KR20050074618A - 2개의 축을 결합하기 위한 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 서로 간격을 두고 축 방향으로 평행하게 또는 임의의 각도로 배치된 2개의 축을 결합하기 위한, 적어도 하나의 결합 부재를 포함하는 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 비틀림 진동을 감쇠하기 위해 적어도 하나의 진동 감쇠 부재와 상호작용하는 적어도 하나의 제 1 회전 매스 및 제 2 회전 매스를 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

2개의 축을 결합하기 위한 장치{DEVICE FOR COUPLING TWO SHAFTS}
본 발명은 서로 간격을 두고 축 방향으로 평행하게 또는 서로 임의의 각도로 배치된 2개의 축을 결합하기 위한, 적어도 하나의 결합 부재를 포함하는 장치에 관한 것이다.
범용 장치들은 이미 공지되어 있다. 상기 장치들은 바람직하게 가변 압축비 및 가변 배기량을 가진 엔진에 사용된다. 상기 엔진에서는 압축비의 조정이 크랭크축의 편심 베어링에 의해 이루어지기 때문에, 크랭크축과 엔진 고유의 PTO(power take-off) 축 사이에 변위(displacement)가 일어난다. 공지된 시스템, 또는 축 변위의 브리징(bridging)에 사용된 결합 부재는 비교적 넓은 설치 공간을 필요로 하고, 마찰에 의한 높은 에너지 손실을 야기하며, 비틀림 진동을 감쇠시킬 방법이 없다는 단점이 있다.
도 1 및 도 2는 결합 부재의 개별 부품을 도시한 도면이다.
도 3은 결합 부재의 평면도이다.
도 4는 2개의 축을 결합하기 위한 장치를 포함하는 전체 장치의 종단면도이다.
도 5 내지 도 7은 도 4에 도시된 장치의 상세도이다.
도 8은 추가 결합 부재의 종단면도이다.
도 9 및 도 10은 2개의 축을 결합하기 위한 장치의 또 다른 종단면도이다.
도 11 및 도 12는 편심기를 구비한 결합 부재의 종단면도의 상세도이다.
도 13은 회전 매스의 종단면도이다.
도 14는 도 11 및 도 12에 도시된 결합 부재의 횡단면도이다.
도 15는 편심기를 도시한 도면이다.
도 16은 2개의 축을 결합하기 위한 장치의 또 다른 종단면도이다.
도 17은 도 16에 도시된 장치의 플랜지의 홀 서클(hole circle)을 도시한 도면이다.
도 18은 도 16에 도시된 장치를 포함하는 전체 장치의 종단면도이다.
따라서 본 발명의 목적은 효율, 컴팩트한 구조 및 비틀림 진동 감쇠의 기준과 관련하여 전체적으로 최적화될 수 있는 범용형 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구항 1의 특징들에 따른 장치에 의해 달성된다. 상기 장치는, 비틀림 진동을 감쇠하기 위해 적어도 하나의 진동 감쇠 부재와 상호작용하는 적어도 하나의 제 1 회전 매스(rotating mass) 및 제 2 회전 매스를 구비한 것을 특징으로 한다. 이로써 상기 장치가 매우 컴팩트하면서도 동시에 비틀림 진동을 감쇠하기에 적합한 구조를 가질 수 있다. 컴팩트한 구조로 인해 추가의 댐핑 부재 및 베어링이 생략됨에 따라, 그러한 추가 부품들에 의해 야기되는 에너지 손실이 방지될 수 있고, 그 결과 장치의 전체 효율이 현저히 개선된다.
한 실시예에서는 바람직하게, 제 1 회전 매스에 부착(종속)된 크랭크축 및 제 2 회전 매스에 부착된 PTO 축, 특히 트랜스미션 입력축의 축 변위가 일어난다. 그러한 형상의 장치는 가변 압축비를 가진 내연기관용 결합 유닛으로 사용될 수 있다.
본 발명의 목적은 또한 청구항 3에 따른 결합 부재, 특히 청구항 1 또는 청구항 2에 따른, 서로 간격을 두고 축 방향으로 평행하게 배치된 2개의 축을 결합하기 위한 장치를 위한 결합 부재에 의해 달성된다. 상기 결합 부재는, 변위 보상을 위해 적어도 하나의 탄성 부재가 제공되는 것을 특징으로 한다. 상기 탄성 부재는 토크를 전달하고 비틀림 진동을 감쇠하는데 사용된다. 장치가 작동하는 동안 적어도 하나의 탄성 부재가 주기적으로 에너지를 흡수하고, 그 에너지를 다시 방출한다. 그럼으로써 변위 브리징시 발생하는 손실도 매우 적고, 그 결과 결합 부재의 효율이 높아진다.
결합부재의 한 바람직한 실시예는, 적어도 하나의 탄성 부재가 나선형 스프링, 특히 압축 스프링으로 형성되는 것을 특징으로 한다. 나선형 스프링은 필요 공간이 비교적 작고 효율이 높을 때 비교적 많은 양의 에너지를 흡수하고 재방출할 수 있다.
결합 부재의 매우 바람직한 한 실시예는, 적어도 하나의 탄성 부재에 초기 응력이 가해지는 것을 특징으로 한다. 이는 초기 응력에 의해 결합된 축들을 통해 더 큰 토크가 전달될 수 있다는 점에서 바람직하다.
또한 결합 부재의 한 바람직한 실시예는, 서로 평행하게 배치되며 적어도 하나의 탄성 부재에 의해 결합되는 4개의 디스크를 특징으로 한다. 4개의 디스크 중 각각 2개씩 서로 고정 연결된다. 서로 고정 연결된 2개의 디스크 간에 적어도 하나의 탄성 부재를 통해 토크가 전달될 수 있다.
계속해서 결합 부재의 한 바람직한 실시예는, 상기 디스크들이 각각 적어도 하나의 관통구를 가지며, 상기 관통구는 바람직하게 길쭉하게 형성되고 상기 디스크의 원주 방향으로 구부러져서 연장된다. 적어도 하나의 탄성 부재는 디스크들의 결합을 위해 각각 적어도 하나의 관통구 안에 장착될 수 있으며, 그로 인해 필요 설치 공간이 최소화될 수 있다.
결합 부재의 또 다른 한 바람직한 실시예는, 적어도 하나의 관통구에 2개의 탄성 부재가 부착되는 것을 특징으로 한다. 따라서 탄성 부재들이 직렬로 연결될 수 있다.
결합 부재의 매우 바람직한 한 실시예는, 각각 서로 고정 연결된 2개의 내부 디스크 및 2개의 외부 디스크가 제공되는 것을 특징으로 한다. 즉, 적어도 하나의 탄성 부재를 통해 2개의 내부 디스크로부터 2개의 외부 디스크로 또는 그 반대로 토크가 전달될 수 있다.
또한 결합 부재의 한 바람직한 실시예는, 서로 연결된 디스크들이 가상의 중간 평면에 대칭으로 구성 및 배치되는 것을 특징으로 한다. 서로 연결된 디스크들은 적어도 하나의 탄성 부재를 통해 결합될 수 있다. 대칭으로 인해 바람직한 출력 흐름이 이루어짐에 따라 베어링 하중(bearing load)이 최대한 작아진다.
결합 부재의 또 다른 한 바람직한 실시예는, 2개의 내부 디스크의 적어도 하나의 관통구가 2개의 외부 디스크의 적어도 하나의 관통구에 대해 회전되어 배치되는 것을 특징으로 한다. 즉, 관통구들은 부분적으로만 겹쳐진다. 부분 겹침부 내로 적어도 하나의 탄성 부재가 삽입될 수 있다.
또한 결합 부재의 한 바람직한 실시예는, 적어도 하나의 탄성 부재가 내부 디스크들로 형성된 베어링, 특히 스프링 채널과 스프링 스토퍼 및 외부 디스크들로 형성된 베어링, 특히 스프링 채널과 스프링 스토퍼와 상호 작용하는 것을 특징으로 한다. 즉, 내부 및 외부 디스크들은 적어도 하나의 탄성 부재 및 베어링을 통해 서로 결합된다.
결합 부재의 또 다른 한 바람직한 실시예는, 내부 디스크들이 외부 디스크들과 서로 탄성적으로 결합됨에 따라 상기 디스크들이 상호 축 방향으로 어긋날 수 있고, 어긋난 상태, 축에 평행한 상태 또는 동축 상태에서 내부 디스크로부터 외부 디스크로 또는 그 반대로 토크가 전달될 수 있는 것을 특징으로 한다. 동축 상태 의 경우 또는 정해진 상한선까지 임의 크기로 축 변위된 경우 결합 부재를 통해 토크가 전달될 수 있는 것이 바람직하다.
또한 결합 부재의 한 바람직한 실시예는, 내부 디스크들 및 외부 디스크들이 각각 다른 부품으로 토크를 전달하기 위한 영역, 특히 브리지 및/또는 플랜지를 갖는 것을 특징으로 한다. 그럼으로써 결합될 2개의 축이 상기 영역을 통해 결합 부재에 연결될 수 있다.
결합 부재의 또 다른 한 바람직한 실시예는, 2개의 회전 매스가 적어도 하나의 탄성 부재 및 4개의 디스크를 통해 서로 결합되는 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 2개의 회전 매스는 축 방향으로 어긋난 상태로도 서로 결합될 수 있다. 적어도 하나의 탄성 부재를 통해 상기 회전 매스들 사이의 비틀림 진동이 감쇠될 수 있다.
본 발명의 목적은 또한 청구항 16에 따른 결합 부재, 특히 청구항 1 또는 2에 따른, 축 방향으로 평행하게 간격을 두고 또는 서로 각을 이루며 배치된 2개의 축을 적어도 하나의 카르단 조인트(cardan joint)로 결합하기 위한 장치의 결합 부재를 통해 달성된다. 상기 결합 부재는 카르단 조인트가 구형 헤드(spherical head) 및 구형 시트(spherical seat)로 이루어진 적어도 하나의 볼 조인트를 포함하는 것을 특징으로 한다. 볼 조인트를 포함하는 카르단 조인트를 통해 2개의 축이 서로 각을 이루어 배치되는 동시에 매우 정확하게 결합될 수 있다.
결합 부재의 한 바람직한 실시예는, 구형 헤드가 적어도 하나의 제 1 구결면(spherical segment surface)을 가지고, 적어도 하나의 구형 시트가 상기 제 1 구결면에 매칭되는 대응면을 갖는 것을 특징으로 한다. 적어도 하나의 구결면 및 매칭 대응면을 통해 토크, 특히 큰 토크가 카르단 조인트를 거쳐 전달될 수 있다.
결합 부재의 또 다른 한 바람직한 실시예는, 2개의 카르단 조인트가 제공되는 것을 특징으로 한다. 그럼으로써 2개의 축이 선택적으로 축 방향으로 평행하게 또는 동축으로 또는 서로 각을 이루어 이격 배치되도록 결합될 수 있다.
또한 결합 부재의 한 바람직한 실시예는, 내측 구형 시트 및 외측 구형 헤드를 가진 구형 셸(spherical shell)을 특징으로 한다. 즉, 구형 셸은 마치 서로의 내부에 놓이는 2개의 볼 조인트와 같다. 상기 볼 조인트는 각각 하나의 구결면 및 상기 구결면에 매칭되는 대응면을 갖는다. 이 면들이 서로의 내부에 놓인 볼 조인트의, 피벗 베어링에 대한 자유도를 감소시킨다. 피벗축은 카르단 조인트가 구현되도록 선택될 수 있다.
결합 부재의 또 다른 한 바람직한 실시예는, 카르단 조인트가 구형 셸을 고정하기 위한 고정 핀을 갖는 것을 특징으로 한다. 구형 셸은 고정 핀에 의해 추가로 가이드되고, 이는 베어링 품질을 개선시킨다.
또 다른 한 바람직한 실시예는, 카르단 조인트가 진동 감쇠 부재와 결합되는 것을 특징으로 한다. 상기 진동 감쇠 부재는, 토크 전달시 및 엔진 회전시에도 에너지를 흡수한 다음 다시 방출하도록, 즉 댐핑 기능을 이행하도록 설계될 수 있다.
또한 결합 부재의 한 바람직한 실시예는, 카르단 조인트 및 결합 부재를 통해 회전 매스들이 서로 결합되는 것을 특징으로 한다. 회전 매스는 발생한 토크 변동에 대해 매우 양호한 댐핑이 구현되도록 설계될 수 있다.
또한 결합 부재의 한 실시예는, 2개의 축이 동축으로 무하중 상태에 있는 경우에는 적어도 하나의 진동 감쇠 부재가 반경 방향으로 가상의 직경선에 대해 임의의 각도로 하중을 받으며 계속 구동되고, 상기 두 축이 꺾여진 상태에서는 상기 두 축이 회전하는 동안 상기 두 축 중 하나의 가상 회전 평면에 대한 임의의 각도 영역을 통과하는 것을 특징으로 한다. 이때 상기 진동 감쇠 부재는 에너지를 방출 및 흡수할 수 있고, 그 결과 결합된 2개의 축의 댐핑이 구현된다.
결합 부재의 한 실시예는, 2개의 회전 매스가 카르단 조인트를 통해 서로 결합되는 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 두 회전 매스는 축 방향으로 엇갈려 배치되거나 서로에 대해 임의의 각도로 배치되고, 카르단 조인트를 통해 서로 결합될 수 있다. 이 경우, 상기 두 회전 매스 사이에서 발생하는 비틀림 진동은 진동 감쇠 부재에 의해 감쇠될 수 있다.
본 발명의 목적은 또한 청구항 25항에 따른 결합 부재, 특히 청구항 1 또는 2에 따른, 서로 축 방향으로 평행하게 간격을 두고 배치된 2개의 축을 결합하기 위한 장치의 결합 부재를 통해 달성된다. 상기 결합 부재는 변위 보상을 위해 적어도 하나의 편심기를 가지고, 상기 편심기는 2개의 디스크 및 1개의 결합 플레이트에 부착된다. 축 변위가 발생하더라도 상기 편심기를 통해 2개의 디스크와 1개의 결합 플레이트 간에 토크가 전달될 수 있다.
결합 부재의 한 바람직한 실시예는, 결합 플레이트가 특히 플랜지를 통해 제 2 회전 매스에 부착되는 것을 특징으로 한다. 상기 결합 플레이트는 균일한 회전 매스가 구현되도록, 제 2 회전 매스와 회전 불가능하게 연결될 수 있다. 따라서 결합 플레이트는 제 2 회전 매스의 일부분이다. 그러므로 결합 플레이트에 의해 전체 장치의 중량이 증가되지는 않는다.
또한 결합 부재의 한 바람직한 실시예는, 2개의 회전 매스가 2개의 디스크 및 결합 플레이트를 통해 서로 결합되는 것을 특징으로 한다. 이로써 하나의 회전 매스로부터 다른 회전 매스로 토크가 전달될 수 있다.
마지막으로 결합 부재의 한 바람직한 실시예는, 2개의 회전 매스가 서로에 대해 상대 회전할 수 있고, 이때 진동 감쇠 부재가 상기 두 회전 매스의 상대 회전을 저지하는 방식으로 설계되는 것을 특징으로 한다. 그럼으로써 토크 인가시 2개의 회전 매스가 서로 상대 회전할 수 있으나, 진동 감쇠 부재가 계속해서 에너지를 흡수하며, 적어도 부분적으로 상기 에너지를 다시 방출할 수 있다. 이러한 방식으로 2개의 회전 매스 사이에 발생하는 비틀림 진동이 감쇠될 수 있다.
본 발명의 목적은 또한 청구항 29에 따른 장치를 통해 달성된다. 상기 장치는 청구항 3 내지 청구항 15 및/또는 청구항 16 내지 청구항 24 및/또는 청구항 25 내지 청구항 28에 따른 결합 부재를 특징으로 한다. 사용된 결합 부재의 각각의 바람직한 특성들을 이용하여, 효율, 컴팩트한 구조 및 비틀림 진동 감쇠와 같은 기준의 관점에서 상기 장치가 전체적으로 최적화될 수 있다.
본 발명의 또 다른 장점들, 특징들 및 세부사항들은 도면과 관련된 여러 실시예들을 참고로 하기에 설명에 제시된다.
도 1에는 결합 부재(3)를 포함하는, 2개의 축을 결합하기 위한 장치(1)의 일부가 도시되어 있으며, 그 중에서도 내부 디스크(5)만 도시되어 있다.
내부 디스크(5)는 원주 방향(5)으로 길게 연장되는 3개의 관통구(7)를 가지며, 이들 관통구는 각각 그들의 단부에 2개의 그루우브(9)를 갖는다. 상기 그루우브(9)는 관통구(7)의 방향으로 약간 원추형으로 확대된다.
또한 상기 내부 디스크(5)는, 본 도면에서 나사가 제공되는 보어로서 형성된 고정 위치(11)를 갖는다. 상기 고정 위치(11)를 통해, 2개의 내부 디스크(5)의 관통구(7)가 그루우브(9)에 의해 각각 정확하게 대응 배치되는 방식으로 상기 두 내부 디스크(5)가 결합될 수 있다. 대응 배치된 그루우브들(9)은 탄성 부재, 특히 압축 스프링으로 형성된 나선형 스프링이 삽입될 수 있는 스프링 채널(13)을 형성한다. 스프링 채널(13)의 단부에 각각 하나의 스프링 스토퍼(15)가 형성되고, 상기 스프링 채널들은 함께 탄성 부재, 특히 나선형 스프링으로 형성된 압축 스프링을 위한 베어링을 형성한다. 2개의 내부 디스크(5)의 그루우브(9) 및 스프링 채널(13)이 약간 원추형으로 개방되기 때문에, 상기 채널 내에 있는 압축 스프링이 그의 중간축에 대해 스프링 채널(13)의 개구각에 상응하게 상대 운동하는 것이 가능하다.
또한 내부 디스크(5)는 적어도 하나의 링크, 본 경우에는 각각 2개의 스토퍼(19)를 가진 3개의 링크(17)를 포함한다. 링크(17), 특히 상기 링크의 스토퍼(19)는 장치(1)의 다른 부재들, 특히 (본 도면에는 도시되지 않은) 진동 감쇠 부재와 함께 내부 디스크들간의 토크 전달을 위해 사용될 수 있다.
도 2에는 역시 결합 부재(3)의 부품인 외부 디스크(21)가 도시되어 있다. 동일하게 형성된 세부 부분에 동일한 도면 부호를 표시하였으므로, 이와 관련해서는 도 1의 설명을 참조한다.
보어들(25)을 가진 플랜지(23)를 통해 외부 디스크(21)가 토크 전달을 위해 축과 결합될 수 있다는 것을 알 수 있다.
외부 디스크(21)도 역시 관통구들(7)을 가지며, 상기 관통구들의 단부는 다소 평평하게 형성된 그루우브(9')를 포함한다. 외부 디스크(21)도 역시 고정 위치(11)를 통해, 스프링 스토퍼(15')를 가진 스프링 채널들(13')이 형성되는 방식으로, 역상으로 형성된 추가의 외부 디스크와 결합될 수 있다. 이때 디스크들(21)의 간격 및 그루우브들(9')의 깊이는, (본 도면에는 도시되지 않은) 압축 스프링이 외부 디스크(21)의 스프링 채널(13') 및/또는 내부 디스크(5)의 스프링 채널(13) 내에서 균등하게 지지될 수 있도록 상호 조정된다.
도 3에는 서로 정확하게 겹쳐지도록 놓인 2개의 내부 디스크(5) 및 2개의 외부 디스크(21)를 포함하는 결합 부재(3)의 평면도가 도시되어 있다. 내부 디스크(5)는 일점쇄선으로, 그리고 외부 디스크(21)는 직선으로 표시되어 있다. 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 표시하였으므로, 이와 관련해서는 이전 도면들의 설명을 참조한다.
결합 부재(3)는 모두 4개의 디스크(5, 21)로 이루어진 샌드위치식 구조를 갖는다. 내부에 장착된 2개의 내부 디스크는 서로 고정 연결되며, 역시 서로 고정 연결된 외부 디스크들(21)에 대해 상대 운동을 한다. 고정 위치(11)에 사용된 외부 디스크(21)의 고정 수단이 그와 겹쳐진 내부 디스크(5)의 관통구(7)를 관통하여 맞물린다. 그럼으로써 2개의 외부 디스크(21)와 2개의 내부 디스크(5)가 각각 서로 고정 연결됨에도 불구하고 서로 상대 운동을 할 수 있다.
디스크(5, 21)의 모든 관통구(7)에는, 본 도면에서 압력을 지탱할 수 있는 나선형 스프링으로 형성된, 2개의 탄성 부재(27)가 부착된다. 각각의 탄성 부재(27)의 양 측면이 스프링 채널(13, 13') 내에서 지지되는 것을 알 수 있다. 그럼으로써 각각의 탄성 부재(27)가 내부 디스크(5)의 각 스프링 스토퍼(15) 및 외부 디스크(21)의 각 스프링 스토퍼(15')에 압력을 가한다. 각각의 관통구(7)에 동일하게 형성된 2개의 탄성 부재(27)가 부착되기 때문에, 관통구(7) 및 스프링 채널(13, 13')의 길이의 관점에서 각각 50%까지 겹쳐지는 정지 위치가 형성된다. 따라서 개별적으로 관찰된 내부 디스크(5) 또는 외부 디스크(21)의 관통구(7)는 1개의 센터 탭을 가지면서 직렬 연결된 2개의 압축 스프링으로 구성된 스프링 장치에 상응한다. 이때 센터 탭에 작용하는 힘들은 각각 내부 디스크(5)로부터 외부 디스크(21)로 또는 그 반대로 전달된다. 링형 구조가 사용되므로 거의 모든 탄성 부재(27)가 자체적으로 직렬 연결되고, 자신들의 탄성력을 내부 디스크(5)로부터 외부 디스크(21)로 교대로 전달한다. 언급한 다수의 동일한 탄성 부재들(27)은 동일 중량 상태에서 모두 정확히 동일한 초기 응력을 받으며, 이 경우 전술한 50% 중첩이 일어난다.
디스크(5, 21) 및 스프링 채널(13, 13')의 관통구들(7)이 원주방향으로 정확히 동일한 길이를 가지고 반경 방향으로 동일한 간격으로 배치되기 때문에, 정지 상태에서 상기 디스크들(5, 21)이 동축으로 배치되고, 압축 스프링들이 각각 정확히 동일하게 당겨진다.
2개의 내부 디스크(5) 및 2개의 외부 디스크(21)는 서로 상대적으로 회전할 수 있다. 물론 스프링 채널(13, 13')의 원추형 형상으로 인해 디스크들의 축 방향 변위가 야기될 수도 있다. 탄성 부재(27)의 탄성력이 상대 회전 및 축 방향 변위를 저지한다. 탄성 부재(27)는 동일 중량 상태에서 정해진 초기 응력을 가지며 여전히 충분한 예비 탄성을 가짐으로써 디스크(5, 21)의 최대 회전 또는 최대 축 방향 변위시에도 스프링 스토퍼(15, 15')에 부딪친다.
결합 부재(3)에는, 본 도면에서 3개의 아크 스프링(31)을 포함하는 적어도 하나의 진동 감쇠 부재(29)가 부착된다. 아크 스프링(31)은 각각 내부 디스크(5)의 링크(17)의 스토퍼(19)에 부딪친다. 내부 디스크(5)의 링크(17), 탄성 부재(27) 및 내부 디스크(5)의 플랜지(23)를 통해 토크가 전달될 수 있다. 이때 한 편으로는 비틀림 진동의 소정의 감쇠가 가능하고, 정해진 축 방향 변위에서도 토크 전달이 이루어질 수 있는 것이 바람직하다. 더 큰 토크를 전달하기 위해 탄성 부재들(27) 중 3개가 블록까지 신장될 수 있는 반면, 나머지 3개의 탄성 부재(27)는 그에 상응하게 이완되며, 물론 부하 반전시 충돌 소음을 방지하기 위해 스프링 스토퍼(15, 15')에도 접한다. 그 결과, 탄성 부재(27)에서 마찰이 발생하지 않기 때문에 마모가 최소화된다.
도 4에는 2개의 축을 결합하기 위한 결합 부재(3) 및 장치(1)를 포함하는 전체 구조(33)의 종단면도가 도시되어 있다. 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 표시하였으므로, 이와 관련해서는 이전 도면들의 설명을 참조한다.
전체 구조(33)로는, 본 도면에 도시된 엔진 블록(35) 및 자동 조정 건식 클러치(37)를 구비한 내연기관용 PTO 유닛이 사용된다. 건식 클러치의 원리는 공지되어 있으므로, 여기서는 상세히 설명하지 않는다.
일점쇄선으로 표시된 제 1 축(39)은 크랭크축(41)에 부착된다. 크랭크축(41)은 제 1 회전 매스(43)에 부착된다. 상기 부착은 플랜지(45)를 통한 제 1 연결에 의해 이루어진다.
본 도면에서 제 1 회전 매스(43)는 여러 부품으로 구현되고, 아크 스프링(31)용 베어링(47) 및 스토퍼(49)를 포함한다. 스토퍼(49)는 접시형으로 형성된 제 1 회전 매스(43)의 함몰부들(51)로 형성된다. 그럼으로써 크랭크축(41)으로부터 진동 감쇠 부재(29)를 통해, 특히 스토퍼(49) 및 아크 스프링(31)을 통해 결합 부재(3)로 토크가 전달될 수 있다. 결합 부재(3)는 플랜지(23)를 통해 중간 부재(53)에 부착되고, 상기 중간 부재는 다시 제 2 회전 매스(55)에 부착된다. 외부 디스크(21), 중간 부재(53) 및 제 2 회전 매스(55)는 일점쇄선으로 표시된 제 2 축(57)에 회전 가능하게 지지된다. 클러치(37)를 통해 제 2 회전 매스(55)가 PTO 축(59), 특히 트랜스미션 입력축에 부착되고, 상기 제 2 회전 매스의 회전축도 역시 제 2 축(57)에 해당된다.
즉, 내연기관의 크랭크축(41) 및 PTO 축(59), 특히 트랜스미션 입력축은 서로 엇갈리게 배치된다. 축 변위는 바람직하게 4mm이다. 토크 전달, 축 변위의 보상 및 발생한 비틀림 진동의 감쇠는 진동 감쇠 부재(29) 및 결합 부재(3)에 의해 이루어진다. 본 발명에 따른 장치(1)의 진동 감쇠 부재(29)의 회전 매스들(43, 55) 및 결합 부재(3)의 탄성 부재들은, 내연기관의 각 유형에서 매우 양호한 전달 특성, 즉 감쇠 특성이 나타나도록 설계될 수 있다.
내연기관의 스타팅을 위해 제 1 회전 매스를 구동하는 경우, 본 도면에는 일부분만 도시되어 있는 스타터(60)가 제공될 수 있다.
도 5에도 역시 최종 조립 이전의 장치(1) 일부의 종단면도가 도시되어 있다. 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 표시하였으므로, 이와 관련해서는 이전 도면들의 설명을 참조한다.
도 5에는 축들(39, 57)의 변위가 조정되기 이전에 제 2 회전 매스(55)가 조립되지 않은 상태의 장치(1)가 도시되어 있다.
장치(1)의 조립을 위해, 하우징(61)이 엔진 블록(35)과 결합된다. 이때 하우징은 하우징(61)의 슬롯(65)에서 가이드되는 핀(63)에 의해 엔진 블록(35)에 고정된다.
축 변위가 아직 발생하지 않은 경우에 한해, 제 1 회전 매스(43)가 고정 보조물(69)을 가진 추가의 중간 부재(67)를 통해 크랭크축(41)에 나사로 조여질 수 있다. 이를 위해 고정 보조물(69)이 제 2 회전 매스(55)의 중간 부재(53)의 나사 홀(71) 안으로 삽입될 수 있다. 제 1 회전 매스(43)에 크랭크축(41)이 부착되는 즉시, 축들(57, 39)의 축 변위 형성을 위해 화살표(73)로 표시된 힘이 하우징(61)에 가해질 수 있다. 하우징(61)은 핀(63)과 슬롯(65)을 따라 상기 핀(63)이 슬롯(65)의 다른 측면에 부딪칠 때까지 슬라이딩될 수 있다. 도 6에도 도시되어 있는 상기 상태에서는 하우징(61)의 홀(75) 및 엔진 블록(35)의 나사 홀(77)이 겹쳐진다. 즉, 하우징(61)이 상기 홀들(75, 77)을 통해 적절한 고정 수단에 의해 고정될 수 있다.
도 6에는 도 5에 도시된 장치(1)의 또 다른 종단면으로서, 상기 장치(1)에 제 2 회전 매스(55)가 완전히 조립되고 축들(39, 57)의 변위가 이루어진 상태의 장치(1)의 종단면이 도시되어 있다. 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 표시하였으므로, 이와 관련해서는 이전 도면들의 설명을 참조한다.
하우징(61)이 홀들(75, 77)에 조여진 나사(79)에 의해 엔진 블록(35)에 고정됨으로써, 핀(63)이 하우징(61) 슬롯(65)의 상부 단부에 부딪친다.
서로 고정 연결된 외부 디스크(21), 중간 부재(53) 및 제 2 회전 매스가 베어링(81, 83)에 의해 하우징(61)에 제 1 축(57)을 중심으로 회전할 수 있게 지지된다. 중간 부재(53)에 부착된 플랜지(23)를 포함하는, 도 2에 도시된 외부 디스크(21)가 추가의 내부 디스크(21')와 고정 연결된다. 상기 내부 디스크(21')는 플랜지 대신 더 큰 중심 개구(85)를 가지며, 상기 개구를 통하여 내부 디스크(5)가 지지될 수 있다. 본 실시예에서는 내부 디스크(5)도 상이하게 형성되는데, 이때 내부 디스크(5')가 베어링(87)으로 반경 방향지지력을 전달한다. 상기 디스크들(5, 5')은 접촉 상태로 서로 고정되고, 베어링(87)의 베어링 시트가 형성되도록 상기 베어링(87)의 영역 내에서 휘어지며, 상기 베어링 시트를 통해 축 방향 힘도 전달될 수 있다. 베어링(87)의 내부 베어링 시트는 크랭크축(41) 및 제 1 회전 매스(43)에 플랜지 결합된 중간 부재(67)로 형성된다. 그럼으로써 크랭크축(41), 제 1 회전 매스(43) 및 중간 부재(67)가 내부 디스크(5, 5')에 대해 회전 가능하게 지지된다.
장치(1) 내 진동 감쇠 부재(29)의 아크 스프링(31)이 결합 부재(3)의 내부 디스크(5, 5')의 링크들(17) 및 함몰부들(51)로 형성된 제 1 회전 매스(43)의 스토퍼들(49)과 상호 작용함에 따라, 회전각이 제한된다. 결합 부재(3)에 대한 제 1 회전 매스(43)의 상대 회전시 진동 감쇠 부재(29)가 에너지를 흡수 내지는 방출하거나, 적어도 부분적으로 마찰 에너지로 변환할 수 있다. 그 결과, 비틀림 진동 부재의 원리가 실현된다.
그러한 구조의 경우, 비틀림 진동 감쇠 시스템의 구현 외에 결합 부재(3)에 의해 축들(57, 39)의 축 방향 변위 및 추가 감쇠도 이루어질 수 있는 것이 바람직하다.
또 다른 장점은, 2개의 회전 매스(43, 55)가 비틀림 진동 댐퍼에 의해 서로 분리된다는 점이다. 또한, 결합 부재(3)가 2개의 회전 매스(43, 55) 사이에 배치된다. 즉, 장치(1) 내에 완전히 통합된다. 따라서 장치(1)에 필요한 설치 공간이 종래의 소위 듀얼 매스 플라이휠의 경우보다 크지 않으며, 상기 듀얼 매스 플라이휠도 역시 제 1 매스(43)와 제 2 매스(55) 및 예컨대 아크 스프링(31)을 포함한다.
도 7에는 도 5 및 도 6에 도시된 장치(1)의 한 변형 단면이 도시되어 있다. 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 표시하였으므로, 이와 관련해서는 이전 도면들의 설명을 참조한다.
도 7에 도시된 단면으로부터, 장치(1)의 하우징(61) 조립시 축들(39, 57)의 변위에 필요한, 도 5에 화살표(73)로 표시된 힘이 나사(89)에 의해 제공될 수 있다는 것을 알 수 있다. 이를 위해 상기 나사가 제 1 매스(43)에 부딪칠 때까지 하우징(61)의 나사 홀(91) 안으로 돌려넣어진다. 하우징(61)은 베어링(81)을 통해 제 2 축(57)에 부착되고, 제 1 매스(43)는 베어링(87)을 통해 제 2 축(57)에 부착되기 때문에, 상기 축들(39, 57)의 변위가 결합 부재(3)의 탄성 부재들(27)의 힘에 반하여 이루어질 수 있다. 축들(39, 57)의 변위가 일어나는 즉시, 도 6에서 설명한 것처럼, 하우징(61)이 적절한 고정 수단에 의해 엔진 블록(35)에 고정된다. 엔진 블록(35)과 장치(1)의 하우징(61)의 연결이 이루어지는 즉시, 나사(89)는 다시 제거되거나 적어도 제 1 매스(43)의 회전 운동을 방해하지 않을 때까지 돌려 빼내어져야 한다. 나사(89)가 다시 제거되면, 장치의 오일 윤활이 이루어지기 때문에 보어(91)가 다시 폐쇄되어야 한다.
계속해서 장치의 오일 윤활에 대해 간단하게 설명한다. 오일은 크랭크축(41)의 중심 보어(93)를 통해 중간 부재(53)의 오일 가이드 부재(95) 및 오일 채널(97)을 거쳐 하우징(61)의 내부로 전달된다. 상기 오일은 하우징(1) 내부에서 원심력에 의해 분배된 다음, (도면에 도시되지 않은) 개구를 통해 다시 방출된다.
결합 부재(3)로 인해, 내연기관의 크랭크축(41)의 위치가 임의로 변동될 수 있다. 그 결과 발생한 크랭크축(41)의 제 1 축선(39)과 PTO 축(59)의 제 2 축선(57) 사이의 변위가 결합 부재(3)에 의해 보상될 수 있다. 크랭크축(41)이 편심기에 의해 원형 경로 상에서 제 2 축선을 중심으로 회전하는 것이 특히 바람직하다. 그 결과, 내연기관의 압축 조정을 야기하는 크랭크축(41)의 운동에도 불구하고 축선들(39, 57)의 변위가 일정하게 유지될 수 있다.
도 8에는 특히 2개의 축을 결합하기 위한 장치(103)의 부품인 추가 결합 부재(101)가 도시되어 있다.
결합 부재(101)는 서로 역상으로 배치 및 구성된 2개의 볼 조인트 장치(105)를 포함한다. 서로 역상으로 놓인 부품들은 단수로 기술한다.
볼 조인트 장치(105)는 내측 구형 시트(109) 및 외측 구형 헤드(111)를 포함한다.
구형 셸(107)은 고정 핀(113)에 의해 중간축(115)에 고정된다. 구형 셸(107) 및 중간축(115)은 공통 보어(117)를 가지며, 상기 보어 내로 고정 핀(113)이 삽입된다. 중간축(115)의 양 단부에는 각각 볼 조인트 장치(105)의 부품인 내측 구형 헤드(119)가 배치된다. 구형 헤드(111, 119)는 각각 적어도 하나의 구결면을 가지며, 상기 구결면들 중 도 8에 상 평면(image plane)에 수직으로 놓인 내측 구형 헤드(119)의 제 1 구결면(121)이 보인다. 외측 구형 헤드(111)의 구결면은 상 평면에 평행하게 놓이기 때문에, 도 8에 따른 도면에서는 보이지 않는다. 각각의 구결면은 상기 구결면들에 매칭된, 대응 구형 시트의 대응면들과 상호작용한다. 즉, 제 1 구결면(121)은 내측 구형 시트(109)의 대응면(123)과 상호작용한다.
도 8에 도시된 실시예에서는 2개의 대응면(123)과 상호작용하는 2개의 구결면(121)이 제공된다.
구형 헤드(111, 119)의 적어도 하나의 각각의 구결면은 대응면들과 함께 중간축이 그의 고유 축선을 중심으로 자유롭게 회전할 수 없도록 한다. 오히려 볼 조인트 장치(5)에 의해 90°변위된 피벗축을 가진 2개의 피벗 베어링이 구현됨에 따라, 카르단 조인트가 형성된다. 외부 구형 헤드(111)는 적절한 고정 지점(127)을 통해 크랭크축(129)에 부착되는 중간 부재(125)와 상호작용한다. 중간 부재(125)는 상 평면에 평행하게 놓인, 그래서 도 8에서는 볼 수 없는 대응면을 가진 외부 구형 시트(126)를 포함하며, 상기 대응면은 외부 구형 헤드(111)의 적어도 하나의 구결면과 상호작용한다.
크랭크축(129)은 도 8에 일점쇄선으로 표시된 제 1 축선(131)을 중심으로 회전할 수 있게 장착된다. 볼 조인트 장치(5)에 의해 구현된 카르단 메커니즘으로 인해 제 1 축선(131)을 중심으로 하는 크랭크축(129)의 회전, 역시 일점쇄선으로 표시된 중간 축선(133)을 중심으로 하는 중간축(115)의 회전이 야기된다. 본 도면에서 대칭 구조인 중간축(115)의 제 2 볼 조인트 장치(105)는 또 다른 중간 부재(135)와 상호작용하고, 상기 중간 부재는 일점쇄선으로 도시된 제 2 축선(137)을 가진 (본 도면에는 도시되지 않은) PTO 축에 부착될 수 있다. 즉, 중간축(15)의 볼 조인트 장치(5)에 의해 2개의 카르단 조인트가 구현됨에 따라, 크랭크축(129)과 (도시되지 않은) PTO 축 사이, 즉 축선 131과 137 사이의 축 변위에도 불구하고 회전 운동, 특히 1000 Nm 이하의 토크가 전달될 수 있다. 물론 (도시되지 않은) PTO 축 자체에 볼 조인트 장치(5)가 제공됨으로써 오프셋 PTO가 구현되는 것도 가능하다. 한 바람직한 실시예에서는 상기 축선(131, 137)에 대해 중간 축선(133)이 취하는 각도가 6°이다.
여기에 도시되지 않은 한 실시예에서는 2개의 회전 매스 및 진동 감쇠 부재에 중간 부재(125)가 부착된다.
도 9에는 결합 부재(101')를 사용하여 2개의 축을 결합하기 위한 추가 장치(103')의 종단면이 도시되어 있다. 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 표시하였으므로, 이와 관련해서는 도 8의 설명을 참조한다. 중간축(115')은 구형 헤드(141) 및 구형 시트(143)를 가진 볼 조인트(139) 및 볼 조인트 장치(105)와 연결되어 있다. 볼 조인트(139)의 구형 헤드(141) 및 구형 시트(143)는 본 도면에서 구면대(spherical zone)로만, 즉 2개의 측면에서 평행하게 절단된 구면으로만 형성되어 있다. 볼 조인트(139)는 부착된 중간축(115')의 워블(wobble) 운동 및 중간 축선(133)을 중심으로 한 회전을 가능하게 한다. 구형 시트(143)는 워블 플레이트(wobble plate; 145)에 부착된다. 워블 플레이트(145)는 적절한 고정 수단(147)에 의해 중간축(115')에 고정된다. 또한 상기 고정 수단(147)을 통해 반구형 베어링(149)이 워블 플레이트(145) 및 중간축(115')에 고정된다. 상기 반구형 베어링(149)을 통해 본 도면에 선형 스프링 감쇠 부재(151)로 형성된 진동 감쇠 부재(151)가 연결된다. 특히 나선형 스프링과 같은 스프링 감쇠 장치는 이미 공지되어 있으므로, 여기서는 더 상세히 설명하지 않는다.
진동 감쇠 부재는 상기 반구형 베어링(149)과 추가의 반구형 베어링(155) 사이에 연결된다. 상기 반구형 베어링(155)은 적절한 고정 수단(157)에 의해 제 1 회전 매스(159)에 연결된다. 제 1 회전 매스(159)는 플랜지(61)를 통해 일점쇄선으로 표시된 제 1 축선(163)을 가진 축에 연결될 수 있다. 상기 축으로는 특히 내연기관의 크랭크축(165)이 사용된다.
워블 플레이트(145) 및 중간축(115')은 제 1 매스(159)에 대해 상대적으로 회전 운동 및/또는 워블 운동을 수행할 수 있다. 도 9에 도시된 상태는 정지 상태에 해당한다. 정지 상태에서는 진동 감쇠 부재(151)가 크랭크축(165)의 제 축선(162)에 반경 방향으로 배치된다. 워블 운동은 크랭크축(65)의 회전 평면에 대한 진동 감쇠 부재(151)의 편향을 야기한다. 중간축(115')에 대한 크랭크축의 상대 회전은 가상의 직경선에 대한 진동 감쇠 부재의 편향을 야기한다. 진동 감쇠 부재는 회전을 저지하고, 최대 가능 회전각을 제한한다.
워블 운동 또는 상대 회전이 진동 감쇠 부재(151)의 신장 내지는 수축을 야기함에 따라, 상기 진동 감쇄 부재가 에너지를 흡수 및 방출할 수 있다. 따라서 회전 운동이 제 1 축선(163)으로부터 중간축(115')의 중간 축선(133)으로 오프셋 방식으로 전달될 수 있다. 또한 장치(103')를 통해 토크, 특히 500 NM 이하의 토크가 비틀림 진동의 감쇠 하에 전달된다. 상기 결합 부재(101')는 고정 연결에 비해 더 약하게 부착된다. 중간축(115')으로부터 상기 회전 운동 및 토크가 계속해서 볼 조인트 장치(105)에 부착된 중간 부재(135)로 전달될 수 있다. 중간 부재(135)는 특히 (본 도면에는 도시되지 않은) PTO 축 및/또는 (본 도면에는 도시되지 않은) 제 2 회전 매스에 부착된다. 중간 부재(135)는 적절한 베어링(167)에 의해 회전 가능하게 지지되는데, 이때 상기 중간 부재의 회전축은 제 1 축선(163)에 대해 정해진 한계값 이내의 임의의 각도 및 또는 축 방향 변위를 취할 수 있다. 제 1 축선(163)에 대한 중간 축선(133)의 축 방향 변위는 4mm이고, 각 오프셋은 6°인 것이 바람직하다.
도 10에는 결합 부재(101")를 포함하는 또 다른 한 바람직한 장치(103")가 도시되어 있다. 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 표시하였으므로, 이와 관련해서는 도 8 및 도 9의 설명을 참조한다.
도 10에서는 제 1 축(169) 및 제 2 축(171)을 볼 수 있다. 상기 축들(169, 171)은 장치(103") 및 결합 부재(101")를 통해 결합된다. 도 9에 따른 도면과 달리, 중간축(115")이 서로 반사 대칭으로 놓인 2개의 워블 플레이트(145)에 부착된다. 장치(103")는 제 1 매스(159) 외에도 상기 제 1 매스에 반사 대칭으로 형성된 추가의 회전 매스(173)를 갖는다.
본 도면에 도시된 전체 장치(103")는 서로 반사 대칭으로 형성된 부품들을 특징으로 한다. 물론 이와 달리, 본 도면에서 반사 대칭으로 대향 배치된 부품들이 상이한 치수 및 형상을 가지는 설계도 고려될 수 있다. 자세한 것은 이미 도 9와 관련하여 설명했으므로, 여기서는 기능 방식에 대해서만 기술한다.
도 10에 따른 도면에는 축들(169, 171)의 회전축(163, 137)이 변위된 구조가 도시되어 있다. 토크 및/또는 회전 운동이 제 1 축(169)으로부터 제 1 매스(159), 반구형 베어링(155), 진동 감쇠 부재(151), 반구형 베어링(149)을 통해 워블 플레이트(145) 및 중간축(115")으로 전달된다. 상기 중간축(15")으로부터 토크 및/또는 회전 운동이 계속해서 역순으로 축(171)에 전달된다. 축들(169, 171)이 360°회전하는 동안, 워블 플레이트(145)가 매스들(159, 173)에 대해 상대적으로 워블 범위 이내의 완전한 워블 운동을 수행하며, 상기 워블 범위는 제 1 축선(163)과 중간축(115")의 중간 축선(133) 사이의 각도에 상응한다. 이때 진동 감쇠 부재(151)가 그의 신장 및 수축에 상응하게 에너지를 흡수한 후, 다시 상기 에너지를 적어도 부분적으로 방출한다. 회전 운동에 추가로 토크가 전달되면, 진동 감쇠 부재(151)가 가상의 직경선에 대해 더욱 편향된다. 이 경우, 진동 감쇠 부재(151)가 추가로 신장됨에 따라 상기 진동 감쇠 부재가 에너지를 흡수하거나 바람직한 정도로 마찰 에너지로 변환한다. 즉, 비틀림 진동 시스템의 원리가 구현된다. 결합 부재(101")는 상기 진동 감쇠 시스템의 일부이다. 따라서 매우 컴팩트한 구조가 구현된다. 진동 감쇠 부재의 설계에 따라 더 많은 또는 더 적은 에너지가 마찰 에너지로 변환된다. 즉, 효율, 컴팩트한 구조 및 비틀림 진동 감쇠의 관점에서 장치(103")가 최적화될 수 있다. 이러한 구조에서도 결합 부재(101")는 회전 매스들(159, 173) 사이에 배치됨으로써, 장치(103")에 필요한 공간이 더 작아진다.
도 11 내지 도 13에는 특히 2개의 축을 결합하기 위한 장치(203)의 결합 부재(201) 및 상기 장치(203)의 다양한 부분 어셈블리들이 도시되어 있다.
도 11 및 도 12에 도시된 결합 부재(201)는 편심기 볼트(207) 및 결합 플레이트(209)에 부착된 편심기(205)를 갖는다.
여기서 결합 부재(201)는 종속 편심 볼트(207)를 가진 총 6개의 편심기(205)를 포함하고, 도 15에 도시된 라인(XI-XI)을 따라 잘라낸 단면 형상 때문에 상기 편심기들 중 하나만 볼 수 있다. 결합 플레이트(209)에 더 많은 또는 더 적은 편심기(205)가 제공될 수 있다.
편심기(205)는 각각 일점쇄선으로 표시된 편심기 축선(211) 및 볼트 축선(213)을 중심으로 회전 가능하게 장착된다. 편심기 볼트(207)에 2개의 디스크(215, 215')가 부착된다. 편심기(205)는 결합 플레이트(209)의 보어(217) 내에 삽입되고, 상기 보어의 보어 축선은 편심기 축선(213)과 일치한다. 편심기(205)는 보어(217) 내에서 자유롭게 회전할 수 있도록 장착된다. 따라서 디스크들(215, 215') 및 결합 플레이트(209)가 편심기(205)를 통해 편심기 보어(207)와 결합된다. 가상의 편심기 보어(207)가 고정되어 있는 경우, 즉 보어 축선(211) 및 디스크(215, 215')가 고정되어 있는 경우에는 결합 플레이트(209)가 축선들(211, 213)의 간격에 상응하는 반경을 가진 원형 레일 상에서 전후로 움직일 수 있다.
결합 부재(201)는 특히 도 11에 도시된 제 1 회전 매스(219) 및 도 13에 도시된 제 2 회전 매스(221)에 부착된다. 상기 부착은 적절한 고정 수단, 특히 플랜지에 의해 이루어진다. 상기 매스들(219, 221) 중 적어도 하나에 대해 플랜지에 의한 회전 매스들(219, 221)의 고정 연결 대신 상대 회전을 허용하는 연결을 선택하는 것도 가능하다.
도 11에 제 1 매스(219)가 디스크들(215, 215')에 상기와 같이 연결된 모습이 도시되어 있다. 여기서는 제 1 회전 매스(219)가 플랜지(223)를 통해 베어링 디스크(225)에 나사로 고정된다. 디스크(215)의 베어링 영역(227), 베어링 셸(231) 및 베어링 디스크(225)의 베어링 영역(229)이 일점쇄선으로 표시된 제 1 회전축(233)을 중심으로 편심기 볼트를 통해 서로 고정 연결된 디스크들(215, 215')의 마찰 베어링(232)을 형성한다. 제 1 회전 매스(219)도 마찬가지로 (본 도면에는 도시되지 않은) 베어링에 의해 제 1 축선(233)을 중심으로 회전할 수 있게 지지된다. 따라서 (본 도면에는 도시되지 않은) 베어링 및 마찰 베어링을 통해 제 1 회전 매스(219)와 디스크들(215, 215')이 제 1 축선(233)을 중심으로 회전할 수 있게 지지되고, 이때 상기 디스크들(215, 215')은 제 1 회전 매스(219)에 대해 상대 회전을 할 수 있다. 2개의 디스크(215, 215')와 제 1 매스(219)의 결합은 본 도면에서 내부 아크 스프링(237), 외부 아크 스프링(239), 외부 아크 스프링(239)용 마찰 베어링(241) 및 위에서 계속 언급한 마찰 베어링(232)을 포함하는 진동 감쇠 부재(235)를 통해 이루어진다.
제 2 회전 매스(221)가 결합 플레이트(209) 및 편심기(205)를 통해 제 2 디스크들(215, 215')과 결합되기 때문에, 결국 2개의 회전 매스(219, 221)가 서로 상대 회전을 할 수 있다. 이때 진동 감쇠 부재(235)가 회전각에 상응하게 에너지를 흡수하거나, 다시 방출하거나 그 중 일부를 마찰 에너지로 변환한다. 그럼으로써 도 11 내지 13에 도시된 장치(203)에 의해 비틀림 진동 감쇠 시스템의 원리가 구현된다. 회전 매스들(219, 221) 및 진동 감쇠 부재(235)는 각각의 사용 분야에 맞게, 즉 예상되는 비틀림 진동에 적합하게 설계된다. 이 경우, 어떠한 유형의 베어링(232, 241)이 사용되느냐 하는 것은 중요하지 않다. 볼 베어링, 롤러 베어링, 미끄럼 베어링 또는 공지된 다른 베어링도 사용될 수 있다.
도 11 내지 13에서는 제 1 축선(233)을 중심으로 하는 제 1 매스(219)의 회전 운동이 편심기(205) 및 결합 플레이트(209)를 통해서도 전달됨으로써, 제 2 회전 매스(221)가 본 도면에 일점쇄선으로 도시된 제 2 축선(243)을 따라 회전한다는 사실도 알 수 있다. 이와 관련하여, 제 2 회전 매스(221)를 위해 (본 도면에는 도시되지 않은) 적절한 베어링이 제공된다.
진동 감쇠 부재(35)로부터 제 1 회전 매스(219)로의 토크 전달은 본 도면에서는 볼 수 없는 스토퍼(245)를 통해 이루어지며, 상기 스토퍼는 디스크 형태로 형성될 수 있는 제 1 회전 매스(219)의 함몰부들(247)로 형성된다. 도 11에 따른 도면에서는 스토퍼(245)가 상 평면으로부터 조금 앞쪽 및 조금 뒷쪽에 놓여 있다. 또한, 마찰로 인해 베어링(232, 241)을 통해 소정의 토크 전달이 이루어진다.
진동 감쇠 부재(235)와 2개의 디스크(215, 215')간의 토크 전달을 위해, 상기 디스크들이 스프링 스토퍼(251)를 형성하는 링크(249)를 갖는다.
회전 매스(221) 및 결합 플레이트(209)는 플랜지(253)를 포함하고, 상기 플랜지를 통해 상기 두 부품이 나사로 연결될 수 있다.
또한 도 13에 도시된 제 2 매스(221)는 링 기어(255)를 가지며, 상기 제 2 매스는 상기 링 기어를 통해 예컨대 내연기관의 전동기 내지는 스타터에 의해 구동된다. 또한 분실 방지 장치, 특히 나사 삽입용 중앙 보어가 제공될 수 있다.
도 14에는 도 11 및 도 12에 도시된 결합 부재(201)의 개략적인 횡단면이 도시되어 있다. 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 표시하였으므로, 이와 관련해서는 도 11 및 도 12의 설명을 참조한다.
도 14에서는 편심기(205)가 삽입되는 총 6개의 보어(217)를 가진 결합 플레이트(209)를 볼 수 있다.
2개의 점선(257)으로 표시된 축선들(233 및 243)의 축 변위는 역시 점선(259)으로 표시된 볼트 축선(211)과 편심기 축선(213)의 변위에 상응한다. 디스크들(215, 215') 및 제 1 매스(219)에 부착된 편심기 볼트(207)의 볼트 축선들(211)은 제 1 축선(233)에 대해 반경 방향으로 동일한 간격을 두고 배치된 것을 볼 수 있다. 이와 유사하게, 결합 플레이트(209) 및 제 2 매스(221)에 부착된 편심기(205)의 편심기 축선들(213)은 제 2 축선(243)에 대해 반경 방향으로 동일한 간격을 두고 배치된다.
가상 축선들(233, 243)이 고정되어 있는 경우, 편심기(205) 및 상기 편심기의 편심기 볼트(207)는 결합 플레이트(209)를 디스크들(215, 215')과 결합하는 커넥팅 로드처럼 작용한다. 따라서 디스크들(215, 215')로부터 결합 플레이트(209)로, 또는 그 반대로, 상기 부품들의 베어링에 마찰력이 가해지지 않으면서 토크가 전달될 수 있다. 이러한 원리는 "Schmidt-Kupplung(Schmidt coupling)"이라는 용어로 공지되어 있으므로, 이와 관련해서는 더 상세히 설명하지 않는다.
도 15에는 결합 부재(201)의 한 편심기(205)가 도시되어 있다. 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 표시하였으므로, 이와 관련해서는 이전 도면들의 설명을 참조한다.
상기 편심기(205) 및 편심기 볼트(207)가 베어링 영역(261)으로 둘러싸여 있는 것을 볼 수 있다. 베어링 영역(261)은, 결합 부재(201)의 최대한 긴 수명 및 높은 효율을 달성하기 위해 마찰공학적 관점에서 최소의 마모 및 최소의 마찰이 발생하도록 설계될 수 있다. 편심기(205)가 진동 감쇠 부재(235)를 통해 크랭크축(263)과 결합되는 것도 바람직하며, 그 결과 역시 마찰 및 마모가 최소화된다.
이 경우, 베어링 영역(261)이 마찰 베어링으로 형성된다. 그러나 예컨대 볼 베어링, 롤러 베어링 등과 같은 다른 바람직한 베어링 원리도 고려될 수 있다.
도 16에는 도 11 내지 도 13에 도시된 장치(203)가 조립된 상태가 도시되어 있다. 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 표시하였으므로, 이와 관련해서는 이전 도면들의 설명을 참조한다.
도 16에 따른 도면에서는 디스크들(215, 215')이 플랜지(223)를 통해 내연기관의 크랭크축(263)에 부착된다. 결과적으로 크랭크축(263)의 회전축은 제 1 축선(233)과 일치한다. 크랭크축(263)은 편심 부재(265)에 의해 내연기관의 엔진 블록(267)에 대해 편심된 상태로 장착된다. 제 1 축선(233)도 변위시키는 상기 편심 운동은 내연기관의 압축 변동에 이용될 수 있다. 도 14에 편심 부재(265)에 의해 야기된 크랭크축(263)의 제 1 축선(233)의 궤적이 반원(269)으로 도시되어 있다.
도 16에 도시된 편심 부재(265)에 의해 야기된 크랭크축(263)의 제 1 축선(233)의 편심율은 정확히 축선 233과 243의 변위와 일치한다. 내부 디스크들(215, 215') 및 제 1 매스(219)가 크랭크축에 플랜지 결합되므로, 크랭크축의 변위시 상기 내부 디스크들(215, 215') 및 제 1 매스(219)도 함께 변위된다.
제 2 매스(221)는 플랜지(253)를 통해 결합 부재(209)와 고정 연결되고, 적절한 베어링(271)을 통해 장치(203)의 하우징(273)에 대해 상기 베어링과 공동으로 회전 가능하도록 지지된다. 상기 하우징(273)은 다시 엔진 블록(267)과 고정 연결된다. 편심 부재(265)에 의해 야기된 크랭크축(263)의 편심율이 정확히 축선 233과 243의 변위와 일치하므로, 크랭크축(263)의 변위에 의해 상기 크랭크축의 축선(233)이 제 2 매스(221)의 제 2 축선(243)을 중심으로 일정한 간격을 두고 안내된다. 그러나 이러한 축 변위는 디스크들(215, 215'), 편심기(205) 및 결합 플레이트(209)의 배치에 의해 보상된다. 즉, 크랭크축 축선(233)의 변위에도 불구하고 제 2 매스(221)에 고정된 축, 예컨대 PTO 축, 특히 트랜스미션 입력축이 부착될 수 있다.
결합 부재(201)가 크랭크축(263)과 PTO 축 사이의 축 변위를 보상하는 장치(203) 내에 완전히 통합된 것도 볼 수 있다. 따라서 장치(203)의 설치 공간이 매우 작다. 토크 전달로 인해 축 변위 이외에 어떠한 반경 방향지지력도 야기되지 않기 때문에, 베어링 손실이 매우 적다. 따라서 상기 장치(203)는 효율, 컴팩트한 구조 및 비틀림 진동 감쇠와 같은 변수들이 최적으로 절충된 장치이다.
도 17에는 도 16에 도시된 장치(203)의 플랜지(253)의 홀 서클이 도시되어 있다. 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 표시하였으므로, 이와 관련해서는 이전 도면들의 설명을 참조한다.
플랜지(253)의 홀 서클이 상기 플랜지의 회전축, 즉 제 1 축선(233) 내지는 크랭크축 축선(233)에 대해 변위 배치된 것을 볼 수 있다. 이러한 변위는 2개의 선(257)으로 표시되어 있고, 축선들(233, 243)의 축 변위와 정확히 일치한다. 즉, 플랜지의 홀 서클은 제 1 축선(233)에 대해서는 편심 배치되고, 제 1 축선(243)에 대해서는 중심 배치된다. 이는 하기에서 도 16과 관련하여 간단하게 설명되는 장치(203)의 조립시 유리하다.
제 1 단계에서, 플랜지(253)의 보어(277) 내로 삽입될 수 있는 조립 보조물(275)에 의해 플랜지(253)가 크랭크축(263) 및 제 1 매스(219)에 나사로 연결된다. 상기 플랜지(253)도 역시 플랜지(223)의 홀 서클과 동일한 직경을 가지며 제 2 매스(221)의 축선(243)에 대해 중심 배치된 홀 서클을 갖는다. 즉, 상기 플랜지들(223, 253)의 홀 서클들이 정확하게 합동이 될 수 있기 때문에, 플랜지(223)가 조여지도록 하기 위해 조립 보조물(275)이 플랜지(253)의 보어(277) 내로 삽입될 수 있다.
플랜지(223)의 나사들이 조여지는 즉시, 제 2 단계에서 플랜지(253)의 나사들이 조여질 수 있다.
도 18에는 결합 부재(201)를 포함하는 장치(203)가 부분 도시된 엔진 블록(267)으로 표시된 내연기관 및 건식 클러치(279)와 결합된 모습이 도시되어 있다. 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 표시하였으므로, 이와 관련해서는 이전 도면들의 설명을 참조한다.
건식 클러치(279)에는 적절한 연결 수단(281)에 의해 특히 캐스팅 플레이트 형태로 제공되는 제 2 회전 매스(221)가 부착된다. 상기 클러치(279)를 통해 상기 클러치의 작동 상태에 따라 PTO 축(283), 예컨대 트랜스미션 입력축으로의 고정 연결이 이루어질 수 있다. PTO 축(283)의 회전축은 제 2 축선(243), 즉 제 2 회전 매스(221)의 회전축과 일치한다. 따라서 축선들(233, 243)의 축 변위에도 불구하고 조정 가능한 크랭크축(263) 및 PTO 축(283)이 장치(203)를 통해 결합 부재(201)와 결합됨에 따라, 매우 작은 설치 공간에서 비틀림 진동의 감쇠 하에 양호한 효율로 토크 내지는 회전 운동이 전달될 수 있다.
상기 장치(203)의 오일 윤활이 실시된다. 이를 위해 여러 부품 내에 오일 채널들(285)이 제공되며, 상기 오일 채널은 부분적으로 점선으로 그려져 있다. 또한 오일 가이드를 위해 다양한 오일 웰(oil well)(287)이 제공되며, 상기 오일 웰은 수평 라인들로 표시되어 있다. 오일 웰(287)은 장치(203)의 회전 부품들에 의해 휩쓸려가는 오일에 작용하는 원심력으로 인해 형성된다.

Claims (30)

  1. 서로 간격을 두고 축 방향으로 평행하게 또는 서로 임의의 각도로 배치된 2개의 축을 적어도 하나의 결합 부재를 사용하여 결합하기 위한 장치에 있어서,
    비틀림 진동을 감쇠하기 위해 적어도 하나의 진동 감쇠 부재와 상호작용하는 적어도 하나의 제 1 회전 매스(rotating mass) 및 제 2 회전 매스가 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 회전 매스에 부착된 크랭크축 및 상기 제 2 회전 매스에 부착된 PTO(power take-off) 축, 특히 트랜스미션 입력축의 축 변위가 일어나는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 서로 간격을 두고 축 방향으로 평행하게 배치된 2개의 축을 결합하기 위한, 특히 제 1항 또는 제 2항에 따른 장치를 위한 결합 부재에 있어서,
    상기 변위의 보상을 위해 적어도 하나의 탄성 부재가 제공되는 것을 특징으로 하는 결합 부재.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 탄성 부재가 나선형 스프링, 특히 압축 스프링으로 형성되는 것을 특징으로 하는 결합 부재.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 탄성 부재에 초기 응력이 가해지는 것을 특징으로 하는 결합 부재.
  6. 제 3항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    서로 평행하게 배치되며 상기 적어도 하나의 탄성 부재에 의해 결합되는 4개의 디스크가 제공되고, 상기 디스크들은 각각 2개씩 서로 고정 연결되는 것을 특징으로 하는 결합 부재.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 디스크들이 각각 적어도 하나의 관통구를 가지며, 상기 관통구는 바람직하게 길쭉하게 형성되고 상기 디스크의 원주 방향으로 구부러져서 연장되는 것을 특징으로 하는 결합 부재.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 관통구에 2개의 탄성 부재가 부착되는 것을 특징으로 하는 결합 부재.
  9. 제 3항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각 서로에게 귀속된 2개의 내부 디스크 및 2개의 외부 디스크가 제공되는 것을 특징으로 하는 결합 부재.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 서로 연결된 디스크들이 가상의 중간축에 대칭으로 구성 및 배치되는 것을 특징으로 하는 결합 부재.
  11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,
    상기 2개의 내부 디스크의 적어도 하나의 관통구가 상기 2개의 외부 디스크의 적어도 하나의 관통구에 대해 회전되어 배치되는 것을 특징으로 하는 결합 부재.
  12. 제 9항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 탄성 부재가 상기 내부 디스크들로 형성된 베어링, 특히 스프링 채널과 스프링 스토퍼 및 상기 외부 디스크들로 형성된 베어링, 특히 스프링 채널과 스프링 스토퍼와 상호 작용하는 것을 특징으로 하는 결합 부재.
  13. 제 9항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 디스크들이 상기 외부 디스크들과 서로 탄성적으로 결합됨에 따라 상기 디스크들이 상호 축 방향으로 엇배치될 수 있고, 엇배치된 상태, 축에 평행한 상태 또는 동축 상태에서 상기 내부 디스크로부터 상기 외부 디스크로 또는 그 반대로 토크가 전달될 수 있는 것을 특징으로 하는 결합 부재.
  14. 제 9항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 디스크들 및 상기 외부 디스크들이 각각 다른 부품으로 토크를 전달하기 위한 영역, 특히 브리지 및/또는 플랜지를 갖는 것을 특징으로 하는 결합 부재.
  15. 제 6항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2개의 회전 매스가 적어도 하나의 탄성 부재 및 상기 4개의 디스크를 통해 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 결합 부재.
  16. 서로 간격을 두고 축 방향으로 평행하게 또는 서로 각을 이루며 배치된 2개의 축을 적어도 하나의 카르단 조인트(cardan joint)로 결합하기 위한 장치, 특히 제 1항 또는 제 2항에 따른 장치를 위한 결합 부재에 있어서,
    상기 카르단 조인트가 적어도 하나의 구형 헤드(spherical head) 및 구형 시트(spherical seat)를 포함하는 것을 특징으로 하는 결합 부재.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 구형 헤드가 적어도 하나의 제 1 구결면(spherical segment surface)을 가지고, 상기 적어도 하나의 구형 시트가 상기 제 1 구결면에 매칭되는 대응면을 갖는 것을 특징으로 하는 결합 부재.
  18. 제 16항 또는 제 17항에 있어서,
    2개의 카르단 조인트가 제공되는 것을 특징으로 하는 결합 부재.
  19. 제 16항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서,
    내측 구형 시트 및 외측 구형 헤드를 가진 구형 셸(spherical shell)이 제공되는 것을 특징으로 하는 결합 부재.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 카르단 조인트가 상기 구형 셸을 고정하기 위한 고정 핀을 갖는 것을 특징으로 하는 결합 부재.
  21. 제 16항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 카르단 조인트가 상기 진동 감쇠 부재와 결합되는 것을 특징으로 하는 결합 부재.
  22. 제 16항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 카르단 조인트 및 상기 진동 감쇠 부재를 통해 상기 회전 매스들이 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 결합 부재.
  23. 제 16항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 진동 감쇠 부재는, 상기 2개의 축이 동축으로 무하중 상태에 있는 경우에는 반경 방향으로 가상의 직경선에 대해 임의의 각도로 하중을 받으며 계속 구동되고, 상기 두 축이 꺾여진 상태에서는 상기 두 축이 회전하는 동안 상기 두 축 중 하나의 가상 회전 평면에 대한 임의의 각도 영역을 통과하는 것을 특징으로 하는 결합 부재.
  24. 제 16항 내지 제 23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2개의 회전 매스가 상기 카르단 조인트를 통해 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 결합 부재.
  25. 서로 축 방향으로 평행하게 간격을 두고 배치된 2개의 축을 결합하기 위한 장치, 특히 청구항 1 또는 2에 따른 장치의 결합 부재에 있어서,
    상기 변위의 보상을 위해 적어도 하나의 편심기가 제공되고, 상기 편심기는 2개의 디스크 및 1개의 결합 플레이트에 부착되는 것을 특징으로 하는 결합 부재.
  26. 제 25항에 있어서,
    상기 결합 플레이트가 특히 플랜지를 통해 상기 제 2 회전 매스에 부착되는 것을 특징으로 하는 결합 부재.
  27. 제 25항 또는 제 26항에 있어서,
    상기 2개의 회전 매스가 상기 2개의 디스크 및 상기 결합 플레이트를 통해 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 결합 부재.
  28. 제 25항 내지 제 27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2개의 회전 매스가 서로에 대해 상대 회전할 수 있고, 상기 진동 감쇠 부재가 상기 두 회전 매스의 상대 회전을 저지하는 방식으로 설계되는 것을 특징으로 하는 결합 부재.
  29. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    제 3항 내지 제 15항 및/또는 제 16항 내지 제 24항 및/또는 제 25항 내지 제 28항 중 어느 한 항에 따른 결합 부재가 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  30. 서로 간격을 두고 축 방향으로 평행하게 또는 서로 임의의 각도로 배치된 2개의 축을 적어도 하나의 결합 부재를 사용하여 결합하기 위한 장치에 있어서,
    본 출원 명세서에 공개된 발명에 따른 적어도 하나의 특징을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
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