KR20190058633A - 페달력 시뮬레이터 장치 - Google Patents

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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 브레이크 페달(4)에 의해 작동될 수 있고 하우징(3) 내에 축방향으로 변위 가능하게 장착된 가압 피스톤(5), 및 직렬 연결 방식으로 배열된 2개 이상의 디스크 스프링 패킷(9, 10, 11, 12, 13)을 갖는 페달력 시뮬레이터 장치(1)에 관한 것으로, 여기서 각각의 디스크 스프링 패킷(9, 10, 11, 12, 13)은 각각 2개 이상의 디스크 스프링(21, 22, 23, 24)을 구비하며, 이 경우 디스크 스프링 패킷(9, 10, 11, 12, 13) 중 2개 이상은 상이한 스프링 상수를 가지며, 상기 디스크 스프링 패킷들(9, 10, 11, 12, 13)은 하우징(3) 내에서 가압 피스톤(5)의 일 단부면(7)과 하우징(3)의 축방향 정지부(8) 사이에 배치된다. 본 발명에 따라, 디스크 스프링 패킷들(9, 10, 11, 12, 13) 중 하나 이상은 축방향 수용 리세스(14, 15, 16, 17, 18)를 구비하고, 이 수용 리세스 내에는 가압 피스톤(5)에 의해 탄성 변형될 수 있는 스프링 요소(19)가 배치되며, 이 스프링 요소의 일측 단부는 가압 피스톤(5)에 지지되고, 타측 단부는 디스크 스프링 패킷들(9, 10, 11, 12, 13) 중 하나에 지지된다.

Description

페달력 시뮬레이터 장치
본 발명은, 브레이크 페달에 의해 작동될 수 있고 하우징 내에 축방향으로 변위 가능하게 장착된 가압 피스톤, 및 직렬 연결 방식으로 배열된 2개 이상의 디스크 스프링 패킷을 갖는 페달력 시뮬레이터 장치에 관한 것으로, 여기서 각각의 디스크 스프링 패킷은 각각 2개 이상의 디스크 스프링을 구비하며, 디스크 스프링 패킷들 중 2개 이상은 상이한 스프링 경도를 가지며, 이 경우 디스크 스프링 패킷들은 하우징 내에서 가압 피스톤의 일 단부면과 하우징의 축방향 정지부 사이에 배치된다.
도입부에 언급한 유형의 페달력 시뮬레이터 장치는 종래 기술로부터 공지되어 있다. 즉, 종래 기술로부터 공지된 페달력 시뮬레이터 장치는 직렬 연결 방식으로 배열된 2개 이상의 디스크 스프링 패킷을 구비하며, 각각의 디스크 스프링 패킷은 각각 2개 이상의 디스크 스프링을 구비한다. 이 경우, 디스크 스프링 패킷들은 하우징 내에서, 축방향으로 변위 가능하고 브레이크 페달에 의해 작동 가능한 가압 피스톤의 일 단부면과 하우징의 축방향 정지부 사이에 압축 응력을 받으며 배열된다. 2개 이상의 디스크 스프링 패킷이 상이한 스프링력 또는 스프링 특성 곡선을 갖는 구성이 제안되었다. 디스크 스프링 패킷들에 가압 피스톤에 의해 압축력이 가해지면, 이들 스프링 패킷은 각각 자신의 개별 스프링력 또는 스프링 특성 곡선에 따라 편향되거나 압축된다. 이 경우, 스프링 패킷은, 추가 압축을 저지하는 복원력을 가압 피스톤에 발생시킨다. 이와 같은 방식으로, 페달력 시뮬레이터 장치는 브레이크 페달의 작동 시 사익 브레이크 페달에 복원력을 발생시킨다. 이때, 발생한 복원력은, 운전자가 종래의 유압식 브레이크 시스템의 작동 시 감지할 수 있는 브레이크 페달감을 시뮬레이팅한다.
본 발명에 따른 페달력 시뮬레이터 장치는, 디스크 스프링 패킷들 중 하나 이상이 축방향 수용 리세스를 구비하고, 이 수용 리세스 내에 가압 피스톤에 의해 탄성 변형될 수 있는 스프링 요소가 배치되며, 이 스프링 요소의 일측 단부는 가압 피스톤에 지지되고, 타측 단부는 디스크 스프링 패킷들 중 하나에 지지되는 것을 특징으로 한다. 청구항 1의 특징들을 갖는 본 발명에 따른 페달력 시뮬레이터 장치는, 디스크 스프링 패킷이 가압되거나 압축될 때, 디스크 스프링 패킷의 스프링 특성 곡선 내에서 힘 도약을 최소화함으로써, 차량 운전자에 의한 브레이크 페달의 작동 시 종래의 유압식 브레이크 시스템의 브레이크 페달감을 전달한다는 장점을 갖는다. 이로써, 각각의 편향 시 또는 각각의 스프링 경로에서 전체 장치의 스프링 특성이 일정하게 또는 스프링력의 힘 도약 없이 진행되는 점이 보장된다. 디스크 스프링 패킷과 스프링 요소의 동시 압축 또는 상호 작용으로 인해, 힘 도약이 감쇠되고, 발생한 브레이크 페달감이 이로써 유압식 브레이크 시스템의 브레이크 페달감에 상응하는 브레이크 페달감에 맞추어 조정된다. 이는 운전자에게 자동차 작동 편의를 제공한다. 디스크 스프링 패킷이 예를 들어 스프링 특성 곡선 내의 한 지점에서, 힘 도약으로서 감지될 수 있는 힘이 특히 약간의 추가 압축을 위해 사용될 수밖에 없도록 편향되면, 스프링 요소는 특히 상기 지점에서, 상기 스프링 요소가 디스크 스프링 패킷 대신에, 스프링 요소의 편향에 의해 디스크 스프링 패킷을 압축하는 데 필요한 스프링력에 도달할 때까지 편향되는 점을 보장한다. 스프링 요소는 바람직하게 폼 스프링(foam spring), 엘라스토머 또는 와이어 스프링으로서 형성된다.
본 발명의 바람직한 일 개선예에 따르면, 스프링 요소의 타측 단부는 최소 스프링 경도를 갖는 디스크 스프링 패킷에 지지된다. 본 개선예에서의 장점은, 특히 제동 과정의 시작 시, 차량 운전자에 의해 특히 작은 작동력으로 브레이크 페달이 작동되는 경우, 스프링 특성 곡선이 작은 기울기를 가지며, 자연스러운 브레이크 페달감을 시뮬레이팅한다는 것이다. 이 경우, 스프링 요소는 특히 이 스프링 요소가 지지되는 하나 이상의 디스크 스프링 패킷의 예비 응력 또는 예압을 실현한다. 일반적으로, 큰 스프링 경도를 갖는 디스크 스프링 패킷/스프링 요소가 더 작은 스프링 경도를 갖는 디스크 스프링 패킷/스프링 요소보다 기울기가 더 가파른 스프링 특성 곡선을 갖는다는 사실이 적용된다. 스프링 경도는 바람직하게 개별 디스크 스프링 패킷의 개별 디스크 스프링의 배열에 의해 조정될 수 있다. 즉, 디스크 스프링 패킷의 하나 이상의 제1 디스크 스프링과 하나 이상의 제2 디스크 스프링이 병렬로 그리고/또는 서로에 대해 반사 대칭으로 배열될 수 있다. 이 경우, 예를 들어 서로에 대해 반사 대칭으로 배열된 2개의 디스크 스프링이 하나의 단일 디스크 스프링보다 더 작은 스프링 경도를 갖는다. 서로 평행하게 배열된 2개의 디스크 스프링은 하나의 단일 디스크 스프링보다 더 큰 스프링 경도를 갖는다.
특히 바람직하게는, 수용 리세스가 관통 개구로서 형성된다. 이 경우의 장점은, 관통 개구가 하나 이상의 디스크 스프링 패킷을 완전히 관통하여 안내됨에 따라, 스프링 요소가 하나 이상의 디스크 스프링 패킷을 완전히 관통해서 연장될 수 있다는 것이다. 바람직하게, 스프링 요소는 디스크 스프링 패킷의 관통 개구 내부에서 디스크 스프링 패킷 자체에 지지되고, 그리고/또는 관통 개구 외부에서 또 다른 디스크 스프링 패킷에 지지된다. 관통 개구는 바람직하게 적어도 실질적으로 원형인 관통 개구로서 형성된다.
바람직하게는, 직렬로 인접한 2개 이상의 디스크 스프링 패킷이 각각 스프링 요소용 관통 개구를 구비한다. 따라서, 스프링 요소는 직렬 연결 방식으로 배열된 2개의 디스크 스프링 패킷을 적어도 실질적으로 관통해서 연장되고, 이로써 2개의 디스크 스프링 패킷에 걸쳐 있는 점이 보장된다. 이렇게 함으로써, 가압 피스톤에 의해 압력이 가해질 때 스프링 특성 곡선이 조정되는데, 그 이유는 2개 이상의 디스크 스프링 패킷의 스프링 경도가 상호 작용하여 복원력을 발생시키기 때문이다. 이는, 특히 브레이크 페달이 더 강하게 작동될 때에는, 시뮬레이팅된 브레이크 페달감이 유압식 브레이크 시스템을 갖춘 차량의 브레이크 페달감과 더욱 유사해지는 점을 보장한다. 바람직하게는, 가압 피스톤에 의해 압력이 가해질 때, 스프링 요소가 처음에는 하나의 디스크 스프링 패킷과만, 특히 스프링 요소가 지지되는 디스크 패킷과만 상호 작용한다. 이 경우, 바람직하게 상기 하나의 디스크 스프링 패킷 및 스프링 요소가 가압 피스톤에 의해 적어도 실질적으로 완전히 압축된다. 제1 디스크 스프링 패킷 및 스프링 요소의 압축이 증가함에 따라, 가압 피스톤에 가해지는 복원력이 증가한다. 상기 복원력이, 스프링 요소가 관통해서 연장되는 제2 디스크 스프링 패킷을 압축하는 데 필요한 힘에 상응하면, 제2 디스크 스프링 패킷이 추가로 편향된다. 이렇게 함으로써, 특히 제2 디스크 스프링 패킷이 편향될 때, 스프링 특성 곡선에서 힘 도약이 감쇠되는 점이 보장된다. 대안적으로, 압력이 가해질 때 스프링 요소는 동시에 2개의 디스크 스프링 패킷과 상호 작용한다. 스프링 요소의 길이는 바람직하게, 스프링 요소가 관통해서 연장되는 디스크 스프링 패킷의 축방향 팽창에 적어도 실질적으로 상응한다. 바람직하게는, 제2 디스크 스프링 패킷이 제1 디스크 스프링 패킷보다 더 큰 스프링 경도를 갖는다.
본 발명의 바람직한 일 개선예에 따르면, 스프링 요소가 코일 스프링 또는 스파이럴 스프링으로서 형성된다. 본 개선예에서의 장점은, 코일 스프링 또는 스파이럴 스프링이 콤팩트하기 때문에 수용 리세스 또는 관통 개구 내에 공간 절약적으로 배치될 수 있다는 것이다. 따라서, 스프링 요소를 하나 이상의 디스크 스프링 패킷에 대해 직렬로 연결하거나 배치하는 것이 간단해질 수 있다. 바람직하게는, 코일 스프링 또는 스파이럴 스프링의 외경이, 특히 원형으로 형성된 수용 리세스 또는 관통 개구의 직경에 적어도 실질적으로 상응함으로써, 코일 스프링 또는 스파이럴 스프링이 수용 리세스 또는 관통 개구 내에서 안정적으로 안내된다. 바람직하게, 코일 스프링 또는 스파이럴 스프링은 예를 들어 금속, 금속 합금 및/또는 플라스틱과 같은 긴 수명을 갖는 탄성 변형 가능 재료로 제조된다.
특히 바람직하게는, 각각의 디스크 스프링 패킷이, 2개 이상의 디스크 스프링이 보유되어 있는, 특히 압축 응력을 받으며 보유되어 있는 디스크 스프링 패킷 하우징을 구비한다. 이 경우의 장점은, 디스크 스프링 패킷이 다루기 쉬운, 또는 콤팩트한 유닛으로서 제공된다는 점이다. 그에 상응하게, 디스크 패킷은 페달력 시뮬레이터 장치의 하우징 내에 간단한 유형 및 방식으로 장착될 수 있고, 그리고/또는 분해 가능하다. 디스크 스프링들이 디스크 스프링 패킷 하우징 내에 압축 응력을 받으며 보유되어 있음으로써, 이들 디스크 스프링은 페달력 시뮬레이터 장치의 하우징 내에 장착된 후에 바로 사용될 수 있거나, 압축력을 받을 수 있다. 바람직하게 디스크 스프링 패킷들은, 특히 이들의 스프링 경도에 따라, 페달력 시뮬레이터 장치의 하우징 내에 임의의 순서로 배열될 수 있다. 개별 디스크 스프링 패킷 하우징은 바람직하게 페달력 시뮬레이터 장치의 하우징의 하우징 형상과 일치하는 형상을 갖는다. 하우징이 예를 들어 중공 실린더 내경을 갖는 중공 실린더로서 형성되면, 디스크 스프링 패킷 하우징은 바람직하게 실린더 외경을 갖는 실린더로서 형성되며, 이 경우 중공 실린더 내경은 바람직하게 실린더 외경에 적어도 실질적으로 상응한다. 바람직하게는 디스크 스프링 패킷 하우징이 관통 개구를 구비한다.
본 발명의 바람직한 일 개선예에 따라, 개별 디스크 스프링 패킷 하우징이, 디스크 스프링들의 응력을 위해 서로에 대해 상대 운동이 가능한 제1 하우징 요소와 제2 하우징 요소를 구비한다. 본 개선예에서의 장점은, 디스크 스프링 패킷이 간단한 유형 및 방식으로, 손상의 위험 없이 압축 가능하다는 것이다. 바람직하게는 하우징 요소들 중 하나가 다른 하우징 요소보다 적어도 약간 더 큰 하우징 요소 직경을 갖는다. 이로 인해, 하우징 요소들은 압력이 가해질 때 자신들의 압축 응력에 대항하여 서로 끼워맞춰질 수 있다. 하우징 요소들 중 하나 이상은, 디스크 스프링 패킷의 하나 이상의, 특히 가장 바깥쪽의 디스크 스프링 상에, 예를 들어 용접, U자형 홈 용접(U-groove welding) 또는 납땜에 의한 접합 공정에 의해 고정된다.
바람직하게, 하나 이상의 디스크 스프링 패킷의 제1 하우징 요소 및/또는 제2 하우징 요소는, 디스크 스프링들의 최대 응력을 제한하는 축방향 정지부를 구비한다. 이로 인해, 디스크 스프링 패킷의 기계 하중 또는 최대 편향이 사전 설정 가능한 지점까지만 이루어지고, 이로써 디스크 스프링 패킷의 재료 마모가 감소하는 장점이 도출된다. 이는 특히 디스크 스프링 패킷의 수명을 증가시키는데, 그 이유는 기계 응력이 제한되기 때문이다. 또한, 최대 편향의 제한에 의해, 확실하게 사전 설정 가능한 최대 복원력이 최대 응력에서 발생하는 점이 보장된다. 따라서, 디스크 스프링 패킷의 스프링 특성 곡선이 정확하게 조정될 수 있다. 축방향 정지부는, 예를 들어 제1 및/또는 제2 하우징 요소의 사전 설정 가능한 편향 시 제2 하우징 요소와 접촉하여 추가 편향을 방지하는 막대 형상의 요소로서 제1 하우징 요소에 형성된다.
바람직하게는, 축방향 정지부가 디스크 스프링 내부에서 축방향으로 연장되는 슬리브로서 제1 하우징 요소에 형성되고, 상기 슬리브는 디스크 스프링의 최대 응력을 제한하기 위해 제2 하우징 요소의 카운터 정지부와 상호 작용한다. 이 경우의 장점은, 디스크 스프링 패킷 자체에 의해 최대 편향이 사전 설정된다는 점이다. 따라서, 디스크 스프링 패킷은, 최대 편향 및 이로써 최대로 발생 가능한 복원력을 갖는 개별 스프링 특성 곡선을 가진 구성 유닛으로서 형성된다. 슬리브는, 바람직하게 예를 들어 접합 공정을 이용하여 디스크 스프링 패킷의 제1 하우징 요소에 고정된다. 슬리브의 직경은 바람직하게 수용 리세스 또는 관통 개구의 직경에 상응한다. 축방향 정지부가 바람직하게 동시에 관통 개구를 형성함으로써, 축방향 정지부는 디스크 스프링 패킷 내에 최적으로 배치된다. 바람직하게는, 슬리브의 일 섹션이 적어도 부분적으로 제1 및/또는 제2 하우징 요소를 넘어 돌출한다. 이는, 상기 섹션 상에 또 다른 디스크 스프링 패킷이 배치될 수 있는 점을 보장한다.
본 발명의 바람직한 일 개선예에 따라, 제1 하우징 요소와 제2 하우징 요소가 디스크 스프링들의 압축 응력에 반하여 서로에 대해 형상 결합 방식으로 보유된다. 본 개선예에서의 장점은, 디스크 스프링 패킷 하우징의 안정적인 형상이 보장된다는 것이다. 이 경우, 압축 응력은, 특히 형상 결합에 의해 제한되는 제1 하우징 요소와 제2 하우징 요소의 최대 간격에 좌우된다. 바람직하게는, 형상 결합 방식의 연결을 위해, 특히 제1 하우징 요소의 슬리브가 자신의 축방향 정지부의 영역에 반경 방향 외부로 향하는 돌출부를 구비한다. 제2 하우징 요소는, 제1 하우징 요소의 반경 방향 외부로 향하는 돌출부의 영역에 바람직하게 반경 방향 내부로 향하는 돌출부를 구비한다. 바람직하게 반경 방향 내부로 향하는 돌출부의 하부면 상에 반경 방향 외부로 향하는 돌출부의 상부면이 접함으로써, 형상 결합 방식의 연결이 이루어지며, 이때 상부면과 하부면은 디스크 스프링들에 의해 서로 대향하여 압축 응력을 받고, 이로 인해 서로 끼워맞춤되거나 서로에게 파지된다. 그럼으로써, 전술한 돌출부들에 의해, 하우징 요소들의 최대 간격이 스프링력에 반하여 규정되고, 이로 인해 개별 디스크 스프링 패킷의 압축 응력이 조정된다.
특히 바람직하게, 가압 피스톤의 비작동 상태에서는 디스크 스프링 패킷 쪽을 향하는 가압 피스톤의 단부면이 디스크 스프링 패킷에 대하여 이격되어 놓인다. 이 경우의 장점은, 압력을 가하기 시작할 때 초래되는 복원력이 스프링 요소 내지는 코일 스프링과; 이 스프링 요소가 지지되는 하나 이상의 디스크 스프링 패킷;에 의해서만 실현된다는 것이다. 특히, 가압 피스톤에 의해 압력이 가해지면, 먼저 스프링 요소가, 이 스프링 요소가 지지되는 하나 이상의 디스크 스프링 패킷과 함께 압축되며, 가압 피스톤의 단부면과 디스크 스프링 패킷의 간격에 상응하는 간격 만큼 가압 스프링이 편향되면 비로소 또 다른 디스크 스프링 패킷들이 압축된다. 이 경우, 스프링 요소는, 가압 피스톤이 또 다른 디스크 스프링 패킷들을 압축하고, 이로 인해 복원력이 증가할 때, 힘 도약이 방지되는 점을 보장한다.
특히 바람직하게는, 가압 피스톤이 적어도 수용 리세스 내부로 삽입 가능한 작동 핀을 구비하고, 이 작동 핀에 스프링 요소의 일측 단부가 지지된다. 이로 인해, 특히 작동 핀의 길이에 따라 스프링 요소의 압축 응력이 추가로 조정될 수 있는 장점이 나타난다. 이로써, 스프링 요소가 지지되는 디스크 스프링 패킷에 따라서도, 그리고 작동 핀에 의한 스프링 요소의 압축에 따라서도 압축 응력을 조정할 수 있게 된다. 바람직하게는, 스프링 요소의 길이가 확실하게 사전 설정된 경우, 작동 핀의 길이에 따라 스프링 요소의 압축 응력이 조정될 수 있다.
바람직하게는, 가압 피스톤이 유압식으로 작동 가능하다. 이 경우의 장점은, 가압 피스톤의 변위가 브레이크 페달의 작동에 의해 간단한 유형 및 방식으로 발생한다는 점이다. 바람직하게 가압 피스톤은, 예를 들어 바람직하게 가압 피스톤과 하우징 사이에 배치되어 유압 매체가 디스크 스프링 패킷 내부에 도달하는 것을 방지하는 하나 이상의 밀봉 요소에 의해, 하우징 내에 반경 방향으로 밀봉되어 배치된다. 하우징은 바람직하게, 유압 매체가 하우징 내부로 도입될 때 통과하는 유압 포트를 구비하며, 그 결과 가압 피스톤을 변위시키기 위한 유압이 발생할 수 있다.
본 발명은, 각각의 도면을 참조하여 이하에서 더욱 상세하게 설명된다.
도 1은 일 실시예에 따른 페달력 시뮬레이터 장치의 간소화된 측면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 디스크 스프링 패킷의 간소화된 측면도이다.
도 1은, 특히 중공 실린더로서 형성된 하우징(3)을 갖는, 본 도면에 도시되지 않은 차량(2)의 페달력 시뮬레이터 장치(1)를 보여주며, 상기 하우징 내에는, 특히 차량(2)의 브레이크 페달(4)에 의해 작동 가능하고 축방향으로 변위 가능하며 작동 핀(6)을 가진 가압 피스톤(5)이 장착되어 있다.
가압 피스톤(5)의 단부면(7)과 하우징(3)의 축방향 정지부(8) 사이에는, 복수의 디스크 스프링 패킷(9, 10, 11, 12, 13)이 직렬 연결 방식으로 배열되거나 일렬로 연이어 배열된다.
직렬로 인접하는 디스크 스프링 패킷들(9, 10, 11, 12, 13)은, 직경을 갖는 관통 개구로서 형성된 축방향 수용 리세스(14, 15, 16, 17, 18)를 각각 하나씩 구비한다. 이 경우, 탄성 변형 가능한 스프링 요소(19), 특히 바람직하게 스프링 강으로 제조된 코일 스프링 또는 스파이럴 스프링이 수용 리세스(14, 15, 16) 내에 배치된다.
스프링 요소(19)는, 그 일측 단부가 가압 피스톤(5)에, 특히 작동 핀(6)에 지지되고, 타측 단부는 디스크 스프링 패킷(12)에, 특히 지지 요소(20)에 지지되며, 상기 지지 요소는 바람직하게 상기 디스크 스프링 패킷(12) 상에 배치되고, 특히 지지 디스크(20')로서 형성된다. 스프링 요소(19)는 실시예에 따라, 디스크 스프링 패킷(9, 10, 11)의 수용 리세스(14, 15, 16) 내부에서의 배열로 인해 디스크 스프링 패킷(12, 13)에 대해 직렬로 연결된다. 대안적으로 스프링 요소(19)는, 디스크 스프링 패킷(12)의 수용 리세스(17)의 영역에서, 예를 들어 형상 결합식 고정 및/또는 강제 결합 방식의 고정에 의해 디스크 스프링 패킷(12)에/디스크 스프링 패킷(12) 내에 지지된다.
작동 핀(6)은, 스프링 요소(19)가 이미 가압 피스톤(5)의 비작동 상태에서, 즉, 가압 피스톤(5)에 압축력이 가해지지 않을 때, 이미 압축 응력을 받거나 적어도 부분적으로 압축되는 점을 보장한다. 따라서, 가압 피스톤(5)과 디스크 스프링 패킷(12) 사이에 스프링 요소(19)를 압착시키는 압축 응력이 다시 한 번 증가한다.
본 실시예에 따르면, 각각의 디스크 스프링 패킷(9, 10, 11, 12, 13)은 각각 4개의 디스크 스프링(21, 22, 23, 24)을 구비하며, 이들 디스크 스프링은 본 실시예에 따라 각각의 디스크 스프링 패킷(9, 10, 11, 12, 13) 내에 동일한 유형 및 방식으로 배열된다. 이 경우, 디스크 스프링(22)은 디스크 스프링(21)에 대해 반사 대칭으로 또는 역상으로 배열되고, 디스크 스프링(23)은 디스크 스프링(22)에 대해 반사 대칭으로 배열되며, 디스크 스프링(24)은 디스크 스프링(23)에 대해 반사 대칭으로 배열된다. 본 실시예에서 선택된 디스크 스프링들(21, 22, 23, 24)의 개수 및 배열은 단지 바람직한 실시예를 설명하기 위해서만 이용된다. 원칙적으로, 하나의 디스크 스프링 패킷 내에 임의 개수의 디스크 스프링이 존재할 수 있으며, 이 경우 디스크 스프링들은 서로에 대해 임의의 유형 및 방식으로 배열될 수 있다.
디스크 스프링(21, 22, 23, 24)은 바람직하게 각각 동일한 외경 및 내경을 갖는다. 디스크 스프링(21, 22, 23, 24)은 바람직하게 각각 일정한 그리고/또는 가변적인 스프링 상수를 갖는다. 디스크 스프링(21, 22, 23, 24)의 역상 배열의 결과, 디스크 스프링 패킷(12)의 전체 스프링 상수 또는 스프링 경도가 도출된다. 하나의 디스크 스프링 패킷(9, 10, 11, 12, 13)의 개별 디스크 스프링(21, 22, 23, 24)의 스프링 상수들은 동일할 수도, 서로 상이할 수도 있다. 또한, 2개 이상의 스프링 상수는 같은 반면, 나머지 스프링 상수는 이들과 상이할 수도 있다.
각각의 디스크 스프링 패킷(9, 10, 11, 12, 13)은 바람직하게 다른 디스크 스프링 패킷(9, 10, 11, 12, 13)과 상이한 고유 스프링 경도를 갖는다. 본 실시예에 따르면, 디스크 스프링 패킷(12)은 최소 스프링 경도를 가지며, 그러므로 가장 연성인 디스크 스프링 패킷(12)이다. 디스크 스프링 패킷(12) 또는 이 디스크 스프링 패킷(12)에 지지되는 스프링 요소(19)에 가압 피스톤(5)에 의해 압축력이 가해지면, 디스크 스프링 패킷(12)은 스프링 경도가 더 큰 각각 다른 디스크 스프링 패킷(9, 10, 11, 13)보다 기울기가 더 작은 스프링 특성 곡선을 갖는다.
스프링 요소(19)가 디스크 스프링 패킷(12)에 지지됨으로써, 스프링 요소(19)는 특히 디스크 스프링 패킷(12) 및 그 아래에 배치된 디스크 스프링 패킷(13)의 압축을 실현한다. 바람직하게, 디스크 스프링 패킷(13)은 디스크 스프링 패킷(12)보다 더 큰, 그러나 디스크 스프링 패킷(9, 10, 11)보다는 더 작은 스프링 경도를 갖는다.
바람직하게, 가압 피스톤(5)은 유압식으로 작동 가능하다. 유압 매체, 예를 들어 유압유가 하우징(3) 내에 도달하지 않도록 하기 위해, 가압 피스톤(5)은 하우징 벽(26)과 가압 피스톤(5) 사이에, 밀봉 링(28)으로 완전히 채워진 리세스(27)를 갖는다.
바람직하게, 가압 피스톤(5)은 평평한, 특히 디스크 형상의 단부면(7)을 갖는다. 이 경우, 디스크 스프링 패킷(9, 10, 11, 12, 13)은 바람직하게 하우징(3)의 하우징 형상과 일치하는 형상을 갖는다. 따라서, 디스크 스프링 패킷(9, 10, 11, 12, 13)은 예를 들어 원통형으로 형성되며, 그 결과 이들 디스크 스프링 패킷은 각각 중공 실린더 형상으로 형성된 하우징(3)의 내부 직경에 상응하는 직경을 갖게 된다.
대안적으로는, 가압 피스톤(5)의 단부면(7)이 중공 실린더 형상으로 형성된다. 이 경우, 중공 실린더 형상으로 형성된 가압 피스톤(5)의 단부면(7)은 바람직하게 단부면(7)의 외경 영역에, 축방향 정지부(8)의 방향으로 축을 따라 연장되고 예를 들어 하나 이상의 디스크 스프링 패킷(9)을 적어도 국부적으로 둘러싸는 실린더 벽(29)을 갖는다. 이 경우, 디스크 스프링 패킷(9, 10, 11, 12, 13)은 바람직하게 하우징(3)의 내경보다 더 작은 직경을 갖는다. 실린더 벽(29)은, 바람직하게 실질적으로 하우징(3)의 내경 또는 하우징 벽(26)의 직경과 디스크 스프링 패킷(9, 10, 11, 12, 13)의 직경 간의 차이(Z)에 상응하는 벽 두께를 갖는다.
가압 피스톤(5)이 작동할 때에는, 먼저 디스크 스프링 패킷(12, 13)에만 스프링 요소(19)에 의해 힘이 가해지고, 이로써 더 작은 기울기를 갖는 스프링 특성 곡선 또는 브레이크 페달(4)로의 작은 복원력이 실현된다. 바람직하게는, 가압 피스톤(5)의 편향이 증가함에 따라, 디스크 스프링 패킷(12, 13)은, 이들 디스크 스프링 패킷이 자신들의 최대 편향에 도달하여 최대 복원력을 발생시키는 종단 정지부에 가까워진다. 종단 정지부는 차후에 더 상세하게 설명된다.
바람직하게는, 디스크 스프링 패킷(12, 13) 및 스프링 요소(19)의 압축/부하가 증가함에 따라, 가압 피스톤(5)의 단부면(7)과 디스크 스프링 패킷(9)의 일측 단부면(25)의 최대 간격(X)("점프-인 간격")은 감소한다. 간격(X)은, 바람직하게 가압 스프링(5)의 비작동 상태에서 가압 피스톤(5)과 최상부 디스크 스프링 패킷(9)의 서로에 대한 간격에 상응한다. 특히 디스크 스프링 패킷(12, 13)이 압축되거나 최대로 편향되어 최대 복원력을 발생시키는 경우에는 간격(X)이 감소한다. 이 경우에는, 가압 피스톤(5)이 바람직하게 스프링 요소(19)의 복원력에 대항해서 변위된다. 이때, 가압 피스톤(5)의 단부면(7)과 디스크 스프링 패킷(9)의 단부면(25)의 간격(X)은 감소한다. 바람직하게, 가압 피스톤(9)의 단부면(7)이 디스크 스프링 패킷(9)의 단부면(25)과 접촉하게 되는, 간격(X)만큼의 변위 후에 가압 피스톤(9)에 가해지는 복원력은, 디스크 스프링 패킷(9, 10, 11)을 이들의 압축 응력에 대항해서 압축시키는 데 필요한 힘에 상응한다.
이는, 스프링 특성 곡선 내에서, 가압 피스톤(5)의 단부면(7)이 디스크 스프링 패킷(9)의 단부면(25)과 접촉하거나, 가압 피스톤(5)이 디스크 스프링 패킷(9, 10, 11)에 압축력을 가하는 지점에서, 스프링 특성 곡선 내의 힘 도약이 방지되는 점을 보장한다. 특히 이 지점에서의 스프링 요소(19)의 감쇠 작용에 의해, 스프링 특성 곡선이 일정하거나 균일한 점이 보장된다.
이 경우, 발생한 복원력은, 종래의 유압식 브레이크 장치를 갖춘 차량(2)의 브레이크 페달감에 상응하는, 브레이크 페달(4)에서의 브레이크 페달감을 시뮬레이팅한다.
바람직하게는, 페달력 시뮬레이터 장치(1)에 의해, 임의의 기울기 및 임의의 형상을 갖는 스프링 특성 곡선, 예를 들어 선형의 또는 점진적인 스프링 특성 곡선을 실현하는 것이 가능하다.
작동 핀(6)의 각각의 길이에 의해, 개별 스프링의 힘 범위의 변경 없이 기하 부품 허용 오차가 보상될 수 있다. 바람직하게는, 작동 핀(6)의 길이가 조정될 수 있다. 이를 위해, 작동 핀은 예를 들어 가압 피스톤의 단부면으로부터 신축 방식으로 삽입/배출될 수 있다. 이로써, 기하 부품 허용 오차, 특히 부품 허용 오차에 기인하는, 상호 적층형 디스크 스프링 패킷들 및/또는 디스크 스프링들의 높이 편차를 보상하는 것이 가능해진다. 이 경우, 부품 허용 오차의 보상은, 개별 디스크 스프링의 변경 없이, 예를 들어 디스크 스프링들 및/또는 디스크 스프링 패킷들이 교체되는 수동 개입에 의해 가능하다.
도 2는, 디스크 스프링(21, 22, 23, 24)을 구비한 디스크 스프링 패킷(12)을 보여준다. 디스크 스프링(21, 22, 23, 24)은 도 1에 기술된 실시예에 따라 배열된다. 그러나 상기 배열이 본 실시예로 한정되지는 않는다. 대안적으로, 예를 들어 디스크 스프링들(21, 22, 23, 24) 중 2개 이상이 서로에 대해 병렬로 정렬되거나, 또 다른 디스크 스프링들이 디스크 스프링 패킷(12) 내에 배열된다. 바람직하게, 디스크 스프링 패킷(9, 10, 11, 13)은 디스크 스프링 패킷(12)에 상응하게 형성된다.
디스크 스프링 패킷(12)은, 바람직하게 디스크 스프링(21, 22, 23, 24)이 보유되어 있는, 특히 압축 응력 하에 보유되어 있는 디스크 스프링 패킷 하우징(30)을 구비한다. 바람직하게는 디스크 스프링들(21, 22, 23, 24)이 디스크 스프링 패킷 하우징(30) 내에 느슨하게 놓여 있다. 그럼으로써, 디스크 스프링들(21, 22, 23, 24)은 개별적으로 디스크 스프링 패킷 하우징(30)으로부터 개별적으로 인출될 수 있고, 그리고/또는 개별적으로 디스크 스프링 패킷 하우징(30) 내에 배치될 수 있다. 특히, 디스크 스프링 패킷 하우징(30) 내에서의 압축 응력에 의해, 디스크 스프링들(21, 22, 23, 24)이 디스크 스프링 패킷 하우징(30) 내에서 자유롭게 움직일 수 있도록 디스크 스프링 패킷 하우징(30) 내에 보유된다. 이렇게 함으로써, 예를 들어 래틀링 노이즈(rattling noise)도 피해진다.
디스크 스프링 패킷 하우징(30)은 제1 하우징 요소(31) 및 제2 하우징 요소(32)를 구비한다. 하우징 요소들(31, 32)은, 디스크 스프링(21, 22, 23, 24)의 응력을 위해 서로에 대해 상대 변위가 가능하다.
제2 하우징 요소(31)에는 지지 요소(20, 33), 특히 지지 디스크가 할당된다. 지지 요소(20, 33)는, 바람직하게 디스크 스프링 패킷 하우징(30)에 대해 직렬로 배치될 수 있는 별도의 부품이다. 대안적으로, 지지 요소(20, 33)는 바람직하게 하우징 요소(32)와 일체형으로 연결된다.
바람직하게는, 제1 하우징 요소(31)가 제2 하우징 요소(32)보다 더 큰 직경을 가짐으로써, 상기 두 하우징 요소(31, 32)의 축방향 상대 이동이 가능하며, 이 상대 이동에서 특히 제1 하우징 요소(31)가 제2 하우징 요소(32) 위로 슬라이딩될 수 있다. 대안적으로, 하우징 요소들(31, 32)이 각각 동일한 직경을 갖는다.
본 경우에는, 제1 하우징 요소(31)가, 앞에서 이미 언급한 종단 정지부로서 디스크 스프링(12)의 최대 응력 또는 편향을 제한하는 축방향 정지부(34)를 구비한다. 대안적으로 또는 추가로, 제2 하우징 요소(32)가 축방향 정지부(34)를 구비한다.
축방향 정지부(34)는, 바람직하게 디스크 스프링(21, 22, 23, 24) 내부에서 제1 하우징 요소(31)에 축방향으로 연장되는 슬리브(35)로서 형성되며, 상기 슬리브는 그 단부면에서, 디스크 스프링(21, 22, 23, 24)의 최대 응력을 제한하기 위해 하우징 요소(32)의 카운터 정지부(36)와 상호 작용한다. 바람직하게 카운터 정지부(36)는, 디스크 스프링(12)의 최대 응력을 제한하기 위해 별도의 지지 요소(20, 33)와 상호 작용한다. 대안적으로 카운터 정지부(36)는, 제2 하우징 요소(32)와 일체형으로 형성된 지지 요소(20, 33)와 상호 작용한다.
슬리브(35)는, 적어도 실질적으로 원형의 관통 개구를 구비하며, 이 관통 개구를 통해 스프링 요소(19)가 디스크 스프링 패킷(12)을 관통하여 연장될 수 있고, 디스크 스프링 패킷(12)에 인접하여 직렬로 배열된 디스크 스프링 패킷(9, 10, 11, 13)에 지지될 수 있다. 지지 요소(20, 33)는, 슬리브(35)의 원형 관통 개구의 영역에서는 바람직하게 원형 관통 개구의 직경보다 작거나 같은 내경을 갖는다.
바람직하게, 슬리브(35)는 적어도 국부적으로 제1 하우징 요소(31)를 넘어서 돌출한다. 이는, 디스크 스프링 패킷(9, 10, 11, 13) 및/또는 지지 디스크(20, 33)가 디스크 스프링 패킷(12) 상에 배치되어 안정적으로 보유되는 점을 보장한다.
제1 하우징 요소(31)와 제2 하우징 요소(32)는 바람직하게 디스크 스프링들(21, 22, 23, 24)의 압축 응력에 대항해서 서로에 대해 형상 결합 방식으로 보유된다. 이를 위해, 슬리브(35)는 카운터 정지부(36) 쪽을 향하는 자신의 단부에 반경 방향 돌출부(37)를 구비하고, 이 돌출부는 제2 하우징 요소(32)의 반경 방향 카운터 돌출부(38)에 접한다. 이를 위해, 제2 하우징 요소(32)는, 바람직하게 제1 하우징 요소(31)의 방향으로 연장되는 축방향 오프셋(39)을 갖는다. 형상 결합 방식의 연결은, 바람직하게 반경 반향 외부로 향하는 돌출부(37)의 상부면(40)이 반경 방향 내부로 향하는 돌출부(38)의 하부면(41)에 접함으로써 이루어진다. 따라서, 돌출부들(37 및 38)은, 하우징 요소들(31 및 32)이 디스크 스프링들(21, 22, 23, 24)의 스프링력에 의해 상호 분리될 수 있는 가능성을 방지한다. 돌출부들(37, 38)은 디스크 스프링 패킷 하우징(30)의 응집력을 보장한다. 더 나아가, 돌출부들 또는 이들 돌출부의, 개별 하우징 요소(31, 32) 상에서의 배열이 하우징 요소들(31, 32) 상호간의 최대 간격을 규정하고, 이로써 디스크 스프링들(21, 22, 23, 24)에 가해지는 압축 응력을 규정한다. 돌출부들(37 및 38)의 간격 또는 배치는 더 바람직하게는, 돌출부들(37 및 38)이 서로 접할 때 디스크 스프링들(21, 22, 23, 24)이 하우징 요소들(31과 32) 사이에서 압축 응력을 받거나, 부분적으로 압축/탄성 변형되도록 선택된다. 압축 응력에 의해, 작동 중에 래틀링 노이즈가 발생하는 현상도 방지된다.
선택적으로, 디스크 스프링 패킷(12)은 하나 이상의 고정 장치(42, 43)를 구비하며, 이 고정 장치는 특히 디스크 스프링 패킷(12)에서 스프링 요소(19)의 형상 결합식 고정을 가능하게 한다. 예를 들어, 고정 장치(42, 43)는 스프링 요소(19)의 나사 조임에 이용된다. 그 결과, 지지 요소(20)의 대안으로 또는 그에 추가로, 개별 디스크 스프링 패킷 내에 통합된 스프링 요소(19), 특히 코일 스프링의 잠금부가 제공될 수 있다.
또는, 스프링 요소(19)가 디스크 스프링 패킷 측에서 이미 언급한 지지 디스크(20')에 지지되는 것도 바람직하다. 상기 지지 디스크가 특히 디스크 스프링 패킷(12)과 디스크 스프링 패킷(11) 사이에 배치됨으로써, 지지 디스크(20')의 일측은 디스크 스프링 패킷(12)에 지지되고 타측은 스프링 요소(19)에 지지된다. 따라서, 스프링 요소(19)는, 가압 피스톤(5)의 작동 핀(6)과 디스크 스프링 패킷(12) 사이에서 직접 압착될 수 있거나, 압축 응력 하에 보유된다.
특히 바람직하게는, 디스크 스프링 패킷(12) 위에 배치된 디스크 스프링 패킷(11) 내로 지지 디스크(20')가 통합되는 구성이 제안된다. 이를 위해, 도 1에 예시적으로 도시되어 있는 바와 같이, 상부 디스크 스프링 패킷(11)의 하부 하우징 요소(32)가 연속하는 바닥, 다시 말해 지지 디스크(20') 또는 지지 요소(33)를 형성하는 개구 없는 바닥을 갖는 구성이 제안된다.
따라서, 디스크 스프링 패킷(12)은 압축되고, 조밀하며, 간단히 장착 가능한 형상으로 제공된다. 따라서, 디스크 스프링 패킷(12)은 특히 페달력 시뮬레이터 장치(1)의 하우징(3) 내에 간단한 유형 및 방식으로 배치될 수 있고, 배치된 후에 곧바로 사용 가능하다.
이 경우, 하우징(3)의 축방향 정지부(8)의 방향으로 볼 때 개별 디스크 스프링 패킷들(9, 10, 11, 12, 13)의 개별 종단 정지부는, 축방향 정지부(34)와 지지 디스크(33) 또는 카운터 정지부(36) 사이의 사전 설정 가능한 간격(Y)에 따라 개별적으로 조정될 수 있다. 따라서, 디스크 스프링 패킷들(9, 10, 11, 12, 13)의 최대 응력을 제한하기 위한 또 다른 수단이 필요치 않게 된다. 이는, 사용된 디스크 스프링 패킷들(9, 10, 11, 12, 13) 및 스프링 요소(19)를 이용한 스프링 특성 곡선의 매우 정확한 실현을 보장한다.
도 1에 도시된 실시예와 달리, 도 2의 실시예에 따른 디스크 스프링 패킷(12)은 하우징 요소들(31, 32) 상에 측벽을 구비하며, 이들 측벽은 각각 디스크 스프링 패킷 하우징(30) 내에 포함된 디스크 스프링들(21, 22, 23, 24)을 둘레 측에서 감싸며, 이로 인해 디스크 스프링 패킷이 외부 영향으로부터 보호된다. 그러나 측벽들은 선택 사항인 것으로 이해되어야 하며, 도 1에 도시된 바와 같이 디스크 스프링 패킷(9, 10, 11, 12 및 13)에서는 생략될 수도 있다.
따라서 페달력 시뮬레이터 장치(1)는, 허용 오차에 기인하는 편차 또는 특히 구조적으로 동일한 개별 디스크 스프링들(21, 22, 23, 24) 또는 디스크 스프링 패킷들(9, 10, 11, 12, 13)의 스프링 상수들의 편차에도 불구하고, 사전 설정 가능한 스프링 특성 곡선이 구현될 수 있는 점을 보장한다. 이로써, 자동차 분야에서의 허용 오차 요건들이 충족될 수 있다.

Claims (13)

  1. 브레이크 페달(4)에 의해 작동될 수 있고 하우징(3) 내에 축방향으로 변위 가능하게 장착된 가압 피스톤(5), 및 직렬 연결 방식으로 배열된 2개 이상의 디스크 스프링 패킷(9, 10, 11, 12, 13)을 갖는 페달력 시뮬레이터 장치(1)로서, 각각의 디스크 스프링 패킷(9, 10, 11, 12, 13)이 각각 2개 이상의 디스크 스프링(21, 22, 23, 24)을 구비하며, 디스크 스프링 패킷들(9, 10, 11, 12, 13) 중 2개 이상이 상이한 스프링 상수를 가지며, 디스크 스프링 패킷들(9, 10, 11, 12, 13)이 하우징(3) 내에서 가압 피스톤(5)의 일 단부면(7)과 하우징(3)의 축방향 정지부(8) 사이에 배치되는, 페달력 시뮬레이터 장치에 있어서,
    디스크 스프링 패킷들(9, 10, 11, 12, 13) 중 하나 이상이 축방향 수용 리세스(14, 15, 16, 17, 18)를 구비하고, 상기 수용 리세스 내에는 가압 피스톤(5)에 의해 탄성 변형될 수 있는 스프링 요소(19)가 배치되며, 상기 스프링 요소의 일측 단부는 가압 피스톤(5)에 지지되고, 타측 단부는 디스크 스프링 패킷들(9, 10, 11, 12, 13) 중 하나에 지지되는 것을 특징으로 하는, 페달력 시뮬레이터 장치.
  2. 제1항에 있어서, 스프링 요소(19)의 타측 단부는 최소 스프링 경도를 갖는 디스크 스프링 패킷(9, 10, 11, 12, 13)에 지지되는 것을 특징으로 하는, 페달력 시뮬레이터 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 수용 리세스(14, 15, 16, 17, 18)가 관통 개구로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 페달력 시뮬레이터 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 직렬로 인접한 2개 이상의 디스크 스프링 패킷(9, 10, 11, 12, 13)이 각각 스프링 요소(19)용 관통 개구를 구비하는 것을 특징으로 하는, 페달력 시뮬레이터 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 스프링 요소(19)가 코일 스프링 또는 스파이럴 스프링으로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 페달력 시뮬레이터 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 디스크 스프링 패킷(9, 10, 11, 12, 13)이, 2개 이상의 디스크 스프링(21, 22, 23, 24)이 보유되는, 특히 압축 응력을 받으며 보유되는, 디스크 스프링 패킷 하우징(29)을 구비한 것을 특징으로 하는, 페달력 시뮬레이터 장치.
  7. 제6항에 있어서, 개별 디스크 스프링 패킷 하우징(30)이, 디스크 스프링들(21, 22, 23, 24)의 응력을 위해 서로에 대해 상대 운동 가능한 제1 하우징 요소(31)와 제2 하우징 요소(32)를 구비한 것을 특징으로 하는, 페달력 시뮬레이터 장치.
  8. 제7항에 있어서, 하나 이상의 디스크 스프링 패킷(9, 10, 11, 12, 13)의 제1 하우징 요소(31) 및/또는 제2 하우징 요소(32)가, 디스크 스프링들(21, 22, 23, 24)의 최대 응력을 제한하는 축방향 정지부(34)를 구비한 것을 특징으로 하는, 페달력 시뮬레이터 장치.
  9. 제8항에 있어서, 축방향 정지부(34)가 디스크 스프링(9, 10, 11, 12, 13) 내부에서 축방향으로 연장되는 슬리브(35)로서 제1 하우징 요소(31)에 형성되고, 상기 슬리브는 디스크 스프링들(21, 22, 23, 24)의 최대 응력을 제한하기 위해 제2 하우징 요소(32)의 카운터 정지부(36)과 상호 작용하는 것을 특징으로 하는, 페달력 시뮬레이터 장치.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 하우징 요소(31)와 제2 하우징 요소(32)는 디스크 스프링들(21, 22, 23, 24)의 압축 응력에 반하여 서로에 대해 형상 결합 방식으로 보유되는 것을 특징으로 하는, 페달력 시뮬레이터 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 가압 피스톤(5)의 비작동 상태에서는 디스크 스프링 패킷(9, 10, 11, 12, 13) 쪽을 향하는 가압 피스톤(5)의 단부면(7)이 디스크 스프링 패킷(9, 10, 11, 12, 13)에 대하여 이격되어 놓인 것을 특징으로 하는, 페달력 시뮬레이터 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 가압 피스톤(5)이 적어도 수용 리세스(14, 15, 16, 17, 18) 내부로 삽입 가능한 작동 핀(6)을 구비하고, 상기 작동 핀에 스프링 요소(19)의 일측 단부가 지지되는 것을 특징으로 하는, 페달력 시뮬레이터 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 가압 피스톤(5)이 유압식으로 작동 가능한 것을 특징으로 하는, 페달력 시뮬레이터 장치.
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