KR20090096646A

KR20090096646A - 플랫밴드 비틀림 스프링 및 텐셔너

Info

Publication number: KR20090096646A
Application number: KR1020097016176A
Authority: KR
Inventors: 홀게르 셰베르
Original assignee: 더 게이츠 코포레이션
Priority date: 2007-01-16
Filing date: 2007-12-20
Publication date: 2009-09-11
Also published as: BRPI0720897A2; CN101600893A; EP2104792A1; CA2674565A1; RU2009131068A; US20080171622A1; JP2010515872A; WO2008088547A1

Abstract

본 발명의 텐셔너는, 베이스(20), 피벗 아암(30), 이 피벗 아암에 저널링(journalling)된 풀리(90), 및 베이스와 피벗 아암 사이에 맞물려 피벗 아암을 압박하는 비틀림 스프링(10)을 포함하며, 비틀림 스프링은 장축(Z-Z) 및 단축(X-X)을 갖는 단면 형상을 포함하고, 장축의 길이(h)는 단축의 길이(b)보다 길며, 비틀림 스프링은 장축에 대해 실질적으로 평행한 평면 부분(15, 16)을 포함하고, 장축은 비틀림 스프링의 권취 축선(Y-Y)으로부터 실질적으로 반경 방향 및 직각 방향으로 연장하는 방향으로 배향된다.

텐셔너, 비틀림 스프링

Description

플랫밴드 비틀림 스프링 및 텐셔너{FLATBAND TORSION SPRING AND TENSIONER}

본 발명은 플랫밴드 스프링의 장축이 플랫밴드 비틀림 스프링의 권취 축선으로부터 반경 방향 및 직각 방향으로 연장하는 플랫밴드 비틀림 스프링 및 텐셔너에 관한 것이다.

텐셔너는 벨트 구동 시스템에 예하중(preload)을 가하는 데에 이용되고 있다. 예하중은 구동 풀리 및 다양한 종동 풀리와의 벨트의 적절한 논슬립(non-slip) 맞물림을 보장한다.

텐셔너 스프링을 위해 둥근 와이어를 이용하는 것이 공지되어 있다. 또한, 직사각형 단면의 곧은 바아로 이루어진 플랫밴드 와이어(flatband wire)로 제조되되, 플랫밴드의 단면의 장축이 스프링의 권취 축선에 평행하게 되는 스프링이 공지되어 있다. 그러한 플랫밴드 스프링은 둥근 와이어 스프링 또는 동일 토크 용량에 비교할 경우, 주어진 토크에 대해 감소된 용적을 요구한다.

대표적인 종래 기술로서 Gardner에게 허여된 미국 특허 제5,496,221호(1996년)에서, 벨트 긴장 시스템, 이를 위한 벨트 텐셔너 및 이들을 제조하는 방법을 개시하고 있는 데, 벨트 긴장 시스템은 지지체에 피벗 가능하게 장착된 텐셔너 아암과, 양단부를 갖는 권취 코일 스프링을 포함하며, 이 권취 코일 스프링의 일단부는 지지체의 접촉부에 작동적으로 상호 연결되는 한편 타단부는 아암에 작동적으로 상호 연결되고, 아암은 권취 코일 스프링의 양단부 중 일단부에 맞물리는 견부를 구비하여, 아암의 견부가 권취 코일 스프링의 일단부에 맞물려 그 권취 코일 스프링의 일단부를 지지체의 접촉부에 접촉하지 않게 효율적으로 이동시키게 되는 특정 위치로 아암이 피벗되는 경우에, 지지체로부터 자체 내장형 유닛(self-contained unit)으로서 아암 및 권취 코일 스프링이 제거될 수 있게 한다.

필요한 것은, 플랫밴드 스프링의 장축이 플랫밴드 비틀림 스프링의 권취 축선으로부터 반경 방향 및 직각 방향으로 연장하는 플랫밴드 비틀림 스프링 및 텐셔너이다. 본 발명은 이러한 필요성을 충족시킨다.

본 발명의 주요 양태는 플랫밴드 스프링의 장축이 플랫밴드 비틀림 스프링의 권취 축선으로부터 반경 방향 및 직각 방향으로 연장하는 플랫밴드 비틀림 스프링 및 텐셔너를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 다른 양태는 이하의 발명의 상세한 설명 및 첨부 도면에서 지시되거나 명백해질 것이다.

본 발명은, 베이스(20), 피벗 아암(30), 이 피벗 아암에 저널링(journalling)된 풀리(90), 및 베이스와 피벗 아암 사이에 맞물려 피벗 아암을 압박하는 비틀림 스프링(10)을 포함하는 텐셔너로서, 비틀림 스프링은 장축(Z-Z) 및 단축(X-X)을 갖는 단면 형상을 포함하고, 장축의 길이(h)는 단축의 길이(b)보다 길며, 비틀림 스프링이 장축에 대해 실질적으로 평행한 평면 부분(15, 16)을 포함하고, 장축이 비틀림 스프링의 권취 축선(Y-Y)으로부터 실질적으로 반경 방향 및 직각 방향으로 연장하는 방향으로 배향되어 있는 텐셔너를 포함한다.

본 명세서에 포함되어 그 일부를 형성하고 있는 첨부 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.

도 1은 본 발명의 스프링의 사시도이다.

도 2는 도 1의 단면선 2-2에서의 본 발명의 스프링의 단면도이다.

도 3은 본 발명의 스프링을 이용하는 텐셔너의 분해도이다.

도 1은 본 발명의 스프링의 사시도이다. 스프링(10)은 복수의 코일(17)을 갖는 비틀림 스프링이다. 각각의 단부(11, 12)는 스프링이 적절한 장착부에 맞물리게 한다. 스프링(10)의 권취 축선은 Y-Y이다.

도 2는 도 1의 단면선 2-2에서의 본 발명의 스프링의 단면도이다. 스프링(10)은 실질적으로 편평한 평면 부분(15, 16)의 각 측부에 배치된 아치형 측면(13, 14)을 포함한다. 이러한 볼록 아치형 측면(13, 14)은 둥근 와이어를 원하는 편평한 형상으로 압연하게 되는 와이어 제조 중에 형성된다. 장축(Z-Z)은 권취 축선(Y-Y)에 대해 반경 방향 및 직각 방향으로 연장한다. 장축(Z-Z)은 단축(X-X)보다 길이가 길다. 평면 부분(15, 16)은 장축(Z-Z)에 실질적으로 평행하다.

스프링(10)은 사용 조건에 따라 스프링 강 또는 플라스틱을 비롯한 임의의 탄성 재료로 이루어질 수 있다.

둥근 와이어로 이루어진 코일 스프링과 플랫밴드 와이어로 이루어진 코일 스프링을 지배하는 식은 아래의 사항을 제외하면 동일하다.

둥근 와이어에 대한 와이어 단면 관성 모멘트는 식 I _round 로 나타낸다. 플랫밴드 와이어에 대한 와이어 단면 관성 모멘트는 식 I _flatband 로 나타낸다.

여기서, "d"는 와이어의 직경이고, "b" 및 "h"는 도 2에 나타낸 치수들이다.

동일한 와이어 단면 관성 모멘트, 동일한 코일 개수, 동일한 처짐각(deflection angle) 및 동일한 와이어 응력을 갖는 둥근 와이어 스프링과 비교할 때에 플랫밴드 스프링의 이점은 압축 상태에서 스프링의 최대 유효 높이가 플랫밴드 스프링의 경우에 더 작다는 점이다. 이는 동일한 하우징 조건에서 플랫밴드 스프링이 더 큰 토크를 가할 수 있게 한다. 주어진 원하는 토크 및 정해진 스프링 하우징 높이 또는 인벨로프에 있어서, 플랫밴드 스프링을 이용하는 용례에 따라 둥근 와이어 스프링이라면 하우징 및 인벨로프에 맞지 않는 경우에도 원하는 토크에 도달할 수 있다.

이하는 본 발명의 스프링의 바람직한 특징을 설명하기 위한 예시적 계산이다.

둥근 와이어 스프링에 대한 계산

플랫밴드 스프링의 치수

이제, "b" 및 "h"를 계산되는 토크와 응력에 대해 각각 "d"가 동일해지도록 선택할 수 있다. 치수 "b"는 둥근 와이어 스프링에 비교할 때 플랫밴드 스프링의 패키징 이점을 실현하기 위해 "h"보다 작도록 선택된다.

스프링의 높이, 즉 축선(Y-Y)에 대한 축방향 높이

둥근 와이어 스프링의 최대 높이(직경)는 다음과 같이 계산된다.

이라 할 때에,

이다.

이는 b < h라 할 때에 다음을 야기한다.

b < d

H _springFlat < H _springRound

변수 및 기호 :

T : 스프링 토크

d : 둥근 와이어 직경

E : 탄성 계수

α : 처짐각

Dm : 평균 코일 직경

n : 코일의 개수

σ : 와이어의 응력

I : 와이어 단면 관성 모멘트

b : 플랫밴드 와이어의 폭

h : 플랫밴드 와이어의 높이

H_springRound : 둥근 와이어 스프링의 높이

H_springFlat : 플랫밴드 스프링의 높이

이하는 상기한 변수에 대한 수치값을 이용한 예시적인 계산을 나타내는 것으로, 청구 범위의 보호 범위 또는 그 용례를 제한하는 일 없이 본 발명을 예시하고자하는 것이다.

	둥근 와이어	플랫밴드 와이어
최대 허용 하우징 높이 [㎜]	9	9
둥근 와이어 직경 [㎜]	3.23	-
플랫밴드 높이 [㎜]	-	3.5
플랫밴드 폭 [㎜]	-	1.5
코일 개수	2.9	2.9
평균 코일 직경 [㎜]	42	42
와이어 단면 관성 모멘트[㎜⁴]	5.13	5.13
공칭 처짐각 [°]	80	80
최대 처짐각 [°]	102	102
공칭 처짐각에서의 토크 [N㎝]	387	387
최대 처짐각에서 최대 스프링 높이 [㎜]	9.64	6.18

공칭 처짐각에서 토크가 387 Ncm으로 동일하다고 하면, 본 발명의 스프링의 최대 스프링 높이는 둥근 와이어 스프링의 경우에 9.64㎜와 비교할 때에 겨우 6.18㎜이다. 이는 축방향 높이[도 1의 축선(Y-Y)]가 약 35% 감소했음을 의미한다. 이러한 상당한 감소는 필요한 토크 출력을 보다 얇은 텐셔너 패키지에서 이용할 수 있게 한다. 이는 보다 작은 작동 용적의 텐셔너를 이용할 수 있게 하거나, 보다 큰 토크 요구를 충족하도록 텐셔너의 크기를 증가시키는 것이 불가능한 경우 주어진 작동 용적에서 보다 큰 토크를 실현할 수 있게 한다.

상기한 계산에서는 또한 치수 "h" 대 치수 "b"(h : b)로 나타낸 종횡비가 약 2.3임을 예시한다. 본 발명의 스프링은 동일한 효과를 갖고 1보다 큰 종횡비를 갖게 제조될 수 있다.

도 3은 본 발명의 스프링을 이용한 텐셔너의 분해도이다. 본 명세서에서 설명하는 예시적인 편심 텐셔너는 단지 예시를 위한 것이지 본 발명의 스프링의 보호 범위 또는 용례를 제한하고자하는 것은 아니다.

편심 텐셔너는 베이스(20)를 포함한다. 이 베이스(20)를 관통하여 슬리브(40)가 돌출한다. 슬리브(40)에는 부싱(70)을 통해 아암(30)이 피벗 가능하게 맞물린다. 부싱(70) 및 슬리브(40)는 플라스틱을 비롯한 임의의 적절한 저마찰 재료를 포함할 수 있다. 그러한 플라스틱은 오일 함침되거나, PTFE 코팅을 구비할 수 있다. 댐핑 패드(50)가 스프링(10)과 맞물린다. 스프링(10)은 댐핑 패드(50) 내에서 채널(51)에 안착된다. 댐핑 패드(50)는 작동 중에 베이스(20) 및 아암(30)과의 마찰 맞물림(rubbing engagement)에 의해 아암(30)의 원하지 않는 진동을 감쇠시키는 데에 도움을 준다.

스프링(10)의 단부(11)는 아암(30)의 슬롯(31)에 맞물린다. 스프링(10)의 단부(12)는 베이스(20)의 부재(21)에 맞물린다. 작동 시에, 스프링(10)은 아암(30)을 베이스(20)에 대해 압박하여, 스프링 토크를 베어링(91) 및 풀리(90)를 통해 가하여, 벨트(도시 생략)에 하중을 가한다. 베이스(20)는 장착면의 수납부(도시 생략)와 부재(23)의 맞물림에 의해 회전하는 것이 방지된다.

조절기(60)는 보어(33)를 통해 아암(30)에 맞물린다. 이러한 조절기는 아암(30)의 회전 중심을 편심되게 배치하여, 벨트 하중을 아암(30)의 운동 범위에 대 해 적절하게 배향시키는 데에 이용된다. 아암(30)의 위치는 텐셔너의 설치 중에 공구 수용부(62) 내에 공구(도시 생략)를 삽입함으로써 조절된다.

텐셔너를 엔진 블록과 같은 장착면(도시 생략)에 부착하는 데에 체결구(100)가 이용된다. 이 체결구(100)는 조절기(60)의 보어(61)를 통과해 연장한다.

텐셔너의 적절한 조절은 아암(30) 상의 지시기(34) 및 베이스(20) 상의 지시기(22)를 이용하여 달성된다. 지시기(34)가 지시기(22)의 상응하는 부분과 정렬될 때까지 아암을 회전시킨다. 이어서, 아암과 베이스를 핀(35)을 이용하여 함께 고정시킨다.

일단 텐셔너가 작동 위치에 설치되고 지시기(34, 22)가 적절히 정렬되면, 체결구(100)를 죄며, 이는 또한 조절기(60)의 운동을 방지한다. 슬리브 상의 부싱(70)은 아암(30)이 슬리브(40)를 중심으로 자유로이 운동할 수 있게 한다.

시일(80)은 아암(30)의 상면(32)에 맞물려 아암 보어(33)와 슬리브(40) 사이로 나아가서는 슬리브(40)의 베어링 면(41) 내로 부스러기가 침입하는 것을 방지한다. 부스러기는 텐셔너의 작동에 부정적인 영향을 미칠 것이다. 벨트(도시 생략)는 풀리(90)에 맞물린다. 풀리(90)는 베어링(91)을 통해 아암(30)에 저널링된다.

본 명세서에서 본 발명의 하나의 형태에 대해 설명하였지만, 본 명세서에서 기재된 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 부품들의 구조 및 상관 관계에서 변형이 이루어질 수 있다는 점을 당업자라면 이해할 것이다.

Claims

베이스(20);

피벗 아암(30);

상기 피벗 아암에 저널링(journalling)된 풀리(90); 및

상기 베이스와 상기 피벗 아암 사이에 맞물려 피벗 아암을 압박하는 비틀림 스프링(10)

을 포함하며, 상기 비틀림 스프링은 장축(Z-Z) 및 단축(X-X)을 갖는 단면 형상을 포함하고, 장축의 길이(h)는 단축의 길이(b)보다 길며,

상기 비틀림 스프링은 장축에 대해 실질적으로 평행한 평면 부분(15, 16)을 포함하고,

상기 장축은 비틀림 스프링의 권취 축선(Y-Y)으로부터 실질적으로 반경 방향 및 직각 방향으로 연장하는 방향으로 배향되어 있는 것인 텐셔너.
제1항에 있어서, 상기 평면 부분들 사이에 배치된 볼록 아치형 측면(13, 14)을 더 포함하는 것인 텐셔너.
제1항에 있어서, 상기 아암에 맞물리는 조절기를 더 포함하며, 이 조절기는 공구 수용부를 구비하고, 이에 의해 아암의 위치가 조절되는 것인 텐셔너.
권취 축선(Y-Y)을 갖는 탄성 재료의 코일

을 포함하고, 상기 코일은 장축(Z-Z) 및 단축(X-X)을 갖는 단면 형상을 포함하고, 장축의 길이(h)는 단축의 길이(b)보다 길며,

상기 코일은 아치형 측부(13, 14)들 사이에서 서로 대향하게 배치된 실질적으로 평면 부분(15, 16)을 포함하고 이 평면 부분(15, 16)은 장축에 대해 실질적으로 평행하며,

상기 장축은 비틀림 스프링의 권취 축선(Y-Y)으로부터 실질적으로 반경 방향 및 직각 방향으로 연장하는 방향으로 배향되는 것인 비틀림 스프링.
제4항에 있어서, 치수 h 대 치수 b로 나타낸 종횡비(h : b)는 1보다 큰 것인 비틀림 스프링.