KR20160088827A - 히스테리시스 및 킥다운 특성을 가진 스프링 장치 - Google Patents

히스테리시스 및 킥다운 특성을 가진 스프링 장치 Download PDF

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KR20160088827A
KR20160088827A KR1020160005217A KR20160005217A KR20160088827A KR 20160088827 A KR20160088827 A KR 20160088827A KR 1020160005217 A KR1020160005217 A KR 1020160005217A KR 20160005217 A KR20160005217 A KR 20160005217A KR 20160088827 A KR20160088827 A KR 20160088827A
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밀로스 흘라브카
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

풋 페달(10)을 복귀시키기 위한 스프링 장치(16)는 서로 끼워져 배치된, 축 방향으로 수축 가능한 제 1 스프링 부재(20)와 축 방향으로 수축 가능한 제 2 스프링 부재(22); 상기 제 1 스프링 부재(20) 및 상기 제 2 스프링 부재(22)의 한 단부가 지지되는 방식으로 상기 제 1 스프링 부재(20) 및 상기 제 2 스프링 부재(22)를 수용하기 위한 하우징(18); 및 상기 제 1 스프링 부재(20) 및 상기 제 2 스프링 부재(22)의 마주 놓인 단부가 지지되며, 상기 스프링 장치(16)에 의해 생긴 힘을 풋 페달의 페달 레버(14)로 전달하도록 구현된 지지 부재(28);를 포함한다. 상기 지지 부재(28)는 상기 페달 레버(14)용 지지면을 포함하는 내부 부재(32), 및 하우징(18) 내에서 안내되는 외부 부재(34)를 포함하며, 상기 외부 부재 내에서 상기 내부 부재가 정지 위치까지 이동 가능하고, 상기 내부 부재(32)는 제 1 스프링 부재(20)용 제 1 지지면(40)을 제공하며, 상기 외부 부재(34)는 제 2 스프링 부재(22)용 제 2 지지면(41)을 제공하므로, 상기 내부 부재(32)가 정지 위치 전에는 제 1 스프링 부재(20)의 힘만을 상기 페달 레버로 전달하고, 정지 위치에서는 추가로 상기 제 2 스프링 부재(22)의 힘을 상기 페달 레버(14)로 전달한다.

Description

히스테리시스 및 킥다운 특성을 가진 스프링 장치{SPRING ARRANGEMENT HAVING HYSTERESIS AND KICK-DOWN PROPERTY}
본 발명은 풋 페달용 스프링 장치 및 스프링 장치를 구비한 풋 페달에 관한 것이다.
풋 페달, 예컨대 클러치 페달 또는 가속 페달은 자동차에서 자동차의 특정 기능들을 제어하기 위해 사용된다. 이러한 풋 페달은 일반적으로 스프링 장치를 포함하고, 상기 스프링 장치는 운전자에 의해 페달에 가해진 힘에 대한 대항력을 발생시켜 페달을 정지 위치로 복귀시킨다.
예컨대 내연기관에 공급되는 연료량 또는 전기 모터에 공급되는 전력을 제어하는 가속 페달의 경우, 일반적으로 풋 페달의 힘 곡선이 히스테리시스를 갖는 것이 바람직하다. 즉, 예컨대 풋 페달을 밟을 때 대항력이 리턴 경로에서보다 크다. 또한, 풋 페달을 완전히 밟을 때 페달 경로의 끝에서 대항력이 크게 상승하는 것이 바람직할 수 있고, 이러한 상승을 킥다운(kickdown) 특성이라 한다.
DE 10 2010 027 924 A1은 전자석에 의해 스프링 트래블에 걸쳐 스프링 힘에 히스테리시스를 발생시킬 수 있는 스프링 장치를 구비한 가속 페달을 개시한다. 킥다운-힘은 캐치 스프링 및 이것에 인접한 페그에 의해 발생한다.
본 발명의 과제는 히스테리시스 특성 및/또는 킥다운 특성을 간단한 방식으로 제공할 수 있는 스프링 장치 및 풋 페달을 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1 항에 따른 스프링 장치 및 청구항 제 10 항에 따른 풋 페달에 의해 해결된다.
본 발명의 실시예들은 히스테리시스 특성 및/또는 킥다운 특성을 간단한 방식으로 제공할 수 있는 스프링 장치 및 페달을 제공한다.
본 발명의 하나의 양상은 풋 페달을 복귀시키기 위한 스프링 장치에 관한 것이다. 풋 페달은 예컨대 전자 클러치용 클러치 페달, 또는 예컨대 연소 구동장치, 전기 구동장치 또는 하이브리드 구동장치의 제어를 위한 가속 페달일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 스프링 장치는 서로 끼워져 배치된, 축 방향으로 수축 가능한 제 1 스프링 부재와 축 방향으로 수축 가능한 제 2 스프링 부재, 그리고 상기 제 1 스프링 부재와 제 2 스프링 부재를 수용하기 위한 하우징을 포함한다. 하우징 내에서 제 1 스프링 부재 및 제 2 스프링 부재는 각각 제 1 단부에 또는 제 1 스프링 단부에 지지된다. 하우징은 예컨대 포트 형태일 수 있고, 스프링 부재들, 예컨대 2개의 서로 끼워진 나사선 스프링들은 포트의 바닥에 지지된다.
또한, 스프링 장치는 지지 부재를 포함하고, 상기 지지 부재 상에 제 1 스프링 부재 및 제 2 스프링 부재가 각각 제 1 단부 또는 제 1 스프링 단부에 마주 놓인 제 2 단부 또는 제 2 스프링 단부로 지지되고, 상기 지지 부재는 스프링 장치에 의해 생긴 힘을 풋 페달의 페달 레버로 전달하도록 구현된다. 지지 부재는 페달 레버에 의해 하우징의 내부로 가압될 수 있고, 이 경우 스프링 부재들이 수축될 수 있다.
지지 부재는 페달 레버용 지지면을 포함하는 내부 부재, 및 하우징 내에서 안내되는 외부 부재를 포함하고, 상기 외부 부재 내에서 내부 부재가 정지 위치까지 이동 가능하다. 내부 부재는 제 1 스프링 부재용 제 1 지지면을 그리고 외부 부재는 제 2 스프링 부재용 제 2 지지면을 제공하므로, 내부 부재는 정지 위치 전에는 제 1 스프링 부재의 힘만을 페달 레버로 전달하고, 정지 위치에서는 추가로 제 2 스프링 부재의 힘을 페달 레버로 전달하거나 전달할 수 있다.
달리 표현하면, 지지부재는 축 방향으로 서로 상대 이동 가능한 2개의 부재를 포함하고, 상기 부재들 상에 각각 스프링 부재들 중 하나가 별도로 지지된다. 이로 인해, 예컨대 페달 레버에 의해 하우징 내로 지지 부재의 가압시, 내부 부재가 외부 부재에 접촉하지 않으면, 내부 부재가 정지 위치로 이동되었던 경우와는 다른 힘이 생길 수 있다.
이로 인해, 풋 페달의 힘 곡선의 특성들이 추가로 설정될 수 있고 변경될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 내부 부재는 외부 부재를 통해 돌출하고, 원주 방향으로 홈을 포함하고, 상기 홈 내로 외부 부재의 링 부재가 방사방향으로 돌출하며, 상기 링 부재는 홈 내부에서 축 방향으로 정지 위치까지 이동 가능하다. 외부 부재는 중앙 개구를 포함할 수 있고, 상기 중앙 개구를 통해 내부 부재가 돌출한다.
홈의 적어도 하나의 측벽 또는 홈의 2개의 측벽은 정지면을 제공할 수 있고, 상기 정지면 상에 링 부재가 놓일 수 있다. 링 부재는 내부 부재를 부분적으로만 둘러쌀 수 있다. 즉, 관통 링의 형상을 가질 수 있다.
링 부재는 하우징 내로 내부 부재의 가압시 내부 부재(즉, 정지 위치) 상에 놓일 수 있고 및/또는 링 부재가 제 1 및/또는 제 2 스프링 부재에 의해 다시 하우징으로부터 밀려지는 경우 내부 부재 상에 놓일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 외부 부재는 하우징 내에서 지지 부재의 이동시 하우징의 내부면에 마찰력을 발생시키도록 구현된다. 예컨대, 외부 부재는 그 외부면에 마찰면을 포함할 수 있고, 상기 마찰면은 하우징의 내부면을 따라 미끄러질 수 있다. 마찰 부재의 외경은 정지 위치에 도달할 때까지 실질적으로 일정하게 유지될 수 있고, 마찰 부재가 내부 부재와 함께 움직이지 않는다. 페달 레버에 의해 정지 위치까지 제 1 스프링 부재의 수축 후에, 즉 내부 부재가 정지 위치에 도달한 후에, 외부 부재가 그 직경을 확대시킴으로써, 마찰면이 하우징의 내부면에 대해 더 심하게 가압되고 마찰력이 커진다. 제 1 및/또는 제 2 스프링 부재의 팽창시, 즉 페달 레버에 의해 지지 부재에 가해지는 힘이 줄어들고 제 1 스프링 부재가 내부 부재를 정지 위치로부터 멀리 가압하면, 외부 부재가 그 직경을 줄이므로, 마찰력이 줄어든다. 전체적으로 스프링 장치에 의해 생긴 힘은 히스테리시스를 갖는다. 즉, 페달 레버의 경로의 동일한 점에서, 지지 부재를 하우징 내로 가압할 때의 힘은 지지 부재가 스프링 장치에 의해 복귀되는 경우보다 더 크다.
상기 장치의 작용은 2개의 상이한 상태에서 이루어진다:
제 1 상태에서 페달 레버는 내부 부재에만 작용하므로, 제 1 스프링 부재의 힘에 대항해서만 동작한다.
정지 위치에 도달은 제 2 상태를 개시한다. 페달 레버에 의해 정지 위치까지 제 1 스프링 부재의 수축 후에, 외부 부재에 2가지 효과가 작용한다. 첫 번째로는, 페달에 대한 압력으로 인한 내부 부재의 추가 이동시 마찰 부재는 정지면에 의해 함께 이동된다. 즉, 링 부재는 내부 부재와 같이 하우징의 내부로 이동되기 시작한다. 이 경우, 페달 레버에서 2개의 스프링 부재의 힘 작용에 추가해서 하우징의 내부면에 대한 마찰 부재의 마찰력도 극복되어야 한다. 두 번째로는 내부 부재 및 링 부재는 외부 부재에 대한 내부 부재의 상대 이동에 의해 외부 부재의 직경이 커지도록 구성된다. 이로 인해, 마찰면이 하우징의 내부면에 더 심하게 가압됨으로써 마찰력이 커진다.
마찰 부재 및 내부 부재의 구조적 설계는 스프링 두께의 선택과 함께 히스테리시스 프로파일의 의도적이며 미세한 조정을 허용한다.
제안된 장치에 의해, 예컨대 페달의 출발점(예컨대 무부하 위치)에서 7N 내지 23N 범위의, 바람직하게는 12N 내지 18N 범위의 제 1 힘이 제공되어야 하고, 전부하점에 도달하기 위해 37N 내지 65N 범위의, 바람직하게는 45N 내지 55N 범위의 제 2 힘이 제공되어야 하는, 히스테리시스가 발생될 수 있다. 페달의 해제 시에, 전부하점을 유지하기 위해 예컨대 25N 내지 40N 범위의, 바람직하게는 30N 내지 38N 범위의 제 3 힘이 필요하고, 무부하점에 도달시 예컨대 3N 내지 18N 범위의, 바람직하게는 8N 내지 12N 범위의 제 4 힘이면 충분하다.
상기 히스테리시스, 즉 총 4개의 가장자리 점들 및 상기 끝점들 사이의 힘 프로파일이 본 발명에 의해 간단한 방식으로 고객 사양에 맞춰질 수 있다.
이로 인해, 스프링 장치의 히스테리시스 특성이 간단한 기계적 부품에 의해 제공될 수 있다. 또한, 히스테리시스 곡선, 즉 경로 방향과 관련한 힘 차이 및/또는 경로에 대한 비선형 의존도가 하우징의 내부면의 축 방향 윤곽의 적절한 조정에 의해 조절될 수 있다.
또한, 히스테리시스 특성에 대한 추가의 힘을 발생시키는 모든 마찰면들은 비교적 컴팩트한 하우징의 내부에 배치된다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 외부 부재는 실질적으로 링형이며, 길이방향 슬릿을 포함하고, 상기 슬릿은 외부 부재의 직경 변화를 허용한다. 외부 부재가 비교적 강성의 재료로 제조되더라도, 슬릿의 확대 및 축소에 의해 외부 부재의 외경이 확대 및 축소될 수 있다. 이 경우, 외부 부재는 슬릿에 마주 놓인 면에서 변형된다. 상기 슬릿은 링 부재를 통해서도 연장할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 외부 부재는 그 직경의 확대를 독자적으로 저지하도록 탄성으로 구현된다. 예컨대, 외부 부재 또는 슬릿에 마주 놓인 장소가 내부 부재에 의해 가압되지 않으면, 상기 외부 부재 또는 상기 장소가 다시 그 원래 형상으로 되돌아갈 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 내부 부재는 제 1 웨지면을 포함하고, 상기 제 1 웨지면은 외부 부재의 대응하는 제 2 웨지면 상에 지지되므로, 페달 레버에 의해 내부 부재 상으로 가압시 제 1 웨지면을 가진 내부 부재가 제 2 웨지면을 통해 외부 부재를 확대시킨다. 달리 표현하면, 내부로 지지 부재의 이동시 제 1 웨지면은 제 2 웨지면 상으로 가압되어 지지 부재를 확대시키므로, 하우징의 내벽에 대한 외부 부재의 힘이 커지고, 이는 다시 외부 부재와 하우징 사이의 마찰력을 증가시킨다. 지지 부재가 외부로 이동되면, 지지 부재가 다시 외부 부재로부터 빠져나오므로, 상기 외부 부재는 그 직경을 줄일 수 있다. 하우징의 내벽에 대한 외부 부재의 힘이 줄어들고, 이는 다시 외부 부재와 하우징 사이의 마찰력을 줄인다.
외부 부재로부터 외부로 내부 부재의 이동은 제 1 스프링 부재에 의해 지원될 수 있다.
내부 부재와 외부 부재의 (제 1) 정지 위치에서 2개의 웨지면들이 접촉한다. (내부 부재가 외부 부재에 대해 제 1 정지 위치로부터 가능한 멀리 이동되면) 내부 부재와 외부 부재가 다른, 제 2 정지 위치를 취할 수 있고, 이 위치에서 내부 부재와 외부 부재는 추가의 정지면에서 접촉할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 제 1 웨지면은 스프링 장치의 중심축과 관련해서 외부를 향하고, 제 2 웨지면은 내부를 향한다. 또한, 제 1 웨지면과 제 2 웨지면은 스프링 장치의 중심축을 적어도 부분적으로 링형으로 둘러싸는 것이 가능하다.
또한, 제 1 웨지면과 제 2 웨지면의 면적들은 상이한 크기일 수 있다. 횡단면으로 볼 때, 각각의 웨지면은 그 축 방향 단부에 각각 대칭 축을 통해 연장하는 직경을 가질 수 있고, 상기 직경은 대칭 축을 수직으로 교차한다. 웨지면의 경사진 프로파일에 의해, 웨지면의 하나의 단부에서의 직경은 마주 놓인 단부에서 보다 더 작을 수 있다. 웨지면의 가장 작은 직경은 내경이라 할 수 있고, 가장 큰 직경은 외경이라 할 수 있다. 상이한 크기의 웨지면들은, 예컨대 제 2 웨지면의 내경과 외경 사이의 축 방향 간격이 제 1 웨지면에서의 상응하는 간격보다 훨씬 더 작을 수 있기 때문에(또는 반대로 제 1 웨지면의 내경과 외경 사이의 축 방향 간격이 제 2 웨지면에서의 상응하는 간격보다 훨씬 더 작을 수 있기 때문에) 야기될 수 있다. 또한, 상기 축 방향 간격은 제 2 웨지면(그리고 반대로 제 1 웨지면)이 거의 선형일 정도로 작을 수 있다. 달리 표현하면, 웨지면의 형상은 하나의 웨지면이 다른 웨지면과 단지 선형으로 또는 횡단면으로 볼 때 단지 점형으로 접촉하도록 주어질 수 있다. 웨지면들의 상이한 실시예들에 의해, 소정 히스테리시스 프로파일이 의도적으로 설정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 외부 부재의 웨지면은 링 부재 상에 배치되고, 상기 링 부재는 마주 놓이게 내부 부재용 정지면을 포함한다. 링 부재는 예컨대 내부 부재 내의 홈 내로 돌출할 수 있고 및/또는 외부 부재 내에서 내부 부재의 안내를 위해 제공될 수 있다. 따라서, 외부 부재가 특히 컴팩트하고 장소 절감 방식으로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 내부 부재는 제 1 스프링 부재의 안정화를 위해 제 1 스프링 부재 내로 돌출한다. 제 1 스프링 부재는 페그 상에 놓인 나사선 스프링일 수 있고, 상기 페그의 베이스는 제 1 지지면에 의해 둘러싸인다. 바람직하게는 이로 인해 장치의 조립이 쉬워지는데, 그 이유는 적어도 하나의 스프링 부재가 페그 위로 안내될 수 있어서 방사방향으로 안정화될 수 있기 때문이다. 이로 인해, 작동 중에도 스프링의 측면 팽윤이 억제됨으로써, 신뢰도 및 수명이 커진다.
제 2 스프링 부재는 일 실시예에 따라 나사선 스프링일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 스프링 장치는 또한 지지 부재로부터 측면으로 돌출한 킥다운 스프링을 포함하고, 상기 킥다운 스프링은 축 방향으로 스프링 부재 곁을 지나 안내되며, 킥다운 위치에서 하우징의 내부 에지에 접촉하고 킥다운 위치부터 추가의 스프링력이 페달 레버에 작용하게 하도록 구현된다. 지지 부재가 페달 레버에 의해 부하를 받으면, 페달 레버는 지지 부재를 하우징 내로 밀어서, 하우징 내의 스프링 장치를 수축시키고, 상기 스프링 장치는 페달 레버에 대한 대항력의 주성분을 발생시킨다. 킥다운 위치의 특정 구간에서, 하우징 내의 스프링 장치의 측면 옆에 배치된 기계적 킥다운 스프링의 한 단부가 내부 에지에 접촉하여 추가로 수축되므로, 킥다운 위치부터 페달 레버에 작용하는 힘이 커진다.
따라서, 간단한 기계적 수단에 의해 추가의 킥다운 대항력이 발생될 수 있다. 또한, 킥다운 스프링 및 2개의 스프링 부재가 동일한 (포트 형태) 하우징 내에 배치되고, 이는 추가의 하우징 부품을 절감할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 킥다운 스프링은 적어도 하나의 판 스프링을 포함하고, 상기 판 스프링은 스프링 부재 곁을 지나 안내되는 적어도 하나의 스프링 텅을 포함한다. 상기 판 스프링의 한 단부는 지지 부내 내에 수용될 수 있고, (약 90°꺽여서) 하우징의 내부면에 대해 실질적으로 평행하게 스프링 장치 곁을 지나 연장하는 스프링 텅 내로 이어진다.
본 발명의 일 실시예에 따라 판 스프링은 2개의 마주 놓인 스프링 텅을 포함하고, 상기 스프링 텅들은 지지 부재로부터 측면으로 돌출한다. 상기 2개의 스프링 텅들은 킥다운 위치부터 마주 놓인 내부 에지 내로 대칭으로 맞물릴 수 있다. 이로 인해, 작동 중에 기울어짐이 확실하게 방지될 수 있다. 또한, 적어도 2개의 스프링 텅의 존재는 스프링 텅의 파괴의 경우 여분을 형성한다. 왜냐하면, 그 경우 상기 작용이 갑자기 중단되지 않고, 적어도 하나의 추가 스프링 텅이 처음에 기능 동안 남아있기 때문이다. 이는 자동차에 사용시 중요한 안전성을 높인다.
본 발명의 일 실시예에 따라 적어도 하나의 스프링 텅의 피크가 하우징의 내벽으로부터 스푼 형태로 휘어지고, 예컨대 중심축의 방향으로, 즉 내부로 휘어진다. 내부 에지는 상응하는 곡률을 가질 수도 있다. 이로 인해, 바람직하게는 작동 중에 하우징의 내부에서 스프링 단부의 기울어짐이 나타나지 않게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따라 하우징은 적어도 하나의 측면 채널을 포함하고, 상기 채널 내로 킥다운 스프링(또는 킥다운 스프링의 스프링 텅)이 이동될 수 있으며, 하우징 상에서 상기 채널 옆에 내부 마찰면들이 제공되고, 상기 마찰면들 상에서 외부 부재가 미끄러진다.
본 발명의 일 실시예에 따라 하우징의 내부 마찰면과 마찰 부재의 외부 마찰면 사이에 마찰력을 증가시키기 위한 재료가 배치된다. 상기 재료, 예컨대 Santoprene ⓒ는 하우징에 또는 마찰 부재에 장착될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 적어도 하나의 측면 채널의 단부에 내부 에지가 제공되고, 킥다운 스프링이 킥다운 위치에서 상기 내부 에지에 접촉한다.
본 발명의 다른 양상은 풋 페달, 예컨대 클러치 페달 또는 가속 페달에 관한 것이다. 풋 페달은 축을 중심으로 선회 가능하게 설치된 페달 레버, 및 전술한 그리고 후술되는 바와 같이, 페달 레버에 가변 대항력을 발생시키기 위한 스프링 장치를 포함한다. 이러한 풋 페달은 간단하고 경제적인 방식으로 히스테리시스 특성 및/또는 킥다운 특성을 가진 대항력을 제공할 수 있다.
본 발명의 가능한 특징들 및 장점들 중 몇몇은 여기서 상이한 실시예들과 관련해서 설명된다. 당업자는, 본 발명의 다른 실시예에 이르기 위해, 특징들이 적합한 방식으로 조합되거나, 조정되거나 또는 교체될 수 있다는 것을 알 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들이 첨부한 도면들을 참고로 설명된다. 도면들 및 설명은 본 발명을 제한하는 것으로 이해되서는 안 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풋 페달의 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스프링 장치의 종단면도.
도 3은 도 2의 스프링 장치의 부품들의 사시도.
도 4는 도 3의 부품들의 분해도.
도 5는 도 2의 스프링 장치의 부품들의 다른 사시도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스프링 장치의 개략적인 횡단면도.
도면들은 개략적이며 척도에 맞지 않는다. 도면들에서 동일한 도면 부호는 동일한 또는 동일한 작용의 특징을 나타낸다.
도 1은 운전자가 발로 정지 위치로부터 끝 위치까지 가압할 수 있는 풋 페달(10), 예컨대 가속 페달 또는 클러치 페달을 도시한다. 운전자는 발판(12)을 작동시키고, 상기 발판(12)은 페달 레버(14)를 통해 축을 중심으로 선회 가능하다. 스프링 장치(16)는 운전자의 힘에 대항하여 풋 페달(10)을 정지 위치로 복귀시키려고 하는 대항력을 야기한다. 스프링 장치(16)는 하기에서 설명되는 바와 같이, 순수하게 기계적 방식으로 가변 대항력을 발생시키도록 구현된다.
도 2는 포트 형태 하우징(18)을 구비한 스프링 장치(16)의 종단면도를 도시하고, 상기 하우징(18)은 2개의 서로 끼워진 나사선 스프링(20, 22) 형태의 스프링 부재들을 포함하고, 상기 나사선 스프링들은 하우징(18)의 단부(24)에 (포트 바닥에) 지지된다. 내부 나사선 스프링(20) 또는 제 1 스프링 부재(20)는 외부 나사선 스프링(22) 또는 제 2 스프링 부재(20)보다 약간 더 길고, 하우징(18)의 단부(24)는 이를 위해 축 방향으로 이격된 2개의 지지면(26)을 포함하는데, 상기 지지면들은 스프링들(20, 22)의 각각을 위한 것이다.
지지 부재(28)는 하우징의 다른 단부(30)에서 하우징(18)의 내벽에 안내되고, 지지 부재(28)는 내부 부재(32)와 외부 부재(34)로 이루어진다. 내부 부재(32)는 외부 부재(34) 내의 개구를 통해 돌출하고, 외부 부재(34) 내에서 축 방향으로 이동 가능하다. 내부 나사선 스프링(20) 또는 제 1 스프링 부재(20)는 내부 부재(32) 상의 제 1 지지면(40) 상에 지지되고, 제 2 나사선 스프링(22) 또는 제 2 스프링 부재(22)는 외부 부재(34) 상의 제 2 지지면(41) 상에 지지된다.
또한, 내부 부재(32)는 홈(46)을 포함하고, 상기 홈(46) 내로 외부 부재의 링 부재(48)가 돌출한다. 홈의 측벽은 페달 레버(14)를 향한 정지면(49)을 제공하고, 페달 레버(14)의 부하 경감 시에(수축된 상태로부터 팽창된 상태로 이동) 외부 부재(34)의 링 부재(48)가 상기 정지면(49) 상에 지지될 수 있다. 정지면(49)이 링 부재(48) 상에 지지되면, 내부 부재(32)는 정지면(49) 상의 내부 나사선 스프링(20)에 의해 외부 부재(34)에 대해 가압된다. 이로 인해, 페달 레버(14)의 부하가 경감되면, 외부 부재(34)가 항상 확실하게 하우징(18)으로부터 다시 이동되는 것이 보장될 수 있다. 예컨대 하우징 내에서 기울어짐에 의해 외부 부재(34)가 외부 나사선 스프링(22)의 힘에 의해 도 2와 관련해서 상부 위치에 매달려 유지되고 경우에 따라 나중 시점에 갑자기 하우징(18)으로부터 이동되는 것이 방지될 수 있다. 이런 거동은 조작자 감정 및 조작자에게 부정적으로 작용할 것이다.
외부 부재(34)는 실질적으로 원통형 외부면(36)을 포함하고, 상기 외부면은 하우징(18)의 내부면(38) 상에서 미끄러진다. 외부 부재(34)는 링 부재(48) 상에 축 방향에 대해 경사지게 연장하는, 내부로 향한, 링형 제 2 웨지면(42)을 포함하고, 상기 제 2 웨지면은 내부 부재(32)의 제 1 링형 웨지면(44) 상에서 미끄러질 수 있다. 제 2 웨지면(42)은 도 3에 도시된 바와 같이, 휘어질 수 있다. 제 1 웨지면(44)은 편평할 수 있고 외부를 향한다. 바람직하게는 2개의 웨지면(42, 44)이 휘어질 수 있거나 또는 2개의 웨지면(42, 44)이 편평할 수 있거나 또는 제 2 웨지면(42)이 편평할 수 있고 제 1 웨지면(44)이 휘어질 수 있다. 2개의 웨지면들 중 적어도 하나의 웨지면이 휘어지면, 바람직하게는 캐칭(catching) 또는 "스틱-슬립"(Stick-Slip) 효과가 줄어들 수 있다.
페달 레버(14)가 지지 부재(28) 상으로 가압되면, 먼저 내부 부재(32) 및 외부 부재(34)가 (제 1) 정지 위치까지 끼워져서 이동되고, 나사선 스프링(20) 또는 제 1 스프링 부재(20)만이 수축된다. 그리고 나서 (제 1 정지 위치에서) 웨지면들(42, 44)이 접촉하고 서로 미끄러지기 시작하며, 이제 2개의 나사선 스프링(20, 22) 또는 2개의 스프링 부재들(20, 22)이 수축된다. 외부 부재(34)가 내부 부재(32)에 의해 가압되면, 면들(36, 38) 사이의 마찰력이 커진다.
면들(36, 38) 사이에, 마찰력을 높이는 재료로 이루어진, 여기에 도시되지 않은 중간층이 배치될 수 있다. 상기 중간층에 의해 마찰력이 의도적으로 변경될 수 있다. 상기 재료(70)는 하우징(18)에 또는 마찰 부재(34)에 고정될 수 있다. 상기 재료는 예컨대 폴리프로필렌(PP) 기반의 또는 에틸렌-프로필렌-디엔-천연 고무(EPDM) 기반의 열가소성 탄성 중합체일 수 있다. Santoprene ⓒ가 특히 적합하다.
역으로, 지지 부재(28)에 대한 페달 레버(14)의 부하가 취소되면, 내부 부재(32)는 내부 나사선 스프링(20) 또는 제 1 스프링 부재(20)에 의해 다시 제 1 정지 위치로부터 이동되고, 외부 부재(34) 내에서 축 방향으로 제 2 정지 위치까지 미끄러지며, 상기 제 2 정지 위치에서 링 부재(48)는 정지면(49) 상에 지지된다. 웨지면들(42, 44)은 서로 떨어지며 외부 부재(34)가 그 외경을 줄일 수 있으므로, 면들(36, 38) 사이의 마찰력이 줄어든다. 이러한 방식으로 스프링 장치(16)의 힘-경로 곡선이 히스테리시스를 갖는다.
내부 부재(32)는 또한 페그(45)를 포함하고, 상기 페그는 지지면(40)에 의해 둘러싸이며 내부 나사선 스프링(20) 상에 꽂힌다. 상기 페그(45)는 내부 나사선 스프링(20) 또는 제 1 스프링 부재(20)를 센터링할 수 있다. 상기 페그는 스프링의 조립을 용이하게 한다. 페그(45)는 내부 나사선 스프링(20)을 방사방향으로 안정화시키고, 작동 중에 상기 스프링을 방사방향으로 안내한다. 이는 외부 나사선 스프링(22)에 의한 내부 나사선 스프링(20)의 캐칭을 바람직하게 방지한다.
지지 부재(28)는 2개의 실질적으로 L-형 판 스프링들(52)로 이루어진 킥다운 스프링(50)을 지지하고, 상기 판 스프링의 풋(54)은 내부 부재(32) 내에 수용된다. 판 스프링들(52)의 각각은 스프링 텅(56)을 포함하고, 상기 스프링 텅은 각각 하우징(18)의 측면 슬릿(58) 또는 채널(58) 내에 배치되며, 상기 슬릿 또는 채널은 하우징(18)의 히스테리시스 면 또는 히스테리시스 면들(38) 사이에 연장한다. 채널들(58)의 단부에 내부 에지(60)가 배치되고, 스프링 텅들(56) 중 각각이 킥다운 위치에서 상기 내부 에지(60) 상에 놓일 수 있다. 이를 위해, 스프링 텅들은 스푼 형태로 휘어진, 예컨대 중심 축에 대해 내부로 휘어진 단부(62)를 포함한다. 상기 단부는 경사면으로서 작동 중에 하우징(18) 내부에서 스프링 텅(56)의 기울어짐을 방지할 수 있다. 내부 에지(60)는 상응하게 휘어진다.
지지 부재(28)가 페달 레버(14)에 의해 킥다운 위치로 이동되면, 스프링 텅(56)은 내부 에지(60) 상에 놓이고, 스프링 텅(56)은 이 위치부터 나사선 스프링(20, 22)에 추가해서 수축되고, 이는 페달 레버(14)에 대한 대항력을 높인다.
도 3 내지 도 6은 도 2의 스프링 장치의 부품들의 다른 사시도를 도시한다. 도 5 및 도 6에는 또한 외부 부재(34)가 방사방향으로 슬릿(64)을 포함하고, 상기 슬릿은 외부 부재(34)가 그 직경을 확대 및 축소하는 것을 허용한다. 슬릿(64)은 한 측면에서 외부 부재(34)의 가장자리를 통해 연장하고, 링 부재(48)를 둘러싸는 개구의 양측에서 링 부재(48)를 통해 연장한다.
끝으로, "갖는", "포함하는" 등과 같은 표현은 다른 부재 또는 단계를 배제하지 않으며 "a" 또는 "an"은 다수를 배제하지 않음을 지적한다. 또한, 상기 실시예들 중 하나의 실시예와 관련해서 설명된 특징들 또는 단계들은 상기 실시예들 중 다른 실시예의 다른 특징들 또는 단계들과 함께 사용될 수 있음을 지적한다. 청구범위 내의 도면 부호들은 제한으로 간주하여서는 안 된다.
특히, "스프링 부재"라는 표현은 "적어도 하나의 스프링 부재"라는 표현과 동의어이다.
10 풋 페달
14 페달 레버
16 스프링 장치
18 하우징
20, 22 스프링 부재
28 지지 부재
32 내부 부재
34 외부 부재
38 내부 마찰면
42 제 2 웨지면
44 제 1 웨지면
46 홈
48 링 부재
60 내부 에지

Claims (10)

  1. 서로 끼워져 배치된, 축 방향으로 수축 가능한 제 1 스프링 부재(20)와 축 방향으로 수축 가능한 제 2 스프링 부재(22);
    상기 제 1 스프링 부재(20) 및 상기 제 2 스프링 부재(22)의 제 1 단부가 지지되는 방식으로 상기 제 1 스프링 부재(20) 및 상기 제 2 스프링 부재(22)를 수용하기 위한 하우징(18);
    상기 제 1 스프링 부재(20) 및 상기 제 2 스프링 부재(22)의 마주 놓인 제 2 단부가 지지되며, 상기 스프링 장치(16)에 의해 생긴 힘을 풋 페달의 페달 레버(14)로 전달하도록 구현된 지지 부재(28);
    를 포함하는 풋 페달(10)을 복귀시키기 위한 스프링 장치(16)에 있어서,
    상기 지지 부재(28)는 상기 페달 레버(14)용 지지면을 갖는 내부 부재(32), 및 상기 하우징(18) 내에서 안내되는 외부 부재(34)를 포함하며, 상기 외부 부재(34) 내에서 상기 내부 부재가 정지 위치까지 이동 가능하고;
    상기 내부 부재(32)는 상기 제 1 스프링 부재(20)용 제 1 지지면(40)을 제공하고, 상기 외부 부재(34)는 상기 제 2 스프링 부재(22)용 제 2 지지면(41)을 제공하므로, 상기 내부 부재(32)는 상기 정지 위치 전에 상기 제 1 스프링 부재(20)의 힘만을 상기 페달 레버로 전달하고, 상기 정지 위치에서 추가로 상기 제 2 스프링 부재(22)의 힘을 상기 페달 레버(14)로 전달하는 것을 특징으로 하는 스프링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 부재(32)는 상기 외부 부재(34)를 통해 돌출하고, 원주 방향으로 홈(46)을 포함하며, 상기 홈 내로 상기 외부 부재(34)의 링 부재(48)가 방사방향으로 돌출하고;
    상기 링 부재는 상기 홈(46) 내부에서 축 방향으로 상기 정지 위치까지 이동 가능한 것을 특징으로 하는 스프링 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 외부 부재(34)는 상기 하우징(18) 내에서 상기 지지 부재(28)의 이동시 상기 하우징(18)의 내부면(38)에 마찰력을 생성하도록 구현되고;
    상기 페달 레버(14)에 의해 상기 정지 위치까지 상기 제 1 스프링 부재(20)의 수축 후에, 상기 외부 부재(34)는 그 직경을 확대시키므로, 마찰력이 커지고, 상기 제 1 스프링 부재(20) 및/또는 상기 제 2 스프링 부재(22)의 팽창 시에 상기 외부 부재(34)는 그 직경을 축소하므로, 마찰력이 줄어들어, 상기 페달 레버(14)에 작용하는 힘이 히스테리시스를 갖는 것을 특징으로 하는 스프링 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 부재(32)는 제 1 웨지면(44)을 포함하고, 상기 제 1 웨지면(44)은 상기 외부 부재(34)의 대응하는 제 2 웨지면(42) 상에 지지되므로, 상기 페달 레버(14)에 의해 상기 내부 부재(32) 상으로 가압시 상기 제 1 웨지면(44)을 가진 상기 내부 부재(32)는 상기 제 2 웨지면(42)을 통해 상기 외부 부재(34)를 확대시키는 것을 특징으로 하는 스프링 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 외부 부재(34)의 상기 제 2 웨지면(42)은 링 부재(48) 상에 배치되고, 상기 링 부재(48)는 마주 놓이게 상기 내부 부재(32)의 제 2 정지 위치를 위한 정지면을 포함 하는 것을 특징으로 하는 스프링 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 부재(32)는 상기 제 1 스프링 부재(20)의 안정화를 위해 상기 제 1 스프링 부재(20) 내로 돌출하는 것을 특징으로 하는 스프링 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 스프링 부재(20)는 나사선 스프링이고 및/또는 상기 제 2 스프링 부재(22)는 나사선 스프링인 것을 특징으로 하는 스프링 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스프링 장치(16)는 또한 상기 지지 부재(28)로부터 측면으로 돌출한 킥다운 스프링(50)을 포함하고, 상기 킥다운 스프링(50)은 축 방향으로 상기 스프링 부재들(20, 22) 곁을 지나 안내되며, 킥다운 위치에서 상기 하우징(18)의 내부 에지(60)에 접촉하고 상기 킥다운 위치부터 추가의 스프링력이 상기 페달 레버(14)에 작용하도록 구현되는 것을 특징으로 하는 스프링 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 하우징(18)은 적어도 하나의 측면 채널(58)을 포함하고, 상기 측면 채널 내에서 상기 킥다운 스프링(50)이 이동 가능하고, 상기 하우징(18) 상에 상기 채널(58) 옆에 내부 마찰면(38)이 제공되고, 상기 마찰면 상에서 상기 지지 부재(28)가 미끄러지고; 및/또는
    상기 적어도 하나의 측면 채널(58)의 단부에 상기 내부 에지(60)가 제공되고, 상기 킥다운 스프링(50)이 상기 킥다운 위치에서 상기 내부 에지(60)에 접촉하는 것을 특징으로 하는 스프링 장치.
  10. 풋 페달(10)로서,
    축을 중심으로 선회 가능하게 설치된 페달 레버(14);
    상기 페달 레버(14)에 가변 대항력을 발생시키기 위한 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 스프링 장치(16);
    를 포함하는 풋 페달.
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