KR20070070232A - 가요성 부싱 시스템 - Google Patents

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KR20070070232A
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KR1020077011629A
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게오르그 마이어바허
프란시스 무칭길레
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에스게에프 쥐트도이췌 겔렌크솨이벤파브릭 게엠베하 & 체오, 케게
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Abstract

가요성 부싱 장치(30; 30')는, 내부 부싱(32; 32')과, 상기 내부 부싱을 둘러싸고 상기 내부 부싱과 함께 환형 공간(36; 36', 36'')을 한정하는 외부 부싱(34; 34')과, 환형 공간(36; 36', 36'') 내에 배치되어 두 개의 부싱(32, 34; 32', 34')을 서로 연결하는 탄성 연결체(38; 38')를 구비한다. 환형 공간(36; 36', 36'')의 단부 구역들에는 두 개의 부싱(32, 34; 32', 34')의 서로에 대한 상대적인 반경 방향 운동을 단지 제한적으로만 허용하는 스페이서(40, 42; 40', 42')들이 배치된다. 각각의 스페이서(40, 42; 40', 42')는 부싱(32, 34; 32', 34')들 중 하나와 일체로 형성되고, 연결체(38, 38')를 통하여 다른 부싱(34, 32; 34', 32')에 작용하기만 하도록 배치된다. 각각의 스페이서(40, 42)는 치형 링(toothed ring)의 형태로 구성된다.

Description

가요성 부싱 시스템{FLEXIBLE BUSHING SYSTEM}
본 발명은 내부 부싱과, 내부 부싱을 둘러싸고 내부 부싱과 함께 환형 공간의 경계를 한정하는 외부 부싱과, 상기 환형 공간에 배치되어 두 개의 부싱을 서로 연결하는 탄성적인 연결체와, 환형 공간의 단부 구역에 배치되어 두 개의 부싱이 서로에 대하여 단지 제한적인 반경방향 운동만을 할 수 있게 하는 스페이서를 포함하는 탄성 부싱 장치에 관한 것이다.
이러한 형태의 부싱 장치는 US 4,738,650A 문헌에 공지되어 있는데, 이에 따르면 스페이서로서 각각의 중간 부싱이 내부 부싱의 양단부나 외부 부싱의 양단부 내로 가압되고 이러한 중간 부싱들은 내부 부싱과 외부 부싱들 사이에 정하여진 반경방향 유극이 존재하도록 하는 치수를 가진다. 고무 부싱이 탄성 연결체로서 내부 부싱의 중앙 구역으로 가황처리되고, 이것은, 고무 부싱과 두 개의 스페이서의 각각 사이에 공간이 존재하도록 축 방향 치수가 정하여진다. 내부 부싱, 스페이서 및 스페이서들 사이에 배치된 고무 부싱의 배열은 미리 조립되고, 고무 부싱이 프리-텐션(pre-tension)을 가지도록 외부 부싱으로 가압된다. US 4,738,650A 문헌에 따르면, 이러한 형태의 가요성 부싱 장치는 탄력적인 가요성 디스크의 체결 요소로서 제공된다. 이것은 작동 시에 토크를 전달해야 한다. 프로세스 중에 부싱 장치의 내부 부싱들은 외부 부싱의 방향으로 밀어지고 고무 부싱들이 가압된다. 가요성 디스크에 의하여 전달되어야 하는 토크가 일정한 양을 초과한다면 스페이서들이 내부 부싱과 외부 부싱 사이의 갭을 메우고 그에 의하여 고무 부싱들에 작용하는 압력을 제한한다.
도 1은 발동 차량, 특히 자동차의 스티어링 체인의 조인트 샤프트의 측면도이다.
도 2는 도 1의 조인트 샤프트의 확대도로서 부분적으로는 종방향 단면으로 도시된다.
도 3은 도 2의 가요성 부싱 장치의 다른 확대도로서, 하중이 걸리지 않은 상태에서 도 4의 길이방향 단면 Ⅲ-Ⅲ을 도시한다.
도 4는 부싱 장치의 정면도로서 부분적으로는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 단면을 도시한다.
도 5는 동일한 부싱 장치에 있어서 도 3에 대응하는 종방향 단면도로서, 버클링 하중을 받고 있는 상태를 도시한다.
도 6은 제1 제조 단계에 따라서 동일한 부싱 장치의 두 개의 부품을 도시한다.
도 7 내지 도 9는 부싱 장치의 추가적인 제조 단계들을 도시한다.
도 10은 대안적인 부싱 장치에 있어서 도 11의 종방향 단면 Ⅹ-Ⅹ를 도시한다.
도 11은 도 10의 화살표 ⅩI 방향의 정면을 도시한다.
본 발명의 목적은 외부 부싱에 대한 내부 부싱의 작동 시에 발생하는 모든 편위(excursion), 심지어는 각도 편위를 가진 구조에 기인한 소음(structure-borne noise)의 전달을 막는 장벽을 쉽게 만들고 형성할 수 있도록 가요성 부싱 장치를 구성하는 것이다.
서두에 설명한 형태의 가요성 부싱 장치로부터 시작하여, 상기 목적은 본 발명에 따라서 각각의 스페이서들이 부싱들 중 하나와 일체로 구성되고 연결체를 통하여 다른 부싱에 작용할 수 있도록 배치됨으로써 달성된다.
스페이서들이 내부 부싱이나 외부 부싱과 일체로 형성됨에 따라서 본 발명에 따른 부싱 장치의 제조가 단순화된다. 각각의 스페이서들이 연결체를 통하여 두 개의 부싱 중 하나에만 작용하도록 배치된다는 사실의 결과로, 하나 이상의 스페이서를 통한 부싱들 사이의 진동의 직접 전달이 배제된다. 단순성에도 불구하고, 본 발명에 따른 부싱 장치는 내부 부싱 및/또는 외부 부싱이 강으로 만들어지더라도 구조에 기인한 소음의 전달에 대한 특히 우수한 보호를 제공한다.
두 개의 부싱(내부 부싱과 외부 부싱)은 바람직하게는 플라스틱 재료로 만들어진다. 폴리페닐렌 에테르(PPE)와 폴리아미드 612(PA 612)는 특히 적합하다. 이러한 플라스틱 재료들 중 하나로 만들어지는 외부 부싱은 예를 들어 가요성 디스크의 블랭크에서 고무로부터 가압될 수 있는 반면에, 이러한 플라스틱 재료들 중 하나로 만들어지는 내부 부싱들은 가요성 디스크가 사이에 배치되는 두 개의 샤프트 플랜지의 하나 또는 다른 하나에 유극 없이 교대로 고정될 수 있도록 강으로 만들어진 나사 볼트를 수용하는 데에 특히 적합하다.
탄성 연결체는 바람직하게는 고무나 탄력성있는 재료로 만들어지고, 내부 부싱과 외부 부싱 사이의 환형 공간은 바람직하게는 탄성 연결체와 스페이서들로 완전히 채워진다.
각각의 스페이서들이 치형 링과 같이 형성된다면 특히 유리하다. 이는 스페이서들과 탄성 연결체 사이에 확실한 잠금(positive locking)이 제공될 수 있게 하고 그에 따라서 본 발명에 따른 가요성 부싱은 특히 토크를 전달할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 부싱 장치의 주어진 크기에 대하여, 하나는 내부 부싱에 형성되고 다른 하나는 외부 부싱에 형성되는 적어도 한 쌍의 치형 링 형태의 스페이서들이 기어 결합의 방식으로 서로 맞물리고 공정 중에 탄성 연결체에 의하여 메워지는 반경 방향 및 원주 방향의 유극을 가진다면, 부싱 장치의 토크 전달 용량은 더욱 증대될 수 있다.
대안적으로, 두 개의 부싱, 스페이서 및 탄성 연결체는 일체로 제조될 수 있고, 이 때에 내부 스페이서는 내부 부싱의 일 단부에 배치되고, 외부 스페이서는 외부 부싱의 반대 단부에 배치되며, 이러한 두 개의 스페이서를 함께 연결하는 탄성 연결체는 두 개의 부싱 사이의 환형 공간을 내부 환형 공간과 외부 환형 공간으로 나눈다.
이러한 본 발명의 대안적인 실시예에 있어서, 탄성 연결체는 케이지(cage)와 같은 방식으로 축-평행 바(bar)들로 나누어질 수 있다. 그에 의하여 연결체의 탄력적인 가요성이 증가될 수 있다.
본 발명에 따른 부싱 장치는 주로 유니버설 조인트 샤프트의 두 개의 조인트 부분들을 서로 중심을 맞추고 그에 의하여 조인트 샤프트이 버클링되지 않게 하기 위하여 유니버설 조인트 샤프트의 두 개의 조인트 부분들 사이에 제공된다.
본 발명은 또한 서두에서 설명한 형태의 본 발명에 따른 부싱 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법은, 부싱들과 스페이서들이 일체로 형성되고 내부 부싱의 일 단부에 가깝게 위치한 내부 스페이서와 외부 부싱의 반대 단부에 가깝게 위치한 외부 스페이서가 바로 서로 인접하여 있고 미리 정하여진 브레이킹 구역(breaking region)에 의하여 함께 연결되며, 내부 부싱이 외부 부싱으로부터 돌출하도록 수행된다. 그 후에 내부 부싱은 외부 부싱으로 밀어지고, 상기 스페이서들은 미리 정하여진 브레이킹 구역에서 서로로부터 분리된다. 최종적으로 부싱들 사이의 환형 공간은 탄성 연결체를 형성하는 탄력성있는 복합물질로 채워진다.
본 발명의 추가적인 세부 내용과 실시예는 첨부된 개략적인 도면을 참조하여 이하에서 설명된다.
도 1에 개략적으로 도시된, 자동차의 스티어링 체인의 조인트 샤프트(10)는 자동차 핸들(14)로부터 시작해서 크로스 핀 조인트(16, 18)의 제1 조인트 부분(16)에서 끝나는 스티어링 샤프트(12)를 포함한다. 제2 조인트 부분(18)은 탄성 가요성 디스크(20)에 의하여 제3 조인트 부분(22)에 연결된다. 이를 위하여, 조인트 부분(18, 22)들은 각각 플랜지(24 또는 26)를 가진다. 가요성 디스크(20)는 체결 핀(28)들에 의하여 플랜지(24)와 플랜지(26)에 교대로 연결된다. 제3 조인트 부분(22)은 도 3 및 4에 보다 상세히 도시되는 부싱 장치(30)를 구비한다. 부싱 장치는, 정상 상태에서 서로에 대하여 동축으로 배열되고 부싱 형상의 탄성 연결체(38)를 포함하는 환형 공간(36)을 반경방향 내측 또는 외측으로 한정하는 내부 부싱(32)과 외부 부싱(34)을 포함한다.
도 3의 우측에서, 내부 부싱(32)의 단부 구역에는, 여기서 도시되는 실시예에서 반경방향 외측으로 돌출하는 치형부의 링을 포함하는 내부 스페이서(40)가 일체로 형성된다. 동일한 방식으로, 도 3의 좌측에서, 외부 부싱(34)의 단부 구역에는 여기서 도시되는 실시예에서 반경방향 내측으로 돌출하는 치형부의 링을 포함하는 외부 스페이서(42)가 일체로 형성된다. 두 개의 부싱(32, 34)들과 그것들의 스페이서(40, 42)들은, 예를 들어 PPE 또는 PA 612와 같은 플라스틱 재료로부터 사출성형된다. 두 개의 스페이서(40, 42)는 탄성 연결체(38) 내에 끼워지고, 탄성 연결체(38)는, 도 2 내지 5에 따르면, 고무로 만들어지고 스페이서(40, 42)들과 함께 내부 부싱(32)과 외부 부싱(34) 사이의 환형 공간(36)을 완전히 채운다.
내부 부싱(32)과 외부 부싱(34)은, 예를 들어 전술한 플라스틱 재료들 중 하나로부터 공히 사출성형됨으로써 매우 간단한 방식으로 제조될 수 있다. 이는, 두 개의 부싱(32, 34)이 축방향으로 서로 오프셋되어 있지만, 두 개의 부싱(32, 34)이 동축 장치에서 제조되도록 형성된 사출 성형 몰드에서 이루어질 수 있다. 축방향 오프셋은, 내부 부싱(32)과 함께 일체형 스페이서(40)를 형성하는 치형 휠이 외부 부싱(34)과 함께 일체형 스페이서(42)를 형성하는 치형 휠과 공통의 축-수직 평면에 놓이고 이러한 두 개의 치형 휠이 톱니멈춤쇠(pawl)에서 서로의 치형부에 물리도록, 선택된다. 내부 스페이서(40)의 적어도 몇 개의 치형부는 프로세스 중에 미리 정하여진 브레이킹 구역(44)에 의하여 외부 스페이서(42)의 인접한 치형부에 연결된다. 두 개의 부싱(32, 34)은, 공히 사출 성형된 후에 무엇보다 하나의 유닛을 형성한다.
도 7은 센터링 맨드릴(centering mandrel)(48)이 고정된 기부판(46)과, 센터링 맨드릴(48)을 위한 수용 구멍(52)을 구비한 상부판(50)과, 외부 부싱(34)을 위한 수용 구멍(56)을 구비한 가열판(54)을 포함하는 가황처리 툴(vulcanizing tool)을 도시한다. 내부 부싱(32)과 외부 부싱(34)을 포함하는 유닛은, 내부 부싱(32)의 하단부가 기부판(46)에 닿을 때까지 내부 부싱(32)이 센터링 맨드릴(48)로 가압되도록, 이러한 가황처리 툴 내로 삽입된다. 프로세스 중에 외부 부싱(34)은 가열판(54)의 수용 구멍(56) 내에 부분적으로 삽입된다. 한편, 상부판(50)은, 예를 들어 나머지 툴 부분들로부터 도 7에 도시된 것보다 더 큰 높이 거리로 분리되어 유지된다.
내부 부싱(32, 34)을 포함하는 유닛이 전술한 방식으로 삽입되자마자, 상부판(50)이 하강되고, 도 7에 도시된 바와 같이, 센터링 맨드릴(48)이 연관된 수용 구멍(52) 내로 관통함으로써 상부판(50)은 기부판(46)과 그에 고정된 가열판(54)에 대하여 중앙으로 향하게 된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 상부판(50)이 추가로 하강하면, 외부 부싱(34)은 가열판(54)의 수용 구멍(56) 내로 더 가압된다. 두 개의 부싱(32, 34)에 의하여 미리 형성된 유닛은 미리 정하여진 브레이킹 구역(44)에서 프로세스 중에 분리된다. 그러나, 가황처리 툴은 두 부싱이 서로에 대하여 중심이 일치되게 유지시켜 준다. 도 9에 따르면, 상부판(50)은 최종적으로 밀봉식으로 가열판(54)에 접하고, 동시에 외부 부싱(34)은 외부 부싱(34)의 하단면이, 내부 부싱(32)처럼, 기부판(46) 상에 위치하는 최종 위치에 도달한다. 두 개의 부싱(32, 34) 사이의 환형 공간(36)은 이제 탄성 연결체(38)를 형성하는 사출된 고무 혼합물로 완전히 채워진다. 이러한 고무 혼합물을 가황처리한 후에 부싱 장치(30)가 완성된다.
도 10 및 11은 다른 실시예를 도시하는데, 추가적인 지시선이 표시되기는 하지만, 기능에 있어서 앞서 설명한 부품들에 대응하는 부품들은 이전에 사용된 도면부호에 의하여 지시된다. 따라서 도 10 및 11에 도시된 부싱 장치는 30'로 표시되고 내부 부싱은 32', 외부 부싱은 34'로 표시한다. 도 10에 따르면, 내부 부싱(32')은 도 10의 우측에 있는 단부 구역에서 (이 경우 하나의) 스페이서(40')를 통하여 중간 부싱과 일체로 연결되고, 중간 부싱은 내부 부싱(32') 및 외부 부싱(34')과 동축으로 배치되고 탄성 연결체(38')를 형성한다. 상기 연결체는 부싱 장치(30')의 좌측 단부 구역에서 (이 경우 하나의) 스페이서(42')를 통하여 외부 부싱(34')과 일체로 연결된다. 이 실시예에서는 미리 정하여진 브레이킹 구역이 없다. 부싱 장치(30')의 상기 부품들은 항상 서로에 연결되어 있다. 탄성 연결체(38')는 내부 부싱(32')과 외부 부싱(34') 사이의 환형 공간을 내부 환형 공간(36')과 외부 환형 공간(36'')로 나눈다. 내부 환형 공간(36')과 외부 환형 공간(36'')은 도시된 실시예에서는 공동이지만 바람직하다면 고무로 채워질 수도 있다. 원칙적으로, 부싱형 탄성 연결체(38')는 탄력적인 가요성을 증대시키기 위하여, 도 11에 도시된 바와 같이, 케이지(cage)와 같은 방식으로 다수의 축-평행 바(bar)(38'')들로 분리될 수 있다.

Claims (9)

  1. 내부 부싱(32; 32')과, 상기 내부 부싱을 둘러싸고 상기 내부 부싱과 함께 환형 공간(36; 36', 36'')을 한정하는 외부 부싱(34; 34')과, 환형 공간(36; 36', 36'') 내에 배치되어 두 개의 부싱(32, 34; 32', 34')을 서로 연결하는 탄성 연결체(38; 38')와, 환형 공간(36; 36', 36'')의 단부 구역들에 배치되어 두 개의 부싱(32, 34; 32', 34')의 서로에 대한 상대적인 반경 방향 운동을 단지 제한적으로만 허용하는 스페이서(40, 42; 40', 42')들 포함하는 가요성 부싱 장치(30; 30')에 있어서,
    각각의 스페이서(40, 42; 40', 42')는 부싱(32, 34; 32', 34')들 중 하나와 일체로 형성되고, 연결체(38, 38')를 통하여 다른 부싱(34, 32; 34', 32')에 작용하기만 하도록 배치된 것을 특징으로 하는 가요성 부싱 장치.
  2. 제1항에 있어서, 각각의 스페이서(40, 42; 40', 42')는, 연결체(38, 38')를 통하여 상기 다른 부싱(34, 32; 34', 32')에 작용하기만 하도록 배치된 것을 특징으로 하는 가요성 부싱 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 탄성 연결체(38)는 탄력성 있는 재료(rubbery material)로 만들어지고 환형 공간(36)은 탄성 연결체(38)와 스페이서(40, 42)들에 의하여 완전히 채워지는 것을 특징으로 하는 가요성 부싱 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 스페이서(40, 42)는 치형 링(toothed ring)의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 가요성 부싱 장치.
  5. 제4항에 있어서, 하나가 내부 부싱(32)에 형성되고 다른 하나는 외부 부싱(34)에 형성되는, 적어도 한 쌍의 치형 링 형태의 스페이서(40, 42)가 기어 결합의 방식으로 서로 맞물리고, 탄성 연결체(38)에 의하여 메워지는 반경방향 및 원주방향의 유극(play)을 프로세스 중에 가지는 것을 특징으로 하는 가요성 부싱 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 두 개의 부싱(32', 34'), 스페이서(40', 42')들 및 탄성 연결체(38')는 일체로 제조되고, 내부 스페이서(40')는 내부 부싱(32')의 일 단부에 배치되고, 외부 스페이서(42')는 외부 부싱(34')의 반대쪽 단부에 배치되며, 이러한 두 개의 스페이서(40', 42')를 함께 연결하는 탄성 연결체(38')는 두 개의 부싱(32', 34') 사이의 환형 공간을 내부 환형 공간(36')과 외부 환형 공간(36'')으로 나누는 것을 특징으로 하는 가요성 부싱 장치.
  7. 제6항에 있어서, 탄성 연결체(38')는 케이지(cage)와 같이 축-평행 바(bar)들로 분리되는 것을 특징으로 하는 가요성 부싱 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 유니버설 조인트 샤프트(10)의 두 개의 조인트 부분(18, 22)들의 상호 중심 맞춤을 위하여 상기 두 개의 조인트 부분(18, 22)들 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 가요성 부싱 장치.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 부싱 장치(30)의 제조 방법에 있어서,
    부싱(32, 34)들과 스페이서(40, 42)들이 일체로 형성되고,
    내부 부싱(32)의 일 단부에 근접하게 배치된 내부 스페이서(40)와 외부 부싱(34)의 반대측 단부에 근접하게 배치된 외부 스페이서(42)는 서로에 대하여 바로 인접하고 미리 정하여진 브레이킹 구역(breaking region)(44)에 의하여 함께 연결되며,
    내부 부싱(32)은 외부 부싱(34)으로부터 돌출되고,
    그 후에 내부 부싱(32)은 외부 부싱(34) 내로 가압되고, 상기 스페이서(40, 42)들은 미리 정하여진 브레이킹 구역(44)에서 서로로부터 분리되고,
    최종적으로 부싱(32, 34)들 사이의 환형 공간(36)은 탄성 연결체(38)를 형성하는 탄력성있는 복합재료로 채워지는 것을 특징으로 하는 부싱 장치(30)의 제조 방법.
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