KR20110130396A

KR20110130396A - 랙 하우징용의 개선된 압입 연결부

Info

Publication number: KR20110130396A
Application number: KR1020117018121A
Authority: KR
Inventors: 클라우스 베트케; 다니엘 뷔닝
Original assignee: 포드 글로벌 테크놀로지스 엘엘씨
Priority date: 2009-02-16
Filing date: 2009-11-16
Publication date: 2011-12-05
Also published as: DE102009000900A1; DE102009000900B4; BRPI0921294A2; CN102369130A; US8641316B2; JP5687208B2; RU2514319C2; WO2010091749A1; EP2396211B1; US20120087715A1; JP2012517926A; RU2011138026A; EP2396211A1

Abstract

본 발명은 튜브형 하우징, 바람직하게는 랙(10)을 수용하는 랙 하우징(1), 및 하우징(1) 안에 확장 방식으로 가압되도록 구성된, 적어도 부분적으로 하우징(1)의 내부에 배치되는 적어도 하나의 유지 및/또는 지지 링(2, 2')을 포함하는 장치에 관한 것이다. 본 발명의 장치는 상기 유지 및/또는 지지 링(2, 2')의 하우징(1)에 인접한 외주면에 치형부(4, 4')가 마련된 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명은 적어도 하나의 유지 및/또는 지지 링(2, 2')을 튜브형 하우징(1) 내부에 장착시키기 위한, 상기 장치와 관련한 방법에 관한 것이다.

Description

랙 하우징용의 개선된 압입 연결부{IMPROVED PRESS-FIT CONNECTION FOR A RACK HOUSING}

본 발명은 예를 들어 랙을 수용하는 역할을 하는 튜브형 하우징, 및 상기 랙의 하우징 안에 확장되면서 압입되도록 구성된, 상기 하우징 내부에 배치되는 적어도 하나의 유지 및/또는 지지 링으로 이루어진 조립체와, 상기 조립체를 위한 조립 방법에 관한 것이다. 랙-피니언식 조향 기구는 자동차에서 조향 휠을 통해 가해지는 회전 조향 운동을 피조향 차량 휠들을 선회시키기 위한 직선 운동으로 변환하기 위해 사용된다. 조향 활동을 보조하기 위해 조향 파워 트레인(power train) 내의 적당한 영역들에 배치될 수 있는 서보 드라이브가 사용된다.

랙-피니언식 조향 기구의 경우, 조향 칼럼의 단부는 피니언에 연결되고 상기 피니언은 랙과 치합되어 조향 기구가 회전될 때 랙을 측방향으로 이동시킨다.

랙의 양 단부 각각에 하나씩의 트랙 로드(track rod)가 볼 조인트를 거쳐서 연결된다. 랙-피니언식 조향 기구는 마모율이 극히 낮아서 널리 사용된다. 랙-피니언식 조향 기구는 반응성(feedback)이 양호하고 복원성(resilience)이 매우 양호하다.

보통, 랙 하우징은 랙 하우징이 튜브형으로 랙을 감싸며 유압 영역과 기계 영역으로 분리된 상태로 이른바 서보 보조형 랙-피니언식 조향 기구용으로 사용된다.

기계 영역은 치형을 구비한 영역으로 조향 휠의 조향 운동에 따라 회전되는 피니언과 치합되는 랙의 영역이 움직이는 영역이다. 따라서 피니언 치합 영역은 랙 하우징의 기계 영역 내에 위치된다. 유압 영역은 랙이 유압 영역으로도 연장되기는 하지만 일반적으로는 그 부분에 어떤 치형도 포함하지 않는 영역이다. 유압 영역 내에서 랙은 활주 가능하게 장착된 피스톤 부재에 견고하게 연결되고, 피스톤 부재는 각각 랙 하우징의 유압 영역에 하나의 실린더 챔버를 한정한다. 차량의 조향 휠이 회전되면, 제어 밸브가 작동되어 작동유가 실린더 챔버들 중 한 챔버로 각각 흘러들어가고, 이에 의해 피스톤과 랙이 실린더 내에서 이동된다. 작동유에 의해 피스톤이 이동되면 랙을 이동시키고 그에 따라 조향 운동을 일으키기 위한 힘이 증가된다.

이를 위하여, 제어 밸브와 랙 하우징은 유압 라인들을 통해 상호 연결되고, 이에 따라 조향 휠의 회전 방향에 따라 한 실린더 챔버 또는 다른 실린더 챔버가 오일로 가압되거나 혹은 압력이 방출된다.

기계 영역과 유압 영역 사이에는 일반적으로 유압 내력을 랙 하우징에 전달하고 대체로 밀봉 부재, 예를 들면 O링을 구비하는 지지 링이 배치된다. 랙 하우징의 각 단부에, 유압 영역 또는 기계 영역을 한정하는 지지 링이 추가로 구비되고, 이 지지 링은 또한, 예를 들면, 랙의 단부에 각각 장착된 볼 조인트가 이 지지 링과 부딪힘으로 인해서 랙의 종방향 이동을 정지시키는 멈추개(stop)의 역할을 한다.

랙 하우징을 확장시키면서 동시에 랙 안내 부재들을 랙 하우징의 양 단부들에 가압하는 것이 독일 특허 공보 DE 100 33 305 C2호에 개시되어 있고, 여기서는 랙 하우징이 확장되는 동안 벨로우즈용 좌대가 생성된다.

본 발명의 목적은 생산에 드는 노력과 지지 및/또는 유지 링들을 하우징, 특히 랙 하우징에 부착하는 비용을 저감시키면서도 강도와 품질에 대한 높은 요건을 동시에 충족시키는 데 있다. 이 목적은 특허청구범위 제1항에 따른 조립체 및 독립항의 방법에 의해 달성된다. 유리한 실시예들은 각각 종속항들의 요지이다. 특허청구범위에서 개별적으로 인용된 특징들이 기술적으로 실현 가능한 임의의 방식으로 서로 결합되어 본 발명의 다른 실시예들을 제시할 수 있다는 점을 주지해야 한다. 한다. 특히 도면들과 함께, 상세한 설명에 의해서 본 발명이 추가로 특징지어지고 구체화된다.

본 발명에 따르면, 조립체는 적어도 하나의 튜브형 하우징, 바람직하게는 랙을 수용하기 위한 랙 하우징과, 적어도 부분적으로 랙 하우징 내부에 배치된 적어도 하나의 유지 및/또는 지지 링을 포함한다. 유지 및/또는 지지 링(이하, 링이라 함)은 확장되면서 하우징에 가압된다. 유지 및/또는 지지 링은 예를 들어 실질적으로 반경 방향으로 확장된다. 본 발명에 따른 조립체는 유지 및/또는 지지 링의 하우징에 인접한 외주면에 치형부(toothed section)가 마련된 것을 특징으로 한다. 가압에 의해 유지 및/또는 지지 링의 치형부는 하우징, 정확히는 하우징의 내벽에 압인(stamping)되어, 특히 견고한 연결부를 마련하고, 이 연결부의 내구성은, 특히 하우징의 축방향 하중의 경우에 있어서, 높은 비용으로 함께 용접되어야 하는 부품들 없이도 단순히 평면 접촉면들을 함께 가압하는 것보다 뛰어나다. 또한, 용접에 의해 일어나는 문제점들, 예컨대 지지 및/또는 유지 링이 랙 하우징의 내부에 접근하기 어렵고 공정에서 발생되는 열응력이 부품들의 안정성에 불리한 영향을 미친다는 문제점들이 제거된다. 바람직하게는, 유지 및/또는 지지 링은 하우징에 링과 하우징의 반경 방향들과 축방향들이 서로 평행하도록 배치된다.

본 발명과 관련하여 사용될 경우 지지 및/유지 링이라는 용어는 넓은 의미로 해석될 것이다. 본 발명에 따르면, 지지 및/유지 링은 유지 및/또는 지지 기능을 갖는 환형 요소일 수 있다. 지지 및/유지 링은 예를 들어 랙 하우징에서 랙을 안내하고 지지하는 역할을 한다. 또한, 지지 및/유지 링은 밀봉 부재 또는 별도의 랙 안내 부재를 유지하고 그리고/또는 지지하는 역할을 하거나, 하우징이 몇 개의 부품으로 이루어진 경우에는 두 개의 튜브형 하우징부를 연결하는 역할을 할 수 있다.

또한, 본 발명과 관련하여 사용될 경우 치형부라는 용어는 넓은 의미로 해석될 것이다. 본 발명에 따르면, 치형부는 유지 및/또는 지지 링의 하우징에 인접한 면, 특히 외주면에 있는 하나 이상의 융기부이다. 예를 들어, 치형부는 유지 및/또는 지지 링의 외주면에 있는 치아 형상의 단일 융기부이거나, 또는 하우징에 인접한 면 위에 분포된 몇 개의 융기부들이다. 다른 실시예에서, 치형부는 또한 외주면에 있는 하나 이상의 균일하게 이격된 환형 융기부들이다.

또한, 본 발명은 하우징의 구성에 대해 제한되지 않는다. 바람직하게는, 본 발명은 랙 하우징이다. 랙 하우징은 예를 들어 알루미늄으로 다이캐스팅(die-casting)에 의해 만들어진다. 캐스팅 후에 예를 들어 피니언 유닛을 랙 하우징에 장착시킬 수 있게 하기 위하여 기계 가공이 필요하고, 또한 장착될 부품들에 대해 접촉면들이 밀링된다. 부착을 위한 막힌 구멍들과 뚫린 구멍들도 또한 만들어진다. 바람직하게는, 랙 하우징은 강철로 제조된다. 일반적인 알루미늄 조향 기어 하우징과 비교하여, 강철 하우징은 소재의 강성과 인성(toughness)이 높다는 점을 포함하여 장점들이 많다. 인식되는 조향 정밀도는 강성이 더 높은 강철 하우징에 의해 향상된다. 다른 장점은 강철 하우징의 경우에는 유압 라인의 경로를 컴팩트하고 비용 효과적으로 결정할 수 있다는 점인데, 이 경우 스크류 인터페이스(screw interface)가 제거될 수 있다. 각기 다른 차량 유형에 맞추어 유연하게 구성될 수 있는 하우징은, 성형도에 따라 450 내지 650N/mm²의 강도를 갖는 사전 구성된 정밀 강철 튜브로부터 용접 구조체로 생산된다. 특별한 전해 코팅에 의해 예를 들어 부식 방지를 보장할 수 있다. 용접식 유압 공급 라인들에 의해 차량 내의 설치 공간을 최적화할 수 있게 된다.

바람직하게는, 치형부는 유지 및/또는 지지 링의 축 방향으로 나사산 형상으로 연장하도록 구성된다. 나사산을 구비한 링이 가압에 의해 내벽에 압인된 내부 나사산에 대해 회전되는 것에 의해서 링은 나사산에 의해 용이하게 분해되고, 이에 따라 분해가 용이해진다. 선택적으로 분해할 수 있다는 점과 분해가 용이하다는 점으로 인해, 본 발명에 따른 조립체는 특히 유리한 방식으로 재생 중의 사용에 적합할 뿐만 아니라 특히 용이하게 그리고 비용 효과적으로 배치될 수 있다. 또한, 바람직하게는 분해 공구를 적용하기 위한 수단이 구비된다.

바람직하게는 하우징에 압입된 치형부는 하우징의 적어도 하나의 개구로부터 떨어져서 배치된다. 이에 의해 분실을 방지할 수 있는데, 링을 제거할 수 있게 하기 위해서는 링을 치형부로부터 제거하기 위한 상기 거리 범위가 돌파(overcoming)되어야 하기 때문이다. 나사산의 경우, 이는 링이 회전에 의해 제거될 때 이 영역이 나사산에 의해 금속 절단되어야 함을 의미하며, 이는 링을 치형부로부터 제거하기 위해서 더 많은 힘을 가해야 할 필요가 있고 따라서 링의 분실을 방지할 수 있음을 나타낸다.

바람직하게는, 유지 및/또는 지지 링은 적어도 치형부의 영역에서 이에 인접한 하우징의 영역의 소재보다 더 단단한 소재를 구비하는데, 이는, 하우징의 상기 영역에서, 치형부의 영역에서의 소재의 소성 변형 및 이에 따른 특히 내구성 있고 강한 연결을 달성하기 위함이다. 예를 들어 링은 하우징보다 더 단단한 소재로 만들어진다.

바람직하게는, 유지 및/또는 지지 링은 적어도 치형부의 영역에서 경화된다. 다른 바람직한 실시예에 따르면, 유지 및/또는 지지 링은 공구강, 예를 들면 합금 또는 비합금 공구강으로 만들어진다.

다른 유리한 실시예에 따르면, 유지 및/또는 지지 링은 확장 방식으로 하우징에 압입되기 위해 원뿔형 내주면을 구비한다. 축 방향으로 힘이 작용하는 상태에서 링의 반경 방향 확장은 원뿔형 내주면에 의해 특히 용이하게 달성된다.

다른 실시예에 따르면, 조립체는 적어도 부분적으로 하우징에 배치된 랙을 구비한다.

바람직하게는, 유지 및/또는 지지 링은 예를 들면 확장 도중에 링을 축방향으로 고정된 상태로 유지하기 위해 하우징의 개구 가장자리에 지지된 칼라(collar)를 구비한다. 또한 칼라는 조향 이동 중에 랙이 멈추개로서의 유지 및/또는 지지 링에 대해 이동될 때 지지체의 역할을 한다.

또한 본 발명은 적어도 하나의 유지 및/또는 지지 링을 바람직하게는 랙을 수용하는 역할을 하는 튜브형 하우징 내부에 적어도 부분적으로 조립하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 조립 방법은 적어도 하나의 유지 및/또는 지지 링을 적어도 부분적으로 하우징 내부에 배치시키는 배치 단계를 포함한다. 본 발명의 조립 방법은 유지 및/또는 지지 링을 바람직하게는 반경 방향으로 확장시키는 확장 단계를 더 포함한다. 본 발명에 따른 방법은 유지 및/또는 지지 링의 하우징에 인접한 외주면에 배치된 치형부가 하우징에 가압되는 것을 특징으로 한다. 가압에 의해, 유지 및/또는 지지 링의 치형부는 하우징, 정확히는 하우징의 내벽에 압인되어 특히 견고한 연결부를 마련하고, 이 연결부의 내구성은, 특히 하우징의 축방향 하중의 경우에 있어서, 높은 비용으로 함께 용접되어야 하는 부품들 없이도 단순히 평면 접촉면들을 함께 가압하는 것보다 뛰어나다. 또한 용접에 의해 일어나는 문제점들, 즉 지지 및/또는 유지 링이 랙 하우징의 내부에 접근하기 어렵고 공정에서 발생되는 열응력이 부품들의 안전성에 불리한 영향을 미친다는 문제점들이 제거된다.

바람직하게는, 본 발명의 방법은 유지 및/또는 지지 링을 적어도 치형부의 영역에서 경화(hardening)시키는, 배치 단계 전에 행해지는 경화 단계를 포함한다.

다른 유리한 실시예에 따르면, 확장 단계는 지지 및/또는 유지 링의 원뿔형 내주면에 작용하는 원뿔형 가압 공구에 의해 수행된다.

위에서 설명한 이유들 때문에, 본 발명에 따른 방법에서 치형부는 바람직하게는 유지 및/또는 지지 링의 축 방향으로 나사산 형상으로 연장하도록 구성된다.

본 발명에 따른 방법에서, 바람직하게는 예를 들어 하우징이, 링의 영역에서, 확장 도중에 폼-클로즈(form-closed) 방식으로 모루의 수용부에 수용되는 것에 의해 확장 단계 중에는 하우징이 확장되는 것이 방지된다.

본 발명 및 기술적 환경을 도면들을 참조하여 더 상세하게 설명한다. 도면들에는 본 발명의 특히 바람직한 실시예들을 도시하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니라는 점을 주지해야 한다.

도 1은 지지 링을 구비한 본 발명에 따른 랙 하우징 세그먼트와 상기 랙 하우징 세그먼트에 배치된 랙을 도시한 단면도이다.
도 2는 유지 링을 구비한 본 발명에 따른 랙 하우징 세그먼트를 도시한 단면도이다.

강철로 만들어지는 본 발명에 따른 랙 하우징(1)은 도 1에는 일부분만 도시되어 있다. 도 1에는 랙 하우징(1)의 일 단부들 중 하나가 도시되어 있다. 부속된 개구는 지지 링(2)으로 밀봉된다. 강철로 된 지지 링(2)은 칼라(7)가 랙 하우징(1)의 개구 가장자리에 걸리도록 설치된다. 한편으로, 지지 링(2)은 랙 하우징(1)에 배치된 랙의 단부에 부착되는 도시되지 않은 십자형 조인트(cross joint)에 대한 멈추개의 역할을 한다. 다른 한편으로, 지지 링(2)은 활주 링(11)을 구비한, 랙(10)을 안내하는 역할을 하는 랙 지지 베어링(8)을 지지하는 역할을 한다. 랙 지지 베어링(9)은 선택적으로 랙 하우징(1)의 내벽의 주변 홈에 삽입되는 서클립(9)에 의해 추가로 지지된다. 또한, 랙 지지 베어링(9) 상에 지지되는 환형 개스킷(3)이 구비된다. 지지 링(2)을 랙 하우징(1)에 부착시키기 위하여, 지지 링(2)은 지지 링(2)의 원뿔형 내벽(5)과 축 방향으로 계합되는 원뿔형 계합면을 구비한 가압 공구 및 상기 가압 공구에 의해 지지 링(2)에 가해져 반경 방향 확장을 일으키는 힘에 의해서 반경 방향으로 확장된다. 지지 링(2)은 경화 처리로 인해 랙 하우징(1)의 강철보다 경도가 더 큰 나사산 구역(4)을 포함하고, 이에 따라 나사산 구역(4)은 랙 하우징(1)에 압인되어 랙 하우징을 소성 변형시킴으로써, 지지 링(2)을 랙 하우징(1)과 특히 내구성 있게 연결시킬 수 있다. 지지 링(2)은 지지 링(2)이 랙 하우징(1)에 대해 적절한 방향으로 회전됨으로써 나사산 구역(4)에 의해 랙 하우징(1)으로부터 분리될 수 있다. 랙 하우징(1)의 부분 상에서 압입 도중에 나사 결합되지 않은 상태로 유지되는 랙 하우징(1)의 개구와 나사산 구역(4) 사이의 거리 범위는 나사산 구역이 회전에 의해 제거될 때 나사산 구역(4)에 의해 돌파, 즉 절단되어야 한다. 이를 위해서는 가하는 힘을 증가시킬 필요가 있고 이에 따라 거리 범위(6)는 분실 방지부의 역할을 한다.

도 2에는 유지 링(2')이 내부에 배치된 본 발명에 따른 랙 하우징(1)의 다른 세그먼트가 도시되어 있다. 유지 링(2')은 밀봉 링(3)을 랙 하우징(1)의 내부에, 즉 유압 영역에 유지시키는 역할을 한다. 유지 링(2')을 랙 하우징(1)에 부착하기 위하여, 유지 링(2')의 원뿔형 내벽(5)과 축 방향으로 계합되는 원뿔형 계합면을 구비한 가압 공구 및 상기 가압 공구에 의해 유지 링(2')에 가해져 반경 방향 확장을 일으키는 힘에 의해서 반경 방향으로 확장된다. 유지 링(2')은 경화 처리로 인해 랙 하우징(1)의 강철보다 경도가 더 큰 나사산 구역(4')을 포함하고, 이에 따라 나사산 구역(4')은 랙 하우징(1)에 압인되어 랙 하우징을 소정 변형시킴으로써, 유지 링(2')을 랙 하우징(1)과 특히 내구성 있게 연결시킬 수 있다. 상기 랙 하우징은 실질적으로 튜브형으로 구성된다.

Claims

튜브형 하우징(1)과, 적어도 부분적으로 상기 하우징(1) 안에 확장되면서 가압되도록 구성된, 상기 하우징(1) 내부에 배치되는 적어도 하나의 유지 및/또는 지지 링(2, 2')을 포함하는 조립체로서,
상기 유지 및/또는 지지 링(2, 2')의 하우징(1)에 인접한 외주면에 치형부(4, 4')가 마련된 것을 특징으로 하는 조립체.
제1항에 있어서,
상기 하우징은 랙 하우징(1)이고 랙(10)을 수용하는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 조립체.
선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 치형부(4, 4')는 상기 유지 및/또는 지지 링의 축 방향으로 나사산 형상으로 연장되도록 구성된 것을 특징으로 하는 조립체.
선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하우징(1)에 가압되는 상기 치형부(4, 4')는 상기 하우징(1)의 적어도 하나의 개구로부터 소정 거리 떨어져 배치된 것을 특징으로 하는 조립체.
선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유지 및/또는 지지 링(2, 2')은 적어도 치형부(4, 4')의 영역에서 하우징(1)의 이에 인접한 영역의 재료보다 더 단단한 재료를 구비한 것을 특징으로 하는 조립체.
선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유지 및/또는 지지 링(2, 2')은 적어도 치형부(4, 4')의 영역에서 경화된 것을 특징으로 하는 조립체.
선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유지 및/또는 지지 링(2, 2')은 공구강으로 만들어진 것을 특징으로 하는 조립체.
선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하우징(1)은 실질적으로 강철로 만들어진 것을 특징으로 하는 조립체.
선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유지 및/또는 지지 링(2, 2')은 하우징(1)과의 압입을 위한 원뿔형 내주면(5, 5')을 구비하고, 상기 압입에 의해 상기 유지 및/또는 지지 링(2, 2')이 확장되는 것을 특징으로 하는 조립체.
선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 랙(10)은 적어도 부분적으로 하우징에 배치된 것을 특징으로 하는 조립체.
선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유지 및/또는 지지 링(2, 2')은 하우징(1)의 개구 가장자리에 지지된 칼라(7)를 구비한 것을 특징으로 하는 조립체.
적어도 하나의 유지 및/또는 지지 링(2, 2')을 튜브형 하우징(1) 내부에 적어도 부분적으로 조립하기 위한 방법으로서,
적어도 하나의 유지 및/또는 지지 링(2, 2')을 적어도 부분적으로 하우징(1) 내부에 배치시키는 배치 단계와, 상기 유지 및/또는 지지 링(2, 2')을 확장시키는 확장 단계를 포함하는 조립 방법에 있어서,
상기 유지 및/또는 지지 링(2, 2')의 하우징(1)에 인접한 외주면에 배치된 치형부(4, 4')가 하우징(1)에 가압되는 것을 특징으로 하는 조립 방법.
선행하는 청구항에 있어서,
상기 유지 및/또는 지지 링(2, 2')을 적어도 치형부(4, 4')의 영역에서 경화시키는, 배치 단계 전에 행해지는 경화 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조립 방법.
선행하는 두 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 확장 단계가 지지 및/또는 유지 링(2, 2')의 원뿔형 내주면(5, 5')에 작용하는 원뿔형 가압 공구에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 조립 방법.
선행하는 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 치형부(4, 4')는 유지 및/또는 지지 링(2, 2')의 축 방향으로 나사산 형상으로 연장하도록 구성된 것을 특징으로 하는 조립 방법.
선행하는 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 확장 단계 중에는 상기 하우징(1)의 확장이 방지되는 것을 특징으로 하는 조립 방법.