KR101239787B1

KR101239787B1 - 가스 스프링-댐퍼 유닛

Info

Publication number: KR101239787B1
Application number: KR1020067027800A
Authority: KR
Inventors: 크리스토프 베멘부르크; 하인츠 야브; 토마스 잉겔케; 외르크 콕; 헤르만 호인카우스
Original assignee: 콘티넨탈 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2005-11-16
Publication date: 2013-03-06
Also published as: EP1831580A1; JP4907547B2; DE502005006176D1; KR20070098961A; JP2008523328A; DE102004060002A1; WO2006063647A1; EP1831580B1; US7886882B2; US20080000739A1; ATE416332T1

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 이동 가능하게 지지된 변위 피스톤(2) 및 2개의 변위 챔버(3, 4)를 구비한 가스 스프링-댐퍼 유닛(1)에 관한 것으로서, 상기 2개 변위 챔버의 부피는 상기 변위 피스톤(2)의 이동 방향에 따라서 확대되거나 축소되고, 상기 2개 변위 챔버는 드로틀 밸브(16, 16', 16", 17, 17', 17", 17"')가 그 내부에 배치되어 있는 오버플로우 덕트(6, 7)를 통해 서로 연결되어 있으며, 상이한 밸브 특성을 갖는 다수의 드로틀 밸브(16, 16', 16", 17, 17', 17", 17"')가 한 가지 유동 방향으로 작용하도록 배치되어 있으며, 하나의 드로틀 밸브(17)는 1 내지 1.5 Hz 범위에 있는 고유 주파수를 감쇠하기 위하여 설계되었고, 다른 하나의 드로틀 밸브(17')는 10 내지 40 Hz의 범위에 있는 고유 주파수를 감쇠하기 위하여 설계되었다.

Description

가스 스프링-댐퍼 유닛{GAS SPRING/DAMPER UNIT}

본 발명은 적어도 하나의 이동 가능하게 지지된 변위 피스톤 및 2개의 변위 챔버를 구비한 가스 스프링-댐퍼 유닛에 관한 것으로서, 상기 2개 변위 챔버의 부피는 상기 변위 피스톤의 이동 방향에 따라서 확대되거나 축소되고, 상기 2개 변위 챔버는 드로틀 밸브가 그 내부에 배치되어 있는 오버플로우 덕트를 통해 서로 연결되어 있다.

독일 공개 특허 출원서 제 43 34 007 A1호에는 전자석에 의해서 제어 가능한 오버플로우 밸브를 구비한 압축 공기식 스프링-댐퍼 유닛이 공지되어 있으며, 상기 오버플로우 밸브의 폐쇄 기관들은 밸브 스프링 플레이트에 의해서 형성된다. 상기 밸브 스프링 플레이트를 자기 흐름이 통과하고, 상기 밸브 스프링 플레이트는 자체 폐쇄 위치에서 해당 지지면과 상호 작용한다. 폐쇄력이 제어 가능한 전자석에 의해서 변동될 수 있음으로써, 결과적으로 튜닝이 가변적인 스프링-댐퍼 유닛이 제공된다. 상기 스프링-댐퍼 유닛에 의해서는, 최대 폐쇄력 또는 초기 응력을 조절하는 것 그리고 어느 압력부터 밸브가 개방되는지를 결정하는 것이 가능하다.

독일 특허 출원서 제 101 35 261호에는, 탄성 밀봉 플레이트에 의해 폐쇄된 오버플로우 드로틀을 구비한 가스 스프링-댐퍼 유닛이 공지되어 있다. 상기 탄성 밀봉 플레이트는 단단히 고정되어 있지 않고, 오히려 탄성력에 의해서 단지 예정된 압력차 범위에서만 고정되어 있다. 소정의 압력을 초과한 다음에는 고정 영역이 제거되며, 이 경우 밀봉 플레이트에 부하를 가하기 위한 탄성력은 바람직하게 마찬가지로 탄성적인 링형 플레이트에 의해서 제공된다.

본 발명의 목적은, 구성이 간단하면서 원하는 탄성 특성에 간단히 매칭될 수 있는 가스 스프링-댐퍼 유닛을 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따라 청구항 1의 특징을 갖는 가스 스프링-댐퍼 유닛에 의해서 달성되며, 상기 유닛에서는 상이한 밸브 특성을 갖는 다수의 드로틀 밸브가 한 가지 유동 방향으로 작용하도록 배치되어 있으며, 이 경우 하나의 드로틀 밸브는 1 내지 1.5 Hz의 범위에 있는 고유 주파수를 감쇠하기 위하여 설계되었고, 다른 하나의 드로틀 밸브는 10 내지 40 Hz 범위에 있는 고유 주파수를 감쇠하기 위하여 설계되었다. 상이한 밸브 특성, 다시 말해 상이한 개방 시점, 유동 횡단면 및 유동 저항을 갖는 한 가지 유동 방향으로 다수의 드로틀 밸브가 조합됨으로써, 개별 사용 목적에 최적으로 매칭된 하나의 가스 스프링-댐퍼 유닛으로의 통합이 간단한 방식으로 가능해진다. 따라서, 예를 들면, 차량에 사용하는 경우에 1 내지 1.5 Hz 범위의 고유 주파수를 갖는 차량 구조를 안정시키기 위하여, 댐퍼 속도가 느린 경우에도 상대적으로 높은 감쇠가 이루어질 수 있다. 정상 작동 중에 그리고 더욱 빠른 댐퍼 속도가 나타나는 경우에는, 원하는 주행 특성을 얻기 위하여 댐퍼 동력(power) 및 댐퍼 속도의 비율이 변동될 수 있다. 정해진 속도 또는 다른 파라미터를 초과한 경우에는, 예를 들어 10 내지 40 Hz 범위의 고유 주파수를 갖는 차량 축의 감쇠를 담당하는 추가의 밸브가 개방되어 감쇠력이 제한될 수 있다. 따라서, 댐퍼 동력 곡선은 댐퍼의 속도가 빠른 경우에도 적응될 수 있으며, 이 경우 차량에서 구조물 감쇠의 적응은 보다 높은 속도에서 매우 가파른 특성 곡선을 자동으로 야기할 필요는 없고, 축 감쇠, 다시 말해 더욱 높은 주파수 감쇠의 더 이상 적응될 수 없는 변동을 자동으로 야기해야만 한다.

본 발명의 한 개선예에서는, 각각 한 가지 유동 방향으로 작용하는 드로틀 밸브가 유동 압력이 상이한 경우에 개방된다. 다시 말해 초기 응력을 받는 밸브 바디가 상이한 시점에서 개방되어 오버플로우 덕트를 릴리스하게 된다. 그럼으로써, 소정의 유동 압력까지는 오버플로우 덕트의 단 하나의 부분만이 릴리스 되어, 결과적으로는 최대 유동 부피가 제한된 상태로 유지된다.

인장 단계 및 압축 단계를 위한 상이한 댐퍼 특성을 제공하기 위하여, 상기 인장 단계 및 압축 단계를 위한 드로틀 밸브는 각각 상이한 유동 횡단면을 갖게 되며, 특히 인장 단계에서 더욱 큰 감쇠 효과를 얻기 위하여 압축 단계를 위한 드로틀 밸브는 인장 단계를 위한 드로틀 밸브보다 크기가 더 크다.

본 발명의 한 개선예에서는, 댐퍼 시스템이 초기 응력 어댑션에 기초를 두고 있는데, 다시 말하자면 드로틀 밸브가 유동 압력에 대항하여 탄성적으로 지지되고, 소정의 유동 압력에 도달할 때까지 폐쇄 상태로 유지된다. 드로틀 밸브는 소정의 유동 압력에 도달한 때부터 비로소 개방되고, 공기 또는 가스를 변위 챔버로부터 다른 유동 챔버로 배출한다. 이와 같은 과정은, 예를 들어 한 가지 공통적인 유동 방향으로 작용하는 드로틀 밸브가 상이한 스프링 초기 응력을 갖는 한편, 나머지 기하학적인 치수들은 동일함으로써 이루어질 수 있다. 대안적으로, 스프링 초기 응력이 동일하고 기하학적인 치수가 상이한 경우에는, 다양한 밸브들이 한 가지 공통적인 유동 방향으로 연속적인 순서로 개방될 수 있다.

초기 응력하에 있는 밸브를 폐쇄된 상태로 유지할 수 있는 한 가지 간단한 방법은, 드로틀 밸브들을 축 방향으로 팽창되는 나사 스프링 또는 나선형 스프링을 이용하여 상응하는 밸브 위치로 밀어주는 것이다.

본 발명의 한 바람직한 실시예에서는, 변위 피스톤이 이중으로 작용하는 변위 피스톤으로서 형성되고, 상기 변위 피스톤이 실린더 내부에서 이동 가능하게 지지되어 있다. 상기 변위 피스톤이 한 가지 방향으로 움직이면, 이동 방향에 있는 변위 챔버들의 부피는 축소되는 한편, 다른 변위 챔버들의 부피는 상응하게 증가한다. 그럼으로써 구조적인 복잡성이 줄어들게 되는데, 그 이유는 하나의 피스톤 로드 및 하나의 피스톤을 구비한 단 하나의 실린더만 제공되어야 하기 때문이다. 그러나 기본적으로는, 2개 이상의 실린더 및 피스톤을 제공하고, 드로틀 밸브를 연결 라인 또는 오버플로우 덕트 내부에 배치할 수 있는 가능성도 또한 존재한다. 드로틀 밸브가 변위 피스톤 내부에 지지되어 있는 경우에는, 가스 스프링-댐퍼 유닛의 특히 콤팩트한 한 가지 구현예를 얻을 수 있으며, 이 경우에는 밸브 세트, 스프링 및 밸브 플레이트 또는 밸브 바디를 구비한 소수의 밸브를 하나의 구성 유닛으로서 제공하고, 이 구성 유닛을 변위 피스톤 내부에 삽입할 수 있는 가능성이 존재한다. 그와 마찬가지로, 상이한 밸브 특성을 갖는 다수의 밸브를 구비한 모듈, 예컨대 4개의 모듈을 변위 피스톤 내부에 삽입하는 것도 또한 가능하며, 상기 4개의 모듈 중에서 2개는 압축 방향으로 그리고 2개는 인장 방향으로 정렬되어 있다.

다수의 드로틀 밸브는 소정의 조정 속도 때부터 비로소 개방된다. 여기가 매우 느린 경우에도 적은 댐퍼 동력을 제공하는 것이 바람직한 경우가 많다. 이와 같은 효과를 얻기 위하여, 변위 챔버들 사이에는 적어도 하나의 바이패스가 형성되어 있으며, 상기 바이패스는 적은 양의 가스를 하나의 변위 챔버로부터 다른 변위 챔버로 통과시키기 위하여 제공되었다. 이 경우 상기 바이패스는, 종래의 댐퍼에서 존재하고 또한 전체 가스 양이 증가 또는 감소함에 따라 레벨이 상승 또는 강하될 수 있음으로써 레벨 적응을 가능케 하는 마찰을 시뮬레이팅 한다. 상기 바이패스는 또한 하나의 드로틀 밸브 내부에 형성되거나 또는 다수의 드로틀 밸브로 이루어진 하나의 모듈 내부에 형성될 수도 있다.

인장 단계 또는 압축 단계와 관련하여 댐퍼 특성을 별도로 설정할 수 있기 위하여, 각각의 유동 방향마다 단지 이 방향으로만 작용하는 바이패스가 형성되어 있다. 바이패스는 상기 유동 방향과 반대로, 부드럽게 작동하는 플랩(flap)에 의해서 폐쇄될 수 있다. 이 경우 한 가지 유동 방향에 있는 바이패스는 다른 유동 방향에 있는 바이패스보다 큰 유동 횡단면을 가지며, 바람직하게 상기 바이패스는 인장 방향에서보다 압력 방향에서 더 큰 유동 횡단면을 갖는다.

본 발명의 한 개선예에서는, 가스 스프링-댐퍼 유닛의 드로틀 시스템에 직접적으로 영향을 미칠 수 있기 위하여, 밸브 특성, 특히 적어도 하나의 드로틀 밸브의 초기 응력을 설정하기 위한 적어도 하나의 조정 장치가 제공된다. 따라서, 장착된 상태에서는 가스 스프링-댐퍼 유닛의 댐퍼 특성이 변동될 수 있고, 차량의 런닝 기어는 주변 조건이 변동됨에 따라 필요 사항에 맞추어 적응될 수 있다. 초기 응력, 예를 들어 댐퍼 동력 제한 밸브, 소위 "블로우-오프"-밸브의 변동에 의해서는, 최대로 도달 가능한 댐퍼 동력이 증가하거나 또는 줄어들 수 있다.

유압식 댐퍼에서 바이패스-밸브로 구현된 바와 같이, 가스 스프링-댐퍼 유닛에서 마찰을 시뮬레이팅 하기 위하여 추가의 드로틀 밸브가 제공되며, 가스 스프링-댐퍼 유닛에서 보다 큰 또는 보다 작은 감쇠를 실현할 수 있기 위하여, 상기 드로틀 밸브의 특성, 다시 말해 개방 시점 및 개방 경로 또는 개방 각도는 변동될 수 있다. 밸브 특성의 변동은 바람직하게 상기 드로틀 밸브(들)에 할당된 조정 장치에 의해서 야기된다.

한 실시예에서 상기 조정 장치는, 밸브 특성에 직접적으로 영향을 미침으로써 조정 속도를 높이기 위하여, 전기 기계식 작동기를 포함한다. 예를 들어 조정은, 드로틀 밸브용의 밸브 스프링에 작동된 조정 메커니즘의 외부 동력(power)이 할당되고, 상기 조정 메커니즘을 통해 스프링 초기 응력이 변동될 수 있음으로써 이루어진다. 상기 조정은 예를 들어, 조정 나사 또는 조정 너트가 스프링 초기 응력을 증가시키거나 감소시켜, 결국에는 상응하는 밸브가 나중에 또는 조기에 개방되는 방식으로 이루어진다.

감쇠를 조정할 수 있는 제 2의 가능성은, 유입면의 크기를 변동시킴으로써 개방 동작에 반드시 필요한 압력을 변동시키는 것이다. 추가의 원칙은, 병렬 접속된 제 2 드로틀 유닛의 슬라이드에 의해서 각 유동 방향으로 공기량을 조절하는 것이다. 상기 병렬 접속된 드로틀은 추가로 개별적으로 장치될 수 있다.

본 발명의 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 아래에서 상세하게 설명된다.

도 1은 가스 스프링-댐퍼 유닛의 원리적인 구조를 도시한 개략도이고;

도 2는 댐퍼 특성 동작 파형이며;

도 3은 나사 스프링 드로틀의 원리적인 구조를 도시한 개략도이고;

도 4a 내지 4c는 댐퍼 유닛의 소자들을 도시한 개략도이며;

도 5는 링형 디스크 드로틀의 개략도이고;

도 6은 선형 드로틀의 개략도이며;

도 7은 체감 드로틀의 개략도이고;

도 8은 밸브 스프링 초기 응력이 상이한 경우에 댐퍼 특성 동작 파형이며;

도 8a는 동력 라인 특성 필드이고;

도 9는 나사 스프링 드로틀의 한 변형예이며; 그리고

도 10은 드로틀 모듈의 개략도이다.

도 1에는 가스 스프링-댐퍼 유닛(1)이 개략적인 단면도로 도시되어 있으며, 이 경우 이동 가능하게 지지된 하나의 변위 피스톤(2)은 2개의 변위 챔버(3, 4)를 구비한 하나의 실린더(20) 내부에 형성되어 있다. 피스톤 로드(5)를 통해 상기 변위 피스톤(2)에 동력(power)이 제공됨으로써, 동작은 이중 화살표 방향으로 이루어질 수 있다. 본 도면에서 변위 피스톤(2)이 동력 도입을 통해 피스톤 로드(5)에 의해서 아래로 밀려지면, 상기 변위 챔버(4)의 부피는 피스톤 로드(5)의 이동된 부피를 뺀 상태에서 상기 변위 챔버(3)의 부피가 확대된 정도만큼 줄어든다.

변위 피스톤(2) 내부에는 오버플로우 덕트(6, 7)가 형성되어 있으며, 상기 오버플로우 덕트는 변위 챔버(3, 4) 내부에 있는 가스, 바람직하게는 공기가 하나 의 변위 챔버(3, 4)로부터 각각 다른 변위 챔버(4, 3) 내부로 흘러가는 통로를 제공한다. 상기 오버플로우 덕트(6, 7) 내에는 드로틀 밸브(16, 17)가 배치되어 있으며, 상기 드로틀 밸브는 가스가 각각 한 가지 방향으로만 관류하도록 하고, 다른 방향으로는 가스 흐름을 차단한다.

그와 마찬가지로 변위 피스톤(2) 내부에 바이패스(17"')가 형성되어 있고, 변위 챔버(3, 4) 내부에 존재하는 가스가 상기 바이패스를 통해 관류할 수 있음으로써, 관류 부피가 낮은 경우에도 감쇠와 동시에 상기 변위 피스톤(2)의 소정의 이동성이 보장된다.

방향에 따라 상이한 양의 가스가 바이패스(17"')를 통과할 수 있도록 하기 위하여, 상응하는 플랩에 의해 폐쇄된 다수의 바이패스가 변위 피스톤(2) 내부에 형성될 수 있음으로써, 결과적으로 변위 피스톤(2)이 아래로 움직이는 경우, 소위 압축 단계에서는 변위 피스톤이 위로 움직이는 경우, 소위 인장 단계와 다른 바이패스가 작동된다.

가스 스프링-댐퍼 유닛(1)의 적응된 댐퍼 특성 동작을 제공할 수 있기 위하여, 드로틀 밸브(16, 17)에 각각 상이한 밸브 특성이 제공됨으로써, 인장 단계 및 압축 단계를 위해서는 상이한 댐퍼 특성 동작이 실현될 수 있다. 그와 마찬가지로, 정밀하게 튜닝 된 댐퍼 특성 동작을 얻기 위하여, 한 가지 유동 방향으로 작용하도록 배치된 드로틀 밸브(16, 17)가 상이한 밸브 특성을 가짐으로써, 결과적으로 예를 들어 댐퍼 속도가 느린 경우에는 상대적으로 높은 감쇠가 이루어지는 한편, 댐퍼 속도가 상대적으로 빠른 경우에는 댐퍼 동력을 제한하는 다른 밸브들이 개방된다. 또한, 최대 댐퍼 동력을 제한하고 10 내지 40 Hz의 높은 고유 주파수용으로 설계된 소위 "블로우-오프"-밸브가 제공될 수도 있다.

도 2에는 동력(F)이 댐퍼 속도(V)에 대하여 도시되어 있는 한 가지 예로 든 댐퍼 동력 특성 동작이 도시되어 있다. 상기 다이아그램에서는 4개의 영역을 볼 수 있고, 이 경우 제 1 영역(I)에서는 동력-속도 특성이 바이패스(17"')에 의해서 결정적으로 영향을 받으며, 상기 바이패스는 매우 작은 유동 횡단면을 갖고, 마찰을 시뮬레이팅 하기 위하여 2개의 변위 챔버(3, 4)를 서로 연결한다. 댐퍼 속도가 약간 더 빠른 경우에는 컴포트(comfort)-밸브가 효과적으로 추가되는데, 상기 컴포트 밸브는 주로 댐퍼 동력 특성 동작의 영역(Ⅱ)을 담당한다. 상기 컴포트 밸브는 예를 들어 초기 응력하에 있는 폐쇄 플랩을 구비하고 바이패스(17"')보다 큰 유동 횡단면을 갖는 추가의 바이패스이다. 댐퍼 속도가 더 상승하는 경우에는, 바람직하게 나사 스프링 밸브로서 구현된 소위 장착 밸브(mounting valve)이며, 초기 응력하에 있는 제 2 밸브가 제 3 영역(Ⅲ)을 위해 접속된다. 상기 장착 밸브는 주로 수직 방향으로 작용하는, 1 내지 1.5 Hz의 고유 주파수 범위에 있는 진동을 감쇠한다. 상기 장착 밸브의 접속에 의해서는, 스프링 동력 특성 동작의 상승이 줄어든다. 특히 차량 축의 진동을 감쇠하고 최대 댐퍼 동력을 제한하기 위하여, 제 4 섹션(Ⅳ)에서는 블로우-오프-밸브가 접속되며, 상기 블로우-오프 밸브는 10 내지 40 Hz의 고유 주파수 범위에서 작용한다. 동력 진행 곡선은 속도가 증가함에 따라 포락 곡선(envelope curve)에 근접하고, 상기 포락 곡선은 전체 밸브가 최대로 개방된 위치에 있는 경우에도 폐쇄된 밸브가 없는 상태에서의 댐퍼 동력(F)을 의미한다.

도 2에서는, 횡좌표 위에 인장 단계를 위한 댐퍼 동력이 도시되어 있고, 횡좌표 아래에 압축 단계를 위한 댐퍼 동력이 도시되어 있음을 알 수 있다. 상기 다이아그램에서 또 알 수 있는 것은, 인장 단계 및 압축 단계가 상이한 댐퍼 동력 특성 동작을 갖는다는 것, 다시 말해 개별 드로틀 밸브 또는 바이패스가 상이한 밸브 특성 및 유동 횡단면 또는 초기 응력을 갖는다는 것이다. 이 경우, 가스 스프링-드로틀-유닛에 직접적으로 영향을 미치고 구조물의 고유 주파수 범위, 다시 말해 1 내지 1.5 Hz 범위에서 댐퍼 동력 특성을 변동시키기 위하여, 상기 장착 밸브는 전기식 작동기를 이용하여 초기 응력 상태로 간단히 조정될 수 있는 나사 스프링 밸브로서 구현되었다. 초기 응력을 받는 모든 밸브는 개별 요구 사항에 따라 초기 응력을 변동시키는 작동기와 커플링 될 수 있다. 밸브, 즉 장착 밸브 이외에 컴포트 밸브 및/또는 블로우-오프-밸브를 직접 조정함으로써, 저렴한 가격으로 댐퍼 특성 동작을 매우 신속하게 조절할 수 있게 된다. 나사 밸브 외에 상기 블로우-오프-밸브도 스프링 디스크 밸브로서 구현될 수 있다. 컴포트-밸브가 스프링 디스크 밸브로서 구현되어야 하는 경우에는, 상기 컴포트-밸브도 또한 블로우-오프-밸브 내부에 통합될 수 있다.

도 3은 나사 스프링 드로틀을 위한 밸브 해체의 기본적인 구조를 보여주며, 이 경우 오버플로우 덕트(6, 7)는 변위 피스톤(2) 내부에서 밸브 플레이트(26, 27)를 통해 폐쇄되어 있고, 상기 밸브 플레이트는 나사 스프링(36, 37)을 통해 자신의 밸브 시트로 프레스 되어 있다. 변위 피스톤(2)의 동작에 따라, 밸브 플레이트(26, 27)는 밸브 시트로부터 위로 들어 올려지고, 개별 스프링(36, 37)의 초기 응력에 대항하여 움직인다. 조정 속도(V)가 더 큰 경우에는 압력 및 그와 더불어 동력이 상승하고, 상기 동력이 밸브 플레이트(26, 27)에 의해서 나사 스프링(36, 37)에 작용하게 됨으로써, 상기 나사 스프링은 압축되고, 밸브 플레이트(26, 27)는 상승한다. 오버플로우 덕트(6, 7)의 횡단면, 밸브 플레이트(26, 27)의 크기 그리고 나사 스프링(36, 37)의 초기 응력의 실시예에 따라, 한 가지 유동 방향으로 또는 인장 단계 혹은 압축 단계를 위하여 상이한 밸브 특성들이 다양하게 형성될 수 있다.

도 4a 내지 4c에는 조립 구상의 한 가지 예 그리고 가스 스프링-댐퍼-배열 상태가 도시되어 있다.

도 4a는 밸브 플레이트(26)를 구비한 장착 밸브로서 구현된 나사 스프링 밸브(16)를 보여주며, 상기 밸브 플레이트는 축 방향으로 연장되는 나선형 스프링(36)을 통해 밸브 시트(46)에 고정되어 있다. 보어(56)는 초기 응력을 받은 스프링 플레이트에 의해서 폐쇄되고, 컴포트 밸브(16")를 형성하며, 이 경우 상기 보어는 통상적으로 2 내지 6 mm의 직경을 갖는다. 정확한 직경은 추가의 차량 파라미터에 따라서 결정된다. 다른 밸브 하우징 내부에 설치된 바이패스(17"')는 도시되지 않았다; 마찬가지로 독립적인 소자를 형성하는 블로우-오프-밸브(16')도 없다.

개별 밸브(16, 16', 16", 17, 17', 17")의 한 가지 유사한 구조는 도 4b에 도시되어 있으며, 이 경우 3개의 밸브(16, 16', 16")는 압축 단계를 위하여 존재하 는 한편, 밸브(17, 17', 17")는 인장 단계를 위하여 작용하도록 접속되었다. 블로우-오프-밸브(16', 17')는 별도의 밸브로서 형성되었지만, 장착 밸브(16, 17) 내부에 통합될 수도 있다. 압축 단계 및 인장 단계를 위한 밸브(16, 16', 16", 17, 17', 17")는 유동 방향에 따라 상이하게 치수 설계되었다. 보어(17"')는 바이패스 및 그와 더불어 제 4 드로틀 밸브를 형성하며, 상기 제 4 드로틀 밸브는 레벨 조절을 가능하게 하고, 전체적인 감쇠를 담당한다. 상기 바이패스(17"')는 종래의 댐퍼에서 발생하는 마찰을 시뮬레이팅 하고, 주로 차도 거칠기와 같은 작은 진폭들을 감쇠한다.

도 4c에는 변위 피스톤 내부에서의 또는 드로틀 하우징(30) 내부에서의 블로우-오프-밸브(16', 17')의 배열 상태가 도시되어 있으며, 상기 드로틀 하우징은 변위 피스톤 내부로 삽입될 수 있다. 그와 유사하게, 장착 밸브(16, 17)는 드로틀 하우징(30) 내부에 장치될 수 있다. 상기 밸브(16, 16', 16", 17, 17', 17")는 드로틀 하우징(30) 내부에 장착되어 있고, 완전히 튜닝된 상태로 변위 피스톤 내부에 제공될 수 있는 예비 가능한 하나의 유닛을 형성한다.

도 5에는 대안적인 드로틀 원리가 도시되어 있으며, 이 경우 오버플로우 덕트(6, 7)는 스프링 강으로 이루어진 링형 플레이트(50)를 통해 폐쇄된다. 상기 스프링 강으로 이루어진 링형 플레이트(50)는 초기 응력을 받게 되고, 공기 또는 가스 흐름의 유동 방향에 따라 내부 및 외부 지지면이 개방된다. 이와 같은 배열 상태의 장점은 그 간단한 구조에 있다. 문제가 되는 것은, 인장 단계 및 압축 단계가 서로 독립적으로 설정될 수 없다는 것이다.

도 6에는 호울이 형성된 드로틀 바디(61)로 이루어진 선형 드로틀의 원리가 도시되어 있으며, 상기 드로틀 바디 내부에 오버플로우 덕트(6)가 삽입되어 있다. 상기 오버플로우 덕트(6)의 개구들은 인장면 및 압축면에서 스프링 플레이트(60, 67)에 의해 폐쇄되어 있다. 상기 스프링 플레이트(60, 67)의 초기 응력은 나사 스프링(66, 68)에 의해서 행사되고, 대안적으로는 성형(星形) 스프링이 사용될 수 있다.

도 7은 드로틀 바디(71)를 구비한 체감 드로틀을 보여주며, 상기 드로틀 바디 내부에는 오버플로우 덕트(6, 7)가 형성되어 있다. 상기 오버플로우 덕트(6, 7)는 인장 방향 및 압축 방향으로 스프링 플레이트(76, 77)에 의해서 폐쇄되어 있으며, 상기 스프링 플레이트(76, 77)는 설정 가능한, 바람직하게는 서로 상이한 초기 응력을 갖는다.

도 3 내지 7의 전체 스프링 시스템 또는 드로틀 밸브 시스템은 가스 스프링-댐퍼 유닛(1)을 제공하기 위하여 대안적으로 또는 조합하여 사용될 수 있다.

도 8 및 8a에는 댐핑 동력 특성 필드 또는 댐핑 동력 특성 동작에 대한 예들이 도시되어 있으며, 이 경우에는 드로틀 밸브에 변동 가능한 초기 응력이 제공됨으로써, 결과적으로는 예를 들어 차량의 댐퍼 동력 특성 동작 및 그와 더불어 탄성 특성의 적응이 실행될 수 있다. 도 8 및 8a에서도 횡좌표 위에는 인장 단계가 도시되어 있고, 횡좌표 아래에는 압축 단계가 도시되어 있으며, 이 경우에도 댐퍼 동력(F)은 댐퍼 속도(V) 위에 도시되어 있다. 도 8에는 초기 응력 변동에 의해서 달성 가능한 조정 영역이 기본적으로 도시되어 있으며, 이 경우 초기 응력 조절의 장점은 댐퍼 동력 특성 동작이 큰 댐퍼 속도를 위해서도 적응될 수 있다는 것이다. 이 경우 구조물 감쇠의 적응은 보다 높은 속도에서 매우 가파른 특성 곡선을 자동으로 야기하지 않고, 오히려 속도가 낮은 경우에 가파른 특성 동작이 구현될 수 있으며, 상기 특성 동작의 기울기는 댐퍼 속도(V)를 통해서 변동될 수 있다. 초기 응력의 조정이 드로틀에 직접 작용하기 때문에, 예를 들어 전기 기계식 작동기 내에서는 조정 나사 또는 조정 너트가 움직이며, 상기 조정 나사 또는 조정 너트를 통해서는 스프링 초기 응력이 변동되고, 상기 조정은 신속하게 이루어진다.

도 8a에는 댐퍼 동력 특성 필드가 도시되어 있으며, 상기 특성 필드는 인장 단계 및 압축 단계에서 상이하고, 장착 밸브(16, 17)의 조정에 의해서 얻어질 수 있다. 이 경우에는 상기 밸브(들)의 초기 응력이 예를 들어 전동기에 의해서 또는 자기 밸브의 조절 변동에 의해 직접 변동됨으로써, 가스 스프링 댐퍼를 위한 전기식 조정 드로틀이 제공된다. 상기 전기식 조정 드로틀에 의해서는, 매우 유리하게 인장 단계 및 압축 단계가 상호 독립적으로 조정될 수 있다. 또한, 자기 밸브를 비례-밸브로서 구현하는 것도 가능함으로써, 상기 드로틀의 개방 경로와 무관하게 초기 응력 동력에 전류를 정확하게 제공할 수 있게 된다. 영역(Ⅰ)은 바이패스(17"')를 통해 영향을 받는 한편, 영역(Ⅱ)은 컴포트 밸브에 의해서 제어된다. 1 내지 1.5 Hz의 주파수 범위에 있는 구조물 감쇠 영역(Ⅲ)은 조정 가능한 장착 밸브(17)에 의해서 변동되는 한편, 영역(Ⅳ)의 축 감쇠는 10 내지 40 Hz의 주파수 스펙트럼에서 작용한다. 따라서, 구조물 감쇠 및 축 감쇠는 서로 독립적으로 설정 및 변동될 수 있다.

도 9에는 나사 스프링 드로틀의 한 개략적인 실시예가 도시되어 있고, 상기 나사 스프링 드로틀은 마찬가지로 2개의 오버플로우 덕트(6, 7)를 구비하여 인장 방향 및 압축 방향으로 작용하며, 이 경우에는 밸브 플레이트(26, 27)가 나사 스프링(36, 37) 위에서 초기 응력을 받아 밸브 시트에 지지된다.

도 10은 총 4개의 밸브를 구비한 드로틀 모듈의 평면도를 보여주며, 상기 4개의 밸브 중에서 2개는 20 mm 이상의 직경을 갖는 블로우-오프-밸브(16')로서 형성되었고, 10 내지 15 mm의 직경을 갖는 다른 2개의 밸브(16)는 구조물 감쇠를 위한 작동 밸브로서 형성되어 있다. 더 나아가서는 인장 단계 및 압축 단계를 위한 자기 밸브(18)가 제공되며, 상기 자기 밸브에 의해서는 스프링 동력 특성 동작이 매우 쉽게 조정될 수 있다. 상기 작동 밸브(16)는 압축 방향에서보다 인장 방향에서 더 작은 개구 직경을 가지며, 이와 같은 내용은 블로우-오프-밸브(16')에도 적용된다. 작동 밸브(16) 및 블로우-오프-밸브(16')를 하나의 밸브로 통합할 수 있는 가능성이 존재하며, 이 경우 인장 단계를 위한 개방 압력은 3 내지 5 바아의 범위에 있고, 압축 단계를 위한 개방 압력은 1.5 내지 2.5 바아의 범위에 있다. 인장 방향 및 압축 방향을 위해서는 상이한 유동 횡단면을 갖는 바이패스가 제공되며, 상기 바이패스는 바람직하게 작동 밸브(16) 내부에 배치되어 있다. 댐퍼 특성 동작에 대한 적응을 통하여, 가스 스프링-댐퍼 유닛은 자체적으로 변동되는 차량 파라미터 및 주행 상태에 적응될 수 있는데, 예를 들면 중량, 곡선 주행 그리고 브레이킹 과정 및 감속 과정에 대하여 반응할 수 있다. 그와 마찬가지로, 예를 들어 스포츠 런닝 기어 또는 컴포트 런닝 기어와 같은 런닝 기어를 운전자가 원하는 바대로 설정하는 것도 또한 가능하다. 이와 같은 적응 구상들 이외에도, 댐퍼 특성 동작이 상응하게 조정되는 차도 변경, 휠 진동 등에 대해서도 반응할 수 있다.

나사 스프링 드로틀의 장점은 상대적으로 낮은 조정 동력인데, 그 이유는 이용된 횡단면 대 조정면의 비율이 나사 스프링 드로틀의 경우에는 거의 1이기 때문이다.

Claims

하나 이상의 이동 가능하게 지지된 변위 피스톤(2) 및 2개의 변위 챔버(3, 4)를 구비한 가스 스프링-댐퍼 유닛(1)으로서,

상기 2개 변위 챔버의 부피는 상기 변위 피스톤(2)의 이동 방향에 따라서 확대되거나 축소되고, 상기 2개 변위 챔버는 드로틀 밸브(16, 16', 16", 17, 17', 17", 17"')가 그 내부에 배치되어 있는 오버플로우 덕트(6, 7)를 통해 서로 연결되어 있는, 가스 스프링-댐퍼 유닛에 있어서,

상이한 밸브 특성을 갖는 4개 이상의 드로틀 밸브(16, 16', 16", 17, 17', 17", 17"')가 하나의 유동 방향으로 작용하도록 배치되어 있으며, 하나의 드로틀 밸브(17)는 1 내지 1.5 Hz 범위에 있는 고유 주파수를 감쇠하도록 설계되고, 다른 하나의 드로틀 밸브(17')는 10 내지 40 Hz의 범위에 있는 고유 주파수를 감쇠하도록 설계되고,

상기 4개 이상의 드로틀 밸브(16, 16', 16", 17, 17', 17", 17'")가 각 유동 방향마다 제공되며, 4개 중에서 하나는 바이패스 밸브(17"')이고, 하나의 드로틀 밸브(17)는 1 Hz 내지 1.5 Hz의 범위에 있는 주파수에 대하여 작동되고, 하나의 드로틀 밸브(17')는 10 Hz 내지 40 Hz 범위에 있는 주파수에 대하여 작동되며, 하나의 컴포트 밸브(17")는 사전에 제어된 보어(pilot-controlled bore)로서 존재하는 것을 특징으로 하는, 가스 스프링-댐퍼 유닛.
제 1 항에 있어서,

한 가지 유동 방향으로 작용하는 드로틀 밸브(16, 16', 16", 17, 17', 17")가 상이한 유동 압력에서 개방되는 것을 특징으로 하는, 가스 스프링-댐퍼 유닛.
제 1 항에 있어서,

상기 드로틀 밸브(16, 16', 16", 17, 17', 17")가 인장 단계 및 압축 단계를 위하여 상이한 유동 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는, 가스 스프링-댐퍼 유닛.
제 3 항에 있어서,

압축 단계를 위한 드로틀 밸브(16, 16', 16")가 인장 단계를 위한 드로틀 밸브(17, 17', 17")보다 더 큰 유동 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는, 가스 스프링-댐퍼 유닛.
제 1 항에 있어서,

상기 드로틀 밸브(16, 16', 16", 17, 17', 17")가 유동 압력에 대항하여 탄성적으로 지지되고, 소정의 유동 압력에 도달한 때부터 비로소 개방되는 것을 특징으로 하는, 가스 스프링-댐퍼 유닛.
제 5 항에 있어서,

한 가지 유동 방향으로 작용하는 드로틀 밸브(16, 16', 16", 17, 17', 17")가 상이한 초기 응력(bias)을 갖는 것을 특징으로 하는, 가스 스프링-댐퍼 유닛.
제 1 항에 있어서,

상기 드로틀 밸브(16, 16', 16", 17, 17', 17")가 나사 스프링(36, 37)을 통해 밸브 시트로 밀려지는 것을 특징으로 하는, 가스 스프링-댐퍼 유닛.
제 1 항에 있어서,

한 가지 유동 방향으로 작용하는 상기 드로틀 밸브(16, 16', 16"; 17, 17', 17")가 상이한 유동 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는, 가스 스프링-댐퍼 유닛.
제 1 항에 있어서,

상기 변위 피스톤(2)이 이중 작용하도록 형성되어 실린더(20) 내부에서 지지되는 것을 특징으로 하는, 가스 스프링-댐퍼 유닛.
제 9 항에 있어서,

상기 드로틀 밸브(16, 16', 16", 17, 17', 17", 17"')가 상기 변위 피스톤(2) 내부에서 지지되는 것을 특징으로 하는, 가스 스프링-댐퍼 유닛.
제 1 항에 있어서,

하나 이상의 드로틀 밸브(17"')가 상기 변위 챔버(3, 4) 사이에서 바이패스로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 가스 스프링-댐퍼 유닛.
제 11 항에 있어서,

상기 바이패스(17"')가 하나의 드로틀 밸브(16, 16', 16", 17, 17', 17") 내부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 가스 스프링-댐퍼 유닛.
제 11 항에 있어서,

각각의 유동 방향마다 하나의 바이패스(17"')가 형성되어 있고, 한 가지 유동 방향으로의 바이패스(17"')가 다른 유동 방향으로의 바이패스(17"')보다 더 큰 유동 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는, 가스 스프링-댐퍼 유닛.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

밸브 특성을 설정하기 위한 조정 장치가 제공되는 것을 특징으로 하는, 가스 스프링-댐퍼 유닛.
제 14 항에 있어서,

상기 조정 장치가 전자 기계식 작동기를 구비하는 것을 특징으로 하는, 가스 스프링-댐퍼 유닛.
제 14 항에 있어서,

상기 드로틀 밸브(16, 16', 16", 17, 17', 17")를 위한 밸브 스프링이 제공되고, 상기 밸브 스프링에는 외부 동력(power)에 의해서 작동되는 조정 메커니즘이 할당되어 있으며, 상기 조정 메커니즘을 통해 스프링 초기 응력이 변동될 수 있는 것을 특징으로 하는, 가스 스프링-댐퍼 유닛.
제 16 항에 있어서,

상기 조정 메커니즘이 조정 나사 또는 조정 너트로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 가스 스프링-댐퍼 유닛.
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제 1 항에 있어서,

1 Hz 내지 1.5 Hz의 주파수 범위를 위한 드로틀 밸브(17) 및 10 Hz 내지 40 Hz의 주파수 범위를 위한 드로틀 밸브(17') 중 하나 이상이 하나의 조정 메커니즘을 갖는 것을 특징으로 하는, 가스 스프링-댐퍼 유닛.