KR102268323B1 - 유압 작동 시스템, 특히 자동차용 유압 클러치 작동 시스템에서 진동을 감소시키기 위한 장치 - Google Patents

유압 작동 시스템, 특히 자동차용 유압 클러치 작동 시스템에서 진동을 감소시키기 위한 장치 Download PDF

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Abstract

유압 작동 시스템에서 진동을 감소시키기 위한 장치(10)는 하우징(12)을 포함하고, 이 하우징 안에는 압력실(14)이 형성되어 있으며, 이 압력실은 적어도 하나의 연결부(16, 18)를 통해 작동 시스템과 유체 연결되어 배치될 수 있고 또한 탄성 막(20)에 의해 경계져 있다. 막은 압력 부하 표면(22), 및 이 압력 부하 표면으로부터 먼쪽에 있고 프로파일부(26)가 제공되어 있는 표면(24)을 가지며, 막은 압력을 받으면 프로파일부를 통해 하우징의 고정 벽 부분(28)에 지지될 수 있고, 프로파일부는 적어도 하나의 웨브(32)를 포함하는 적어도 하나의 웨브 부분(30)을 가지며, 웨브는 웨브 풋트(foot), 벽 부분에 인접하는 웨브 단부, 및 규정된 웨브 단면을 갖는다. 웨브 또는 각각의 웨브는, 웨브 풋트를 통과하면서 압력 부하 표면에 수직하게 또한 웨브 단면에 수직하게 연장되어 있는 개념상의 평면에 대해 비대칭적인 구성으로 되어 있고, 그래서, 막이 미리 정해진 압력 하중을 받으면, 웨브 또는 각각의 웨브는, 웨브 단부가 벽 부분에 지지되면서 방해 없이 미리 정해진 방향으로 좌굴되어 규정된 부피 흡수를 발생시킬 수 있다.

Description

유압 작동 시스템, 특히 자동차용 유압 클러치 작동 시스템에서 진동을 감소시키기 위한 장치{DEVICE FOR REDUCING VIBRATIONS IN A HYDRAULIC ACTUATING SYSTEM, PARTICULARLY HYDRAULIC CLUTCH ACTUATING SYSTEM FOR MOTOR VEHICLES}
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른, 유압 작동 시스템에서 진동을 감소시키기 위한 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 자동차 산업에서 많이 사용되는 자동차용 유압 클러치 작동 시스템에서 진동 또는 압력 맥동을 감소시키기 위한 장치에 관한 것이다.
자동차를 위한 통상적인 유압 클러치 작동 시스템은, 자동차의 페달 브라켓에 장착되는 마스터(master) 실린더 및 변속기 근처에서 차량에 고정되는 슬레이브(slave) 실린더를 포함하고, 그 슬레이브 실린더는 변속기 축에 대해 동축으로 배치되어 통상적으로 또는 중앙 해제 장치로서 구성되며, 마스터 실린더와 슬레이브 실린더는 유압 라인을 통해 함께 유압 연결되어 있다. 유압 마스터 실린더의 피스톤(보상 저장부에 유압 연결되어 있음)은 피스톤 로드에 의해 클러치 페달에 작동 연결되어 있어, 클러치 페달을 밟으면 마스터 실린더가 작동될 수 있고, 그리하여 마스터 실린더 내의 피스톤이 이동하게 된다. 그 경우, 유체 기둥이 유압 라인을 통해 슬레이브 실린더의 방향으로 밀리고 그 슬레이브 실린더에 유압을 가하게 된다. 슬레이브 실린더(보다 정확히는 그의 피스톤)는 해제 레버 및 해제 베어링을 통해, 또는 환형 피스톤과 슬라이딩 슬리브를 갖는 중앙 해제 장치의 경우에는 직접 그 슬라이딩 슬리브에 안착되어 있는 해제 베어링을 통해 피스톤 로드에 의해 마찰 클러치의 해제 기구에 작동 연결되어 배치된다.
마찰 클러치의 결합 해제를 위해 슬레이브 실린더가 유압을 받으면, 피스톤 작동식 해제 기구에 의해 클러치 압력판이 마찰 클러치의 클러치 피동 판으로부터 분리되고, 그 피동 판은 변속기 축에 안착되어 있고 연소 엔진의 크랭크축에 유지되는 플라이휠과 협력하게 된다. 그 결과, 연소 엔진이 자동차의 변속기에서 분리된다. 한편, 마찰 클러치를 재결합시키기 위해 클러치 페달을 놓아주면, 슬레이브 실린더(더 정확히는 그의 피스톤)가 마찰 클러치의 스프링력에 의해 그의 기본 또는 출발 세팅으로 복귀되며, 이 경우, 위에서 언급한 유체 기둥이 유압 라인을 통해 다시 마스터 실린더의 방향으로 이동하게 된다.
이러한 유압 클러치 작동 시스템(유압 유체의 연속적인 흐름이 없는 준정적 유압력 전달 시스템이라고 함)에서, 진동이 연소 엔진, 구체적으로는 그의 크랭크축으로부터 마찰 클러치의 부품, 해제 베어링, 어떤 경우에는 해제 레버, 및 슬레이브 실린더를 경유하여, 슬레이브 실린더와 마스터 실린더 사이의 유압 라인에 있는 유체 기둥에 전달되며, 여기서 진동은 압력 맥동으로서 전파된다.
특히 전형적인 도시 주행시 예컨대 신호 정지 동안에 발을 클러치 페달에 두고 있거나 밟힌 클러치 페달이 유지될 때, 이들 압력 맥동은 클러치 페달에서 운전자에게 진동으로(소위, "얼얼하게(tingling)") 느껴질 수 있다는 것은 이미 불리한 것으로 여겨지고 있다.
이 문제를 처리하기 위한 제안이 종래 기술에 있다(예컨대, DE 36 31 507 C2, DE 40 03 521 C2, DE 195 40 753 C1, DE 101 12 674 C1 또는 DE 103 51 907 A1). 이들 제안에 공통적인 것으로서, 진동 감쇠를 위한 별도의 서브어셈블리(마스터 실린더와 슬레이브 실린더 사이의 유체 기둥을 차단하지 않고 또한 일반적으로 압력 맥동을 만족스럽게 감쇠시킬 수 있음)가 마스터 실린더와 슬레이브 실린더 사이의 유압 라인에 또는 그에 병렬로 삽입 또는 배치되어 있다. 그러나 종래 기술의 해결 방안은 부분적으로 비교적 많은 큰 양의 설치 공간(이러한 공간은 자동차의 엔진 격실에서 항상 충분한 정도로 이용가능한 것은 아님)을 필요로 하고 그리고/또는 장치의 구성은 비교적 복잡하고 그래서 비싸게 되는데, 이는 대량 생산에 바람직하지 않다.
이러한 점을 고려하여, 압력 맥동을 감소시키기 위한 장치가 문헌 WO 2010/084008 A1(도 17 및 18)(청구항 1의 전제부를 형성함)에 제안되어 있는데, 이 장치는 하우징을 가지며, 이 하우징 안에는, 2개의 연결부를 통해 유압 작동 시스템과 유체 연결되어 배치될 수 있는 압력실이 형성되어 있다. 이 종래 기술에서, 제안된 감쇠 조치의 하나로서, 압력실은 탄성 부재에 의해 경계져 있으며, 이 탄성 부재는 그 압력실과 대향하는 압력 부하 표면(pressure-loadable surface) 및 압력실로부터 먼쪽에 있는 표면을 가지고 있다. 그 경우, 압력실로부터 먼쪽에 있는 표면에는 프로파일부가 제공되어 있는데, 상기 막은 압력을 받으면 그 프로파일부를 통해 하우징의 고정 벽 부분에 지지될 수 있고, 프로파일부는 복수의 웨브 부분을 가지며, 이들 웨브 부분 각각은 복수의 웨브를 갖는다. 각 웨브는 하우징의 벽 부분으부터 먼쪽에 있는 웨브 풋트(foot), 벽 부분 근처에 있는 웨브 단부, 및 규정된 웨브 단면을 가지고 있다. 막이 압력을 받고 하우징의 고정 벽 부분에 눌리면, 이 프로파일부는, 존재하는 정압 및 압력 맥동의 진폭에 따라, 압력실에서 규정된 그리고 제한된 부피 흡수를 나타나게 할 것이며, 그리고 이는 장치의 감쇠 특성에 영향을 주게 된다.
일반적으로, 그와 관련하여, 부피 흡수 부품(여기서는, 프로파일부(즉, 막 윤곽)를 갖는 탄성 막)에 의한 가능한 부피 흡수가 높을수록 유체 기둥에서의 압력 맥동이 더 효과적으로 감쇠된다고 말할 수 있다. 그러나, 한편으로, 유압 작동 시스템이 너무 "연성적(soft)"이지 않도록 또한 시스템의 과도한 연성에 따른 페달 이동 손실로 인한 "스폰지(spongy)"같은 작동감 등을 피하기 위해, 유압 작동 시스템의 전체 부피 흡수는 가능한 한 작게 유지되어야 한다.
그러한 정도로, 프로파일드 탄성 부재의 도움으로 압력 맥동을 감소시키기 위한 종래 기술의 장치의 경우에, 감쇠적인(degressive) 부피/압력 특성 곡선을 나타내는 막 윤곽이 있는 것이 일반적인데, 즉 낮은 압력(예컨대, 5 bar 까지)에 대해, 프로파일부가 고정 하우징 벽에 눌릴 때 비교적 큰 부피 흡수가 있고, 더 높은 압력(예컨대, 20 ∼ 30 bar)에서는 그리고 프로파일부가 하우징 벽에 더 강하게 눌릴 때, 상당히 더 작은 부피가 흡수될 수 있다.
이러한 점을 고려하여, 종래 기술의 해결 방안은 프로파일드 막에 의한 비교적 큰 부피 흡수 능력 때문에 유체 기둥 내의 더 낮은 압력에서 전술한 "얼얼함"을 효과적으로 감소시킬 수 있지만, 유체 기둥 내의 압력이 증가하면, 부피 흡수 능력이 상당히 감소하기 때문에 프로파일드 부재에 의한 감쇠 효과를 점진적으로 상실하게 됨이 명백하다. 그러나, 클러치 페달이 밟힐 때, 즉 유체 기둥 내의 압력이 비교적 높을 때, 압력 맥동의 전달을 효과적으로 감소시키는 것도 필요하며, 이러한 이유로, 종래 기술에서는 추가적인 감쇠 수단이 제공되는데(나선형으로 연장되어 있는 나선형 부분을 갖는 추가적인 라인 부분, 교축(throttling) 효과를 갖는 단면 협소부 등), 하지만 그 때문에 어느 정도의 추가적인 비용이 들게 된다.
유체 기둥 내의 압력 맥동의 진폭이 최고인 차량 개별적인 압력 영역(즉, 각각의 유압 작동 시스템 및 이의 진동 거동에 따라 다름)이 있다는 것을 추가로 고려하면, 진동적으로 중요한 압력 영역(더 높은 부피 흡수 능력)에서 나머지 압력 영역에서 보다 더 가파를 수 있는 부피/압력 특성 곡선을 갖는 압력 맥동 감소 장치가 바람직할 것이며, 더 평평한 특성 곡선 경로(더 작은 부피 흡수 능력)는 "더 강성적인(stiffer)" 시스템 거동을 나타낼 것이다.
위에서 개략적으로 설명한 종래 기술에 근거하여, 본 발명의 목적은, 가능한 장 간단하고 가장 경제적이며 또한 가장 컴팩트한 구성을 가지며 또한 프로파일드 탄성 막에 의해 나타나는 진동 감쇠 특성에 대해 최적화되어 있는, 유압 작동 시스템, 특히 자동차용 유압 클러치 작동 시스템에서 진동을 감소시키기 위한 장치를 창안하는 것이다.
이 목적은 청구항 1에 나타나 있는 특징으로 달성된다. 본 발명의 유리하거나 편리한 개량예는 청구항 2 ∼ 15의 내용이다.
본 발명에 따르면, 유압 작동 시스템, 특히 자동차용 유압 클러치 작동 시스템에서 진동을 감소시키기 위한 진동 감소 장치에서, 상기 장치는 압력실이 형성되어 있는 하우징을 포함하고, 이 압력실은 적어도 하나의 연결부를 통해 상기 유압 작동 시스템과 유체 연결될 수 있고 또한 탄성 막에 의해 경계져 있으며, 이 탄성 막은 상기 압력실과 대향하는 압력 부하 표면 및 압력실로부터 먼쪽에 있는 표면을 가지며, 압력실로부터 먼쪽에 있는 상기 표면에는 프로파일부가 제공되어 있으며, 상기 막은 압력을 받으면 상기 프로파일부를 통해 하우징의 고정 벽 부분에 지지될 수 있고, 상기 프로파일부는 적어도 하나의 웨브를 갖는 적어도 하나의 웨브 부분을 가지며, 상기 웨브는 상기 벽 부분으로부터 먼쪽에 있는 웨브 풋트(foot), 벽 부분에 인접하는 웨브 단부, 및 규정된 웨브 단면을 가지며, 상기 웨브 또는 각각의 웨브는, 웨브 풋트를 통과하면서 막의 압력 부하 표면에 수직하게 또한 상기 웨브 단면에 수직하게 연장되어 있는 개념상의 평면에 대해 비대칭적으로 형성되어 있고, 그래서, 막이 미리 정해진 압력 하중을 받으면, 상기 웨브 또는 각각의 웨브는, 벽 부분에서 웨브 단부의 지지되면서 방해 없이 미리 정해진 방향으로 좌굴(buckling)된다.
이와 관련하여, "좌굴(buckle)"(기계 공학에서는, 작용선이 로드의 축선에 있는 좌굴 하중 및/또는 굽힘 모멘트가 작용할 때 곧은 또는 약간 휘어진 로드 또는 바아의 갑작스런 격렬한 파괴가 일어날 때까지의 안정성의 상실로 엄격히 이해됨) 이라는 용어는, 규정된 수준의 압력이 막에 가해지는 경우 웨브(막 측에 있는 웨브 풋트와 막으로부터 먼쪽에 있는 벽 부분에 지탱되는 웨브 단부 사이에서 제자리에 죄어짐)가 그의 비대칭적인 단면으로 인해 미리 정해진 쪽으로 갑작스럽게 또는 갑자기 편향되거나 탄성적으로 휘어지게 됨을 의미한다. 그래서 "좌굴"이라는 용어는, 웨브의 기하학적 구조 및 과정의 메커니즘에 대해 "로드형(rod-shaped) 또는 바아형(bar-shaped)" 또는 "탄성 정역학에서의 오일러 기둥(Euler column)의 좌굴" 등의 의미로 제한적으로 이해되어서는 아니 된다. 웨브의 각각의 기하학적 구조에 따라 좌굴은 기계 용어로 "벌징(bulging)"이라고 할 수 있는데, 기계 공학에서 그 벌징은, 특히, 평면으로부터 판(이 판에 대한 하중은 실질적으로 디스크 응력 상태를 나타냄)의 휨 또는 쉘(이 쉘에 대한 하중은 실질적으로 막 응력 상태를 나타냄)의 휨으로 이해되고 있다. 예컨대, 탄성 막이 관형이고 그래서 회전 대칭형이며 외주에 웨브(또는 웨브들)의 형성을 위한 순회(encircling) 홈이 제공되어 있으면, (각각의) 웨브는 실제 부품에서 압력 하중의 영향을 받아 "지주(strut)"처럼 보다는 판처럼 변형된다. 미리 정해진 압력이 도달되면 (각각의) 웨브(막이 압력을 받으면 단부에서 하중의 고정 벽 부분에 눌리게 됨)는 갑자기 그리고 가역적으로 옆으로 "벗어나게(breaks away)"되며, 그래서 탄성 막은 갑작스럽게 더 큰 부피 흡수를 가능하게 하며, 그 결과, 압력실을 통과하는 압력 맥동이 더 효과적으로 감쇠된다.
다시 말해, 본 발명이 기본 개념은, 탄성 막의 구조부, 더 정확히는 프로파일부(적어도 하나의 웨브를 갖는 적어도 하나의 웨브 부분을 가짐)에서 좌굴 또는 벌징의 특성을 선택적으로 실현하는 데서 나타날 것이다. 그래서, 압력에 대해 기록할 때 프로파일드 탄성 막에 의한 부피 흡수는, 프로파일부의 웨브 구조가 미리 정해진 압력에서 자유롭게 좌굴하기 전에 처음에 실질적으로 선형적으로 진행하며, 그래서 부피/압력 특성 곡선은 갑작스럽게 이 압력으로부터 실질적으로 더 가파르게 연장된다. 부피/압력 특성 곡선의 더 평평하고 감쇠적인 경로는 웨브 구조부의 모든 구조적 요소가 좌굴되었을 때에만 다시 나타나게 된다. 그래서, 특정 압력에서 장치의 부피/압력 특성 곡선의 평평한 영역에서는 "더 강성적인" 시스템 거동이 있게 되는데, 이러한 시스템 거동은 장치의 사용시 자동차용 유압 클러치 작동 시스템에서 단지 작은 페달 이동량 손실 및 양호한 직접적인 작동감을 의미하며, 반면, 부피/압력 특성 곡선의 가파른 "좌굴" 영역(들)에서는, 압력 맥동을 만족스럽게 감쇠시키는 "더 연성적인(softer)" 시스템 거동이 존재한다.
그 경우, 웨브 풋트를 통과하면서 막의 압력 부하 표면에 수직하게 또한 웨브 단면에 수직하게 연장되어 있는 개념상의 평면에 대한 (각각의) 웨브의 비대칭적인 구성은 특별한 중요성을 갖는다. 이와 관련한 효과로서, 특히, 제자리에 죄이는 (각각의) 압력 부하 웨브는 한쪽으로 반대쪽 보다는 더 작은 압력 하중을 지지할 수 있고, 그래서 임계 압력 하중에 도달하면 (각각의) 웨브는 항상 동일한(우선적인) 방향으로 좌굴되며, 그 결과, 균일한 부피 흡수가 있게 되며 그리고 이는 항상 하나의 동일한 임계 압력 하중에서 일어난다. 좌굴 가능한 웨브의 대칭적인 구성(비특정 임계 압력 하중하에서 일 방향 또는 다른 방향으로의 웨브의 "벗어남"은 다소 무작위하게 일어나게 됨)과는 달리, (각각의) 웨브의 청구된 비대칭적인 형태로 인해, 좌굴이 일어나는 압력의 크기에 대해서 뿐만 아니라 막에 의한 결과적인 부피 흡수에 대해서도 항상 쉽게 재현 가능한 결과가 나타난다.
본 발명에 따른 막 구성으로, 감쇠에 특히 효과적인 높은 부피 흡수가, 위에서 개략적으로 설명한 종래 기술에서처럼 낮은 압력에서 뿐만 아니라 준(quasi) 점 형태로 진동적으로 중요한 어떤 압력 범위에서도 특히 웨브 부분(들)의 적절한 설계를 통해 더 많은 설치 공간을 필요로 함이 없이 또는 그러한 목적으로 복잡하고 그래서 값비싼 추가 수단을 제공할 필요 없이 또는 전체적으로 더 연성적인 시스템 거동으로 얻어지는 개선된 감쇠 효과에 대한 대가를 지불함이 없이 이루어질 수 있다는 것이 명백하다. 그래서 본 발명에 따른 장치 개념은 자동차용 유압 클러치 작동 시스템에 적합하며(이러한 유압 클러치 작동 시스템에서는 웨브 부분(들)의 적절한 설계를 통해 차량 개별적인 적합화가 행해질 수 있음), 그래서 탄성 막을 통한 더 높은 부피 흡수 능력은 각각의 자동차에 진동적으로 중요한 압력 범위에서만 주어지며, 막은 압력 맥동을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
탄성 막의 재료 특성 외에, 각각의 웨브의 기하학적 구조도 분명 탄성 막의 좌굴 거동에 결정적인 영향을 준다. 단면에서 볼 때 웨브가 너무 가늘면 그 웨브는 매우 낮은 압력 하중에서도 완전히 좌굴될 것인데, 이는 위의 설명을 유념하면 바람직하지 않다. 반대로, 단면에서 볼 때 웨브가 너무 넓으면, 그 웨브는 좌굴됨이 없이 하우징의 고정 벽 부분 쪽으로 압박만 될 수 있다. 본 발명자가 조사한 바에 의하면, 이러한 점을 고려하여, 막 프로파일부의 유리한 설계에서, (각각의) 웨브의 높이에 대한 (각각의) 웨브의 평균 폭의 비는 막의 비하중(unloaded) 상태에서 1/3 이상이고 1 이하이어야 한다. 이와 관련하여 (각각의) 웨브의 "높이(height)"는, 막의 압력 부하 표면에 수직으로 측정할 때 (각각의) 웨브의 웨브 풋트와 웨브 단부 사이의 거리를 의미하며, (각각의) 웨브의 "평균 폭(mean width)"은, 상기 압력 부하 표면에 수직인 면에 수직인 방향으로 측정되는 최대 웨브 폭과 최소 웨브 폭 사이의 산술적인 평균을 나타낸다.
원리적으로, 웨브의 좌굴 및 일 방향으로의 좌굴을 촉진시키기 위해 다양한 비대칭 웨브 단면, 예컨대 평행사변형, 삼각형 또는 톱니형이 (각각의) 웨브의 비대칭적 구성을 위해 사용될 수 있다. 그러나, 제조 공학적인 이유로, 상기 웨브 단면이 실질적으로 사다리꼴, 특히 직각 사다리꼴 형상을 가지며 웨브 풋트는 그 사다리꼴의 밑변을 형성하는 설계가 특히 선호되고 있다.
추가의 바람직한 실시 형태에서, (각각의) 웨브는 그 웨브의 주 방향으로 연속적으로(uninterrupted) 형성될 수 있는데, 이는 제조 공학적인 면에서 특히 유리하다. 그러나, 탄성 막의 응답 거동을 더 낮은 압력의 방향으로 이동시키기 위해, 웨브는 그의 주 방향으로 단절되어 있도록 구성될 수도 있다. 그러면 웨브는 다소 "덜 안정적(less stable)"으로 되는데, 즉 좌굴이 더 낮은 압력에서 일어나게 된다. 그러한 단절이 적절한 빈도로 나타나 있으면, 훨씬 더 낮은 압력에서 좌굴되는 짧은 좌굴 기둥이 생길 수 있다. 그래서 웨브의 좌굴 거동은 단절의 수에 의해 영향받을 수 있는데, 원리적으로, 웨브가 더 많은 단절을 가질수록 그 웨브는 "덜 안정적"으로 되며, 그래서 더 낮은 압력 하중도 웨브를 움직이기에 충분하다.
본 발명의 개념을 더 따르면, (각각의) 웨브는 상기 웨브 부분의 2개의 홈에 의해 형성될 수 있으며, 이들 홈은 웨브의 폭 만큼 서로 이격되어 있고 또한 압력실로부터 먼쪽에 있는 막의 표면으로부터 형성되어 있고, 막의 비변형 상태에서 상기 웨브는 그의 웨브 단부에 의해, 최대로는 압력실로부터 먼쪽에 있는 상기 표면의 높이까지 연장되어 있다. 탄성 막의 나머지에 대해 상승되어 있는 마찬가지로 가능한 프로파일부와 비교하여, 막 표면에서 뒤로 물러나 있거나 동일면에 있거나 또는 "수용되어(accommodated)" 있는 그러한 웨브 구조는, 유압 작동 시스템의 작동 시작시에, 즉 더 낮은 압력에서 단지 작은 부피 흡수만 탄성 막에 의해 제공되고 나중에는, 즉 진동적으로 중요한 더 큰 압력에서는 더 큰 부피 흡수가 요망되는, 즉, 위에서 논의한 부피 흡수의 도약 및 이에 수반하는 (각각의) 웨브의 좌굴이 요망되는 감쇠 용례에 특히 적합하다.
추가로, 각각의 감쇠 요건에 따라, (각각의) 웨브 부분은 동일한 방향으로 비대칭적으로 형성되어 있는 복수의 웨브를 가질 수 있다. 웨브 부분에 복수의 웨브를 제공함으로써, 탄성 막에 의한 부피 흡수의 크기에 간단한 방식으로 영향을 줄 수 있으며, 더 큰 부피 흡수의 경향이 더 많은 웨브를 통해 가능하게 된다. 그러한 경우, 웨브 부분의 비대칭의 3차원적으로 동일한 배향으로 인해 웨브는 동일한 주 방향으로도 좌굴될 수 있으며, 그래서 웨브는 좌굴시에 서로 방해하지 않으며 그래서 (각각의) 웨브 부분에서 동일한 부피 흡수가 항상 재현 가능한 방식으로 일어나게 된다.
더욱이, 막의 프로파일부는 유리하게 복수의 웨브 부분을 포함할 수 있다. 웨브 부분의 수의 증가와 더불어, 탄성 막에 의한 부피 흡수는 각각의 감쇠 요건에 따라 증가될 수 있다. 또한, 이와 관련하여, 예컨대, 오목한 웨브 구조 또는 동일면 웨브 구조를 갖는 전술한 탄성 막의 경우에, 적어도 2개의 웨브 부분의 홈이 웨브 부분 마다 다른 깊이로 형성되어 있다면, 탄성 막의 증가된 부피 흡수 능력은 더 큰 압력 범위에 걸쳐 "확장(stretched)"될 수 있다. 그래서, 상기 장치는 단지 하나의 "작동점(operating point)"을 가질 필요가 없고 서로 다른 "작동점"을 가질 수 있는데, 진동적으로 중요한 서로 다른 압력 영역에서 압력 맥동을 갑작스럽게 증가된 부피 흡수로 효과적으로 감쇠시키기 위해 각각의 웨브의 좌굴이 압력에 따라 상기 서로 다른 작동점에서 일어나게 된다.
탄성 막의 기본적인 기하학적 구조와 관련하여, 막의 다른 변형예가 가능하다. 그래서, 탄성 막은 예컨대 평평하거나 아치형인 디스크일 수 있고, 압력 벽으로 먼쪽에 있는 디스크의 표면에는 본 발명에 따른 프로파일부가 제공된다. 그러나, 탄성 막이 실질적으로 관형인 설계가 현재 바람직하다. 그리고 본 발명에 따른 프로파일부는 탄성 막의 내주면(압력실로부터 먼쪽에 있음), 또는 바람직하게는, 탄성 막의 외주면(압력실로부터 먼쪽에 있음)에 배치될 수 있다.
실질적으로 관형인 탄성 막에 있는 웨브(들)의 경로와 관련하여, 다른 변형예가 유사하게 가능하다. 그래서, 웨브는 예컨대 탄성 막의 원주 표면에서 나선형으로 또는 나사선 형태로 연장되어 있을 수 있다. 그러나, 특히, 간단한 제조와 관련해서는, 웨브는 실질적으로 관형인 상기 막의 외주에서 순회하도록 또는 관형 탄성 막의 길이 방향으로 연장되어 있도록 형성되는 것이 바람직하다.
원리적으로, 탄성 막용 재료로서 다양한 재료가 사용될 수 있다. 그래서, 특히, 광유(mineral oil)를 함유하는 유체가 유압 작동 시스템에 사용되는 경우, 예컨대, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티롤 고무(NBR) 또는 수소화 아크릴로니트릴-부타디엔-스티롤 고무(HNBR)에 기반한 탄성 중합체가 사용될 수 있다. 그러나, 자동차용 유압 클러치 작동 시스템에 있는 통상적인 유체에 대한 내구성과 관련해서는, 에틸렌-프로필렌-디엔 고무(EPDM)에 기반한 탄성 중합체로 이루어진 탄성 막이 현재 바람직하다.
기본적으로, 상기 장치의 하우징은 그 장치가 유압 작동 시스템과 병렬로 연결될 수 있게 해주는 단지 하나의 연결부를 갖도록 설계될 수 있다. 그러나, 하우징이 제1 연결부와 제2 연결부를 갖는 구성이 바람직한데, 제1 및 2 연결부에 사이에 상기 압력실이 배치되고, 상기 장치는 상기 제1 및 2 연결부를 통해 유압 작동 시스템에 직렬로 연결될 수 있어, 유체 유동이 상기 제1 및 2 연결부 사이에서 압력실을 통과할 수 있는데, 이리하여, 단지 하나의 연결부를 갖는 위에서 언급한 대안예와 비교하여, 단지 작은 유동 저항에 대해 더 양호한 감쇠 작용이 일어난다.
두 하우징 연결부의 배치는 바람직하게는, 상기 제1 연결부, 압력실을 둘러싸는 관형 막, 및 제2 연결부가 공통 축선 상에서 상기 하우징 안에 서로 앞뒤로 위치되도록 되어 있고, 각 연결부는, 상기 공통 축선에 대해 실질적으로 횡으로 연장되어 있는 유동 방향 전환 연결 부분을 통해 압력실과 유체 연결된다. 이러한 구성의 결과 유리하게도, 유체 기둥에서 압력 맥동은 전술한 바와 같이 진동 감쇠적인 방식으로 "다루어(dealt with)" 지도록 관형 막에 거의 전달된다.
또한, 상기 장치의 이 실시 형태에서, 상기 연결부의 공통 축선을 따라 또는 그에 평행하게 연장되어 있는 스로틀 보어가 감쇠 효과의 증가를 위해 상기 제1 연결부 측 및/또는 제2 연결부 측에서 압력실과 연결 부분 사이에 제공될 수 있고, 그래서 유압 작동 시스템이 작동될 때 유체 기둥의 일 부분이 (각각의) 스로틀 보어를 통해 이동하게 된다.
마지막으로, 2개의 하우징 연결부가 직렬로 있는 경우에, 상기 장치는, 제1 연결부가 마스터 연결부이고 제2 연결부는 슬레이브 연결부가 되도록 구성될 수 있으며, 이러한 경우, 연결부의 상기 공통 축선을 따라 또는 그에 평행하게 연장되어 있는 추가 스로틀 보어 또는 수축부가, 압력실의 방향으로 제1 연결부에서 볼 때, 연결 부분의 앞에 제공된다. 이러한 추가 스로틀 보어(압력실로부터 마스터 연결부로 갈 때의 추가적인 저항을 나타냄) 덕분에, 탄성 막은 슬레이브 연결부를 지나 상기 장치 안으로 들어가는 압력 맥동을 흡수하거나 감소시킬 수 있는 "기회(opportunity)"를 더 많이 갖게 되다.
이하, 첨부된 개략적인 도면을 참조하여 본 발명을 바람직한 실시 형태 및 그에 대한 변형예를 가지고 더욱 상세히 설명할 것이며, 도면에서 동일한 참조 번호는 동일하거나 대응하는 부품을 나타내고 탄성 중합체 부품은 도시의 단순화를 위해 일반적으로 비변형 상태로 나타나 있다.
도 1은 자동차용 유압 클러치 작동 시스템에서 진동을 감소시키기 위한 본 발명에 따른 장치의 종단면도를 나타내는 것으로, 그 장치는 하우징을 가지며, 이 하우징 안에는, 도 1에서 우측에서 좌측으로 볼 때, 주요 부품으로서, 제1 플러그 커넥터, 이 플러그 커넥터 안에 수용되는 압입 슬리브, 부피 흡수를 위해 외주측에서 프로파일부를 갖는 관형 탄성 막(반경 방향 외측에서 하우징 내 압력실의 경계를 이룸), 및 제2 플러그 커넥터가 장착되어 있다.
도 2는 도 1에 따른 장치의 개별 부품으로서의 하우징의 종단면도를 나타낸다.
도 3은 도 1에 따른 장치의 개별 부품으로서의 제1 플러그 커넥터의 종단면도를 나타낸다.
도 4는 도 1에 따른 장치의 개별 부품으로서의 압입 슬리브의 종단면도를 나타낸다.
도 5는 도 1에 따른 장치의 개별 부품으로서의 제2 플러그 커넥터의 종단면도를 나타낸다.
도 6은 도 1에 따른 장치의 개별 부품으로서의 관형 탄성 막의 종단면도를 나타낸다.
도 7은 부피 흡수를 위해 탄성 막에 제공되어 있는 프로파일부를 상세히 나타내기 위해 도 6의 Ⅶ 부분을 확대하여 나타낸 것으로, 프로파일부의 웨브는 순회하도록 막의 외주에 형성되어 있다.
도 8은 부피 흡수를 위해 탄성 막에 형성되어 있고 순회 웨브를 갖는 프로파일부의 일 변형예를 도 6 및 7에 대응하는 도시의 방식으로 상세히 확대하여 나타낸 것이다.
도 9는 대안적으로 형성된 부피 흡수용 프로파일부를 갖는 관형 탄성 막의 측면도를 도 6에 비해 감소된 척도로 나타낸 것으로, 프로파일부의 웨브는 길이 방향으로 연장되어 있도록 막의 외주에 형성되어 있다.
도 10은 도 9의 X - X 단면선에 대응하는, 도 9에 따른 관형 탄성 막의 단면도를 나타낸다.
도 11은 부피 흡수를 위해 도 9에 따른 탄성 막에 제공되어 있는 프로파일부, 특히 그 프로파일부의 웨브의 비대칭적인 구조를 상세히 나타내기 위해 도 10의 ⅩⅠ부분을 확대하여 나타낸 것이다.
도 12는 탄성 막의 프로파일부(도 8에 따라 형성되어 있음)의 경우에 FEM(Finite Element Method) 계산 모델의 결과에 따라 부피 흡수(㎣)를 압력(bar)에 따라 기록한 선도를 나타내는 것으로, 프로파일부의 웨브는 본 발명에 따라 비대칭적으로 형성되어 있고, 0 bar의 압력에 대해서 비변형 상태로 도시되어 있고 어느 정도 15 bar 이상의 압력에 대해서는 규정된 좌굴 상태로 도시되어 있다.
도 13은 도 12에 따른 선도와 유사한 선도를 나타내는 것으로, 여기서도, 탄성 막에 있는 프로파일부의 경우에 FEM 계산 모델의 결과에 따라 부피 흡수(㎣)가 압력(bar)에 따라 기록되어 있고, 그 프로파일부의 웨브는 본 발명과는 달리 대칭적으로 형성되어 있고, 0 bar의 압력에 대해서 비변형 상태로 도시되어 있고 대략 15 ∼ 22 bar의 압력 범위에 대해서는 규정되지 않은 다양한 좌굴 상태로 도시되어 있다.
도 1에서 참조 번호 "10"은 전체적으로, 예컨대 자동차용 유압 클러치 작동 시스템과 같은 유압 작동 시스템에서 진동을 감소시키기 위한 진동 감소 장치를 나타낸다. 상기 장치(10)는 하우징(12)을 포함하며, 이 하우징 안에는, 적어도 하나의 연결부(도시되어 있는 실시 형태의 경우에는 2개의 연결부(16, 18))를 통해 유압 작동 시스템과 유체 연결될 수 있는 압력실(14)이 형성되어 있다. 그와 관련하여, 압력실(14)은 연결부(16, 17) 사이에 배치되어 있고, 이 구성에서 상기 장치(10)는 그 연결부를 통해 유압 작동 시스템에 직렬로 연결될 수 있어, 유체 유동이 압력실(14)을 통해 연결부(16, 18) 사이를 지날 수 있다.
그 경우 장치(10)의 압력실(14)은 탄성 막(20)(도 6에 개별적으로 나타나 있음)에 의해 경계져 있으며, 이 탄성 막은 압력실(14)과 대향하는 압력 부하 표면(22) 및 압력실(14)로부부터 먼쪽에 있는 표면(24)을 가지고 있다. 더 상세히 설명하겠지만, 상기 표면(24)에는 프로파일부(26)가 제공되어 있는데, 막(20)이 압력 하중을 받을 때 상기 프로파일부를 통해 하우징(12)의 고정 벽 부분(28)에 지지될 수 있다.
프로파일부(26)는 적어도 하나의 웨브 부분(도시되어 있는 실시 형태에서는 복수의 웨브 부분(30))을 포함하며, 각 웨브 부분은 적어도 하나의 웨브(32)를 가지고 있다. 특히 도 6 및 7에서 명백하듯이, 막(20)의 장착 상태에서 각 웨브(32)는, 하우징(12)의 벽 부분(28)으로부터 먼쪽에 있는 웨브 풋트(foot)(34)(각 경우 도 7에서 대시선으로 나타나 있음), 하우징(12)의 벽 부분(28) 근처에 있는 웨브 단부(36), 및 규정된 웨브 단면을 가지고 있다. 유사하게 더 상세히 설명하겠지만, 각각의 웨브(32)는 각각의 개념상의 평면(E)(각 경우 도 7에서 웨브 풋트(34)의 중심에서 일점 쇄선으로 나타나 있고, 웨브 풋트(34)를 통과하면서 막(20)의 압력 부하 표면(22)에 수직하게 또한 상기 웨브 단면에 수직하게 연장되어 있음)에 대해 비대칭적으로 형성되어 있고, 그래서, 막(20)이 미리 정해진 압력 하중을 받으면, 웨브 단부(36)가 하우징(12)의 고정 벽 부분(28)에 지지되면서 각 웨브(32)는 방해 없이 미리 정해진 방향으로 좌굴된다는 것이 중요하다.
도 1에서 추가로 알 수 있듯이, 도 2에 개별적으로 나타나 있는 상기 하우징(12)(플라스틱 재료로 사출 성형됨) 및 도 6에 도시되어 있는 상기 탄성 막(20)(예컨대, 에틸렌-프로필렌-디엔 고무(EPDM)에 기반한 탄성 중합체로 이루어짐) 외에도, 상기 장치(10)(작동시 움직이지 않는 단지 몇 개의 부품으로 형성됨)는, 플라스틱 재료로 사출 성형되고 하우징(12) 안에 고정되어 그 하우징을 완성시키는 다른 부품을 더 포함한다. 이들 부품, 즉 플러그 요소로서 상기 장치(10)의 연결부(16)를 형성하는 제1 플러그 커넥터(38)(도 3), 이 제1 플러그 커넥터 안에 수용되는 압입 슬리브(40)(도 4), 및 소켓 부품으로서 상기 장치(10)의 연결부(18)를 형성하는 제2 플러그 커넥터(42)(도 5)가 도 3 ∼ 5에 개별적으로 나타나 있다.
도 2에 따르면, 그 경우 상기 장치(10)의 하우징(12)에는 중앙 단차형 통로 보어(bore)(44)가 제공되어 있고, 이 통로 보어는 실질적으로 3개의 부분(도 2에서 좌측에서 우측으로 가면서 직경이 감소됨), 특히, 상기 제2 플러그 커넥터(42)를 위한 고정 부분(46)(도 2에서 좌측에 있음), 상기 탄성 막(20)을 위한 압력 표면 또는 상대 표면인 중앙 고정 벽 부분(28), 및 상기 제1 플러그 커넥터(38)를 위한 관통 부분(48)(도 2에서 우측에 있음)을 가지고 있다.
제1 플러그 커넥터(38)는 하우징(12)의 관통 부분(48) 안에 압입 연결로 고정되며, 제1 플러그 커넥터(38)의 외주에 일체적으로 형성되어 있는 환형 칼라(50)가 하우징(12)의 내부에서 그 하우징(12)의 어깨부(52)에 지탱되고, 그 어깨부는 통로 보어(44)의 벽 부분(28)과 관통 부분(48) 사이에 형성되어 있다. 도 1에 나타나 있는 압입 상태에서, 제1 플러그 커넥터(38)는 플러그의 기하학적 구조(그 자체는 알려져 있음)에 의해 하우징(12)을 넘어 돌출되어 있고, 외주에서 축방향으로 서로 이격되어 있는 2개의 반경 방향 홈(54, 56)을 가지며, 이들 홈 중의 외측 반경 방향 홈(54)은 (수용) 상대부(나타나 있지 않음)에 대한 시일링을 위한 O-링(58)을 수용하는 역할을 하고, 상기 장치(10)의 장착 상태에서 제2 반경 방향 홈(56)은 스프링 강 와이어로 된 고정 요소(도시되어 있지 않고, (수용) 상대부에 체결됨)를 수용한다.
제1 플러그 커넥터(38)의 다른 반경 방향 홈(60)은 도 1 및 3에서 환형 칼라(50)의 좌측에서 이 환형 칼라에 인접해 있고 막(20)의 단부 시일링 구조(62)(도 6 참조)를 수용하는 역할을 하며, 그 막은 이 실시 형태에서 실질적으로 관형이다. 도 1 및 3에서 반경 방향 홈(60)의 좌측 다음에는, 제1 플러그 커넥터(38)가 실질적으로 환형인 수용/중심맞춤 부분(66)으로 끝나기 전에 추가 환형 칼라(64)가 있으며, 그 수용/중심맞춤 부분의 외경은 막(20)의 내주 표면(22)의 내경 보다 작게 되어 있어, 제1 플러그 커넥터(38)의 상기 수용/중심맞춤 부분(66)은 반경 방향 내측에서 상기 장치(10)의 실질적으로 환형인 압력실(14)의 경계를 이루게 된다.
내주에서 제1 플러그 커넥터(38)에는, 유사하게, 도 1 및 3에서 우측에서 또한 상기 수용/중심맞춤 부분(66)에 인접하여, 한번 단차진 중앙 통로 보어(68)가 제공되어 있고, 이 보어는 더 큰 직경을 갖는 보어 부분(70)(도 1에서 좌측에 있음)을 갖는데, 이 보어 부분은 도 1에 나타나 있는 바와 같이 압입 슬리브(40)의 관형 돌출부(72)를 꽉 끼이게 수용하는 역할을 하며, 통로 보어(68)의 소경 보어 부분(도 1에서 우측에 있음)은 상기 연결부(16)의 완전한 개구 단면을 규정하다.
상기 압입 슬리브(40)는 추가로 헤드(74)를 가지고 있는데, 이 헤드는 외주에서 한번 단차져 있고 관형 돌출부(72)가 그 헤드로부터 도 1 및 4에서 우측으로 연장되어 있다. 그 경우, 압입 슬리브(40)의 헤드(74)는, 관형 돌출부(72)와 연결되어 있는 소경 중간 부분(76), 및 자유 단부에 있는 대경 칼라 부분(78)을 포함한다. 압입 슬리브(40)는 헤드(74)의 칼라 부분(78)에 의해 기계적으로 확고한 마찰 결합으로 제1 플러그 스터브(stub) 관(38)의 상기 수용/중심맞춤 부분(66) 안에 유지되지만, 헤드(74)의 중간 부분(76)은, 제1 플러그 커넥터(38)의 수용/중심맞춤 부분(66)의 내주 표면과 함께, 압입 슬리브(40)와 플러그 커넥터(38) 사이에서 환형 중간 공간(79)(도 1 참조)의 경계를 이루게 된다.
또한, 압입 슬리브(40)의 헤드(74)의 중간 부분(76)에는 2개의 횡방향 보어(80)가 제공되어 있는데, 이들 보어는 서로에 대해 또한 관형 돌출부(72)에 대해 직각으로 연장되어 있고 도 1에 나타나 있는 바와 같이 중간 공간(79)과 연통한다. 제1 플러그 커넥터(38)의 상기 수용/중심맞춤 부분(66)에 있는 서로 정반대쪽의 연결 보어(82)(압입 슬리브(40)의 헤드(74)에 있는 횡방향 보어(80) 중의 하나와 선택적으로 정렬됨)이 중간 공간(79)을 플러그 커넥터(38)와 막(20) 사이의 압력실(14)에 연결한다. 더욱이, 압입 슬리브(40)에서 헤드(74)의 영역에는, 상기 횡방향 보어(80)와 헤드(74)의 칼라 부분(78)의 내부를 연결하는 스로틀(throttle) 보어(84)가 제공되어 있다.
도 1에서 추가로 명백한 바와 같이, 결국 상기 제1 플러그 커넥터(38)의 수용/중심맞춤 부분(66)은 그의 자유 단부(길이 방향 슬롯(86)이 제공되어 있음)에서, 제2 플러그 커넥터(42)의 중심맞춤 칼라(88)를 꽉 끼이게 수용하는 역할을 한다.
도 1 및 5에 따르면, 제2 플러그 커넥터(42)는 소켓 또는 수용 부품으로서 구성되어 있으며, 그 자체 알려져 있고 리세스(recess)(90)((플러그) 상대부(나타나 있지 않음)가 삽입될 수 있음)를 포함하는 내주의 수용 구조, 및 스프링 강 와이어로 된 고정 요소(91)(도 1에 나타나 있음)를 가지며, 이 고정 요소는 대체로 외주에 배치되고 또한 플러그 슬롯(92)(상기 연결부(18)에 대해 횡으로 연장되어 있음)을 통해 제2 플러그 커넥터(42)에 결합하여, 장치(10)의 장착 상태에서 상기 (플러그) 상대부를 그 자체 알려진 방식으로 상기 리세스(90)에 고정시키게 된다.
제2 플러그 커넥터(42) 자체는 유사한 방식으로 하우징(12) 안에 기계적으로 확고하게 유지되며, 플라스틱 재료로 된 요크(yoke)형 고정 요소(도 1에서 "93"으로 나타나 있음)가, 반경 방향 홈(95)(제2 플러그 커넥터(42)의 외주에 형성되어 있음)과 결합하여 배치되어 그 제2 플러그 커넥터(42)를 하우징(12) 안에 유지시키도록 관련 리세스(94)를 통해 하우징(12)의 체결 부분에 크로스 슬라이드 방식으로 결합한다.
제2 플러그 커넥터(42)의 외주에는 도 5에서 상기 반경 방향 홈(95)의 우측 다음에는 부분적으로 모따기된 결합 부분(96)이 있는데, 이 결합 부분은, 하우징(12)의 고정 부분(46)과 중공 원통형 벽 부분(28) 사이에 있는 상보적인 형태의 천이 부분(97)과 함께, 제2 플러그 커넥터(42)가 하우징(12) 안으로 들어가는 축방향 삽입 깊이를 제한하다. 막(20)을 위한 고정 부분(98)이 도 5에서 우측에서 한 단차부 다음에 제2 플러그 커넥터(42)의 결합 부분(96)에 인접해 있고, 도 1에서 좌측에 있는 막(20)의 단부를 내주에서 구속하기 위해 상기 고정 부분에는 톱니형 프로파일부가 제공되어 있다. 도 5에서 상기 고정 부분(98)의 우측 다음에는 제2 플러그 커넥터(42)의 소경 단부(98)가 있으며, 이 소경 단부는 제1 플러그 커넥터(38)의 상기 수용/중심맞춤 부분(66)과 유사하게 반경 방향 내측에서 환형 압력실(14)(도 1 참조)의 경계를 이룬다.
도 1 및 5에 따르면, 제2 플러그 커넥터(42)에 있는 상기 리세스(90)는 단부(99)의 영역에서 축방향으로 제2 플러그 커넥터(42)의 기부(100)에서 끝나며, 중심맞춤 칼라(88)가 그 기부에 인접해 있다. 기부(100)에는 편심적으로 배치된 스로틀 보어(102)가 제공되어 있으며, 이 보어는 제2 플러그 커넥터(42)의 리세스(90)와 중심맞춤 칼라(88)의 내부를 연결한다. 마지막으로, 제2 플러그 스터브 관(42)에는 횡방향 보어(104)가 또한 형성되어 있는데, 이 횡방향 보어는 리세스(90)와 압력실(14)을 연결하도록 상기 단부(99)를 완전히 관통해 있다.
그러한 정도로, 상기 장치(10)의 장착 상태(도 1 참조)에서, 제1 연결부(16), 압력실(14)을 둘러싸는 관형 막(20), 및 제2 연결부(18)는 공통 축선(A) 상에서 하우징(12)에 연속적으로 배치된다. 그 경우, 각 연결부(16, 18)는, 상기 공통 축선에 대해 실질적으로 횡으로 연장되어 있는 유동 방향 전환 연결 부분(105, 106)을 통해 압력실(14)과 유체 연결되고, 도시되어 있는 실시 형태에서 상기 연결 부분(105)은 제1 연결부(16) 측에서, 압입 슬리브(40)의 중간 부분(76)에 있는 횡방향 보어(80), 압입 슬리브(40)와 플러그 커넥터(38) 사이의 중간 공간(79), 및 제1 플러그 커넥터(38)에 있는 연결 보어(82)를 포함하고, 상기 연결 부분(106)은 연결부(18) 측에서 횡방향 보어(104)로 형성된다. 압력실(14) 자체는 제1 플러그 커넥터(38)의 수용/중심맞춤 부분(66)에 있는 길이 방향 슬롯(86)을 통해 압입 슬리브(40)와 플러그 커넥터(42) 사이의 내부 공간(108)과 연통하며, 이 내부 공간은 반경 방향에서 압입 슬리브(40)의 칼라 부분(78), 제1 플러그 커넥터(38)의 수용/중심맞춤 부분(66) 및 제2 플러그 커넥터(42)의 중심맞춤 칼라(88)에 의해 경계져 있다. 더욱이, 제1 연결부(16) 측에서 압력실(14)과 연결 부분(105) 사이에 스로틀 보어(84)가 추가로 제공되어 있고, 또한 제2 연결부(18) 측에서 압력실(14)과 연결 부분(106) 사이에는 스로틀 보어(102)가 추가로 제공되어 있으며, 이들 스로틀 보어는 내부 공간(108)과 길이 방향 슬롯(86)을 통해 압력실(14)과 유체 연결되며 또한 상기 공통 축선(A)을 따라 또는 그에 평행하게 연장되어 있다.
상기 장치(10)를 유압 작동 시스템에 설치하는 것은 바람직하게는, 제1 연결부(16)가 마스터 연결부로서 기능하고 제2 연결부(18)는 슬레이브 연결부로서 기능하도록 수행된다. 그 경우, 압입 슬리브(40)의 관형 돌출부(72)는 추가 스로틀 보어(110)를 형성하는데, 압력실(14)의 방향으로 제1 연결부(16)에서 볼 때, 그 추가 스로틀 보어는 연결 부분(105)의 앞에 있고 거기서 공통 축선(A)을 따라 연장되어 있다.
상기 탄성 막(20)은 특히 하우징(12)과 제1 플러그 커넥터(38) 사이에서 또한 하우징(12)과 제2 플러그 커넥터(42) 사이에서 주변 환경에 대해 상기 장치(10)를 시일링한다. 이에 대한 추가 상세는 도 1 및 6에서 알 수 있다. 따라서, 도 6에서 우측에 있는 막(20)의 단부에 형성되어 있는 시일링 구조(62)는 하우징(12)과 제1 플러그 커넥터(38) 사이를 시일링하는 역할을 한다. 상기 시일링 구조는, 압력실(14)과 대향하는 막(20)의 표면(22)으로부터 반경 방향 내측으로 돌출되어 있고 제1 플러그 커넥터(38)의 반경 방향 홈(60)에 수용되는 실질적으로 구형의 환형 칼라(112), 압력실(14)로부터 먼쪽의 표면(24)에 형성되어 있는 순회 시일링 비드(bead)(114), 및 환형 칼라(112)에서 압력실(14)을 향하는 측에 형성되어 있는 축방향 홈(116)을 포함한다. 압력실(14)로부터 막(20)의 축방향 홈(116)에 발생되는 압력은 그의 시일링 구조(62)를 하우징(12)과 플러그 커넥터(38)의 인접 표면에 추가로 누르게 됨이 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 또한, 도 1 및 6에서 좌측에 있는 막(20)의 단부에서 압력실(14)로부터 먼쪽의 표면(24)에는 순회 시일링 비드(118)가 제공되어 있는데, 벽 부분(28)이 하우징(12)과 접촉할 때 그 순회 시일링 비드는 톱니형 프로파일부를 갖는 막(20)의 좌측 단부를 제2 플러그 연결부(42)의 고정 부분(98)에 단단히 누르고 또한 그 경우에 하우징(12)과 제2 플러그 커넥터(42) 사이에 시일을 제공하는 역할을 한다.
탄성 막(20)에 있는 웨브(32)의 기하학적 구조에 대한 추가 상세 및 그의 효과는 다음에 도 7, 8, 12 및 13을 참조하여 설명할 것이다. 이와 관련하여, 도 7은 부피 흡수를 위한 프로파일부(도 1에 따른 실시 형태의 막(20)에 형성되어 있음)의 일 부분을 나타내는데, 여기서 각각의 웨브 부분(30)은 단지 하나의 웨브(32)를 가지고 있고, 도 8은 각각의 웨브 부분(30)이 2개(또는 그 이상)의(그래서 복수의) 웨브(32)를 갖는 변형예를 도시하며, 웨브는 동일한 방향을 향하여 비대칭적으로 형성되어 있다.
우선, 웨브 단면은 실질적으로 사다리꼴, 특히 직각 사다리꼴의 형태를 갖는다는 것이 이들 실시예에 공통적이며, 각각의 웨브 풋트(34)는 사다리꼴의 밑변을 형성된다. 이와 관련하여, 각각의 웨브(32)는 대응하는 웨브 부분(30)의 2개의 홈(120)에 의해 형성되며, 이들 홈은 각각의 웨브(32)의 폭 만큼 서로 이격되어 있고 또한 압력실(14)로부터 먼쪽에 있는 막(20)의 표면(24)으로부터 형성되어 있고, 막(20)의 도시되어 있는 비변형 상태에서 웨브(32)는 그의 웨브 단부(36)에 의해, 최대로는 압력실(14)로부터 먼쪽에 있는 표면(24)의 높이까지 연장되어 있다.
도 7에 따르면, 상기 홈(120)은 웨브 부분(30) 마다 다른 깊이를 갖도록 적어도 2개의(여기서는 모두(도 1 및 6 참조)) 웨브 부분(30)으로 형성되어 있다. 그 결과, 도 1, 6 및 7에 따른 실시 형태에서, 다른 웨브 부분(30)의 웨브(32)는 다른 높이를 가지고 있어 압력을 받으면 다른 좌굴 거동을 보이게 된다. 이와는 달리, 도 8에 따른 변형예에서는, 모든 웨브(32)는 동일한 높이를 가지고 있으며, 그래서 웨브(32)의 좌굴은 대략 하나의 동일한 압력에서 일어날 수 있다. 일반적으로, 개별 웨브(32)의 높이에 대한 평균 폭의 비는, 서두에서 이미 언급한 바와 같이 1/3 이상이고 1 이하이어야 한다.
도 7 및 8에 따른 실시예에서, 개별 웨브(32)는 결국 실질적으로 관형인 막(20)의 외주에서 완전히 순회적이며, 그래서 웨브(32)는 그의 주 길이, 즉 주 방향으로 연속적으로 되어 있다.
이제 도 12 및 13은, 웨브(32)의 선택된 비대칭 단면 형상(도 12에서 상좌측의 도시 참조)의 효과를, 본 발명에 따른 것과는 다른 대칭 단면 형상을 갖는 웨브(도 13에서 중앙 좌측의 도시 참조)와 비교하여 도시한 것이다. 이 경우, 도 12 및 13에 도시되어 있는 특성 곡선과 변형은 다음과 같은 파라미터를 갖는 FEM 계산 모델로 얻어진 것이다: 각 경우 계산은 5.9 mm의 내경과 9.2 mm의 외경을 갖는 회전 대칭형 원통 관(전술한 탄성 막(20)과 유사함)으로 수행되었다. 70 쇼어(Shore) A 경도를 갖는 고무가 원통 관용 재료로서 시뮬레이션되었다. 웨브의 높이 또는 자유 길이는 1.1 mm 였고 대칭 단면 형상을 갖는 웨브의 폭은 0.5 mm 였다. 0 ∼ 30 bar의 압력이 내벽에 가해졌다. 원통 관의 외벽과 측면은 고정된 벽 표면에 의해 경계져 있다.
본 발명에 따른 웨브(32)의 비대칭 프로파일에 대한 결과(도 12에 나타나 있음)는 다음과 같이 요약될 수 있다: 제1 부분 영역(Ⅰ)에서, 웨브(32)의 좌굴 전에, 부피/압력 특성 곡선은 평평하게 또한 실질적으로 선형적으로 또는 약간만 감쇠적으로(degressively) 연장되어 있다. 웨브(32)는 높이가 다소 압축되며, 그래서, 비교적 작은 부피 증가가 있게 된다.
각각의 웨브(32)에 작용하는 압력과 힘이 더 증가되면, 웨브(32)의 안정성이 상실된다. 그 웨브(32)는 규정된 균일한 좌굴 방향(여기서는 우측)으로 옆으로 경사지거나 좌굴된다(도 12에서 우측에 있는 웨브(32)의 도시 참조). 이 경우, 예컨대 부품 공차, 국부적인 마찰 변화, 재료 변동, 진동 및 온도 변화와 같은 영향은 좌굴 방향의 변화를 야기하지 않으며, 규정된 좌굴 방향이 유지된다. 이 제2 부분 영역(Ⅱ)에서, 부피/압력 특성 곡선은 거의 도약 방식으로, 즉 매우 가파르고 점진적으로 연장되어 있다.
다음의 제3 부분 영역(Ⅲ)에서는, 부피/압력 특성 곡선은 다시 평평하게 또는 실질적으로 선형적으로 또는 약간만 감쇠적으로 연장되어 있다. 압력이 더 증가되는 경우, 좌굴된 웨브(32) 사이의 잔류 공간은 감소하게 되며, 그리하여, 추가적인 다소 작은 부피 증가가 있게 된다.
결과적으로, 비대칭 단면 형상을 갖는 웨브(32)의 명확히 규정된 좌굴 방향 때문에 항상 재현가능한 부피/압력 특성 곡선이 나타나게 된다. 이와 관련하여, 특히 막(20)의 탄성 재료 및 웨브(32)의 기하학적 구조로 좌굴의 압력 값에 영향을 줄 수 있다. 그래서, 부품의 강성은 쇼어 경도의 증가에 따라 증가하게 되며, 그 결과, 부피/압력 특성 곡선의 "좌굴점(buckling point)"은 우측으로 이동하게 된다(더 높은 압력). 이와는 달리, 더 연한 고무 혼합물이 사용되는 경우에는, 압력이 좌측으로 더 낮은 압력 쪽으로 이동될 수 있다. 웨브(32)의 기하학적 구조와 관련하여, "더 가느다란(more slender)" 형태의 웨브(32)(더 얇고 그리고/또는 더 높은)를 선택하면 웨브(32)는 더 낮은 압력에서 좌굴된다고 말할 수 있다. 이와는 달리, 웨브(32)의 강성이 증가되면(더 두껍고 그리고/또는 더 낮은), 웨브(32)는 더 높은 압력에서만 좌굴된다. 물론, 웨브(32)의 폭이 너무 크지 않도록 그리고/또는 웨브(32)의 높이가 너무 작지 않도록 해야 필요가 있는데, 그렇지 않으면, 웨브(32)는 옆으로 좌굴되지 못하고 따라서 부피/압력 특성 곡선에서 점진적인 부분 영역이 없기 때문이다.
본 발명에 따르지 않은 웨브의 대칭 프로파일에 대한 도 13에 도시되어 있는 결과는 다음과 같이 요약될 수 있다: 대칭적으로 형성된 웨브는 규정되지 않은 좌굴 방향 또는 규정되지 않은 좌굴 거동을 갖는다. 약간의 변화라도 생기면, 그 결과, 동일한 웨브는 어떤 때에는 좌측으로 좌굴되고 다른 때에는 우측으로 좌굴될 수 있다. 마찰의 국부적인 변화, 부품 공차, 진동, 재료 변동 및 온도 변화가 영향을 주는 가능한 요인이라고 생각될 수 있다. 따라서, 웨브는 도 13에 나타나 있는 바와 같이 다음과 같은 방향으로 좌굴될 수 있다: a) 양 웨브가 우측으로 좌굴됨; b) 양 웨브가 좌측으로 좌굴됨; c) 양 웨브가 각각 바깥쪽으로 좌굴됨; 그리고 d) 양 웨브가 각각 안쪽으로 좌굴됨. 규정되지 않은 좌굴 방향 때문에 부피/압력 특성 곡선의 변화는 매우 실질적이다.
상세히 말하면, a) 및 b)에 대해서는, 양 웨브의 좌굴이 동일한 방향으로 일어나며, 그래서 이러한 좌굴은 웨브가 서로 반대 방향으로 좌굴되는 경우 보다 낮은 압력에서 일어난다. 그 영향은 웨브의 주변 재료 기부에서 나타날 것이다 양 웨브가 동일한 방향으로 좌굴되면, 그 웨브의 전체 기부 또한 한 방향으로 움직이게 된다. c) 및 d)에 대해서는, 웨브의 좌굴은 서로 반대 방향으로 일어나며, 그래서 각각의 좌굴 방향에 따라 추가적인 인장 또는 압축 응력이 웨브 사이의 재료 기부에 형성된다. 그러한 목적으로, 더 많은 힘이 필요하고, 이 힘은 유사하게 가해지는 압력에 의해 공급된다. 그러므로 웨브는 다소 더 높은 압력에서만 반대 방향으로 좌굴된다. 좌굴시 더 높은 압력이 드는 것에 대한 추가 이유는, 반대의 좌굴 형태가 더 큰 강성을 갖는다는 사실에 있을 수 있다. c)에 대해서는, 두 웨브는 외측으로 좌굴되는데, 그래서, 특히 웨브 사이의 중심부에서의 강성이 더 낮다. 이리하여, 좌굴 중에 더 큰 변형이 일어나고 그래서 부품의 더 높은 부피 흡수가 일어나게 된다. 이러한 이유로, 여기서는 좌굴 후의 부피/압력 특성 곡선은 다른 특성 곡선의 위쪽에 있게 된다. d)에 대해서는, 두 웨브는 안쪽으로 좌굴되며, 그래서, 특히 서로에 지지될 수 있는 웨브 사이에서 부품의 강성이 증가된다. 이리하여, 좌굴 중에 더 적은 변형이 일어나고 또한 그래서 부품의 부피 흡수가 더 낮게 된다. 이러한 이유로, 여기서는 좌굴 후의 부피/압력 특성 곡선은 다른 특성 곡선의 아래쪽에 있게 된다. 이러한 좌굴 형태의 증가된 강성의 결과, 좌굴 과정은 더 높은 압력에서만 일어나게 된다.
결과적으로, 대칭 단면 형상을 갖는 웨브의 규정되지 않은 좌굴 방향으로 인해, 부품의 부피/압력 특성 곡선(명확히 예측가능하지 않음)은 올라가게 되는데, 이는 미리 정해진 크기의 압력에서의 목표된 부피 흡수에 반하는 것이다.
마지막으로, 도 9 ∼ 11은, 특히 도 1을 참조하여 전술한 장치(10)에 있는 막(20) 대신에 사용될 수 있는 관형 탄성 막(20')을 추가로 나타내는데, 이러한 목적으로 그 막(20')은 동일한 시일링 수단(도 9에서 우측 단부에 있는 시일링 비드(114') 및 도 9에서 좌측 단부에 있는 시일링 비드(118')를 갖는 시일링 구조(62'))을 가지며, 또한 막(20)과 비교하여, 부피 흡수를 위한 다른 구성의 프로파일부(26')가 제공되어 있다. 이 프로파일부(26')의 웨브 부분(30') 각각은 2개의 웨브(32')를 가지며, 이들 웨브는 관형 막(20')의 길이 방향으로 연장되어 있고 그래서 설치된 경우에 압력실(14)의 대략 전체 길이에 걸쳐 연장되도록 형성되어 있다.
도 11에 나타나 있는 바와 같이, 그 경우, 길이 방향으로 연장되어 있는 홈(120')은, 각 웨브(32')는, 축선(A') 주위에서 볼 때 시계 방향 쪽에 있고 반경 방향으로 연장되어 있는 측면 도는 플랭크를 가지며, 반면 축선(A') 주위에서 볼 때 반시계 방향 쪽에 있는 각 웨브(32')의 측면 또는 플랭크는 반경 방향과 예각(W)을 이루도록, 구성되어 있다. 그 결과, 웨브 단면의 원하는 비대칭이 제공되고, 막(20)의 전술한 프로파일부(26)와 유사하게, 각 웨브(32')의 명확히 규정된 좌굴 거동(즉, 축선(A') 주위로 시계 방향으로의 좌굴 거동)을 주게 된다.
여기서도, 상기 홈(120')은 웨브 부분(30') 마다 서로 다른 깊이로 형성될 수 있고(하지만 이러한 점은 도 9 ∼ 11에는 나타나 있지 않음), 웨브 부분(30')의 수, 막(20')의 원주에 걸친 웨브 부분의 길이와 분포(예컨대, 도시되어 있는 실시예에서 처럼 축선(A') 주위의 균일한 각도 간격) 및 웨브 부분(30') 당 웨브(32')의 수는 각각의 부피 흡수 요건에 따라 변할 수 있다.
유압 작동 시스템에서 진동을 감소시키기 위한 진동 감소 장치는 압력실이 형성되어 있는 하우징을 포함하고, 이 압력실은 적어도 하나의 연결부를 통해 상기 작동 시스템과 유체 연결될 수 있고 또한 탄성 막에 의해 경계 진다. 상기 막은 압력 부하 표면, 및 이 표면으로부터 먼쪽에 있고 프로파일부가 제공되어 있는 표면을 가지며, 상기 막은 압력을 받으면 상기 프로파일부를 통해 하우징의 고정 벽 부분에 지지될 수 있고, 상기 프로파일부는 적어도 하나의 웨브 부분을 가지며, 이 웨브 부분은 적어도 하나의 웨브를 가지며, 이 웨브는 웨브 풋트, 벽 부분 가까이에 있는 웨브 단부, 및 규정된 웨브 단면을 갖는다. 상기 웨브 또는 각각의 웨브는, 웨브 풋트를 통과하면서 압력 부하 표면에 수직하게 또한 웨브 단면에 수직하게 연장되어 있는 개념상의 평면에 대해 비대칭적인 구조로 되어 있고, 그래서, 막이 미리 정해진 압력 하중을 받으면, 상기 웨브 단부가 벽 부분에 지지되면서 상기 웨브 또는 각각의 웨브는 방해 없이 미리 정해진 방향으로 좌굴되며 그리하여 규정된 부피 흡수가 일어나게 된다.
10 장치
12 하우징
14 압력실
16 연결부
18 연결부
20, 20' 막
22, 22' 압력실과 대향하는 표면
24, 24' 압력실로부터 먼쪽의 표면
26, 26' 프로파일부
28 벽 부분
30, 30' 웨브 부분
32, 32' 웨브
34, 34' 웨브 풋트
36, 36' 웨브 단부
38 제1 플러그 커넥터
40 압입 슬리브
42 제2 플러그 커넥터
44 통로 보어
46 고정 부분
48 관통 부분
50 환형 칼라
52 어깨부
54 반경 방향 홈
56 반경 방향 홈
58 O-링
60 반경 방향 홈
62, 62' 시일링 구조
64 환형 칼라
66 수용/중심맞춤 부분
68 통로 보어
70 보어 부분
72 관형 돌출부
74 헤드
76 중간 부분
78 칼라 부분
79 중간 공간
80 횡방향 보어
82 연결 보어
84 스로틀 보어
86 길이방향 슬롯
88 중심맞춤 칼라
90 리세스
91 고정 요소
92 플러그 슬롯
93 고정 요소
94 리세스
95 반경방향 홈
96 결합 부분
97 천이 부분
98 고정 부분
99 단부
100 기부
102 스로틀 보어
104 횡방향 보어
105 연결 부분
106 연결 부분
108 내부 공간
110 스로틀 보어
112, 112' 환형 칼라
114, 114' 시일링 비드
116, 116 축방향 힘
118, 118' 시일링 비드
120, 120' 홈
A, A 축선
E 개념상의 평면
W 각도

Claims (15)

  1. 유압 작동 시스템에서 진동을 감소시키기 위한 진동 감소 장치(10)로서, 압력실(14)이 형성되어 있는 하우징(12)을 포함하고, 상기 압력실은 적어도 하나의 연결부(16, 18)를 통해 상기 유압 작동 시스템과 유체 연결되며, 또한 탄성 막(20, 20')에 의해 경계져 있으며, 상기 탄성 막은 상기 압력실(14)과 대향하는 압력 부하 표면(22, 22') 및 압력실(14)로부터 먼쪽에 있는 표면(24, 24')을 가지며,
    압력실로부터 먼쪽에 있는 상기 표면에는 프로파일부(26, 26')가 제공되어 있으며, 상기 탄성 막(20, 20')은 압력을 받으면 상기 프로파일부를 통해 하우징(12)의 고정 벽 부분(28)에 지지될 수 있고, 상기 프로파일부는 적어도 하나의 웨브(32, 32')를 갖는 적어도 하나의 웨브 부분(30, 30')을 가지며, 상기 웨브는 상기 벽 부분(28)으로부터 먼쪽에 있는 웨브 풋트(foot)(34, 34'), 벽 부분(28)에 인접하는 웨브 단부(36, 36'), 및 규정된 웨브 단면을 가지며,
    상기 웨브(32, 32') 또는 각각의 웨브는, 웨브 풋트(34)를 통과하면서 상기 탄성 막(20, 20')의 압력 부하 표면(22, 22')에 수직하게 또한 상기 웨브 단면에 수직하게 연장되어 있는 개념상의 평면(E)에 대해 비대칭적으로 형성되어 있고, 그래서, 탄성 막(20, 20')이 미리 정해진 압력 하중을 받으면, 상기 웨브(32, 32') 또는 각각의 웨브는, 상기 웨브 단부(36, 36')가 벽 부분(28)에 지지되면서 방해 없이 미리 정해진 방향으로 좌굴되는 진동 감소 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 웨브(32, 32')의 높이에 대한 상기 웨브(32, 32')의 평균 폭의 비는 1/3 이상이고 1 이하인 진동 감소 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 웨브 단면은 실질적으로 사다리꼴의 형태를 가지며, 상기 웨브 풋트(34)는 상기 사다리꼴의 밑변을 형성하는 진동 감소 장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 웨브(32, 32')는 웨브(32, 32')의 주 방향으로 연속적으로(uninterrupted) 형성되어 있는 진동 감소 장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 웨브(32, 32')는 상기 웨브 부분(30, 30')의 2개의 홈(120, 120')에 의해 형성되며, 상기 홈은 웨브(32, 32')의 폭 만큼 서로 이격되어 있고 또한 압력실(14)로부터 먼쪽에 있는 탄성 막(20, 20')의 표면(24, 24')으로부터 형성되어 있고, 상기 웨브(32, 32')는 탄성 막(20, 20')의 비변형 상태에서 웨브의 웨브 단부(36, 36')에 의해, 최대로는 압력실(14)로부터 먼쪽에 있는 상기 표면(24, 24')의 높이까지 연장되어 있는 진동 감소 장치.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 웨브 부분(30, 30')은 동일한 방향으로 비대칭적으로 형성되어 있는 복수의 웨브(32, 32')를 갖는 진동 감소 장치.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 탄성 막(20, 20')의 프로파일부(26, 26')는 복수의 웨브 부분(30, 30')을 갖는 진동 감소 장치.
  8. 청구항 5에 있어서,
    적어도 2개의 웨브 부분(30, 30')의 상기 홈(120, 120')은 웨브 부분(30, 30') 마다 다른 깊이로 형성되어 있는 진동 감소 장치.
  9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 탄성 막(20, 20')은 실질적으로 관형인 진동 감소 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 웨브(32, 32')는 실질적으로 관형인 상기 탄성 막(20, 20')의 외주에서 순회하도록 또는 관형 막(20, 20')의 길이 방향으로 연장되도록 형성되어 있는 진동 감소 장치.
  11. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 탄성 막(20, 20')은 에틸렌-프로필렌-디엔 고무(EPDM)에 기반한 탄성 중합체로 이루어져 있는 진동 감소 장치.
  12. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 하우징(12)은 제1 연결부(16)와 제2 연결부(18)를 가지며, 이들 연결부에 사이에 상기 압력실(14)이 배치되어 있고, 상기 진동 감소 장치(10)는 상기 제1 및 2 연결부를 통해 유압 작동 시스템에 직렬로 연결될 수 있어, 유체 유동이 상기 제1 및 2 연결부(16, 18) 사이에서 압력실(14)을 통과할 수 있는 진동 감소 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1 연결부(16), 압력실(14)을 둘러싸는 관형 막(20, 20'), 및 제2 연결부(18)는 공통 축선(A, A') 상에서 상기 하우징(12)에 연속적으로 배치되며, 각 연결부(16, 18)는, 상기 공통 축선(A, A')에 대해 실질적으로 횡으로 연장되어 있는 유동 방향 전환 연결 부분(105, 106)을 통해 압력실(14)과 유체 연결되어 있는 진동 감소 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 공통 축선(A, A')을 따라 또는 공통 축선(A, A')에 평행하게 연장되어 있는 스로틀 보어(throttle bore)(84, 102)가 상기 제1 연결부(16) 측 및 제2 연결부(18) 측에서 압력실(14)과 연결 부분(105, 106) 사이에 제공되어 있는 진동 감소 장치.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1 연결부(16)는 마스터 연결부이고 상기 제2 연결부(18)는 슬레이브 연결부이며, 상기 공통 축선(A, A')을 따라 또는 공통 축선(A, A')에 평행하게 연장되어 있는 추가 스로틀 보어(110)가, 압력실(18)의 방향으로 제1 연결부(16)에서 볼 때, 상기 연결 부분(105)의 앞에 제공되어 있는 진동 감소 장치.
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