KR20160127125A

KR20160127125A - 절연 디커플러

Info

Publication number: KR20160127125A
Application number: KR1020167027021A
Authority: KR
Inventors: 알렉산더 서크
Original assignee: 게이츠 코포레이션
Priority date: 2014-03-07
Filing date: 2015-02-17
Publication date: 2016-11-02
Also published as: AU2015225681A1; CA2941118A1; WO2015134180A1; RU2016139253A; JP2017507307A; CN106068414A; US20150252884A1; US9169914B2; MX2016011502A; EP3117121A1

Abstract

절연기 디커플러는 축, 상기 축에 저널링(journalling)된 풀리, 상기 풀리와 캐리어 사이에서 결합되고 풀림 방향으로 로딩되는 비틀림 스프링, 및 상기 풀리와 밀봉 가능하게 결합하기 위해 가속 하에서 방사방향으로 팽창하고 가속 하에 있지 않을 때는 축과 결합되는 밀봉 부재를 포함하며, 상기 캐리어는 제1 스프링 링과 결합되며, 상기 제1 스프링 링은 제2 스프링 링과 직렬로 결합되고, 상기 제2 스프링 링은 랩 스프링과 직렬로 결합되며, 상기 랩 스프링은 축 표면에 마찰 결합 가능하고, 상기 제1 스프링 링, 제2 스프링 링, 및 랩 스프링은 풀림 방향으로 각각 로딩된다.

Description

절연 디커플러{ISOLATING DECOUPLER}

본 발명은 절연 디커플러(isolating decoupler)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 풀리와 밀봉 가능하게 접촉하기 위해 가속 하에서 방사방향으로 팽창하는 밀봉 부재를 포함하는 절연 디커플러에 관한 것이다.

더 나은 연료 경제성의 이익으로 인해, 승용차 용례에서의 디젤 엔진 사용이 증가하고 있다. 또한, 연료 효율성을 향상시키기 위해, 가솔린 엔진은 압축비를 증가시키고 있다. 그 결과로서, 디젤 및 가솔린 엔진 부속 구동 시스템은 전술한 엔진의 변화로 인해 크랭크축으로부터의 더 큰 크기의 진동을 극복해야만 한다.

높은 가속/감속 비율과 높은 교류기(alternator) 관성 이외에도 증가된 크랭크축 진동으로 인해, 엔진 부속 구동 시스템은 벨트 슬립으로 인한 벨트 처프 노이즈(belt chirp noise)를 자주 경험한다. 이는 또한 벨트 작동 수명도 감소시킨다.

크랭크축 절연기/디커플러 및 교류기 디커플러/절연기는, 엔진 작동 속도 범위에서의 진동을 걸러내기 위해 그리고 또한 벨트 처프를 제어하기 위해, 높은 각진동을 갖는 엔진에 널리 사용되고 있다.

대표적인 기술로는 종동 부재 및 구동 부재, 클러치, 비틀림 진동 댐퍼 및 윤활유를 구비한 디커플러를 개시하고 있는 미국 특허 제8,534,438호이다. 상기 클러치는 종동 부재의 보어에 수용되며, 또한 캐리어, 랩 스프링(wrap spring), 및 적어도 하나의 스프링을 포함한다. 상기 랩 스프링은 스프링 와이어로 형성되며, 또한 캐리어의 홈에 수용되는 제1 단부와 제2 단부 사이에 배치되는 다수의 코일을 갖는다. 상기 캐리어의 외측의 랩 스프링의 부분은, 보어의 내주면에 대해 인접한 외주 스프링면을 갖는다. 상기 적어도 하나의 스프링은, 회전력을 구동 부재로부터 캐리어로 전달하기 위해, 상기 캐리어와 구동 부재 사이에 배치된다. 상기 비틀림 진동 댐퍼는 이와 함께 회전하기 위한 구동 부재에 결합된다. 상기 윤활유는 랩 스프링의 나머지 부분 상에 배치된다.

풀리와 밀봉 가능하게 접촉하기 위해 가속 하에서 방사방향으로 팽창하는 밀봉 부재를 포함하는 절연 디커플러가 요망되고 있다. 본 발명은 이런 요구사항에 부합한다.

본 발명의 과제는, 절연 디커플러, 보다 구체적으로는 풀리와 밀봉 가능하게 접촉하기 위해 가속 하에서 방사방향으로 팽창하는 밀봉 부재를 포함하는 절연 디커플러를 제공하는 것이다.

본 발명의 주요한 양태는 풀리와 밀봉 가능하게 접촉하기 위해 가속 하에서 방사방향으로 팽창하는 밀봉 부재를 포함하는 절연 디커플러이다.

본 발명의 다른 양태는 이하의 발명의 상세한 설명 및 첨부 도면에 의해 지적되거나 또는 명확해질 것이다.

본 발명은 축(shaft), 상기 축에 저널링(journalling)되는 풀리, 상기 풀리와 캐리어 사이에서 결합되는 비틀림 스프링, 및 상기 풀리와 밀봉 가능하게 결합하기 위해 가속 하에서 방사방향으로 팽창하고 가속 하에 있지 않을 때는 상기 축과 결합되는 밀봉 부재를 포함하며, 상기 비틀림 스프링이 풀림 방향(unwinding direction)으로 로딩되고, 상기 캐리어가 제1 스프링 링과 결합되며, 상기 제1 스프링 링이 제2 스프링 링과 직렬로 결합되고, 상기 제2 스프링 링이 랩 스프링과 직렬로 결합되며, 상기 랩 스프링이 축 표면과 마찰 결합 가능하고, 상기 제1 스프링 링, 제2 스프링 링, 및 랩 스프링이 풀림 방향으로 각각 로딩되는 것인 절연기 디커플러를 포함한다.

명세서에 통합되어 명세서의 일 부분을 형성하는 첨부 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 제시하며, 또한 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.

도 1은 장치의 사시도이다.
도 2는 장치의 횡단면도이다.
도 3은 장치의 횡단면도의 상세도이다.
도 4는 장치의 분해도이다.
도 5a는 오버-토크(over-torque) 해제의 상세도이다.
도 5b는 오버-토크 해제의 상세도이다.
도 6a는 클러치 기구의 상세도이다.
도 6b는 클러치 기구의 상세도이다.
도 7은 동적 밀봉부의 사시도이다.
도 8은 클러치 기구의 횡단면 상세도이다.

도 1은 장치의 사시도이다. 도 2는 장치의 횡단면도이다. 절연 디커플러(100)는 베어링(7) 상에서 축(shaft; 1)에 저널링된 풀리(2)를 포함한다. 비틀림 스프링(10)의 단부(78)는 풀리(2)와 결합한다. 상기 비틀림 스프링(10)의 타단(77)은 부분(770)에서 캐리어(9)와 결합한다. 비틀림 스프링(10)은 풀림 방향으로 로딩된다.

상기 풀리(2)는 단부 캡(5)과 단부 부분(52) 사이에서 축(1) 상에 유지된다. 트러스트 와셔(3)는 단부 캡(5)과 풀리(2) 사이에 배치된다. 캐리어(9)는 부싱(22)을 지지한다. 상기 부싱(22)은 단부 부분(52)과 결합한다. 랩 스프링(11)은 축 부분(50)의 내면과 마찰 결합한다. 스프링 링(12)은 스프링 링(13)과 직렬로 결합하며, 이는 스프링(11)과 직렬로 결합한다.

단부 캡(5)은 절연 디커플러(100)를, 종동 부하에 대해 예를 들어 교류기(도시되지 않음)에 대해, 축방향으로 위치시킨다. 동적 밀봉부(33)는 풀리(2)와 축 부분(50) 사이에 배치된다.

토크는 풀리(2)로부터 비틀림 스프링(10)을 통해, 1방향 클러치 조립체(500)를 통해, 축(1)으로 전달된다. 상기 1방향 클러치 조립체(500)는 캐리어(9), 스프링 링(13), 스프링 링(12), 및 랩 스프링(11)을 포함한다.

캐리어(9)는 접촉 지점(770)에서 비틀림 스프링(10)의 단부(77)와 접촉한다. 랩 스프링(11), 스프링 링(12), 및 스프링 링(13)은 캐리어(9)에 설치된다. 상기 랩 스프링(11)은 2개의 단부를 갖는다. 제1 단부(85)는 토크를 제한하며, 단부(89)는 토크를 수용한다.

랩 스프링(11)은 랩 스프링(11)의 외향 팽창에 의해 유발된 마찰 결합에 의해 축 표면(53)으로 토크를 전달한다. 상기 랩 스프링(11)은 풀림 방향으로 로딩된다. 랩 스프링(11)은 축 표면(53)의 방사방향으로 내향하여 배치된다. 랩 스프링(11)의 방사방향 외향 팽창은 풀리(2)로부터 각각 직렬인, 캐리어(9)를 통한 비틀림 스프링(10)을 통해, 스프링 링(13) 및 스프링 링(12)을 통해, 부여된 부하에 의해 유발된다. 안착 위치에서, 상기 랩 스프링(11)은 축 표면(53)과 가벼운 드래그 결합을 갖는다.

도 5a는 오버-토크 해제의 상세도이다. 도 5b는 오버-토크 해제의 상세도이다. 정상 작동에 있어서, 랩 스프링(11)의 단부(85)는 풀리(2)와 접촉하지 않는다. 풀리(2)를 통해 장치로 입력되는 토크가 증가함에 따라, 단부(85)에 대한 풀리(2)의 태브(tab; 68) 사이의 상대 거리가 감소한다. 일단 미리 결정된 토크 입력에서 접촉이 발생하면, 태브(68)와 단부(85) 사이의 접촉에 의해 랩 스프링(11)은 축 표면(53)으로부터 점진적으로 분리되고, 이에 따라 풀리(2)가 축(1)을 지나 "미끄러지는" 것이 허용된다. 이는, 탭(68)의 다른 상대 이동에 의해 랩 스프링(11)이 권취 방향으로 이동하게 되고, 이것이 랩 스프링(11)의 직경을 감소시키며, 이에 따라 랩 스프링(11)을 축 표면(53)으로부터 점진적으로 분리시킴으로써, 랩 스프링과 축 사이의 마찰 결합의 크기가 점진적으로 감소되기 때문이다. 이런 해제 기능은 오버-토크 상황으로부터 장치를 보호한다.

도 6b는 클러치 기구의 상세도이다. 캐리어(9)는 부분(91)에서 스프링 링(13)과 결합한다. 상기 스프링 링(13)의 횡단면 치수는 대략 1.4 mm × 1.4 mm 이다. 스프링 링(13)은 하나의 완전 루프보다 적은, 대략 300 도 내지 360 도를 포함한다. 상기 스프링 링(13)은 스프링 링 단부(213)에서 캐리어 부분(91)과의 접촉에 의해 로딩된다(도 6a 참조). 스프링 링(13)의 타단(212)(출력 단부)은 스프링 링(12)의 입력 단부(214)와 접촉한다. 상기 스프링 링(12)은 하나의 완전 루프 보다 적은, 대략 300 도 내지 360 도를 포함한다.

단부(212)에서, 스프링 링(13)과 스프링 링(12) 사이의 부하는 그 감소된 접선 스프링상수(spring rate)로 인해 비틀림 스프링(10)에 의해 전달된 최대 토크보다 2 내지 2.5 배 적은 토크를 발생시킨다. 이는, 스프링 링(13)과 축(1) 사이의 마찰이 약 8-10 Nm의 토크를 발생시키기 때문이다. 스프링 링(12)은 그 감소된 접선 스프링상수로 인해 출력 단부로부터 입력 단부로의 토크를 다시 추가적인 2 내지 2.5 배로 감소시킨다. 스프링 링 단부(215)와 랩 스프링 입력 단부(89) 사이의 접촉부에는, 약 2 내지 3 Nm의 토크를 발생시키는 압축력이 존재한다.

스프링 링(12)의 횡단면 치수는 스프링 링(13)의 횡단면 치수의 대략 절반이며, 대략 0.7 mm × 1.4 mm 의 치수를 갖는다. 랩 스프링(11)의 횡단면 치수는 약 0.5 mm × 1.0 mm 이다. 상기 랩 스프링(11)은 9 내지 10 개의 나선형 코일을 갖지만, 원하는 작동 특성에 따라 더 적은 개수 또는 더 많은 개수를 가질 수 있다. 따라서, 스프링 링(13)의 접선 스프링상수는 스프링 링(12)의 접선 스프링상수보다 더 크다. 스프링 링(12)의 접선 스프링상수는 랩 스프링(11)의 접선 스프링상수보다 더 크다. 상기 스프링 링(13), 스프링 링(12), 및 랩 스프링(11)은 직렬로 연결된다.

"접선 스프링상수"는, 스프링 링과 동일 평면 상에 있는 스프링 링의 각각의 단부에 접선 방향으로 그리고 반대 방향으로 힘이 인가될 때, 스프링 링의 스프링상수를 지칭하며, 이에 따라 상기 스프링 링 단부를 압박하여 떨어지게 하는 효과를 갖는다.

동적 밀봉부(33)는 풀리(2)의 내면(51)과 축(1)의 부분(50)의 외면(35) 사이에 배치된다. 도 7은 동적 밀봉부의 사시도이다. 상기 동적 밀봉부(33)는 나선형 밀봉 부재(39)를 포함한다. 풀리(2)는 내면(51) 및 대향면(41, 42)을 구비한 홈(34)을 포함한다. 밀봉 부재(39)는 상기 대향면(41)과 대향면(42) 사이에서 축 부분(50)의 외면(35)을 지지한다.

나선형 밀봉 부재(39)는 다수의 나선형 코일을 포함한다. 부재(39)는 약 2:1 의 치수 비율을 갖는 직사각형 횡단면을 포함한다. 이는 회전축선(A-A)에 대해 방사 방향으로 비교적 더 큰 강성도를 제공한다. 상기 나선형 밀봉 부재(39)의 안착 반경은 면(35)의 반경보다 더 작으므로, 부재(39)가 면(35)을 지지한다. 나선형 밀봉 부재(39)의 단부는 홈(34)의 대향면(41, 42)과 접촉한다. 작동 중, 장치가 회전할 때, 나선형 밀봉 부재(39)가 가속된다. 물리학은, 정속도 하에 있거나 또는 가변적인 속도 하에 있을 때라도, 원에서 이동하는 물체는 가속된다는 것을 교시하고 있다. 가속 하에서, 부재(39)는 이로부터 분리되어 이에 따라 부재(39)와 축 외면(35) 사이에 갭(gap)을 생성할 동안, 방사방향으로 팽창하여 상기 홈(34)의 내면(51)과 밀봉 접촉한다. 가속 하에서 상기 나선형 코일이 부분적으로 "풀리기" 때문에 상기 방사방향 팽창이 가능하며, 이에 따라 밀봉 부재의 반경을 증가시킨다. 본 발명의 장치가 회전하지 않고, 이에 따라 부재(39)가 가속되지 않을 때, 부재(39)는 수축되고, 이에 따라 풀리면(51)으로부터 분리되어, 면(35)을 지지한다.

상기 밀봉 부재 특성은 유익하다. 첫째, 작동 중, 밀봉부와 밀봉면 사이에 발생하는 바와 같은 축(1)의 임의의 표면 상에서의 임의의 마찰은 바람직하지 않다. 전형적으로, 상기 밀봉부와 밀봉면은 상대운동한다. 마찰은 열을 발생시키고, 부품을 마모시키며, 또한 오염 부스러기를 생성한다. 상기 밀봉부와 밀봉면의 분리는, 부재(39)가 면(35)과 결합된 상태로 유지될 경우 존재할 마찰을 제거한다. 둘째, 작동 중, 마모 부스러기, 오염물 및 다른 입자를 방출하기 위해 디커플러의 내부 구조를 통기시키는 것이 바람직하다. 따라서, 장치는 비-작동 상태 중 오염을 방지하는 독특한 가동형 밀봉부를 포함하며, 또한 작동 중 장치의 냉각 통기를 허용한다.

본 발명의 형태가 여기에 기재되었지만, 본 기술분야의 숙련자에게는 여기에 기재된 본 발명의 정신 및 범주로부터의 일탈 없이 부품의 구성 및 관계에 변경이 이루어질 있음이 자명할 것이다.

Claims

절연기 디커플러(isolator decoupler)로서,
축(shaft);
상기 축에 저널링(journalling)된 풀리;
상기 풀리와 캐리어 사이에서 결합되고 풀림 방향(unwinding direction)으로 로딩되는 비틀림 스프링;
상기 풀리와 밀봉 가능하게 결합하기 위해 가속 하에서는 방사방향으로 팽창 가능하고 가속 하에 있지 않을 때는 축과 결합되는 밀봉 부재
를 포함하며,
상기 캐리어는 제1 스프링 링과 결합되며,
상기 제1 스프링 링은 제2 스프링 링과 직렬로 결합되고,
상기 제2 스프링 링은 랩 스프링(wrap spring)과 직렬로 결합되며,
상기 랩 스프링은 축 표면에 마찰 결합 가능하고,
상기 제1 스프링 링, 제2 스프링 링, 및 랩 스프링은 풀림 방향으로 각각 로딩되는 것인 절연기 디커플러.
제1항에 있어서,
상기 풀리에 인가된 토크의 증가에 따라, 상기 랩 스프링과 축 사이의 마찰 결합의 크기가 점진적으로 감소되도록 하기 위해, 상기 풀리는 랩 스프링의 단부와 일시적으로 결합 가능한 부재를 포함하는 것인 절연기 디커플러.
제1항에 있어서,
상기 밀봉 부재는 실질적으로 랩 스프링으로부터 방사방향으로 외향하여 배치되는 것인 절연기 디커플러.
제1항에 있어서,
상기 밀봉 부재는 나선형 코일을 포함하는 것인 절연기 디커플러.
제1항에 있어서,
상기 제1 스프링 링은 360 도보다 작은 루프(loop)를 포함하는 것인 절연기 디커플러.
제5항에 있어서,
상기 제2 스프링 링은 360 도보다 작은 루프를 포함하는 것인 절연기 디커플러.
제1항에 있어서,
상기 밀봉 부재는 가속 하에서 상기 축으로부터 분리되는 것인 절연기 디커플러.
절연기 디커플러로서,
축;
상기 축에 저널링된 풀리;
상기 풀리와 캐리어 사이에서 결합되고 풀림 방향으로 로딩되는 비틀림 스프링;
상기 풀리와 접촉하기 위해 가속 하에서는 방사방향으로 팽창하고 가속 하에 있지 않을 때는 축과 결합되는 밀봉 부재
를 포함하고,
상기 캐리어는 제1 스프링 링과 결합되며,
상기 제1 스프링 링은 제2 스프링 링과 직렬로 결합되고,
상기 제2 스프링 링은 랩 스프링과 직렬로 결합되며,
상기 랩 스프링은 축 표면에 마찰 결합 가능하고,
상기 제1 스프링 링, 제2 스프링 링, 및 랩 스프링은 풀림 방향으로 각각 로딩되며,
상기 풀리에 인가된 미리 결정된 입력 토크의 증가에 따라, 상기 랩 스프링과 축 사이의 마찰 결합의 크기가 점진적으로 감소되도록 하기 위해, 상기 풀리는 미리 결정된 입력 토크에서 상기 랩 스프링의 단부에 일시적으로 결합 가능한 부재를 포함하는 것인 절연기 디커플러.
제8항에 있어서,
상기 밀봉 부재는 나선형 코일을 포함하는 것인 절연기 디커플러.
제9항에 있어서,
상기 제1 스프링 링은 360 도보다 작은 루프를 포함하는 것인 절연기 디커플러.
제10항에 있어서,
상기 제2 스프링 링은 360 도보다 작은 루프를 포함하는 것인 절연기 디커플러.
제8항에 있어서,
상기 밀봉 부재는 가속 하에 있을 때 상기 축으로부터 분리되는 것인 절연기 디커플러.
절연기 디커플러로서,
축;
상기 축에 저널링된 풀리;
상기 풀리와 캐리어 사이에서 결합되고 풀림 방향으로 로딩되는 비틀림 스프링;
상기 풀리와 접촉하기 위해 가속 하에서는 방사방향으로 팽창하고, 가속 하에 있지 않을 때는 축과 결합되고, 가속 하에 있을 때는 상기 축으로부터 분리되는 밀봉 부재
를 포함하고,
상기 캐리어는 제1 스프링 링과 결합되며,
상기 제1 스프링 링은 제2 스프링 링과 직렬로 결합되고,
상기 제2 스프링 링은 랩 스프링과 직렬로 결합되며,
상기 랩 스프링은 축 표면에 마찰 결합 가능하고,
상기 제1 스프링 링, 제2 스프링 링, 및 랩 스프링은 풀림 방향으로 각각 로딩되며,
상기 풀리에 인가된 미리 결정된 입력 토크의 증가에 따라, 상기 랩 스프링과 축 사이의 마찰 결합의 크기가 점진적으로 감소되도록 하기 위해, 상기 풀리는 미리 결정된 입력 토크에서 상기 랩 스프링의 단부에 일시적으로 결합 가능한 부재를 포함하는 것인 절연기 디커플러.
제13항에 있어서,
상기 밀봉 부재는 나선형 코일을 포함하는 것인 절연기 디커플러.
제13항에 있어서,
상기 제1 스프링 링은 360 도보다 작은 루프를 포함하는 것인 절연기 디커플러.
제13항에 있어서,
상기 제2 스프링 링은 360 도보다 작은 루프를 포함하는 것인 절연기 디커플러.
제13항에 있어서,
상기 랩 스프링은 축 표면에 방사방향으로 내향하여 배치되는 것인 절연기 디커플러.
절연기 디커플러로서,
축;
상기 축에 저널링된 풀리;
상기 풀리와 1방향 클러치 기구 사이에서 결합되고 풀림 방향으로 로딩되는 비틀림 스프링;
상기 풀리와 밀봉 가능하게 결합하고 또한 상기 축으로부터 분리되도록 가속 하에서 방사방향으로 팽창하며, 가속 하에 있지 않을 때는 상기 축과 결합되는 밀봉 부재
를 포함하며,
상기 1방향 클러치 기구는 축과 마찰 결합되는 것인 절연기 디커플러.
제18항에 있어서,
상기 1방향 클러치 기구는,
비틀림 스프링 및 제1 스프링 링과 결합되는 캐리어
를 포함하며,
상기 제1 스프링 링은 제2 스프링 링과 직렬로 결합되고,
상기 제2 스프링 링은 랩 스프링과 직렬로 결합되며,
상기 랩 스프링은 축 표면에 마찰 결합 가능하고,
상기 제1 스프링 링, 제2 스프링 링, 및 랩 스프링은 풀림 방향으로 각각 로딩되며,
상기 풀리에 인가된 미리 결정된 입력 토크의 증가에 따라, 상기 랩 스프링과 축 사이의 마찰 결합의 크기가 점진적으로 감소되도록 하기 위해, 상기 풀리는 미리 결정된 입력 토크에서 상기 랩 스프링의 단부에 일시적으로 결합 가능한 부재를 포함하는 것인 절연기 디커플러.
제18항에 있어서,
상기 밀봉 부재는 나선형 코일을 포함하는 것인 절연기 디커플러.