KR20110011649A - 볼 조인트 - Google Patents

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KR20110011649A
KR20110011649A KR1020107026732A KR20107026732A KR20110011649A KR 20110011649 A KR20110011649 A KR 20110011649A KR 1020107026732 A KR1020107026732 A KR 1020107026732A KR 20107026732 A KR20107026732 A KR 20107026732A KR 20110011649 A KR20110011649 A KR 20110011649A
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housing
locking
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KR1020107026732A
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English (en)
Inventor
메틴 에르소이
Original Assignee
젯트에프 프리드리히스하펜 아게
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Publication date
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Abstract

본 발명은 핀 개구(12)를 가진 하우징(4), 및 조인트 볼(2)을 가진 볼 핀(3)을 포함하는 볼 조인트로서, 상기 볼 핀이 조인트 볼(2)에 의해 하우징(4) 내에 이동 가능하게 지지되고, 상기 핀 개구(12)를 통해 상기 하우징(4)으로부터 연장되는, 볼 조인트에 관한 것이다. 본 발명에 따라, 상기 조인트 볼(2)이 평편하지 않은 조절면(7)을 포함하고, 상기 조절면이 상기 하우징(4) 상에 제공된 지지부(8)와 접촉한다.

Description

볼 조인트 {BALL JOINT}
본 발명은 핀 개구를 가진 하우징 및 조인트 볼을 가진 볼 핀을 구비한 볼 조인트로서, 상기 볼 핀은 조인트 볼에 의해 하우징 내에 이동 가능하게 지지되고 핀 개구를 통해 하우징으로부터 연장되는, 볼 조인트에 관한 것이다.
워블링(wobbling)을 구현하게 하는, 특히 단일 자유도를 가진 공간적 워블링 궤도를 구현시키는 조인트에 대한 요구가 종종 있다. 이를 위해, 3 회전 자유도를 가진 볼 조인트가 제공되지만, 상기 자유도들 중 2 개의 자유도는 의도적으로 제거되어야 한다. 워블링을 달성하기 위해, 조인트 볼의 표면에 서로 독립적인 2 개의 홈들이 제공되고, 조인트 하우징에 지지되어 고정되는 2 개의 바 또는 롤러들이 상기 홈 내로 삽입되는, 볼 조인트가 사용될 수 있다. 상기 바 또는 롤러들은 조인트 볼이 운동시 미리 주어진 궤도로 움직이게, 조인트 볼과 결합된 부분이 소정의 공간 운동을 하게 할 수 있다.
그러나, 이러한 해결책은 매우 고비용인데, 그 이유는 밀링 및 경우에 따라 그라인딩에 의한 홈의 형성 그리고 가이드 핑거의 제조 및 조립이 비싸기 때문이다. 또한 이중 강제 가이드는 높은 제조 공차를 요구한다.
본 발명의 과제는 특히 대량 생산의 관점에서 경제적인 볼 조인트의 볼 핀의 강제 가이드를 가능하게 하는 것이다.
상기 과제는 본 발명에 따라 청구항 제 1 항에 따른 볼 조인트에 의해 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시예는 종속 청구항에 제시된다.
본 발명에 따른 특히 차량용 볼 조인트는 핀 개구를 가진 하우징 및 조인트 볼을 가진 볼 핀을 포함하고, 상기 볼 핀은 조인트 볼에 의해 이동, 특히 회전 및 선회 가능하게 하우징 내에 지지되고 핀 개구를 통해 하우징으로부터 연장되고, 상기 조인트 볼은 평편하지 않은 조절면을 포함하고, 상기 조절면은 하우징 상에 제공된 지지부와 접촉한다.
조절면과 지지부의 협동에 의해 볼 핀의 운동 자유도를 제한하는 볼 핀의 강제 가이드가 달성된다. 바람직하게는 조절면의 디자인이 공간적 운동 궤도, 즉 볼 핀이 그 종방향 축선을 중심으로 회전하거나 또는 회전되면 볼 핀이 운동하거나 또는 운동할 수 있는 궤도를 규정한다. 조절면의 디자인에 의해 볼 핀의 종방향 축선을 중심으로 하는 볼 핀의 회전과, 볼 핀의 종방향 축선에 대해 기울어지거나 또는 수직으로 방향 설정된 적어도 하나의 다른 축선(선회 축선)을 중심으로 하는 볼 핀의 측면 편향 간의 의존성이 형성된다. 바람직하게는 적어도 하나의 선회 축선이 볼 조인트의 종방향 축선과 교차하고, 교점은 바람직하게는 조인트 볼의 중심에 있다. 특히, 조절면과 지지부의 협동은 볼 핀이 그 종방향 축선을 중심으로 하는 회전시 측면으로 편향되게 한다. 조절면의 제조는 대량 생산시 매우 경제적인 예컨대 냉간 가압에 의해 이루어진다. 조절면은 수학적으로 공간 내 하나의 직선의 운동에 의해 형성될 수 있는 면을 의미한다 (참조: I.N. Bronstein 및 K.A. Semendjajew, Taschenbuch der Mathematik(수학 포켓북), 제 25 판, 1991, B.G. Teubner 출판사, Stuttgart, 605 페이지)
볼 핀의 운동 자유도의 보완적 제한 또는 볼 핀의 보완적 강제 가이드는 볼 핀이 특히 미리 주어진 운동 궤도로 운동하게 안내하는 추가 가이드에 의해 이루어질 수 있다. 추가 가이드는 특히 볼 핀의 측면 편향을 제한하고, 예컨대 로드에 의해 형성될 수 있고, 상기 로드를 통해 볼 핀이 연장된다. 바람직하게는 추가 가이드가 핀 개구로 형성된다. 추가 가이드 또는 핀 개구는 바람직하게 길게, 특히 타원형으로 형성되고, 이는 비교적 경제적으로 구현 가능하다. 핀 개구에 의해 그리고 조절면과 지지부의 협동에 의해 볼 핀의 운동 가능성이 특히 워블링을 실시하기 위한 하나의 공간적 운동 궤도로 제한된다.
볼 핀은 바람직하게 조인트 볼과 고정 결합된 핀을 포함하고, 조절면은 예컨대 조인트 볼의 핀으로부터 먼 측면 상에 제공된다. 특히 조절면은 핀과 마주보게 놓이는 볼 핀의 단부면 또는 단부 측을 형성한다. 바람직하게는 조절면이 볼 핀의 종방향 축선에 대해 거의 수직으로 방향 설정된다. "거의"라는 표현은 조절면이 평편하지 않다는 것을 고려한 것이다. 디자인에 따라 조인트 볼은 조인트 볼 높이의 약 2/3에 평편부를 포함하고, 상기 평편부 상에 조절면에 형성된다. 조절면의 형성 이전에, 평편부가 볼 핀의 종방향 축선에 대해 바람직하게는 평편하고 수직으로 방향 설정된다. 조절면은 특히 링형 테두리를 포함하고, 상기 테두리는 볼 핀의 중심 종방향 축선을 바람직하게 둘러싼다.
하우징과 볼 핀 사이에 바람직하게 보호 또는 밀봉 벨로우즈가 배치되고, 상기 벨로우즈는 오염물 및 습기가 볼 핀의 내부로 침투하는 것을 방지한다. 볼 핀의 핀은 특히 나사 핀으로서 형성된다.
조절면과 지지부 간의 접촉 영역은 바람직하게 선형이고 특히 일직선 상에 놓인다. 이로써 볼 핀의 최적의 가이드가 달성되는데, 그 이유는 조절면이 수학적 관점에서 공간 내 하나의 직선의 운동에 의해 형성될 수 있기 때문이다. 바람직하게는 지지부가 하우징과 고정 결합되고 및/또는 상기 하우징 상에 지지된다. 개선예에 따라, 지지부는 하우징 내부에 지지된 바(bar)로서 형성된다. 바람직하게 지지부의 외주면은 하나의 선 또는 외주 선을 따라 조절면과 접촉한다. 지지부는 하우징 상에 특히 회전 가능하게 지지되어 마찰이 감소될 수 있다. 회전 가능한 지지는 예컨대 적어도 하나의 니들 베어링 부시에 의해 이루어질 수 있다. 또한 지지부는 특히 그 종방향 축선을 중심으로 회전 가능하게 하우징에 지지된다.
실시예에 따라 볼 조인트는 록킹 메커니즘을 포함하고, 상기 록킹 메커니즘에 의해 볼 핀이 그 운동 궤도의 최종 위치에서 록킹되거나 또는 록킹될 수 있다. 이를 위해, 특히 조인트 볼이 적어도 하나의 횡방향 보어를 포함하고, 상기 횡방향 보어 내에 적어도 하나의 록킹 볼이 이동 가능하게 가이드되고, 상기 록킹 볼은 하우징 내에 제공된 록킹 홈 내로 삽입되거나 또는 삽입될 수 있다. 록킹 볼이 록킹 홈 내로 삽입되면 조인트 볼은 항우징 상에 록킹된다. 록킹 볼이 바람직하게 스프링에 의해 특히 하우징 또는 록킹 홈의 방향으로 예비 응력을 받으므로, 최종 위치에 도달시 록킹이 자동으로 이루어진다.
개선예에 따라, 횡방향 보어에 대해 바람직하게는 기울어지거나 또는 수직으로 방향 설정된 종방향 보어가 볼 핀 내에 제공되고, 상기 종방향 보어 내에 록킹 해제 바가 탄성적으로 지지되고, 상기 록킹 해제 바는 록킹 볼을 록킹 홈 내로 가압하거나 가압할 수 있다. 스프링력에 대항하는 록킹 해제 바의 운동에 의해 록킹 홈 방향으로의 록킹 볼의 예비 응력이 사라져서 조인트 볼이 해제되고 볼 핀은 최종 위치로부터 벗어날 수 있다.
볼 핀의 강제 가이드는 조인트 볼의 볼 면 상의 홈들에 의해서가 아니라 본 발명에 따라 특히 볼 단부면 상에서 핀과 마주보게 제공되는 조절면에 의해 달성된다. 바람직하게는 볼의 극 면이 볼 높이의 약 2/3에서 평편해지고, 상기 평편부 상에 조절면이 형성된다. 조절면은 볼 핀을 회전시 측면으로 선회시킨다. 조절면에 대한 대응 면 또는 지지부로서 바가 사용되고, 상기 바는 하우징 내에 지지되고 상기 바의 하나의 외주 선만이 조인트 볼과 접촉한다. 이로써, 바 축선에 대해 수직으로 이루어지는 조인트 볼의 선회가 방지된다. 또한, 마찰을 줄이기 위해 바는 니들 베어링 부시에 의해 하우징 내에 지지될 수 있다. 바람직하게는 타원형 하우징 개구가 볼 핀의 제 2 또는 추가 가이드를 실시한다.
개선예에 따라, 볼 조인트가 록킹 메커니즘으로 보완되므로, 볼 핀이 워블링 운동 궤도의 최종 위치에 록킹될 수 있다. 이러한 록킹은 예컨대 조인트 볼 내의 횡방향 보어에 의해 가능하고, 상기 횡방향 보어 내로 작은 록킹 볼들이 삽입되고, 상기 록킹 볼들이 스프링 부하식 록킹 해제 바에 의해 방사 방향으로 예비 응력을 받고, 상기 록킹 해제 바가 볼 핀 내 종방향 보어 내에 놓이고, 상기 종방향 보어가 볼 핀의 중심선을 따라 연장되고 특히 횡방향 보어에 대해 수직으로 방향 설정된다. 록킹 볼 중심이 조인트 볼의 표면과 하우징 내부면 사이에 있으면, 볼 핀이 록킹된다. 볼 핀의 록킹 해제를 위해, 록킹 해제 바가 예컨대 버튼, 케이블, 전동기, 유압 실린더 및/또는 공압 실린더에 의해 스프링력에 대항해서 해제 위치로 이동될 수 있다.
또한, 본 발명은 차체에 대한 차량 부분의 운동 특히 워블링을 위한 본 발명에 따른 볼 조인트의 용도에 관한 것이다.
본 발명은 하기에서 바람직한 실시예로 도면과 관련해서 설명된다.
본 발명에 의해 대량 생산시 경제적인 볼 조인트의 볼 핀의 강제 가이드가 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 볼 조인트의 사시도이고,
도 2는 볼 핀이 0°위치에 있는 볼 조인트의 단면도이고,
도 3은 볼 핀이 30°위치에 있는 볼 조인트의 단면도이고,
도 4는 볼 핀이 60°위치에 있는 볼 조인트의 단면도이고,
도 5는 볼 핀이 90°위치에 있는 볼 조인트의 단면도이고,
도 6은 볼 핀이 120°위치에 있는 볼 조인트의 단면도이고,
도 7은 볼 핀이 150°위치에 있는 볼 조인트의 단면도이고,
도 8은 볼 핀이 180°위치에 있는 볼 조인트의 단면도이다.
도 1에는 본 발명의 실시예에 따른 볼 조인트(1)의 부분적으로 절단된 사시도가 도시되고, 조인트 볼(2)을 가진 볼 핀(3)이 도시되고, 상기 볼 핀의 조인트 볼(2)이 볼 조인트 하우징(4) 내에 회전 및 선회 가능하게 지지된다. 하우징(4) 상에 플랜지(5)가 제공되고, 상기 플랜지에 의해 하우징(4)이 차량 부분에 고정될 수 있다. 또한, 볼 핀이 차체에 고정될 수 있으므로 차량 부분이 차체에 대해 상대 운동 가능하다.
볼 핀(3)은 조인트 볼(2)과 고정 결합된 나사 핀(6)을 포함하고 하우징(4)으로부터 연장된다. 조인트 볼(2) 상에서, 핀(6)으로부터 먼 측면 상에 조절 면(7)이 제공되고, 상기 조절 면은 볼 핀(3)의 단부면을 형성한다. 조절면은 평편하지 않고 강제 가이드 바(8) 상에 접촉하고, 상기 강제 가이드 바는 하우징(4) 내에 제공된 보어(22) 내에 놓이고 니들 베어링 부시(9)에 의해 그 종방향 축선을 중심으로 회전 가능하게 하우징(4)에 지지된다. 볼 핀(3)은 일반적으로 볼 소켓(10)이 사이에 배치된 상태로 하우징(4)의 내부 챔버(11) 내에 지지되고, 상기 내부 챔버는 타원형으로 형성된 핀 개구(12)를 통해 접근 가능하고, 상기 핀 개구를 통해 볼 핀(3)이 연장된다. 하우징(4)은 폐쇄 링(19)를 포함하고, 상기 폐쇄 링 내에 하우징 개구(12)가 제공된다. 조절면(7)과 바(8)의 협동에 의해 그리고 타원형 하우징 개구(12)에 의해, 볼 핀(3)은 워블링 운동을 하게 하는 미리 주어진 운동 궤도를 따라서만 하우징(4)에 대해 상대 운동할 수 있게 강제 안내된다.
볼 핀(3)이 특정 위치에서 하우징(4) 상에 록킹되도록, 록킹 메커니즘이 제공되고, 상기 록킹 매커니즘은 볼 조인트(2) 내부에 제공된 횡방향 보어들(13) 내에 배치된 다수의 록킹 볼들(14)을 포함하며, 상기 록킹 볼들이 횡방향 보어들(13)을 따라 이동하여 내부 챔버(11)를 제한하는 하우징(4)의 내벽 상에 제공되는 록킹 홈들(15) 내로 삽입될 수 있다. 록킹 볼들(14)이 록킹 홈들(15) 내로 삽입되면, 볼 핀(3)이 하우징(4) 상에 록킹된다. 록킹 볼들(14)은 록킹 해제 바(16)에 의해 방사 방향 외부로 록킹 홈들(15) 방향으로 가압되고, 록킹 해제 바(16)는 볼 핀(3) 내에 제공되는 종방향 보어(17) 내에 슬라이딩 가능하게 안내되고 스프링(18)에 의해 축방향으로 조인트 볼(1) 방향으로 예비 응력을 받는다. 비작동 상태에서 록킹 해제 바(16)는 록킹 볼(14)을 방사 방향 외부로 하우징 내벽 방향으로 가압한다. 볼 핀(3)을 록킹 해제하기 위해 록킹 해제 바(16)는 스프링(18)의 힘에 대항해서 축방향으로 조인트 볼(2)로부터 멀리 이동되어 록킹 볼들(14)이 횡방향 보어들(13)을 따라 볼 핀(3)의 내부로 이동되고 록킹이 해제될 수 있다. 록킹 해제된 상태는 도 1에 도시되어 있다. 록킹 홈들(15)의 위치에 볼 소켓(10)이 구멍들을 포함하고, 상기 구멍을 통해 록킹 볼들(14)이 록킹 홈들(15) 내로 삽입될 수 있다.
도 2 내지 도 8에는 볼 조인트(1)의 단면도가 도시되고, 록킹 메커니즘은 편의상 생략된다. 도 2 내지 도 8에는 볼 핀(3)이 그 운동 궤도의 상이한 위치들에서 도시되고, 도 2에서 볼 핀(3)은 그 종방향 축선(20)을 중심으로 하우징(4)에 대해 0°만큼 회전되어 있다. 볼 핀(3)의 종방향 축선(20)은 도 2에서 하우징(4) 또는 조인트(1)의 종방향 축선(21)과 적어도 거의 일치하므로, 종방향 축선(21)만이 도시된다. 이는 도 8에도 상응하게 적용된다. 도 3에는 볼 핀(3)이 그 종방향 축선(20)을 중심으로 30°만큼, 도 4에는 60°만큼, 도 5에는 90°만큼, 도 6에는 120°만큼, 도 7에는 150°만큼, 도 8에는 180°만큼 회전된 회전각이 도시된다. 도 2 내지 도 8에 따라, 볼 핀(3)은 그 종방향 축선(20)을 중심으로 30°의 단계로 회전된다. 도 3 내지 도 7에서 볼 핀(3)이 측면으로 편향되어 도시되어 있고, 이러한 편향은 2 개의 종방향 축선들(20 및 21) 사이의 각으로 나타난다. 조절면(7)과 바(8)의 협동 및 핀 개구(12)를 통한 안내에 의해, 회전각과 편향 간의 의존성은 고정적으로 미리 주어진다. 핀 개구(12)는 편향 방향를 결정하는 반면, 조절면(7)과 바(8)의 협동은 각각의 편향에 규정된 회전각을 할당한다.
1 : 볼 조인트
2 : 조인트 볼
3 : 볼 핀
4 : 하우징
5 : 플랜지
6 : 나사 핀
7 : 조절면
8 : 강제 가이드 바
9 : 니들 베어링 부시
10 : 볼 소켓 / 베어링 소켓
11 : 내부 챔버
12 : 핀 개구
13 : 횡방향 보어
14 : 록킹 볼
15 : 록킹 홈
16 : 록킹 해제 바
17 : 종방향 보어
18 : 스프링
19 : 폐쇄 링
20 : 볼 핀의 종방향 축선 / 중심 종방향 축선
21 : 하우징의 종방향 축선
22 : 하우징 보어

Claims (16)

  1. 핀 개구(12)를 가진 하우징(4), 및
    조인트 볼(2)을 가진 볼 핀(3)을 포함하고,
    상기 볼 핀이 조인트 볼(2)에 의해 이동 가능하게 하우징(4) 내에 지지되고, 상기 핀 개구(12)를 통해 상기 하우징(4)으로부터 연장되는 볼 조인트에 있어서,
    상기 조인트 볼(2)은 평편하지 않은 조절면(7)을 포함하고, 상기 조절면은 상기 하우징(4) 상에 제공된 지지부(8)와 접촉하는 것을 특징으로 하는 볼 조인트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조절면(7)과 상기 지지부(8)의 협동에 의해 상기 볼 핀(3)의 측면 편향이 그 종방향 축선(20)을 중심으로 하는 상기 볼 핀(3)의 회전에 의존하는 것을 특징으로 하는 볼 조인트.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 조절면(7)과 상기 지지부(8) 사이의 접촉 영역은 선형으로 형성되고 일직선상에 놓이는 것을 특징으로 하는 볼 조인트.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서
    상기 볼 핀(3)은 상기 조인트 볼(2)과 고정 결합된 핀(6)을 포함하고, 상기 조절면(7)이 상기 핀(6)으로부터 먼 상기 조인트 볼(2)의 측면 상에 제공되는 것을 특징으로 하는 볼 조인트.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조절면(7)은 상기 볼 핀(3)의 종방향 축선(20)에 대해 거의 수직으로 방향 설정되는 것을 특징으로 하는 볼 조인트.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조인트 볼(2)은 그 높이의 대략 2/3에 평편부를 포함하고 상기 평편부 상에 상기 조절면(7)이 형성되는 것을 특징으로 하는 볼 조인트.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조절면(7)은 냉간 가압에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 볼 조인트.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지부(8)는 상기 하우징(4) 내에 지지되는 바(bar)로서 형성되고 상기 바의 외주면이 하나의 직선을 따라 상기 조절면(7)과 접촉하는 것을 특징으로 하는 볼 조인트.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 바(8)는 그 종방향 축선을 중심으로 회전 가능하게 상기 하우징(4) 상에 지지되는 것을 특징으로 하는 볼 조인트.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 바(8)는 적어도 하나의 니들 베어링 부시(9)에 의해 회전 가능하게 상기 하우징(4) 상에 지지되는 것을 특징으로 하는 볼 조인트.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 볼 핀(3)의 측면 편향을 제한하는 추가 가이드가 제공되는 것을 특징으로 하는 볼 조인트.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 핀 개구(12)가 타원형으로 형성되고 상기 볼 핀(3)을 위한 추가 가이드를 형성하는 것을 특징으로 하는 볼 조인트.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    록킹 메커니즘이 제공되고, 상기 록킹 메커니즘에 의해 상기 볼 핀(3)이 그 운동 궤도의 최종 위치에서 록킹되거나 또는 록킹될 수 있는 것을 특징으로 하는 볼 조인트.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조인트 볼(2)은 적어도 하나의 횡방향 보어(13)를 포함하고, 상기 횡방향 보어 내에 적어도 하나의 록킹 볼(14)이 이동 가능하게 안내되고, 상기 록킹 볼은 상기 하우징(4) 내 록킹 홈(15) 내로 삽입되거나 삽입될 수 있는 것을 특징으로 하는 볼 조인트.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 볼 핀(2) 내에 상기 횡방향 보어(13)에 대해 수직으로 방향 설정된 종방향 보어(17)가 제공되고, 상기 종방향 보어 내에 록킹 해제 바(16)가 탄성적으로 지지되고, 상기 록킹 해제 바는 상기 록킹 볼(14)을 상기 록킹 홈(15) 내로 가압하거나 또는 가압할 수 있는 것을 특징으로 하는 볼 조인트.
  16. 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 볼 핀의 록킹 해제는 버튼, 케이블, 공압 시스템, 유압 시스템 또는 전동기에 의해 이루어질 수 있는 것을 특징으로 하는 볼 조인트.
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