고 관성 구동되는 구동축을 통해 내측 링이 여전히 회전하는 경우 내측 링의 회전수가 미리 정해진 한계 회전수 이하로 하락할 때까지 현 위치에 유지된다. 이 경우, 내측- 및 외측 링 사이에서의 속도 차이도 로킹 요소가 안전하고 신속하게 스냅 결합될 수 있을 정도로 작다. 이에 반해 로킹 요소가 외측 링에 배치되는 경우에 스냅 결합은 내측 링이 고속으로 회전하는 동안 중단될 수도 있다. 이는 한편으로는 원치않는, 빠르게 연속적으로 나타나는, 똑딱거리는 결합 소음을 통해 인지될 수 있으며, 다른 한편으로는 이러한 과정은 재료를 손상시킨다.
특히 바람직한게도 복수의 로킹 수용부가 외측 링에 형성된다. 이를 통해 내측 링과 외측 링 사이에 필요한 회전 각도는 가능한 한 작게 유지될 수 있다. 복수의 로킹 요소가 내측 링에 존재하는 경우에, 톱니가 외측 링에 로킹 수용부로서 형성되는 것이 특히 바람직하며, 톱니 개수는 로킹 요소 개수의 정수 배수이다. 이를 통해 부하가 감소되고 스냅 결합의 시간이 추가 단축되도록 모든 로킹 요소가 동시에 스냅 결합될 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 사용 범위는 시동기-발전기에 제한되지 않는다. 이는 종래 기술에 따른 회전 진동을 댐핑하기 위한 장치가 배치되는 모든 분야의 구동 트레인에 사용될 수 있다.
요약하자면, 본 발명에 따른 장치는 한계 회전수에 도달하는 경우에는 시동기-발전기의 시동기를 확실하게 커플링하고, 소음 방출 및 재료 마모가 동시에 감소되는 경우에 시동기-발전기의 시동기를 확실하게 분리한다.
본 발명은 이하의 특히 발람직한 실시예를 통해 더 자세히 설명되고 이에 해당되는 도면으로 도시된다.
도1은 종래 기술에 따른 회전 진동을 댐핑하기 위한 장치를 도시한 종단면도이다.
도2는 회전 진동을 댐핑하기 위한 본 발명에 따른 장치를 도시한 종단면도이다.
도3a는 내연기관의 시동 과정 전에 절단선 III-III을 따라 절단된 본 발명에 따른 장치의 횡단면도이다.
도3b는 내연기관의 시동 과정 후에 절단선 III-III을 따라 절단된 본 발명에 따른 장치의 횡단면도이다.
도4는 내연기관의 시동 과정 전에 본 발명에 따른 추가 장치의 횡단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 구동축
2 : 벨트 풀리
3 : 보강 링
4 : 보어(bore)
5 : 프리휠 클러치(freewheel clutch)
6 : 원통 롤러 베어링
7 : 원통 롤러 베어링
8 : 베어링 외측 링
9 : 베어링 내측 링
10 : 클램프 롤러(clamp roller)
11 : 케이지
12 : 테두리부
13 : 접촉판
14 : 견부
15 : 종방향 그루브
16 : 허브(hub)
17 : 제1 테두리부
18 : 제2 테두리부
19 : 케이지
20 : 반경 방향 밀봉 링
21 : 내측 나사산
22 : 복수 톱니 프로파일
23 : 커버
24 : 에지
25 : 벨트 풀리
26 : 허브
27 : 프리휠 클러치
28 : 베어링 외측 링
29 : 베어링 내측 링
30 : 클램프 롤러(clamp roller)
31 : 롤링 베어링
32 : 롤링 베어링
33 : 원심력 클러치
34 : 내측 링
35 : 외측 링
36 : 로킹 요소
37 : 로킹 수용부
38 : 리세스
39 : 래치
40 : 짧은 레버
41 : 긴 레버
42 : 스프링 요소
43 : 보조 추
44 : 돌출부
45 : 톱니
도1에 도시된, 회전 진동을 댐핑하기 위한, 이미 알려진 장치는 도시되지 않은 보조 유닛의 구동 축(1)을 에워싼다. 구동축(1)은 벨트 풀리(2)를 통해 그리고 내연기관의 크랭크 축과 연결된 출력 풀리의 자세히 도시되지 않은 벨트를 통해 구동된다. 벨트 풀리(2)는 내측에 보강 링(3)을 포함한다. 이러한 링의 보어(4) 내에 프리휠 클러치(5)와 두 개의 원통 롤러 베어링(6 및 7)으로 구성된 조립체가 삽입된다. 이때, 상기 조립체를 위해 공통의 베어링 외측 링(8)과 공통의 베어링 내측 링(9)이 제공된다. 베어링 내측 링(9)은 주연부에 분포되어 배치된, 상응하는 개수의 클램프 롤러(10)와 상호 작용하는 상세히 도시되지 않은 복수의 클램프 경사부를 포함한다. 이때, 클램프 롤러는 케이지(11) 내에 삽입되어 상세히 도시되지 않은 스프링을 통해 클램프 경사부에 대해 예비 인장된다. 베어링 외측 링(8)은 대체로 부시 형태로 형성되고 전체 길이에 걸쳐 일정한 내경을 가지며, 원통 롤러 베어링(6 및 7)과 클램프 롤러(10)를 위한 작동 궤도를 형성한다.
베어링 내측 링(9)은 보조 유닛으로부터 먼 쪽 단부에 보강 링(3) 내에 고정된 접촉판(13)에 정면으로 지지되는, 반경 외측 방향을 향하는 테두리부(12)를 구비한다. 다른 쪽 반경 방향 단부에 베어링 내측 링(9)은 예를 들어 톱니 형태로 형성되어 역시 허브(16)의 구성 부품인 각각의 종방향 그루브(15) 내에 맞물리는 견부(14)를 포함한다. 베어링 외측 링(8)은 그의 일 단부에 베어링 내측 링(9)의 테두리부(12)에 의해 후면부가 맞물리는 제1 테두리부(17)를 갖는다. 보조 유닛 쪽의 단부에 제공된 베어링 외측 링(8)의 제2 테두리부(18)는 원통 롤러 베어링(7)의 케이지(19)에 후면부로 맞물린다. 이러한 제2 테두리부(18)에 인접하여, 벨트 풀리(2) 내로 삽입되고 베어링 내측 링(9)과 슬라이딩 밀봉부를 형성하는 반경 방향 밀봉 링(20)이 배치된다. 허브(16)를 구동축(1) 상에 고정시키기 위하여 허브(16)는 내측 나사산(21)을 포함하며, 허브(16)의 내측에 이러한 내측 나사산(21)과 간격을 두고 톱니 모양으로 형성된, 조립 공구의 맞물림을 위한 복수 톱니 프로파일(22)이 제공된다. 벨트 풀리(2)는 보조 유닛으로부터 먼 쪽 단부에 축방향으로 돌출된 에지(24)를 포함하는 커버(23)를 통해 폐쇄된다. 이러한 커버는 벨트 풀리(2)의 주연부에 스냅 결합된다.
도2, 도3a 및 도3b에 도시된, 본 발명에 따른 장치는 대체로 도1에 도시된 장치와 동일하게 설계된다. 도2, 도3a 및 도3b에 도시된 장치는 벨트 풀리(25)와 허브(26) 사이에 베어링 외측 링(28), 베어링 내측 링(29), 클램프 롤러(30) 및 롤링 베어링(31 및 32)을 구비한 프리휠 클러치(27)로 구성된 조립체에 대해 추가로 원심력 클러치(33)가 배치되는 것을 통해 도1의 장치와 구분된다. 이러한 원심력 클러치는 로킹 요소(36)를 갖는 내측 링(34)과 로킹 수용부(37)를 갖는 외측 링(35)으로 구성된다.
내측 링(34)은 정면 단부로부터 허브(26) 상에 삽입되고 허브와 고정 결합된다. 내측 링(34)은 외측 표면에서부터 시작되는, 주연부 방향에 로킹 요소(36)가 배치된 복수의 리세스(38)를 포함한다. 리세스들(38)을 내측 링(34)에 일정한 간격으로 배치하는 것이 특히 바람직하다. 외측 링(35)은 내측 링(34)을 반경 방향 유극을 두고 동심원 형태로 에워싼다. 외측 링(35)은 벨트 풀리(25)의 링 형태의 동심원형 중공 내에 정면으로부터 삽입되고 벨트 풀리(25)에 고정된다.
로킹 요소(36)는 래치(39)로서 형성된다. 이때, 래치는 내측 링(34)이 회전될 때 래치의 일 단부가 반경 외측 방향으로, 그리고 다른 단부가 반경 내측 방향으로 변위되는 식으로 지지된다. 이를 위해 무게 중심과 회전 중심점은 일치하지 않아야 한다. 이는 균일한 재료로 구성된 대칭 형상 래치의 경우에 래치(39)의 비대칭 결합을 통해 가능하다. 이를 통해 래치는 짧은 레버(40)와 긴 레버(41)를 포함하며, 짧은 레버(40) 상에 스프링 요소(42)가 반경 외측 방향으로 작용한다. 긴 레버(41) 상에 원심력의 증가를 위해 보조 추(43)가 고정될 수 있다.
장치(도3a)가 정지된 상태에서 긴 레버(41)는 스프링 압력을 통해 리세스(38) 내에 반경 내측 방향으로 가능한 한 멀리 위치된다. 동시에, 짧은 레버(40)를 위해 제공된 로킹 수용부(37)에 짧은 레버(40)가 위치되도록 짧은 레버(40) 상에 스프링 요소(42)를 통해 외측으로 향하는 힘이 작용한다. 로킹 수용부(37)는 특히 간단하게 톱니(45)로서 구현된다. 이러한 톱니(45)가 외측 링(35)의 주연부 상에 고르게 분포되고 톱니의 개수가 로킹 요소(37)의 개수의 정수 배수를 형성한다면 모든 로킹 요소(37)들은 동시에 톱니(45)로 맞물릴 수 있다. 이를 통해 더 큰 힘을 전달하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 장치는 다음과 같이 작동한다. 내연기관이 시동되는 동안 구동축의 토크는 허브(26)를 통해 래치(39)가 구비된 내측 링(34)으로 유도된다. 이러한 시동 모멘트는 래치(39)를 통해 형태 결합식으로 벨트 풀리(25) 내에 장착된 외측 링(35)으로 전달된다. 내연기관은 벨트 풀리(25)를 에워싸는 벨트를 통해 시동된다.
내측 링이 한계 회전 수 이하의 회전수로 회전되는 경우 짧은 레버(40)에 작용하는 것보다 큰 원심력이 긴 레버(41)에 작용한다. 원심력은 스프링력의 반대 방향으로 작용한다. 스프링 요소(42)의 스프링 상수는, 스프링에 의해 래치(39)에 작용하는 힘과 원심력이 한계 회전수에서 보상되도록 제공된다. 회전수가 계속 증가하는 경우에 원심력은 스프링력을 초과 보상하고, 짧은 단부(40)가 반경 내측 방향으로 변위되는 동안 래치의 긴 단부(41)는 외측으로 변위된다. 이를 통해 원심력 클러치(33, 도3b)가 분리되며, 내측 링(34)은 외측 링(34)과의 맞물림이 분리된다. 그렇게 되면 프리휠-벨트 풀리(25)는 발전기 무게에 의해 분리되고 그의 정상 기능이 충족될 수 있다.
이때, 상기 한계 회전수는 내연기관의 공회전 회전수에 약간 미달되도록 선택될 수 있다. 이는 정상 작동시에 원심력 클러치(33)가 항상 분리되도록 보장한다. 내연기관이 작동 중지된 후에 크랭크 축의 회전수 및 이와 더불어 외측 링(35)의 회전수가 빠르게 감소한다. 래치(39)를 구비한 내측 링(34)의 회전수는 더 서서히 감소한다. 내측 링(34)의 회전수가 결국 한계 회전수 이하로 감소되면 매우 빠르게 외측 링(35)과의 로킹이 재실행된다.
래치(39)의 무게, 짧은 레버(40)와 긴 레버(41) 및 스프링 요소(42)의 길이를 조절하기 쉽도록 두 개의 추가 방법이 제공된다. 한편으로는 긴 레버(41)에 원심력 작용을 증가시키는 보조 추(43)가 배치될 수 있다. 이때, 보조 추(43)의 재료 및 형상은 구조적인 조건에 맞게 임의로 매칭될 수 있다. 다른 한편으로는 상이한 회전수에서 긴 레버(41) 또는 짧은 레버(40)가 취하는 위치는 돌출부(44, 도3a 및 도4)에 의해 제한될 수 있다. 이는 특히 높은 회전수의 경우에 긴 레버(41)가 외측 링(35)과 접촉하여 이를 통해 소음 및 마모를 초래할 정도로 긴 레버(41)가 외측으로 너무 멀리 변위되지 않는 것을 보장한다.

Claims (10)

  1. 벨트 풀리(25)와 회전자의 허브(26) 사이에 배치된 프리휠 클러치(27)를 갖는 왕복 피스톤 내연 기관의 시동기-벨트 구동부에서의 회전 진동을 댐핑하기 위한 장치이며, 상기 허브(26)는 시동기-발전기의 구동축(1)과 연결되고 벨트 풀리(25)는 벨트를 통해 내연 기관의 크랭크 축과 연결되며, 프리휠 클러치(27)는 크랭크 축의 토크를 시동기-발전기의 구동축(1)으로 전달하며, 프리휠 클러치(27)는 허브(26)를 에워싸면서 여기에 고정된 내측 링(34)과, 반경 방향 유극을 가지며 내측 링(34)을 에워싸며 벨트 풀리(25)에 고정된 외측 링(35)을 포함하는, 회전 진동을 댐핑하기 위한 장치에 있어서,
    상기 장치는, 원심력에 따라 작동하는 적어도 하나의 로킹 요소(36)를 내측 링(34) 내에 구비하고 적어도 하나의 로킹 수용부(37)를 외측 링(35) 내에 구비한 원심력 클러치(33)를 포함하며, 원심력 클러치(33)는 시동기-발전기의 구동축(1)의 토크를 크랭크 축으로 전달하는 것을 특징으로 하는 회전 진동을 댐핑하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서, 로킹 수용부(37) 및 로킹 요소(36)는 외측 링(35) 또는 내측 링(34)에 주연부 방향으로 일정한 간격을 두고 연속적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 회전 진동을 댐핑하기 위한 장치.
  3. 제1항에 있어서, 정지된 상태에서 모든 로킹 요소(36)들은 로킹 수용부(37)에 배치되는 것을 특징으로 하는 회전 진동을 댐핑하기 위한 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 로킹 요소들(36)은 각각의 지지부를 통해 짧은 레버(40) 및 긴 레버(41)를 포함하는 래치(39)로서 형성되며, 내측 링(34)과 짧은 레버(40) 사이에 외측 링(35) 방향으로 작용하는 스프링 요소(42)가 배치되는 것을 특징으로 하는 회전 진동을 댐핑하기 위한 장치.
  6. 제5항에 있어서, 래치(39)는 긴 레버(41)에 보조 추(43)를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 진동을 댐핑하기 위한 장치.
  7. 제5항에 있어서, 긴 레버(41) 측에서 내측 링(34)에 반경 외측 방향으로 긴 레버 경로를 제한하는 돌출부(44)가 배치되는 것을 특징으로 하는 회전 진동을 댐핑하기 위한 장치.
  8. 제5항에 있어서, 짧은 레버(41) 측에서 내측 링(34)에 반경 내측 방향으로 짧은 레버 경로를 제한하는 돌출부(44)가 배치되는 것을 특징으로 하는 회전 진동을 댐핑하기 위한 장치.
  9. 제1항에 있어서, 로킹 수용부(37)는 외측 링의 주연부에 일정하게 배치된 톱니(45)로서 형성되는 것을 특징으로 하는 회전 진동을 댐핑하기 위한 장치.
  10. 제8항에 있어서, 톱니(45)의 개수는 로킹 요소 개수의 정수 배수인 것을 특징으로 하는 회전 진동을 댐핑하기 위한 장치.
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