KR102031291B1 - 스프링 장치 - Google Patents

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칼-하인츠 다르샤이트
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스타비루스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 휴지 위치에서 조정 위치로 이동 가능한 부품을 이동 구동하기 위한 스프링 장치에 관한 것이고, 이때 상기 이동 가능한 부품은 압축 응력을 받은 스프링에 의해 상기 조정 위치로 하중을 받는다. 압력하의 가스에 의해 충전된 가스 스프링(gas spring)의 실린더(1)를 구비하고, 상기 실린더는 자체 제1 단부에서 제1 베이스(2)에 의해 폐쇄되어 있고, 자체 제2 단부에서 제2 베이스(3)에 의해 폐쇄되어 있으며, 상기 실린더의 내부 공간은 축 방향으로 이동 가능한 피스톤(4)에 의해 제1 작동 챔버(5) 및 제2 작동 챔버(6)로 구분되어 있고, 이때 상기 제1 작동 챔버(5) 및 상기 제2 작동 챔버(6)는 스로틀(throttle)을 통해 서로 연결되어 있고, 상기 피스톤(4)은 피스톤 로드(7)를 포함하고, 상기 피스톤 로드는 상기 제1 작동 챔버(5)를 관통하여 밀봉되는 방식으로 상기 제1 베이스(2)를 통해 외부로 가이드 되며, 그리고 상기 피스톤 로드의 자유 단부는 상기 이동 가능한 부품 또는 고정된 부품에 고정되어 있다. 상기 피스톤(4)에는 제2 피스톤 로드(9)가 배치되어 있고, 상기 제2 피스톤 로드는 상기 제2 작동 챔버(6)를 관통하여 밀봉되는 방식으로 상기 제2 베이스(3)를 통해 외부로 가이드 된다.

Description

스프링 장치{SPRING DEVICE}
본 발명은 휴지 위치에서 조정 위치로 이동 가능한 부품을 이동 구동하기 위한 스프링 장치에 관한 것이고, 이때 상기 이동 가능한 부품은 압축 응력을 받은 스프링에 의해 상기 조정 위치로 하중을 받고, 압력하의 가스에 의해 충전된 가스 스프링(gas spring)의 실린더를 구비하고, 상기 실린더는 자체 제1 단부에서 제1 베이스에 의해 폐쇄되어 있고, 자체 제2 단부에서 제2 베이스에 의해 폐쇄되어 있으며, 상기 실린더의 내부 공간은 축 방향으로 이동 가능한 피스톤에 의해 제1 작동 챔버 및 제2 작동 챔버로 구분되어 있고, 이때 상기 제1 작동 챔버 및 상기 제2 작동 챔버는 스로틀(throttle)을 통해 서로 연결되어 있고, 상기 피스톤은 피스톤 로드를 포함하고, 상기 피스톤 로드는 상기 제1 작동 챔버를 관통하여 밀봉되는 방식으로 상기 제1 베이스를 통해 외부로 가이드 되며, 그리고 상기 피스톤 로드의 자유 단부는 상기 이동 가능한 부품 또는 고정된 부품에 고정되어 있다.
이와 같은 스프링 장치들에서 인장력(extension force)은 압축 응력을 받은 스프링의 힘 및 인장 방향으로의 가스 스프링의 힘 성분의 총합으로 구성되고, 상기 인장 방향으로 제공되는 가스 스프링의 힘은 우선적으로 피스톤 로드의 인장 운동(extending movement)의 감쇠(damping)를 야기하기 위한 것이다. 이 경우, 감쇠력(damping force)은 실린더 내부의 가스 압력에 의존한다. 압력이 증가하면 감쇠력도 증가한다.
이동할 부품들의 저항이 커지면 커질수록, 스프링의 힘도 증가해야 한다. 이러한 사실만으로도, 조정 위치에서 휴지 위치로 이동 가능한 부품의 수동적인 이동을 위해 높은 에너지 소비를 요구한다. 이 경우, 휴지 위치에서 조정 위치로 이동의 더 높은 감쇠가 이루어지면, 이와 같은 상황은 이러한 에너지 소비를 더욱 높인다.
따라서 본 발명의 과제는, 조정 위치에서 휴지 위치로 이동할 부품을 조정하기 위해 감소한 에너지 소비를 요구하는, 도입부에 언급된 형태의 스프링 장치를 제조하는 것이다.
이와 같은 과제는 본 발명에 따라, 피스톤에 제2 피스톤 로드가 배치되어 있고, 상기 제2 피스톤 로드는 제2 작동 챔버를 관통하여 밀봉되는 방식으로 제2 베이스를 통해 외부로 가이드 됨으로써 해결된다.
이와 같은 형성예에 의해, 자체 양 측면 상에서 피스톤의 유효 작용 면적들의 적어도 전반적인 균등성이 달성됨으로써, 결과적으로 가스 스프링은 이제 휴지 위치에서 조정 위치로 조정하기 위한 힘을 더는 가하지 않는다. 그에 따라 조정 위치에서 휴지 위치로 이동 가능한 부품을 이동시키기 위해 수동적으로 제공될 힘도 감소한다.
상기 가스 스프링이 적어도 전반적으로 힘 중립적(force-neutral)이기 때문에, 반대 이동 방향으로 더 높은 에너지 소비를 요구하지 않고도 상기 가스 스프링은 휴지 위치에서 조정 위치로 이동의 더 높은 감쇠에 대해서도 설계될 수 있다.
스로틀의 횡단면이 동일한 경우에 더 높은 감쇠를 달성하기 위해서는 실린더의 내부 공간의 가스 압력이 증가해야 한다. 실린더 내부에서 가스 압력의 이와 같은 조절에 의해, 그 밖에 동일한 스프링 장치에서 간단한 방식으로, 휴지 위치에서 조정 위치로, 그리고 조정 위치에서 휴지 위치로 이동의 고객의 요구에 따른 감쇠가 달성될 수 있다.
자동차 내 스프링 장치의 적용예에서, 상기 스프링 장치의 기능 안전성은 -30°내지 +80°의 온도 범위 내에서 보장되어야 한다. 온도 변동시 가스 스프링 내부의 가스 부피가 증가 또는 감소하고자 하나, 실린더의 내부 공간의 일정한 부피로 인해 그러지 못하기 때문에, 공지된 가스 스프링에서는 실린더 내부의 압력이 감소 또는 증가한다. 이와 같은 상황은 온도가 높을 경우, 조정 위치에서 휴지 위치로 이동 가능한 부품을 이동시키기 위한 추가적인 힘을 야기함으로써, 이와 같은 이동이 더는 가능하지 않거나, 단지 매우 높은 수동적인 힘의 제공하에서만 가능하다.
본 발명에 따른 스프링 장치에서 가스 스프링의 힘 균형이 제공되어 있기 때문에, 온도 변동시 적어도 전반적으로 휴지 위치에서 조정 위치로 이동에 미치는 영향도 없다.
제1 피스톤 로드와 제2 피스톤 로드가 동일한 횡단면을 갖는 경우, 이와 같은 힘 균형은 추가로 더 최적화된다.
스로틀은 각각의 연결부 형태로 제1 작동 챔버와 제2 작동 챔버 사이에 배치될 수 있다.
상기 스로틀이 피스톤 내부에서 축 방향으로 관통하도록 형성된 스로틀 보어 또는 실린더의 내벽 내부의 축 방향 스로틀 홈인 경우, 추가적인 설치 공간이 요구되지 않는다.
이 경우, 상기 스로틀 홈이 자체 길이에 걸쳐서 서로 다른 횡단면을 가지면, 조정 위치에서 휴지 위치로 이동 경로에 걸쳐서 서로 다른 감쇠 곡선이 주어질 수 있다.
필요에 따라, 그리고 제공된 설치 공간에 따라, 스프링은 기계적인 인장 스프링 또는 압축 스프링일 수 있다. 이와 같은 스프링들은 서로 다른 위치에서 이동 가능한 부품 또는 상기 이동 가능한 부품에 연결된 부품에 맞물릴 수 있다.
상기 스프링이 나선 압축 스프링(threaded compression spring)임으로써 조밀한 구조가 달성되는데, 상기 나선 압축 스프링은 동축으로 실린더 및 제1 피스톤 로드를 방사 방향 간격을 두고 둘러싸고, 상기 나선 압축 스프링의 제1 단부는 상기 실린더로부터 돌출하는 상기 제1 피스톤 로드의 영역에 지지 되어 있고, 상기 나선 압축 스프링의 제2 단부는 상기 실린더 또는 상기 실린더에 연결된 부품에 지지 되어 있다.
상기 실린더에 동축으로 연결된 가이드 튜브(guide tube)가 실린더에서 제2 피스톤 로드의 연장 방향으로 연장되면, 상기 가이드 튜브의 내부로 돌출하는 상기 제2 피스톤 로드는 손상에 대해 보호된다. 계속해서 적어도 전반적으로, 상기 제2 피스톤 로드가 제3의 힘에 의해 의도하지 않은 방식으로 작용하여 스프링 장치의 기능에 영향을 미치는 상황도 방지될 수 있다.
상기 나선 압축 스프링이 상기 실린더 이외에 상기 가이드 튜브도 방사 방향 간격을 두고 둘러싸면, 상기 나선 압축 스프링은 적어도 전반적으로 꼬임에 대해 보호된다.
상기 이동 가능한 부품은 선회 축을 중심으로 선회 가능한 플랩(flap)일 수 있고, 상기 플랩에는 직접적으로 또는 간접적으로 제1 피스톤 로드 및 스프링이 각각 선회 축에 대해 간격을 두고 관절 식으로 연결되어 있다.
이 경우, 바람직하게 상기 선회 축은 수평 방향으로 연장된다. 계속해서 바람직하게 상기 선회 축은 상기 플랩의 일 가장자리를 따라서 연장된다.
상기 플랩은 차량의 플랩일 수 있다.
본 발명의 실시예들은 도면에 도시되어 있고, 다음에서 더 상세하게 기술된다.
도 1은 휴지 위치에서 스프링 장치의 제1 실시예의 종단면도이고,
도 2는 조정 위치에서 도 1에 따른 스프링 장치의 종단면도이며,
도 3은 휴지 위치에서 스프링 장치의 제2 실시예의 종단면도이고,
도 4는 조정 위치에서 도 3에 따른 스프링 장치의 종단면도이며,
도 5는 휴지 위치에서 스프링 장치의 제3 실시예의 측면도이고,
도 6은 조정 위치에서 도 5에 따른 스프링 장치의 측면도이다.
도면들에 도시된 스프링 장치들은 실린더(1)를 포함하고, 상기 실린더의 내부 공간은 압력하의 가스에 의해 충전되어 있다. 상기 실린더(1)는 자체 제1 단부에서 제1 베이스(2)에 의해 폐쇄되어 있고, 자체 제2 단부에서 제2 베이스(3)에 의해 폐쇄되어 있다. 상기 실린더(1) 내부에는 피스톤(4)이 축 방향으로 이동 가능하게 배치되어 있고, 상기 피스톤은 상기 실린더(1)의 내부 공간을 제1 작동 챔버(5) 및 제2 작동 챔버(6)로 구분한다.
상기 피스톤(4)에는 제1 피스톤 로드(7)가 배치되어 있고, 상기 제1 피스톤 로드는 동축으로 상기 제1 작동 챔버(5)를 통해 연장되며, 제1 가이드- 및 밀봉 유닛(8)에 의해 밀봉되는 방식으로 외부로 가이드 된다.
계속해서 상기 피스톤(4)에는 상기 제1 피스톤 로드(7)와 동일한 횡단면의 제2 피스톤 로드(9)가 배치되어 있고, 상기 제2 피스톤 로드는 동축으로 상기 제2 작동 챔버(6)를 통해 연장되며, 제2 가이드- 및 밀봉 유닛(10)에 의해 밀봉되는 방식으로 외부로 가이드 된다.
상기 제1 작동 챔버(5)를 향하는 상기 제1 베이스(2)의 측면에는 제1 지지 링(13)이 인접하고, 상기 제2 작동 챔버(6)를 향하는 상기 제2 베이스(3)의 측면에는 제2 지지 링(14)이 인접한다. 상기 피스톤(4)의 행정의 최종 위치들에서 이와 같은 피스톤은 상기 제1 지지 링(13) 또는 상기 제2 지지 링(14)에 접촉한다.
도 1 내지 도 4에서 제1 피스톤 로드(7)의 자유 단부에는 제1 고정 소자로서 제1 볼 소켓(ball socket)(15)이 배치되어 있고, 상기 제1 볼 소켓에 의해 상기 제1 피스톤 로드(7)는 도시되지 않은 차량의 플랩에 관절 식으로 연결되어 있다.
도 1 및 도 2에서 실린더(1)는 동축으로 제2 베이스(3)를 넘어서 연장되어 가이드 튜브(18)를 형성하고, 상기 가이드 튜브 내부에는 제2 피스톤 로드(9)가 돌출하며, 상기 가이드 튜브의 단부에는 제2 고정 소자를 형성하는 제2 볼 소켓(23)이 배치되어 있고, 상기 제2 볼 소켓에 의해 상기 실린더(1)에 단단하게 연결된 상기 가이드 튜브(18)가 도시되지 않은 차량의 차체부에 관절 식으로 연결되어 있다.
도 3 및 도 4에서 실린더(1)는 외부 튜브(19) 내부에 삽입되어 있고, 상기 외부 튜브는 제2 베이스(3)를 넘어서 연장되고, 상기 제2 베이스(3) 위에서 연장되는 상기 외부 튜브의 영역은 가이드 튜브(18)를 형성하며, 상기 가이드 튜브 내부에는 제2 피스톤 로드(9)가 돌출한다. 상기 가이드 튜브(18)의 자유 단부에는 제2 고정 소자(20)가 배치되어 있고, 상기 제2 고정 소자에 의해 상기 실린더(1)에 단단하게 연결된 상기 가이드 튜브(18)가 도시되지 않은 차량의 차체부에 배치된다.
도 1 내지 도 4에서 실린더(1) 및 가이드 튜브(18)는 방사 방향 간격을 두고 압축 응력하의 나선 압축 스프링(21)에 의해 둘러싸여 있다.
상기 나선 압축 스프링(21)의 제1 단부는 제1 지지 디스크(22)를 통해 제1 볼 소켓(15)에 지지 된다. 상기 나선 압축 스프링(21)의 제2 단부는 도 1 및 도 2에서 제2 지지 디스크(24)를 통해 제2 볼 소켓(23)에 지지 되고, 도 3 및 도 4에서 제2 고정 소자(20)에 지지 된다.
도 5 및 도 6의 실시예에서 제1 피스톤 로드(7)의 자유 단부에는 제1 고정 소자로서 제1 볼 소켓(15)이 배치되어 있고, 상기 제1 볼 소켓에 의해 상기 제1 피스톤 로드(9)는 자체 일 단부가 플랩(17)에 연결된 아크형 중간 부재(16)에 관절 식으로 연결되어 있다. 상기 중간 부재(16)의 다른 단부는 수평 선회 축(25)을 중심으로 차량의 차체에 선회 가능하게 지지 되어 있다.
이 경우, 상기 제1 볼 소켓(15)은 선회 축(25)에 대해 방사 방향 간격을 두고 상기 중간 부재(16)에 관절 식으로 연결되어 있다.
마찬가지로 선회 축(25)에 대해 방사 방향 간격을 두고 상기 중간 부재(16)에는 압축 응력을 받은 인장 스프링(26)의 일 단부가 맞물리고, 상기 인장 스프링의 다른 단부는 도시되지 않은 차체의 부품에 배치되어 있다.
이 경우, 실린더(1) 및 인장 스프링(26)은 선회 축에 대해 직각으로 연장된다. 실린더(1)와 인장 스프링(26)은 서로 90°보다 작은 각도하에서도 연장될 수 있다.
제2 피스톤 로드(9)는 자체 자유 단부에 제2 볼 소켓(23)을 포함하고, 상기 제2 볼 소켓에 의해 상기 제2 피스톤 로드(9)는 도시되지 않은 차량의 차체부에 관절 식으로 연결되어 있다.
도 1 및 도 2의 실시예에서 피스톤 내부에는 스로틀 보어(11)가 형성되어 있고, 상기 스로틀 보어는 제1 작동 챔버(5)와 제2 작동 챔버(6)를 서로 연결한다.
도 3 및 도 4의 실시예에서 실린더(1)의 내벽 내부에는 축 방향 스로틀 홈(12)이 형성되어 있고, 상기 스로틀 홈은 상기 실린더(1)의 내부 공간의 길이에 걸쳐서 연장된다.
도 5 및 도 6의 실린더(1)의 내부는 도 1 및 도 2 또는 도 3 및 도 4의 내부와 동일한 구조를 갖는다.
제1 피스톤 로드(7)의 인장 방향으로 상기 제1 피스톤 로드(7) 및 피스톤(4)의 축 방향 이동시 가스는 제1 작동 챔버(5)로부터 스로틀 보어(11) 또는 스로틀 홈(12)을 통해 제2 작동 챔버(6) 내로 유입되고, 제1 피스톤 로드(7)의 수축 방향으로 상기 제1 피스톤 로드(7) 및 피스톤(4)의 수축 방향으로 피스톤(4)의 축 방향 이동시 가스는 제2 작동 챔버(5)로부터 스로틀 보어(11) 또는 스로틀 홈(12)을 통해 제1 작동 챔버(6) 내로 유입된다. 이 경우, 상기 스로틀 보어(11) 또는 상기 스로틀 홈(12)에 의해 상기 피스톤(4)의 이동은 감쇠 방식으로 이루어진다.
1 실린더
2 제1 베이스
3 제2 베이스
4 피스톤
5 제1 작동 챔버
6 제2 작동 챔버
7 제1 피스톤 로드
8 제1 가이드- 및 밀봉 유닛
9 제2 피스톤 로드
10 제2 가이드- 및 밀봉 유닛
11 스로틀 보어
12 스로틀 홈
13 제1 지지 링
14 제2 지지 링
15 제1 볼 소켓
16 중간 부재
17 플랩
18 가이드 튜브
19 외부 튜브
20 제2 고정 소자
21 나선 압축 스프링
22 제1 지지 디스크
23 제2 볼 소켓
24 제2 지지 디스크
25 선회 축
26 인장 스프링

Claims (11)

  1. 휴지 위치에서 조정 위치로 이동 가능한 부품을 이동 구동하기 위한 스프링 장치로서,
    상기 이동 가능한 부품은 압축 응력을 받은 스프링에 의해 상기 조정 위치로 하중을 받고, 가스에 의해 충전된 실린더(1)를 구비하고, 상기 실린더는 자체 제1 단부에서 제1 베이스(2)에 의해 폐쇄되어 있고, 자체 제2 단부에서 제2 베이스(3)에 의해 폐쇄되어 있으며, 상기 실린더의 내부 공간은 축 방향으로 이동 가능한 피스톤(4)에 의해 제1 작동 챔버(5) 및 제2 작동 챔버(6)로 구분되어 있고, 상기 제1 작동 챔버(5) 및 상기 제2 작동 챔버(6)는 스로틀(throttle)을 통해 서로 연결되어 있고, 상기 피스톤(4)은 제1 피스톤 로드(7)를 포함하고, 상기 제1 피스톤 로드는 상기 제1 작동 챔버(5)를 관통하여 밀봉되는 방식으로 상기 제1 베이스(2)를 통해 외부로 가이드 되며, 그리고 상기 제1 피스톤 로드의 자유 단부는 상기 이동 가능한 부품 또는 고정된 부품에 고정되어 있는 상기 스프링 장치에 있어서,
    상기 피스톤(4)에는 제2 피스톤 로드(9)가 배치되어 있고, 상기 제2 피스톤 로드는 상기 제2 작동 챔버(6)를 관통하여 밀봉되는 방식으로 상기 제2 베이스(3)를 통해 외부로 가이드 되며,
    상기 제1 피스톤 로드(7)를 등지는 상기 실린더(1)의 단부는 상기 고정된 부품 또는 상기 이동 가능한 부품에 고정되어 있고,
    상기 실린더(1)는 압력하의 가스(pressurized gas)에 의해 충전된 가스 스프링(gas spring)의 실린더(1)인 것을 특징으로 하는,
    스프링 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 피스톤 로드(9)의 자유 단부는 상기 고정된 부품 또는 상기 이동 가능한 부품에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는, 스프링 장치.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제1 피스톤 로드(7) 및 상기 제2 피스톤 로드(9)는 동일한 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는, 스프링 장치.
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 스로틀은 상기 피스톤(4) 내부에서 축 방향으로 관통하도록 형성된 스로틀 보어(11)인 것을 특징으로 하는, 스프링 장치.
  6. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 스로틀은 상기 실린더(1)의 내벽 내부의 축 방향 스로틀 홈(12)인 것을 특징으로 하는, 스프링 장치.
  7. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 스프링은 기계적인 인장 스프링(26) 또는 압축 스프링인 것을 특징으로 하는, 스프링 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 스프링은 나선 압축 스프링(threaded compression spring)(21)이고, 상기 나선 압축 스프링은 동축으로 상기 실린더(1) 및 상기 제1 피스톤 로드(7)를 방사 방향 간격을 두고 둘러싸고, 상기 나선 압축 스프링의 제1 단부는 상기 실린더(1)로부터 돌출하는 상기 제1 피스톤 로드(7)의 영역에 지지 되어 있고, 상기 나선 압축 스프링의 제2 단부는 상기 실린더(1) 또는 상기 실린더(1)에 연결된 부품에 지지 되어 있는 것을 특징으로 하는, 스프링 장치.
  9. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 실린더(1)에 동축으로 연결된 가이드 튜브(guide tube)(18)가 상기 실린더(1)에서 상기 제2 피스톤 로드의 연장 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는, 스프링 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 스프링은 나선 압축 스프링(threaded compression spring)(21)이고, 상기 나선 압축 스프링은 동축으로 상기 실린더(1) 및 상기 제1 피스톤 로드(7)를 방사 방향 간격을 두고 둘러싸고, 상기 나선 압축 스프링의 제1 단부는 상기 실린더(1)로부터 돌출하는 상기 제1 피스톤 로드(7)의 영역에 지지 되어 있고, 상기 나선 압축 스프링의 제2 단부는 상기 실린더(1) 또는 상기 실린더(1)에 연결된 부품에 지지 되어 있고,
    상기 실린더(1)에 동축으로 연결된 가이드 튜브(guide tube)(18)가 상기 실린더(1)에서 상기 제2 피스톤 로드의 연장 방향으로 연장되고,
    상기 나선 압축 스프링(21)은 상기 가이드 튜브(18)를 방사 방향 간격을 두고 둘러싸는 것을 특징으로 하는,
    스프링 장치.
  11. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 이동 가능한 부품은 선회 축(25)을 중심으로 선회 가능한 플랩(flap)(17)이고, 상기 플랩 또는 상기 플랩(17)에 연결된 부품에는 상기 제1 피스톤 로드(7) 및 상기 스프링이 각각 선회 축(25)에 대해 간격을 두고 관절 식으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 스프링 장치.
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