KR20110018929A - 토션 진동 댐퍼 - Google Patents

토션 진동 댐퍼 Download PDF

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오스트리아 오토모티브 시스템즈 아게
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Abstract

본원 발명은 토션 진동 댐퍼(1)에 관한 것으로서, 토션 진동 댐퍼는 제 1 요소(4)와 제 2 요소(5) 사이에 정렬되는 댐핑 요소를 포함하며, 상기 제 1 요소 및 제 2 요소는 서로에 대해서 회전될 수 있다. 댐핑 요소는 상기 제 1 요소와 제 2 요소 사이에서 축(A)을 따라 축방향으로 변위될 수 있고 그리고 하우징(2) 내에 정렬되는 축방향 변위형 커플링 부분을 포함하거나 포함하지 않는 상태로 구성될 수 있으며, a) 커플링 부분이 스프링 요소(6, 7)의 스프링력에 대항하여 축(A)을 따라서 변위되고, 및/또는 b) 커플링 부분의 양 측부에 작용하는 매체에 대항하여 커플링 부분이 축(A)을 따라 변위되며, 매체가 내부 또는 위부 위치의 부분적인 공간 내에 배치된다. 또는, 댐핑 요소가 커플링 부분을 포함하거나 포함하지 않는 디자인에서, c) 탄성 요소가 제 3 커플링 요소로 통합되고, 그리고 커플링 요소가 제 1 및 제 2 요소에 연결된다.

Description

토션 진동 댐퍼{TORSIONAL VIBRATION DAMPER}
본원 발명은 토션(비틀림) 진동 댐퍼에 관한 것으로서, 구동 시스템과 피동 시스템 사이에 삽입되고 그리고 입력 및 출력 진동들을 댐핑(감쇠)시키는 기능을 하고 그리고 토크 변동(variations)의 균형을 잡는 역할을 한다.
구동 요소와 피동 요소가 토크 전달을 위한 토션 스프링(예를 들어, DE 10 2005 037 996 B3)에 의해서 연결된 수 많은 토션 진동 댐퍼들이 존재하고 있다. 또한, 토션 진동이 반경 방향 또는 원주 방향으로 로딩(loaded)될 수 있는 스프링 요소에 의해서 댐핑되는 시스템이 존재하고 있다(DE 198 12 303 A1, DE 197 33 334 A1).
DE 32 28 673 A1에는 측방향으로 변위가 가능한 댐핑 요소를 구비한 토션 진동 댐퍼가 기재되어 있다. 차량의 클러치 디스크에 특히 적합한 그러한 토션 진동 댐퍼는 2개의 댐퍼 부분을 구비하고, 그러한 댐퍼 부분들은 공통 회전축을 중심으로 서로에 대해서 상대적으로 회전될 수 있고 그리고 축방향 트러스트 표면 및 커플링 부분에 의해서 서로 커플링된다. 댐퍼 부분들의 상대적인 회전 중에, 커플링 부분은 스프링의 축방향 힘에 대항하여 변위된다. 그러한 커플링 부분은 댐퍼 부분들 중 하나에 축방향으로 견고하게(firmly) 연결될 수 있고, 축방향으로 변위될 수 있으나, 또한 그에 대해서 회전방향으로 고정된(rotationally rigid) 방식으로 커플링될 수도 있을 것이다. 커플링 부분은 외측으로 밀봉되고 그리고 댐핑 액체로 적어도 부분적으로 충진된 챔버를 2개의 부분적인 챔버로 분할하며, 상기 부분적인 챔버들은 스로틀링 채널을 통해서 서로 연결된다. 토크를 전달하기 위한 그리고 회전 진동을 보상하기 위한 트윈 매스 플라이휘일(twin mass flywheels)이 DE 696 15 982 T2 및 DE 695 21 982 T2에 개시되어 있다. 다수의 피봇형 링키지(pivotal linkages) 및 스프링과 함께 커플링된 2개의 플라이휘일 매스가 제공된다. 이러한 경우에, 스프링들은 원주 방향으로 연장하는 나선형 스프링의 형태로 구성되거나, 또는 엘라스토머(elastomer) 물질로 제조된다. 이들 플라이휘일은 복잡한 구조 및 큰 원주를 가지며 적은 양의 회전만을 허용한다.
엘라스토머 댐핑 요소들을 포함하는 회전 진동 댐퍼가 또한 DE 27 42 560 C2, GB 1 534 675 및 GB 298,319로부터 공지되어 있다.
전술한 해결책의 단점은 제조 관점에서 비교적 복잡한 구성, 그리고 몇몇 용도에서 여전히 불충분한 댐핑 특성이다.
본원 발명의 목적은 단순한 구조적 디자인을 가지고, 넓은 범위의 용도에서 사용될 수 있으며, 우수한 댐핑 특성을 나타내며, 2개의 샤프트 단부의 회전 각도가 ± 30°를 초과할 수 있게 허용하는 토션 진동 댐퍼를 개발하는 것이다. 이러한 엔지니어링 목적은 특허청구범위 제1항의 특징들에 의해서 달성된다. 바람직한 실시예가 종속항들에 명확하게 기재되어 있다.
토션 진동 댐퍼는 제 1 요소와 제 2 요소 사이에 정렬되는 댐핑 요소를 포함하며, 상기 제 1 요소 및 제 2 요소는 서로에 대해서 회전될 수 있고, 그리고 상기 제 1 요소와 제 2 요소 사이에서 하우징 내에 정렬되는 축방향 변위형 커플링 부분을 포함하거나 포함하지 않는 상태로 구성될 수 있으며, 커플링 부분이 이용되는 경우에, 이러한 커플링 부분은 제 1 요소와 제 2 요소 사이에 정렬되고, 그리고 상기 제 1 요소는 회전가능한 방식으로 장착되는 제 1의 강성(rigid) 커플링 요소에 의해서 상기 커플링 부분에 연결되고, 그리고 상기 제 2 요소는 회전 가능한 방식으로 장착되는 제 2 강성 커플링 요소에 의해서 커플링 부분에 연결되며, 그에 따라 제 1 요소와 제 2 요소 사이의 상대적인 회전 동안에
a) 커플링 부분이 스프링 요소의 스프링력에 대항하여 변위되고, 및/또는
b) 커플링 부분의 양 측부에 작용하는 매체에 대해서 커플링 부분이 변위되며,
또는 그에 따라 커플링 부분이 있거나 없는 상태에서 댐핑 요소를 구성하는 동안에
c) 탄성 요소가 제 3 커플링 요소로 통합되고, 그리고 커플링 요소가 제 1 및 제 2 요소에 연결된다.
바람직하게, 토션 진동 댐퍼가 제 1 요소와 커플링 부분 사이의 적어도 제 1 스프링 요소 그리고 제 2 요소와 커플링 부분 사이의 적어도 제 2 스프링 요소를 구비하며, 상기 스프링 요소들은, 예를 들어, 나선형 스프링의 형태로 구성된다. 또한, 하나 이상의 스프링 요소가 각각의 커플링 요소로 통합될 수 있고, 그리고 커플링 요소가 스프링의 길이방향 진동으로 인해서 스프링력에 반대로 길이방향을 따라 가변적(variable)이 될 수 있을 것이다. 댐핑 매체가 이용될 때, 커플링 부분은 하우징 내의 챔버를 2개의 부분적인 챔버로 분할하며, 그 내부에는 특히 액체, 기체 또는 액체/기체 혼합물인 매체가 위치된다. 대안적으로, 부분적인 챔버 내에 위치되는 매체로서 겔(gel) 또는 점탄성 물질을 이용할 수도 있을 것이다. 피스톤 변위의 결과로서, 매체가 탄성적으로 압축되거나 및/또는 파이프 연결에 의해서 외부 탄성 버퍼를 작동시킨다.
매체가 하나의 부분적인 챔버로부터 다른 부분적인 챔버로 유동될 수 있도록 부분적인 챔버들을 함께 연결할 수도 있을 것이다. 바람직하게, 이러한 프로세스는 해당 단면이 댐핑 결정 방식으로 작용하는 적절한 밸브를 이용하여 또는 보어를 이용하여 이루어질 수 있을 것이다.
바람직하게, 커플링 요소들은 볼 바아(ball bars) 형태로 구성되며, 이는 제 1 및 제 2 요소 상에 그리고 커플링 부분 상에 양 단부가 회전가능한 관절 방식(rotationally articulated manner)으로 장착된다. 이러한 경우에, 커플링 부분은 하우징 내에서 축방향으로 그리고 회전방향으로 이동이 가능한 방식으로 장착된다.
제 1 요소가 제 1 샤프트가 될 수 있을 것이고 제 2 요소가 하우징이 될 수 있을 것이다. 또한, 제 1 요소가 제 1 샤프트로서 구성될 수 있고, 제 2 요소는 제 2 샤프트로서 구성되거나 샤프트들에 커플링될 수 있으며, 이러한 경우에 하우징이 프레임 상에 바람직하게 견고하게(rigidly) 장착된다. 제 1 요소는, 예를 들어, 구동 요소가 될 수 있고, 그리고 제 2 요소는 피동 요소가 될 수 있으며, 또는 그 반대가 될 수도 있을 것이다.
또한, 커플링 요소는 하우징의 환형 챔버 내로 돌출하는 원주방향 칼라(collar)를 구비할 수 있다. 바람직하게, 환형 챔버는 동심적으로 그리고 원주방향을 따르는 방식으로(centric and circumferential manner) 정렬되고 그리고 하우징 내에서 외측 반경방향으로 연장한다. 환형 챔버가, 예를 들어, 댐핑 매체로 충진되고, 그러한 댐핑 매체는 피스톤의 축방향 이동 중에 칼라에 의해서 변위된다. 바람직하게, 그러한 변위는, 예를 들어 칼라 내의 하나 또는 둘 이상의 통로에 의해서 형성되는 규정(defined) 스로틀링 저항에 의해서 이루어진다. 추가적으로 또는 대안적으로, 피스톤의 축방향 이동 동안에 칼라가 에너지 저장 요소, 특히 스프링(기계적인 스프링 또는 가스 압축식 스프링)의 리셋력(reset force)에 대항하는 작용을 할 수 있을 것이다.
본원 발명은 토션 진동 댐퍼에 대한 단순한 디자인적인 해결책을 제시하며, 그러한 토션 진동 댐퍼는 커플링 요소들을 스프링 요소 및/또는 매체와 조합함으로써 다양한 적용 분야에 탄력성 있게 적용될 수 있고 그리고 우수한 댐핑 특성을 달성할 수 있으며, 그에 따라 높은 토크 피크를 낮출 수 있고 큰 회전 각도를 제공할 수 있다.
이하에서는 본원 발명의 실시예 및 그와 관련된 도면들을 참조하여 본원 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
도 1은 커플링 부분의 양 측부에 정렬된 2개의 압축 스프링을 이용하는 토션 진동 댐퍼를 도시한 도면이다.
도 2는 진동 댐핑 탄성 매체를 이용하는 토션 진동 댐퍼를 도시한 도면이다.
도 3은 커플링 부분이 없이, 커플링 요소들로 통합된 스프링 요소를 이용하는 토션 진동 댐퍼를 도시한 도면으로서, 하우징이 커플링 요소들의 단부에 연결된 것을 도시한 도면이다.
도 4는 커플링 부분이 있는 상태에서 스프링이 통합된, 그리고 커플링 부분이 포함된 토션 진동 댐퍼를 도시한 도면으로서, 하우징이 제 2 커플링 요소의 단부에 연결된 것을 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2는 댐핑 요소(1)를 포함하는 토션 진동 댐퍼를 도시한 도면으로서, 상기 도면들에는 하우징(2) 내에 정렬된 축방향으로 이동가능한 커플링 부분(3)이 도시되어 있다. 하우징(2)은 프레임 상에 견고하게 장착되고, 그리고 커플링 부분(3)은 제 1 회전 샤프트의 형태의 제 1 요소(4)와 제 2 회전 샤프트 형태의 제 2 요소(5) 사이에 정렬된다. 이러한 경우에, 제 1 요소(4) 및 제 2 요소(5)가 서로에 대해서 상대적으로 회전될 수 있다. 제 1 요소(4)는 회전가능한 방식으로 장착되는 제 1의 강성(rigid) 커플링 요소(4.1)에 의해서 커플링 부분(3)에 연결되고, 그리고 제 2 요소(5)는 회전가능한 방식으로 장착되는 제 2의 강성 커플링 요소(5.1)에 의해서 커플링 부분(3)에 연결된다. 제 1 커플링 요소(4.1)는 볼 바아 형태로 구성되고 그리고, 상기 볼 바아의 볼-형상의 단부들이 한편으로 제 1 요소(4)의 제 1 수용부(4.2) 내에 위치하는 상태로 그리고, 다른 한편으로 커플링 부분(3)의 수용부(3.1) 내에 위치하는 상태로 회전가능하게 장착된다. 유사하게, 제 2 커플링 요소(5.1)가 볼 바아 형태로 구성되고 그리고 볼 바아의 볼-형상의 단부들이 한편으로 제 2 요소(5)의 제 2 수용부(5.2) 내에 그리고 다른 한편으로 커플링 부분(3)의 수용부(3.2) 내에 있는 상태에서 회전가능하게 장착된다.
제 1 및 제 2 커플링 요소(4.1 및 5.1)는 제 1 요소와 제 2 요소 사이에서 토크를 전달하는데 적합하다. 토션 진동을 댐핑하기 위해서, 제 1 압축 스프링(6)이, 도 1에 따라서, 제 1 수용부(4.2)와 커플링 부분(3) 사이에 정렬되고, 그리고 제 2 압축 스프링(7)이 제 2 수용부(5.2)와 커플링 부분 사이에 안착된다. 제 1 및 제 2 압축 스프링(6, 7)이 나선형 스프링 형태로 구성되고 그리고 예비응력(prestress)된 상태로 인가된다.
도 2에 따라, 하우징(2) 방향으로 밀봉되는 커플링 부분(3)이 하우징(2) 내에서 챔버를 제 1의 부분적인 챔버(8)와 제 2의 부분적인 챔버(9)로 분할하며, 상기 제 1의 부분적인 챔버는 제 1 요소(4)의 방향을 따라서 커플링 부분(3)으로부터 연장하고 그리고 상기 제 2의 부분적인 챔버는 제 2 요소(5)의 방향을 따라서 커플링 부분(3)으로부터 연장한다. 부분적인 챔버(8, 9)는 커플링 부분(3)에 통합된 하나 이상의 밸브(11)를 통해서 부분적인 챔버(8, 9) 중 하나로부터 부분적인 챔버(8, 9) 중 다른 하나로 유동할 수 있는 액체 댐핑 매체(10)를 수용한다. 사용되는 댐핑 매체는 바람직하게 기체와 액체의 혼합물이다.
만약 제 1 회전 샤프트(제 1 요소(1))와 제 2 회전 샤프트(제 2 요소(2))가 서로에 대해서 상대적으로 회전된다면, 커플링 요소(5.1, 5.2)가 서로 상이한 공간적인 각 위치를 가질 것이고, 그리고, 도 1에 도시된 바와 같이, 압축 스프링(6, 7)의 스프링력에 반대로 그리고, 도 2에 따라서, 댐핑 매체(10)의 댐핑력에 반대로, 커플링 부분(3)이 길이방향 축선(A)을 따라서 이동한다. 이러한 프로세스에서, 커플링 부분(3)이 또한 회전 운동을 수행한다. 커플링 요소(5.1, 5.2)에 의해서 그리고 스프링(6, 7)(도 1 참조) 또는 댐핑 매체(10)(도 2 참조)의 탄성에 의해서 제 1 요소(4)와 제 2 요소(5) 사이의 토션 진동이 댐핑되고 그리고 토크 피크가 감소된다. 설명되지 않은 다른 실시예에 따라서, 예를 들어, 제 1 또는 제 2 요소로서 하우징을 회전가능한 방식으로 구성할 수 있고 그리고 이러한 하우징에 예를 들어 샤프트 스텁(shaft stub)을 체결할 수 있을 것이다. 하우징이 프레임 상에 견고하게 장착되지 않는다는 것이 자명할 것이다.
도 3 및 도 4는 댐핑 요소(1)의 변형예를 도시하며, 여기에서 제 1 요소(4)가 제 1 회전 샤프트의 형태로 구성되고, 그리고 상대적으로 회전될 수 있는 제 2 요소(5)가 하우징(2)이 된다.
도 3에 따라서, 제 3 커플링 요소(4.3)가 피봇이 가능한 방식으로 제 1 요소(4)의 수용부(4.2) 및 제 2 요소(5)의 수용부(5.2)에 체결된다. 이러한 경우에, 제 3 커플링 요소(4.3)가 길이방향 축에 대해서 횡방향으로 2개의 절반체들로 분할된다. 이러한 목적을 위해서, 환형 외장 내에 안착되고 그리고 구체적으로 설명하지 않는 스프링(12)에 의해서 2개의 절반체가 함께 연결되며, 그에 따라 제 3 커플링 요소(4.3)가 제 1 요소(4)와 제 2 요소(5) 사이의 상대적인 회전 동안에 스프링(12)의 스프링력에 대항하여 길이방향으로 가변적이 된다. 이러한 경우에, 커플링 부분(3)은 필요 없게 된다. 동시에, 제 3 커플링 요소(4.3)는 벤딩되지 않아야 하고, 단지 길이방향 축선을 따라서 길이방향으로 가변적이 되어야 하며, 그에 따라 제 3 커플링 요소를 이용하여 토크가 전달될 수 있을 것이다.
도 4는, 도 1 및 도 2에서와 같이, 커플링 부분(3)을 도시하며, 그러한 커플링 부분은 제 3 커플링 요소(4.3)에 의해서 회전 샤프트 형태의 제 1 요소(4)로 그리고 제 3 커플링 요소(4.3)에 의해서 하우징(2) 형태의 제 2 요소(5)로 피봇이 가능한 방식으로 연결된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제 3 커플링 요소(4.3)들이 스프링(12)을 구비하며, 상기 스프링에 의해서 제 1 요소(4)와 제 2 요소(5) 사이의 상대적인 회전 동안에 스프링력의 결과로서 상기 제 3 커플링 요소들이 길이방향으로 가변적이 된다. 도 4에 따른 제 3 커플링 요소 대신에, 도 1에서와 같이, 제 1 및 제 2 커플링 요소(4.1, 5.1) 그리고 나선형 스프링(6, 7)이 또한 이용될 수 있고, 또는 도 2에서와 같이, 제 1 및 제 2 커플링 요소(4.1, 5.1) 그리고 댐핑 매체(10)가 이용될 수 있을 것이다.

Claims (14)

  1. 토션 진동 댐퍼로서, 서로에 대해서 상대적으로 회전될 수 있는 제 1 요소와 제 2 요소 사이에 정렬되는 댐핑 요소를 포함하고, 그리고 축(A)을 따라 축방향으로 변위될 수 있고 상기 제 1 요소와 제 2 요소 사이에서 하우징 내에 정렬되는 커플링 부분을 포함하며, 상기 하우징 내의 커플링 부분은 챔버를 2개의 부분적인 챔버로 분할하고, 그리고 상기 제 1 요소는 회전가능한 방식으로 장착되는 제 1의 강성 커플링 요소에 의해서 상기 커플링 부분에 연결되고, 그리고 상기 제 2 요소는 회전 가능한 방식으로 장착되는 제 2 강성 커플링 요소에 의해서 커플링 부분에 연결되며, 상기 제 1 요소와 제 2 요소 사이의 상대적인 회전 동안에
    a) 상기 커플링 부분이 하나 이상의 스프링 요소의 스프링력에 대항하여 축(A)을 따라 변위되고, 하나 이상의 제 1 스프링 요소가 상기 제 1 요소와 상기 커플링 부분 사이에서 제 1의 부분적인 챔버 내에 정렬되고, 그리고 하나 이상의 제 2 스프링 요소가 상기 제 2 요소와 상기 커플링 부분 사이에서 제 2의 부분적인 챔버 내에 정렬되고, 및/또는
    b) 상기 커플링 부분의 양 측부에 작용하는 매체에 대항하여 상기 커플링 부분이 축(A)을 따라서 변위되고, 상기 매체가 내부의 또는 외부의 부분적인 챔버 내에 위치되는
    토션 진동 댐퍼.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2, 및 제 3 커플링 요소가 볼 바아의 형태로 구성되고, 상기 볼 바아가 양 단부에서 회전가능한 관절 방식으로 장착되고, 상기 볼 바아가 탄성 요소에 의해서 커플링되는 2개의 절반체로 필요에 따라 분할되는
    것을 특징으로 하는 토션 진동 댐퍼.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 커플링 부분이 상기 하우징 내에서 축방향으로 그리고 회전방향으로 이동가능한 방식으로 장착되는
    것을 특징으로 하는 토션 진동 댐퍼.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스프링 요소가 나선형 스프링의 형태로 구성되는
    것을 특징으로 하는 토션 진동 댐퍼.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부분적인 챔버들 내의 매체가 액체, 기체, 또는 액체와 기체의 혼합물, 또는 겔, 또는 점탄성 매체인
    것을 특징으로 하는 토션 진동 댐퍼.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    커플링 배치의 결과로서, 상기 부분적인 챔버들 내의 매체가 압력의 영향하에서 압축되고 및/또는 적절한 하우징 연결부에 의해서 외부 버퍼를 작동시키는
    것을 특징으로 하는 토션 진동 댐퍼.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2개의 부분적인 챔버가 댐핑 상수를 결정하는 유동 요소에 의해서 함께 연결되는
    것을 특징으로 하는 토션 진동 댐퍼.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 2개의 부분적인 챔버가 밸브에 의해서 함께 연결되는
    것을 특징으로 하는 토션 진동 댐퍼.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 요소가 제 1 샤프트이고, 그리고 상기 제 2 요소가 하우징이며, 또는 상기 제 1 요소가 제 1 샤프트이고, 그리고 상기 제 2 요소가 제 2 샤프트인
    것을 특징으로 하는 토션 진동 댐퍼.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 하우징이 상기 프레임 상에 견고하게 장착되는
    것을 특징으로 하는 토션 진동 댐퍼.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 요소가 구동 요소이고, 그리고 상기 제 2 요소가 피동 요소이며, 또는 그 반대인
    것을 특징으로 하는 토션 진동 댐퍼.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 요소가 제 1 샤프트 또는 구동 요소에 커플링되고, 및/또는 상기 제 2 요소가 제 2 샤프트 또는 피동 요소에 커플링되는
    것을 특징으로 하는 토션 진동 댐퍼.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버(8, 10) 내의 매체(9)가 능동적으로 압력-제어되고, 그리고 상기 토션 진동 댐퍼가 제어 알고리즘에 따라서 실행되는(effected)
    것을 특징으로 하는 토션 진동 댐퍼.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커플링 요소가 원주방향 칼라를 구비하고, 상기 원주방향 칼라는 축방향을 따라서 중심에 정렬된(centrally arranged) 환형 챔버 내에서
    - 규정된 스로틀링 저항에 의해서 댐핑 매체를 변위시키고 및/또는
    - 에너지 저장 요소의 스프링력에 대항하여 축방향으로 변위되며, 그에 따라 커플링 요소의 운동에 반대되는 방향의 댐핑 력을 생성하는
    것을 특징으로 하는 토션 진동 댐퍼.
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