KR20190029597A - 액티브 휠 서스펜션 요소 - Google Patents

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KR20190029597A
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요헨 로젠펠트
킬리안 마징
클라우스-페터 쾨네케
하르트무트 크레머
하랄트 호흐무트
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섀플러 테크놀로지스 아게 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은, 스크루 드라이브, 특히 볼 스크루 드라이브를 구비한 액티브 휠 서스펜션 요소에 관한 것으로서, 상기 액티브 휠 서스펜션 요소는 스러스트 베어링(11, 12, 13)에 의해 하우징(7, 8, 9) 내에 지지되어 있는 스핀들 너트(4) 및 스크루 스핀들(3)을 포함하는 스크루 드라이브(2)를 구비하고, 이 경우 상기 스러스트 베어링(11, 12, 13)은 롤링 베어링으로서 형성되어 있고, 상기 롤링 베어링의 롤링 바디(14)는 상기 스핀들 너트(4) 상에서 직접 롤링된다.

Description

액티브 휠 서스펜션 요소
본 발명은, 자동차의 섀시에 적합한 액티브 휠 서스펜션 요소에 관한 것이다.
DE 10 2013 222 648 A1호에는 차량 휠의 조정 가능한 탄성 서스펜션 용 액티브 휠 서스펜션 요소가 공지되어 있다. 공지된 휠 서스펜션 요소의 2개의 고정 요소들은 이러한 요소의 고정을 위해 한편으로는 차량의 구조를 지지하는 요소에, 다른 한편으로는 휠을 지지하는 요소에 제공되어 있다. 섀시 스프링은 상기 고정 요소 중 하나와, 조정 가능한 스프링 시트(spring seat) 사이에 고정되어 있다. 상기 스프링 시트의 조정은 회전 모터와 구동 장치를 포함하는 선형 액추에이터에 의해 가능하다. 공지된 서스펜션 요소의 구동 장치는 볼 스크루 드라이브 또는 유성 롤링 스크루 드라이브일 수 있다.
조정 가능한 섀시 요소의 또 다른 예들은 DE 10 2007 026 606 A1호, DE 10 2007 025 468 A1 및 EP 1 479 542 A2호에 개시되어 있다.
본 발명의 과제는, 특히 컴팩트한 동시에 견고한 구조와 관련하여 액티브 휠 서스펜션 요소를 선행 기술에 비해 더욱 개선시키는 것이다.
상기 과제는, 청구항 1의 특징들을 갖는 휠 서스펜션 요소에 의해서 해결된다. 청구항 10에 따른 섀시에서는 상기와 같은 복수의 휠 서스펜션 요소가 사용된다.
휠 서스펜션 요소는, 스크루 드라이브를 작동시키는 액티브 휠 서스펜션 요소로서 형성되어 있으며, 상기 스크루 드라이브는 스크루 스핀들과 스핀들 너트를 포함한다. 여기서 스핀들 너트는 스러스트 베어링에 의해, 회전 가능하지만 이동 가능하지는 않도록 휠 서스펜션 요소의 하우징 내에 지지되어 있다. 스핀들 너트의 스러스트 베어링은 롤링 베어링으로서 형성되어 있으며, 이 경우 롤링 바디, 즉 볼, 롤러 또는 니들은 스핀들 너트 상에서 직접 롤링된다. 따라서 스핀들 너트 자체는 스러스트 베어링의 롤링 바디를 위한 하나 이상의 트랙을 제공한다. 바람직하게 스핀들 너트의 각각의 단부면 상에는 스러스트 베어링의 롤링 바디 트랙이 각각 형성되어 있다.
스크루 드라이브가 스핀들 볼 스크루 드라이브로서 형성된 경우 또는 롤링 바디, 예를 들면 롤러를 작동시키는 다른 스크루 드라이브와 함께 형성된 경우, 스핀들 너트에 의해서는 다양한 유형의 롤링 바디 트랙, 즉 한편으로는 스러스트 베어링의 트랙, 다른 한편으로는 스핀들 드라이브의 트랙이 형성될 수 있다. 원래 공지된 열처리 공정에 의해서는 롤링 베어링에 적합한 스핀들 너트 특성이 달성될 수 있다. 스핀들 너트를 통해 직접 이루어지는 축 방향 롤링 베어링의 트랙의 형성은 반경 방향 및 축 방향 모두에서 휠 서스펜션 요소의 컴팩트한 구조를 허용한다.
가능한 실시예에 따르면, 휠 서스펜션 요소의 스러스트 베어링은 하우징에 대해 가변적으로 위치 결정 가능한 축 방향 링을 포함한다. 가변적인 위치 설정은 예를 들어, 스크루 스레드에 의한 축 방향 링의 조정 또는 선택적으로 사용 가능한 상이한 두께의 중간 디스크, 즉 조정 디스크에 의해 제공될 수 있다. 어느 경우이든 축 방향 링은 휠 서스펜션 요소의 스러스트 베어링을 함께 형성하는 2개의 축 방향 롤링 베어링 중 하나의 베어링 링이다.
특히 바람직한 실시예에서, 축 방향 링은 하우징에 대해 스프링-장착되어 있으며, 이 경우 상기와 같은 스프링 장착은 축 방향으로 작용한다. 하우징에의 축 방향 링의 탄성 지지를 위해서는, 예를 들어 디스크 스프링 또는 복수의 디스크 스프링의 조립체가 적합하다. 축 방향 롤링 베어링의 롤링 바디, 특히 롤러 또는 니들은 하우징 내에 탄성 지지된 축 방향 링 상에서 직접 롤링될 수 있거나, 또는 스러스트 베어링 디스크를 삽입하여 롤링될 수 있다. 두 경우 모두에서, 축 방향 링은 바람직하게는 앵귤러 링으로서 형성되어 있으며, 상기 앵귤러 링은 하우징에서의 슬라이딩 베어링의 형성 하에 반경 방향 외부로 지지될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 축 방향 링의 각진 단면, 즉 앵귤러 링에 의해서는, 동시에 스프링 조립체, 특히 앵귤러 링의 축 방향으로 힘을 가하는 디스크 스프링 조립체의 지지가 반경 방향으로 외부로 제공된다. 여기서 앵귤러 링의 원통형 섹션, 즉 슬리브 섹션은 스프링 조립체 주위에 환형으로 배치되어 있다. 대조적으로 축력은 슬리브 섹션에 연결된 앵귤러 링의 디스크 섹션과 스프링 장치 사이에서 전달된다. 앵귤러 링은 스프링 조립체의 최대 압축시 바람직하게는 블록 보호 장치로서 작용하므로, 스프링 조립체의 잔류 스프링 경로가 항상 유지되며, 즉, 차단되지 않는다.
앵귤러 링의 디스크 섹션과 스프링 조립체 사이의 힘 도입은 본 실시예에 따라, 바람직하게는 스크루 드라이브의 반경 방향으로 측정된, 스러스트 베어링의 롤링 바디의 절반 폭 미만만큼 축 방향 롤링 베어링의 피치원으로부터 벗어난 직경을 갖는 환형 영역에서 수행된다. 이는 스프링 조립체가 축 방향 힘으로 앵귤러 링에 하중을 가하는 환형 영역을 중심으로 배치된 스크루 드라이브의 중심축에 대한 가상의 동심원 원통이, 한편으로는 앵귤러 링을 포함하고 다른 한편으로는 베어링 링으로서의 스핀들 너트를 포함하는 스러스트 베어링의 롤링 바디와 만난다는 것을 의미한다.
스핀들 너트는 원칙적으로 전기적 직접 구동부 또는 구동 장치, 예를 들어 톱니바퀴 구동 장치 또는 벨트 구동 장치를 통해 구동될 수 있다. 예를 들어 스핀들 너트는 감속 구동 장치로 설계된 벨트 드라이브를 통해 구동된다. 이 경우 바람직한 실시예에서, 스핀들 너트 주위에 위치하거나 휠 서스펜션 요소의 하우징 내부에 위치된 스핀들 너트에 의해 직접 형성된 벨트 풀리는 스프링 장착된 축 방향 링뿐만 아니라, 그의 스프링 장착을 위해 제공된 스프링 장치 모두를, 반경 방향으로 스크루 드라이브의 종축에 대해 넘어서 돌출한다.
하우징 또는 휠 서스펜션 요소의 하우징에 고정적으로 연결된 부분은 바람직한 실시예에서, 서스펜션 스프링으로서 작용하는 코일 스프링에 대한 지지부를 동시에 형성한다. 액티브 서스펜션 요소는 승용차뿐만 아니라, 건설 기계와 같은 상용차 및 기타 차량에 적합하다. 상이한 차량들의 섀시는 상이한 수의 휠 액티브 서스펜션 요소를 가질 수 있다. 예를 들어, 차량의 단일 축에는 2개의 액티브 휠 서스펜션 요소만 있을 수 있다. 그와 마찬가지로, 각각의 차량 축에는 휠 액티브 서스펜션 요소가 장착될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예가 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명된다. 도면부에서:
도 1은 액티브 휠 서스펜션 요소의 제1 실시예를 단면도로 도시하고,
도 2는 도 1에 따른 휠 서스펜션 요소의 세부 사항을 도시하며, 그리고
도 3은 도 2와 유사한 도면으로 대안적인 서스펜션 요소의 세부 사항을 도시한다.
하기의 구성들은 달리 명시되지 않는 한 2가지 실시예와 관련이 있다. 상응하는 또는 기본적으로 동일하게 작용을 하는 부분들은 모든 도면에서 동일한 도면 부호로 표시되어 있다.
전체적으로 도면 부호 "1"로 표시된 휠 서스펜션 요소는 자동차, 즉 승용차 섀시의 능동 요소이다. 휠 서스펜션 요소(1)의 기본 기능과 관련해서는, 도입부에 인용된 종래 기술, 특히 DE 10 2013 222 648 A1호가 참조된다.
휠 서스펜션 요소(1)는 스크루 스핀들(3) 및 스핀들 너트(4)를 갖는 스크루 드라이브(2), 즉 볼 스크루 드라이브를 포함한다. 상기 스크루 스핀들(3)에는 어댑터 요소(5)가 견고하게 연결되어 있다. 스크루 드라이브(2) 및 이에 따라 전체 휠 서스펜션 요소(1)의 종축은 "L"로 표시된다. 도 2 및 도 3에 도시된, 휠 서스펜션 요소(1)의 세부 사항은 본 도면에는 묘사되지 않은 종축(L)의 우측에 각각 위치한다.
도 1에서 볼 수 있는 슬라이딩 베어링 요소(6)의 도움으로, 스핀들 너트(4)와 어댑터 요소(5)의 배열체는 휠 서스펜션 요소(1)의 하우징(7)에 대해 상대적으로 변위 가능하게 지지되어 있다. 하우징(7)에 대한 스핀들 너트(4)의 회전을 방지하는 회전 방지 장치는 도면에 도시되지 않는다.
하우징(7)은 상부 하우징부(8)와 하부 하우징부(9)로 구성되어 있다. 상기 상부 하우징부(8)는 도면에 도시되지 않은 코일 스프링용 지지 영역(10)을 제공한다. 상부 하우징부(8)와 비교하여, 하부 하우징부(9)는 실질적으로 벽이 더 얇게 설계되어 있다. "상부" 및 "하부" 하우징부(8, 9)라는 용어는 하우징부(8, 9)를 언어적으로 구별하기 위해 채택되었으며 자동차 내부의 장착 위치에 대한 언급을 함축하고 있지는 않다.
스러스트 베어링(11)은 하우징(7) 내에서 대부분, 박판부로 제조된 하부 하우징부(9) 영역에 위치하고, 스핀들 너트(4)를 상기 하우징(7) 내에서 지지하기 위해 사용된다. 스러스트 베어링(11)은 상부 스러스트 베어링(12)과 하부 스러스트 베어링(13)으로 구성되며, 이 경우에도 "상부" 및 "하부"라는 용어는 도면에서의 배열에만 관련되며, 이는 자동차 내에서의 배치와 반드시 일치하지는 않는다.
스러스트 베어링(12, 13)의 롤링 바디(14)로서 도 1 및 도 2에 따른 실시예에서는 롤러들이, 도 3에 따른 실시예에서는 볼들이 제공되어 있다. 그와 마찬가지로, 단일 휠 서스펜션 요소(1) 내부에서는 스핀들 너트(4)를 지지하기 위한 다양한 유형의 베어링, 즉 볼 베어링, 롤러 베어링 및 니들 베어링이 조합 가능하다.
모든 경우에 있어서, 스러스트 베어링(11)의 롤링 바디(14)는 스핀들 너트(4)의 표면 상에서 직접 롤링된다. 도 1 및 도 2에 따른 실시예에서, 스러스트 베어링(11)은 반경 방향으로 가이드 기능을 갖지 않는 반면, 도 3의 스러스트 베어링(11)은 주요 기능, 즉 스러스트 베어링 기능에 추가하여 반경 방향으로의 베어링 기능도 담당한다.
도 1 내지 도 3에 도시된 각각의 실시예에서, 하부 스러스트 베어링(13)은 앵귤러 링으로서 형성된 축 방향 링(15)을 포함한다. 상기 축 방향 링(15)은 연이어 연결된 2개의 디스크 스프링들(16)에 의해 스프링 장착되어 있다. 상기 디스크 스프링(16)은 2개의 측면에서는 축 방향 링(15)에 의해 그리고 또 다른 두 측면에서는 하부 하우징부(9) 및 스크루 스핀들(3)에 의해 경계가 정해지는 대략 직사각형 횡단면을 갖는 환형 공간에 위치한다. 디스크 스프링(16)의 스프링 경로는 2개의 스러스트 베어링(12, 13)이 휠 서스펜션 요소(1)의 각각의 작동 상태에서 초기 응력 하에 작동되도록 치수가 정해진다.
축 방향으로, 즉 종축(L)의 길이 방향으로 보았을 때 스프링 장착된 축 방향 링(15)과 상부 하우징부(8) 사이에 위치된 스핀들 너트(4)는 벨트 구동 장치(17)에 의해 구동된다. 여기서, 벨트는 "18"로 표시되고, 스핀들 너트(4)와 일체로 회전하도록 연결되어 상기 스핀들 너트를 둘러싸는 벨트 풀리는 "19"로 표시되어 있다. 스핀들 너트(4)와 함께 벨트 구동 장치(17)는 도 1에 따른 배치에서 상부에 배치된 슬라이드 베어링 요소(6)와, 도 3에 따른 배열과 마찬가지로 도 1에 따른 배열에서 하부에 배치된 선택적인 슬라이딩 베어링(20) 사이에 축 방향으로 위치하며, 이때 상기 선택적인 슬라이딩 베어링은 단순화된 도시와 달리, 또한 별도의 환형 슬라이딩 베어링 요소를 포함할 수 있다. 도 1 및 도 2에 따른 실시예에서, 스핀들 너트(4)를 2개의 하우징부(8, 9) 사이에 지지시키는 스러스트 베어링(11)은 순수한 스러스트 베어링 기능을 가지며, 반면에 반경 방향 베어링은 슬라이딩 베어링 요소(6) 및 슬라이딩 베어링(20)에 의해 담당된다. 이 경우 스핀들 너트(4)의 반경 방향 지지는 스크루 드라이브(2)의 롤링 바디(21), 즉 볼에 의해서만 주어진다. 스크루 드라이브(2) 내에서의 볼 복귀부는 도시되지 않았다.
상부 하우징부(8)는 도 1 및 도 2에 따른 실시예와 도 3에 따른 실시예에서 다부품형으로 구성되어 있다. 상세하게는, 하우징 외부 부분(22), 하우징 중간 부분(23) 및 하우징 내부 부분(24)이 도시되어 있으며, 이 경우 롤링 바디(14), 즉 롤러는 도 2의 경우에 하우징 내부 부분(24) 상에서 직접 롤링된다. 도 2에는 스러스트 베어링(12, 13) 내에서 롤링 바디(14)를 안내하는 케이지(25)가 추가로 도시되어 있다.
도 1 및 도 2의 실시예에서 하부 하우징부(9)의 설계는 도 3에 따른 설계에 상응한다. 하부 하우징부(9)는 다단으로 형성되어 있고, 이 경우 스러스트 베어링(11)으로부터 떨어져서 마주보는 디스크 스프링(16)의 측면 상에 있는 내부 원통형 섹션(26)은 슬라이딩 베어링(20)의 베어링 부품을 형성한다. 상기 내부 원통형 섹션(26)에는 내부 디스크 섹션(28)을 통해, 마찬가지로 하부 하우징부(9)의 필수 구성 요소인 중간 원통형 섹션(27)이 연결되어 있다. 내부 디스크 섹션(28)은 종축(L)에 수직인 평면에 놓이고, 축 방향 링(15)에 평행하게 배치되어 있으며, 이 경우 디스크 스프링들(16) 중 하나의 디스크 스프링은 내부 디스크 섹션(28)과 접촉하고, 다른 디스크 스프링(16)은 각각 환형인 영역에서 축 방향 링(15)과 접촉한다. 2개의 환형 영역들은 종축(L)과 동심이며 2개의 스러스트 베어링(12, 13)의 롤링 바디(14)와 만나는 가상의 원통 내에 있다.
중앙 원통형 섹션(27)의 원통형 내부면은 반경 방향으로 축 방향 링(15)에 대항하는 스토퍼이다. 도면 부호 "30"으로 표시된 축 방향 링(15)의 원통형 슬리브 섹션은 하부 하우징부(9)의 중앙 원통형 섹션(27)에 비해 약간 이동될 수 있다. 슬리브 섹션(30)은, 디스크 스프링(16)으로 구성된 배열체가 위치하는 환형 공간의 실질적으로 직사각형 단면의 측면들 중 하나의 측면을 나타낸다. 슬리브 섹션(30)에는, 도면 부호 "31"로 표시된 축 방향 링(15)의 디스크 섹션이 반경 방향으로 내부로 연결되며, 이때 상기 디스크 섹션은 단면도에서 볼 때 직사각형인 언급한 환형 공간의 또 다른 측면을 형성한다. 도 1 내지 도 3에 따른 배열에서, 디스크 섹션(31)을 통해 놓인 평면은, 하부 하우징부(9)의 구성 요소이며, 도면 부호 "29"로 표시되는 외부 디스크 섹션과 만난다.
도 1 및 도 2에 따른 실시예와는 달리, 도 3에 따른 휠 서스펜션 요소(1)의 스러스트 베어링(12, 13)은 롤러 베어링이 아니라 축 방향 볼 베어링으로서 형성되어 있다. 도 1 및 도 2의 경우에 롤러로서 형성된 롤링 바디(14)와 마찬가지로, 도 3에 따른 스러스트 베어링(11)의 롤링 바디(14)도, 스핀들 너트(4)의 단부면 상에서 직접 롤링된다. 이러한 목적을 위해 볼 베어링 트랙(33)은 스핀들 너트(4)의 2개의 단부면에 위치한다. 스러스트 베어링(12, 13)의 대향 배치된 측면들 상에서, 즉 하우징 내부 부분(24)의 측면 또는 축 방향 링(15)의 측면 상에서, 도 3에 따른 휠 서스펜션 요소(1)의 롤링 바디(14), 즉 볼들은 각각 별도의 스러스트 베어링 디스크(32) 상에서 롤링된다. 도 4에 따른 설계와는 달리, 별도의 스러스트 베어링 디스크(32)가 스러스트 베어링(11)의 단부면들 중 하나의 단부면에만 존재하는 구조적 형상도 실현될 수 있다. 유사한 방식으로, 롤링 바디(14), 즉 롤러가 축 방향 링(15)의 디스크 섹션(31) 및 하우징 내부 부분(24) 상에서 직접 롤링되지 않고, 적어도 하나의 경우에 별도의 베어링 디스크 상에서 롤링되는 도 1 및 도 2에 따른 실시예의 변형예가 실현될 수 있다.
1: 휠 서스펜션 요소
2: 스크루 드라이브
3: 스크루 스핀들
4: 스핀들 너트
5: 어댑터 요소
6: 슬라이딩 베어링 요소
7: 하우징
8: 상부 하우징부
9: 하부 하우징부
10: 지지 영역
11: 스러스트 베어링
12: 상부 스러스트 베어링
13: 하부 스러스트 베어링
14: 롤링 바디
15: 축 방향 링
16: 디스크 스프링
17: 구동 장치, 벨트 구동 장치
18: 벨트
19: 벨트 풀리
20: 슬라이딩 베어링
21: 스크루 드라이브의 롤링 바디
22: 하우징 외부 부분
23: 하우징 중간 부분
24: 하우징 내부 부분
25: 케이지
26: 내부 원통형 섹션
27: 중간 원통형 섹션
28: 내부 디스크 섹션
29: 외부 디스크 섹션
30: 슬리브 섹션
31: 디스크 섹션
32: 스러스트 베어링 디스크
33: 볼 트랙
L: 종축

Claims (10)

  1. 액티브 휠 서스펜션 요소(1)로서,
    상기 액티브 휠 서스펜션 요소는 스러스트 베어링(11, 12, 13)에 의해 하우징(7, 8, 9) 내에 지지되어 있는 스핀들 너트(4) 및 스크루 스핀들(3)을 포함하는 스크루 드라이브(2)를 구비하고, 스러스트 베어링(11, 12, 13)은 롤링 베어링으로서 형성되어 있고, 롤링 베어링의 롤링 바디(14)는 스핀들 너트(4) 상에서 직접 롤링되는, 액티브 휠 서스펜션 요소(1).
  2. 제1항에 있어서, 하우징(7, 8, 9) 내에서 가변적으로 위치 설정 가능한, 스러스트 베어링(11, 12, 13)의 축 방향 링(15)을 구비하는 것을 특징으로 하는, 액티브 휠 서스펜션 요소(1).
  3. 제2항에 있어서, 축 방향 링(15)은 하우징(7, 8, 9)에 대해 스프링 장착되는 것을 특징으로 하는, 액티브 휠 서스펜션 요소(1).
  4. 제3항에 있어서, 축 방향 링(15)은 하나 이상의 디스크 스프링(16)에 의해 하우징(7, 8, 9)에 스프링 하중식으로 지지되는 것을 특징으로 하는, 액티브 휠 서스펜션 요소(1).
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 롤링 바디(14)는 축 방향 링(15) 상에서 직접 롤링되는 것을 특징으로 하는, 액티브 휠 서스펜션 요소(1).
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 축 방향 링(15)은 앵귤러 링으로서 형성되어 있고, 상기 앵귤러 링은 슬라이딩 베어링의 형성 하에 반경 방향으로 하우징(7, 8, 9)에 지지되는 것을 특징으로 하는, 액티브 휠 서스펜션 요소(1).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 스핀들 너트(4)의 구동을 위해 제공된, 특히 벨트 드라이브(17) 형태의 구동 장치(17)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 액티브 휠 서스펜션 요소(1).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 스러스트 베어링(11, 12, 13)의 롤링 바디(14)로서 롤러 또는 니들이 제공되는 것을 특징으로 하는, 액티브 휠 서스펜션 요소(1).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 스러스트 베어링(11, 12, 13)의 롤링 바디(14)로서 볼(ball)들이 제공되는 것을 특징으로 하는, 액티브 휠 서스펜션 요소(1).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 스크루 드라이브(2)는 볼 스크루 드라이브로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 액티브 휠 서스펜션 요소(1).
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