KR20090031690A - 회전 디스크 - Google Patents

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KR20090031690A
KR20090031690A KR1020087031839A KR20087031839A KR20090031690A KR 20090031690 A KR20090031690 A KR 20090031690A KR 1020087031839 A KR1020087031839 A KR 1020087031839A KR 20087031839 A KR20087031839 A KR 20087031839A KR 20090031690 A KR20090031690 A KR 20090031690A
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라이너 플룩
베른트 하르트만
페터 켈름
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섀플러 카게
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Abstract

본 발명은 회전 디스크(10)의 톱니 프로파일의 구성에 관한 것이다. 회전 디스크(10)의 톱니 사이에 형성된 톱니 홈(22)은 각각 톱니 홈 대칭축(30)에 대해서 대칭으로 배치된다. 톱니 홈 대칭축(30)은 회전 디스크(10)의 회전축(12) 영역 내의 원형면(14)을 통과하지 않도록 형성된다.
Figure P1020087031839
톱니 홈, 톱니 홈 대칭축, 회전 디스크, 원형면, 구동 장치

Description

회전 디스크 {ROTATING DISC}
본 발명은 회전 디스크, 특히 회전 디스크의 톱니 및 톱니 홈의 구성에 관한 것이다. 또한 본 발명은 본 발명에 따른 적어도 하나의 회전 디스크를 갖는 구동 장치 및 본 발명에 따른 적어도 하나의 회전 디스크를 갖는 벨트 변속기에 관한 것이다.
벨트 또는 체인 및 톱니 휠과 같이 힘을 전달하는 순환 요소에 기초한 구동 시스템은 산업적 응용에 널리 알려져 있다. 이와 같은 유형의 구동 시스템은 특히 크랭크 샤프트로부터 캠 샤프트로 토크를 전달하기 위해 내연 기관 내에서 사용된다.
캠 샤프트와 크랭크 샤프트 외에 워터 펌프 또는 연료 펌프와 같은 추가의 부품들도 벨트 또는 체인을 통해서 구동될 수 있다. 벨트 구동기 및 체인 구동기에 대한 상위 개념으로서 소위 벨트 변속기가 언급된다.
상기 유형의 구동 시스템 또는 벨트 변속기의 경우 소위 기생 진동이 발생한다. 이러한 기생 진동은 주기적인 모터 운동에 의해서 여기되는 힘 전달 순환 요소의 횡방향 진동, 종방향 진동 또는 비틀림 진동일 수 있다. 주기적 기생 진동은 일반적으로 내연 기관의 불규칙한 형태의 구동 요소에 의해서 여기된다.
특히, 실질적으로, 개별 구동되는 부품들의 비틀림 진동 또는 회전각 변동은 서로 상반된다. 이 경우 소위 "타이밍 에러", 즉 크랭크 샤프트에 대한 캠 샤프트의 비틀림각이 발생한다. 상기 각 에러가 매우 크면, 허용된 유해 물질 한계값을 넘어선 이미션이 엔진 작동 시 일어난다.
또한 톱니 벨트의 경우 회전각 변동에 의해서 불규칙한 부하가 발생하며 이는 톱니 벨트 균열을 촉진시켜, 톱니 벨트의 사용 수명을 단축시킨다.
따라서 이러한 기생 진동과 회전각 변동을 보상하기 위해 비원형 톱니 휠이 제안된다. 이 경우, 비원형 톱니 휠은, 원형의 원주 횡단면을 포함하지 않으며 힘 전달 순환 요소의 작용 곡선 또는 랩 원호가 원형이 아닌 톱니 휠이다.
독일 공개 공보 DE 10 2004 048 629 A1호에는 제어 구동기의 비원형 회전 디스크가 설명되어 있다. 이 경우, 회전 디스크는 회전각 및 중심 반경에 기능적으로 따르는 회전 디스크 반경을 포함하며, 회전 디스크 랩 곡선의 순환하는 원호 길이는 인접한 톱니의 중점의 사전 설정된 간격과 톱니의 수의 곱과 동일하도록 선택된다.
또한 독일 실용 신안 DE 202 20 367 U1호에는 힘 전달 순환 요소에 의해서 서로 결합된 복수의 회전자를 구비한 동기 구동 장치가 설명되어 있으며, 회전자들 중 하나는 적어도 2개의 돌출된 섹션을 갖는 비원형 프로파일을 포함하고 돌출된 섹션은 나머지 섹션과 교대된다. 이 경우 힘 전달 순환 요소에 비원형 프로파일에서, 비원형 프로파일의 돌출된 섹션 및 나머지 섹션의 각도 위치와 비원형 프로파일의 편심률의 수치는 보정된, 그리고 변동하는 반대 방향의 토크를 인가하도록 형 성되어 부하 형성 부분의 변동되는 부하 토크를 감소시키거나 실질적으로 상쇄되도록 한다.
제시된 회전 디스크 또는 제시된 동기 구동 장치의 작동 시, 벨트 마모가 심해지더라도 회전각 변동은 실질적으로 보상될 수 있다. 벨트 마모가 심해지면 부득이하게 보수 주기도 단축되어 관련 장치의 관리 비용도 상승된다.
지금까지 사용된 진원도만으로는 토크 보상 및 회전각 변동의 보상에 충분하지 못하다. 즉 부하 피크를 방지하면서도 랩 원호 내에, 즉 벨트와 디스크 사이의 접촉 영역 내에 가능한 한 일정한 "접촉 패턴"을 제공해주는 디스크 설계 또는 톱니 설계가 요구된다.
따라서 본 발명의 목적은 회전각 변동도 보상되고 힘 전달 순환 요소의 마모도 실질적으로 줄어드는 회전 디스크 또는 구동 장치 또는 벨트 변속기를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구 범위 제1항에 따른 회전 디스크, 제6항에 따른 구동 장치 및 제10항에 따른 벨트 변속기에 의해서 달성된다.
본 발명에 따른 회전 디스크는 회전축을 중심으로 하나의 회전각으로 회전할 수 있으며, 회전 디스크의 원주에 배치된 다수의 톱니와, 톱니 사이에 위치하며 각각 톱니 홈 대칭축에 대해서 대칭인 톱니 홈과, 회전각과 특정의 중심 반경에 기능적으로 따르는 회전 디스크 반경을 포함하고, 톱니 홈 대칭 축이 각각 회전 디스크의 원주의 국부적 곡률 중심에 대해서 실질적으로 방향 설정되는 것을 특징으로 한다.
종래 기술의 회전 디스크의 경우, 힘 전달 순환 요소의 심한 마모에 대한 원인이 기어 톱니에 의해서 순환 요소에 가해지는 큰 피크 힘으로부터 야기되는 것으로 알려져 있다. 이에 대한 근거는 종래 기술의 원형 톱니 휠의 방향 설정과 프로파일링이다.
원형 톱니 휠의 경우 톱니 사이에 위치한 톱니 홈은 각각 소위 톱니 홈 대칭축에 대해서 대칭이다. 원형 톱니 휠의 경우 모든 톱니 홈 대칭축은 상기 원형 톱니 휠의 회전축 또는 중점을 통해서 연장된다. 2개의 톱니 홈 대칭축 사이의 톱니 휠의 섹션은 상기 상세한 설명의 범주 내에서는 섹터로 언급된다.
원형 톱니 휠의 경우 모든 섹터들은 동일하다. 섹터가 서로 연결되어 구성됨으로써 원형의 톱니 휠이 이루어진다. 이 경우, 톱니 홈은 섹터 사이에 접선의 전환부가 제공되는 불연속성 없는 연속적인 표면을 포함한다.
종래 기술의 비원형 톱니 휠의 경우, 지금까지는 설계 시에 마찬가지로 전체 톱니 홈 대칭축이 톱니 휠의 회전축을 통해서 연장되어야 했다. 그러나 이러한 유형의 톱니 휠의 경우 동일하지 않은 섹터들이 서로 용이하지 않게 연결 구성될 수 있다. 오히려 섹터는 비원형 원주를 따라 개별 섹터들이 서로 연결 구성되도록 소정의 수치만큼 변형되어야 한다.
그러나 톱니 홈은 톱니 홈 대칭선에서 원형의 톱니 휠의 경우와 같이 섹터들 사이에 전환부를 포함하지 않으며, 상기 영역에서 더 크게 만곡되거나 톱니 홈 대칭축에 불연속성을 갖는다. 따라서 톱니는 원형의 톱니 휠의 경우보다 서로 더 큰 각을 갖는다.
종래 기술의 톱니 홈 윤곽은 변형되므로, 힘 전달 순환 요소의 톱니 베이스에서 부하가 증가한다. 또한 상기 유형의 윤곽에서는 더 심한 마모가 발생하게 된다.
그러나 본 발명에 따르면 톱니 홈 대칭축 전부가 회전축에 대해서 방향 설정되는 것이 아니라, 각각 실질적으로 회전 디스크의 원주의 국부적 곡률 중심에 대해서 방향 설정되며, 즉 톱니 홈 대칭축은 비원형 휠의 윤곽에 대해서 수직이 된다. 이 경우 일반적으로 톱니 홈 대칭축은 더 이상 회전축을 통해서 연장되지 않는다. 일반적으로, 동일하게 형성된 톱니 홈을 통해서 비대칭 톱니 구조가 결정된다. 톱니의 측면 윤곽은 인접한 톱니 홈의 형태로부터 주어진다. 톱니의 헤드 윤곽은 작용선 윤곽의 구조로부터 주어진다.
본 발명에 따라 톱니 홈 대칭축이 각각의 국부적 곡률 중심에 대해서 방향 설정됨으로써, 톱니 홈의 섹터 사이에 연속된 전환부를 갖는 톱니 홈 구조가 형성된다. 또한 마모 증가의 문제점이 방지된다. 힘 전달 순환 요소에 가해지는 압력이 톱니의 힘 전달에 의해서 균일하게 배분되며 힘의 피크의 발생이 방지되기 때문에, 힘 전달 순환 요소는 마찰과 마모가 줄어들게 유입되고 배출된다. 이로써 본 발명에 따른 회전 디스크는 종래 기술에 비해 실질적인 장점을 제공한다.
하나의 실시예에서, 회전 디스크의 원주를 실질적으로 비원형으로 형성할 수 있다. 톱니 홈 대칭축은 비원형 회전 디스크의 윤곽에 대해서 수직이다.
다른 실시예에서, 톱니는 인벌류트 맞물림을 위해 형성될 수 있다.
톱니 홈 대칭축은 회전 디스크에 대해서 동심인 원형면이 톱니 홈 대칭축에 의해서 교차 통과되지 않도록 방향 설정될 수 있다. 원형면은 대략 0.1mm 내지 20mm의 직경, 더 적합하게는 대략 0.5mm 내지 6mm의 직경을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 구동 장치는 적어도 2개의 회전 디스크 및, 회전 디스크 사이의 토크 전달을 위한 힘 전달 순환 요소를 포함하며, 적어도 하나의 회전 디스크가 본 발명에 따른 회전 디스크인 것을 특징으로 한다. 이로써 본 발명에 따른 구동 장치에서도 힘 전달 순환 요소의 마모 증가가 방지된다.
또한 본 발명에 따른 구동 장치는 차량 내에서 사용되도록 형성될 수 있다.
대안적으로, 본 발명에 따른 구동 장치는 항공기 내에서 사용되도록 형성될 수 있다.
하나의 실시예에서 본 발명에 따른 구동 장치는 동기 구동 장치이다.
본 발명에 따른 벨트 변속기는 적어도 2개의 회전 디스크 및, 회전 디스크 사이의 토크 전달을 위한 힘 전달 순환 요소를 포함하며, 적어도 하나의 회전 디스크가 본 발명에 따른 회전 디스크인 것을 특징으로 한다. 이로써 본 발명에 따른 벨트 변속기에서도 힘 전달 순환 요소의 마모 증가가 방지된다.
본 발명의 추가의 장점과 실시예는 상세한 설명 및 첨부된 도면으로부터 제시된다.
앞서 언급한, 그리고 추후에 설명할 특징들은 제시된 통합 형태에만 사용될 수 있는 것이 아니라, 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 다른 통합 형태에서도, 또는 단독으로 사용될 수 있다.
이하에서 본 발명은 실시예에 의해 더 자세히 설명된다.
도1은 종래 기술의 회전각 변동과 기생 진동을 보상하기 위한 비원형 톱니 휠의 횡단면도이다.
도2는 도1의 종래 기술의 비원형 톱니 휠의 하나의 영역이 확대된 도면이다.
도3은 본 발명에 따른 회전 디스크의 바람직한 실시예의 횡단면도이다.
도4는 도3의 회전 디스크의 회전축 둘레의 영역이 확대된 도면이다.
도1 및 도2에는 종래 기술의 회전 디스크(110)가 도시되어 있다. 종래 기술의 회전 디스크(110)는 회전 진동 또는 회전각 변동을 보상하기 위해 비원형 횡단면을 갖는다. 회전 디스크(110)의 원주를 따라 일정한 수의 톱니(120)가 배치된다. 회전 디스크(110)는 회전축(112)을 중심으로 회전한다. 톱니(120) 사이에 위치한 톱니 홈은 각각 톱니 홈 대칭축(130)에 대해서 서로 대칭이다. 회전 디스크(110)는 힘 전달 순환 요소(도시되지 않음)와 연관된 작용 곡선(200)을 따라 위치한다.
2개의 톱니 홈 대칭축(130) 사이에 위치한 회전 디스크(110)의 개별 섹터들이, 비원형 횡단면임에도 서로 꼭 들어맞도록 하기 위해서는, 상기 섹터들이 변경되거나 변형되어야 한다. 따라서 톱니(120) 사이의 전환부에서 톱니 홈 대칭축(130)에는 불연속성을 갖는 전환부가 형성된다. 이러한 변형에 의해, 상세한 설명 도입부에 기재된, 마모 증가의 문제점이 발생한다.
비교를 위해 도2에는 회전축(112)을 통해서 연장된 해당 접선(220)을 갖는 톱니 홈 대칭축이 도시되며, 또한 본 발명에 따라 회전축(112)을 통해서 연장되는 것이 아니라 접선에 대해 수직으로 위치하고 국부적 곡률 중심에 대해 방향 설정된 해당 접선(240)을 갖는 톱니 홈 대칭축이 도시된다.
도3 및 도4에는 회전축(12)을 중심으로 회전하는 본 발명에 따른 회전 디스크(10)가 도시된다. 회전 디스크(10)의 원주를 따라 일정한 수의 톱니(20)가 배치된다. 톱니(20) 사이에 위치한 톱니 홈(22)은 톱니 홈 대칭축(30)을 따라 서로 대칭이다. 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 회전 디스크(10)의 경우 톱니 홈 대칭축(30)은 회전축(12)에 대해서 방향 설정되지 않는다. 오히려 톱니 홈 대칭축(30)은 국부적 곡률 중심에 대해, 즉 톱니 홈 대칭축(30)이 회전 디스크의 원주선을 절단하는 점에 있는 곡률의 곡률 중심에 대해 방향 설정된다. 따라서 톱니 홈 대칭축(30) 중 어느 것도 관통하지 않는 원형면(14)이 회전축(12)을 중심으로 형성된다.
이로써 변형되지 않으면서, 톱니 홈 대칭축(30)에 톱니 홈의 연속적인 전환부를 갖도록 회전 디스크(10)의 원주를 따른 톱니 홈(22)의 대칭적 구성이 가능하다. 톱니(20)의 윤곽은 톱니 홈(22)의 위치와 회전 디스크(10)의 작용선의 윤곽으로부터 주어진다.
따라서 회전 디스크(10)에 형성된 힘 전달 순환 요소가 톱니(20)에 일정하게 압착될 수 있으며 힘 전달 순환 요소는 마찰 및 마모가 줄어들도록 유입되고 배출된다. 힘 전달 순환 요소에서는 톱니(20)에 의해서 가해진 힘의 피크가 발생하지 않는다. 따라서 힘 전달 순환 요소의 마모가 종래 기술에 비해 실질적으로 감소하므로 보수 주기가 더 길어지며, 이로써 본 발명에 따른 회전 디스크가 적용되는 장치의 관리 비용이 적어질 수 있다.
본 발명에 따른 회전 디스크는 바람직하게 동기 구동 장치 또는 벨트 변속기 에도 사용된다. 동기 구동 장치 또는 벨트 변속기는 바람직하게 차량 또는 항공기에서 사용될 수도 있다. 그러나 본 발명에 따른 회전 디스크는 이러한 사용예와 무관하게 방직 기계 또는 사무용 기계에서도 사용될 수 있다.
<도면 부호 리스트>
10 : 회전 디스크
12 : 회전축
20 : 톱니
22 : 톱니 홈
30 : 톱니 홈 대칭축
110 : 회전 디스크(종래 기술)
112 : 회전축(종래 기술)
120 : 톱니(종래 기술)
130 : 톱니 홈 대칭축(종래 기술)
200 : 작용 곡선(종래 기술)
220 : 해당 접선을 갖는 회전축을 통과하는 톱니 홈 대칭축(종래 기술)
240 : 해당 접선을 갖는 회전축의 외부에 있는 톱니 홈 대칭축

Claims (10)

  1. 회전축(12)을 중심으로 하나의 회전각으로 회전할 수 있는 회전 디스크이며, 회전 디스크(10)의 원주에 배치된 다수의 톱니(20)와, 상기 톱니 사이에 위치하며 각각 톱니 홈 대칭축(30)에 대해서 대칭인 톱니 홈(22)과, 회전각과 특정의 중심 반경에 기능적으로 따르는 회전 디스크 반경을 갖는 회전 디스크에 있어서,
    톱니 홈 대칭 축(30)이 각각 회전 디스크(10)의 원주의 국부적 곡률 중심에 대해서 실질적으로 방향 설정되는 것을 특징으로 하는 회전 디스크.
  2. 제1항에 있어서, 회전 디스크(10)의 원주는 실질적으로 비원형인 것을 특징으로 하는 회전 디스크.
  3. 제1항에 있어서, 톱니(30)는 인벌류트 맞물림을 위해 형성되는 것을 특징으로 하는 회전 디스크.
  4. 톱니 홈 대칭축(30)에 의해서 통과되지 않는, 회전 디스크(10)에 대해서 동심인 원형면(14)을 구비한, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 회전 디스크에 있어서, 원형면(14)은 대략 0.1mm 내지 20mm의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 회전 디스크.
  5. 제4항에 있어서, 원형면(14)은 대략 0.5mm 내지 6mm의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 회전 디스크.
  6. 적어도 2개의 회전 디스크(10) 및, 회전 디스크(10) 사이의 힘 전달을 위한 힘 전달 순환 요소를 구비한 구동 장치에 있어서,
    적어도 하나의 회전 디스크(10)가 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 회전 디스크(10)인 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  7. 제6항에 있어서, 차량에 사용되도록 형성된 구동 장치.
  8. 제6항에 있어서, 항공기에 사용되도록 형성된 구동 장치.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 동기 구동 장치인 구동 장치.
  10. 적어도 2개의 회전 디스크(10) 및, 회전 디스크(10) 사이의 힘 전달을 위한 힘 전달 순환 요소를 구비한 벨트 변속기에 있어서,
    적어도 하나의 회전 디스크(10)가 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 회전 디스크(10)인 것을 특징으로 하는 벨트 변속기.
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