KR20220007721A - 디커플러 - Google Patents

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KR20220007721A
KR20220007721A KR1020217026139A KR20217026139A KR20220007721A KR 20220007721 A KR20220007721 A KR 20220007721A KR 1020217026139 A KR1020217026139 A KR 1020217026139A KR 20217026139 A KR20217026139 A KR 20217026139A KR 20220007721 A KR20220007721 A KR 20220007721A
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KR
South Korea
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spring
decoupler
spring plate
drive torque
belt pulley
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Application number
KR1020217026139A
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Inventor
안드레아스 괴츠
오이겐 바우어
Original Assignee
섀플러 테크놀로지스 아게 운트 코. 카게
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Publication date
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Abstract

보조 유닛 벨트 구동부의 벨트(4)와 보조 유닛 중 하나의 샤프트 사이의 구동 토크 전달을 위한 디커플러(1)가 제안되고, 상기 디커플러는:
- 벨트 풀리(5),
- 상기 샤프트에 고정되는 허브(9),
- 벨트 풀리 측에서 구동 토크 플로우로 배열된 회전 정지부(25)를 갖는 제1 스프링 판(22),
- 허브 측에서 구동 토크 플로우로 배열된 회전 정지부(25)를 갖는 제2 스프링 판(23),
- 스프링 단부들(27)을 갖는 비틀림 스프링(13)으로서, 그 주변 단부 면(26)이 회전 정지부 상에 놓이고 구동 토크(M)의 힘 성분을 반경방향 확장 비틀림 스프링 내로 도입하는, 비틀림 스프링(13), 및
- 벨트 풀리로부터 구동 토크 플로우로 배열된 제1 마찰 접촉 표면(28) 및 허브 측에서 구동 토크 플로우로 배열된 제2 마찰 접촉 표면(29)을 갖는 비틀림 진동 댐퍼를 포함한다.
상기 마찰 접촉 표면들은 비틀림 스프링 내로 도입된 구동력(F)에 따른 힘으로 접촉한다. 제1 마찰 접촉 표면은 압력 단편(30)의 일부이고, 상기 압력 단편(30)은, 제1 스프링 판과 관련하여 반경방향으로 이동하고, 제1 스프링 판의 회전 정지부에 의해서 캐치(32)를 이용하여 동일하게 접촉하는 스프링 단부 내로 도입된 구동력을 수용하며, 상기 힘을 마찰 접촉 표면들의 접촉력을 통해서 허브에 전달한다.

Description

디커플러
본 발명은 보조 유닛 벨트 구동부의 벨트와 보조 유닛 중 하나의 샤프트 사이의 구동 토크 전달을 위한 디커플러에 관한 것으로서:
- 벨트 풀리,
- 샤프트에 고정되는 허브,
- 벨트 풀리 측에서 구동 토크 플로우(drive torque flow)로 배열된 회전 정지부를 갖는 제1 스프링 판,
- 허브 측에서 구동 토크 플로우로 배열된 회전 정지부를 갖는 제2 스프링 판,
- 스프링 단부들을 갖는 비틀림 스프링으로서, 주변 단부 면이 회전 정지부에 대해 지지되고 구동 토크의 힘 성분 즉, 구동력을 비틀림 스프링 내로 도입하여, 프로세스에서 반경방향으로 확대되는, 비틀림 스프링, 및
- 벨트 풀리로부터 구동 토크 플로우로 배열된 제1 마찰 접촉 표면 및 허브로부터 구동 토크 플로우로 배열된 제2 마찰 접촉 표면을 갖는 비틀림 진동 댐퍼를 포함하고,
비틀림 스프링 내로 도입된 구동력에 따라 달라지는 힘으로 마찰 접촉 표면들이 서로 접촉된다.
내연 기관의 크랭크샤프트로부터 보조 유닛의 벨트 구동부 내로 도입되는 비틀림 진동 및 불규칙성은, 알려진 바와 같이, 디커플러에 의해서 보상되며, 상기 디커플러는 격리장치로도 지칭되고 전형적으로 발전기 벨트 풀리로서 설계된다. 진동 보상은 비틀림 스프링에 의해서 제공되고, 상기 비틀림 스프링은, 구동 토크가 전달될 때, 허브에 대한 벨트 풀리의 (탄성적인) 상대적 회전을 가능하게 한다.
이러한 상대적인 회전의 진동을 댐핑시키기 위해서, 비틀림 진동 댐퍼를 갖춘 디커플러가 일반적으로 WO 2016/037283 A1에 공지되어 있고, 그 댐핑 마찰력은 비틀림 스프링에 의해서 전달되는 구동 토크가 커짐에 따라 증가된다. 비틀림 진동 댐퍼는, 허브 상의 벨트 풀리를 회전시키는 평면 베어링 링이 허브 측의 스프링 단부로부터 회전 정지부로 전달되는 구동 토크의 힘 성분을 흡수하도록 하는 방식으로 설계된다. 평면 베어링 링은 이러한 구동력의 방향으로 반경방향으로 이동 가능한 방식으로 허브로 안내되고, 구동력을 그 (허브-측) 마찰 접촉 표면으로부터 벨트 풀리를 갖춘 회전될 수 없는 마찰 접촉 표면까지 마찰 접촉력으로 전달한다.
이러한 점에 착안하여, 본 발명의 목적은 달리 설계된 비틀림 진동 댐퍼를 갖춘, 도입부에서 언급된 유형의 디커플러를 구체화하는 것이다.
그에 대한 해결책은 제1 청구항의 특징으로부터 발생된다. 따라서, 제1 마찰 접촉 표면은, 제1 스프링 판과 관련하여 반경방향으로 이동하고 제1 스프링 판의 회전 정지부에 의해서 캐치(catch)와 접촉되는 스프링 단부 내로 도입된 구동력을 흡수하며 이를 마찰 접촉 표면들의 접촉력을 통해서 허브에 전달하는, 압력 단편의 일부일 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 디커플러의 구동 토크-의존형 비틀림 진동 댐핑은, (인용된 종래 기술의 경우에서와 같이) 제2 스프링 판의 일부 상의 구동력이 아닌, 제1 스프링 판의 일부 상의 구동력을 취하고 이를 서로 상대적으로 회전하는 접촉 파트너에 마찰 접촉력으로서 전달하는, 메커니즘에 의해서 제공된다.
비틀림 진동 댐퍼의 이러한 구조적 배치는, 특히, 전형적으로 제2 스프링 판의 지역 내에 배열되는 허브와 벨트 풀리 사이의 평면 베어링을 변경하지 않을 수 있게 하고, 제1 스프링 판의 지역 내의 본 발명에 따른 부가적인 비틀림 진동 댐핑으로 그 마찰 댐핑을 보충할 수 있게 한다.
본 발명의 추가적인 특징이 이하의 설명 및 도면으로부터 확인되며, 도면에는 내연 기관의 보조 벨트 구동부 내에 배열된 발전기를 위한 본 발명에 따른 디커플러의 예시적인 실시 형태가 도시되어 있다.
도 1은 벨트 풀리 디커플러의 길이방향 단면도이다.
도 2는 디커플러를 갖춘 보조 벨트 구동부의 개략도이다.
도 3은 디커플러의 분해도이다.
도 4는 도 1의 I-I부의 단면도이다.
도 5는 도 1, 도 3 및 도 4에 따른 압력 단편의 개별적인 부분을 보여주는 사시도이다.
도 6은 도 1, 도 3 및 도 4에 따른 제1 스프링 판의 개별적인 부분을 보여주는 사시도이다.
도 1 및 도 3에 구체적으로 도시된 디커플러(1)는 도 2에 개략적으로 도시된 내연 기관의 보조 유닛 벨트 구동부의 발전기(2) 상에 배열된다. 크랭크샤프트의 벨트 풀리(3)에 의해서 구동되는 벨트(4)는 디커플러(1)의 벨트 풀리(5), 공조 압축기의 벨트 풀리(6), 및 편향 벨트 풀리(7)의 주위에서 루프를 형성한다. 벨트(4)는 벨트 텐셔너(belt tensioner)(8)에 의해서 프리텐션화된다(pretensioned).
도 3에 도시된 화살표의 방향으로 회전되는 벨트 풀리(5)는 중공형-원통체이고, 벨트(4)가 주위를 둘러싸는 그 외부 자켓은 벨트(4)의 폴리-V 형상에 따라 윤곽이 형성된다. 벨트 풀리(5)는 허브(9)에 회전 가능하게 장착되고, 허브(9)는 알려진 방식으로 발전기 샤프트에 단단히 나사 체결된다. 벨트 풀리(5)는, 깊은 홈의 볼 베어링(10)에 의해서 반경방향으로 그리고 축방향으로 발전기-측 단부에서 그리고 폴리아미드로 제조된 평면 베어링 링(11)에 의해서 반경방향으로 발전기로부터 원거리인 단부에서, 허브(9) 상에서 지지된다. 디커플러(1)가 발전기(2) 상에 장착된 후에, 보호 캡(12)이 발전기로부터 원거리인 벨트 풀리(5)의 단부 상에 스냅 결합되고(snapped), 상기 보호 캡은 디커플러(1)의 내측부를 분진 및 물 튀김으로부터 보호한다.
디커플러(1)의 기능을 위한 필수적인 구성요소는 비틀림 스프링(13)이고, 상기 비틀림 스프링은, 크랭크샤프트의 비틀림 진동이 상당히 감소된 정도로 발전기 샤프트로만 전달되도록, 벨트(4)의 구동 토크를 벨트 풀리(5)로부터 허브(9)로 디커플링 방식으로 전달한다. 비틀림 스프링(13)과 직렬로 연결된 루프 벨트 커플링(14)은 구동 토크(개방된 루프 벨트 커플링(14)의 내부 항력 토크(drag torque)는 무시한다)가 벨트(4)로부터 발전기 샤프트로만 전달되게 (그리고 프리휠링 기능(freewheeling function)이 없는 본 발명에 따른 디커플러의 대안적인 버전의 경우에서와 같이, 다른 방식으로는 전달되지 않게) 한다. 비틀림 스프링(13) 및 루프형 벨트 커플링(14)의 각각은 디커플러(1)의 회전 축(15)과 동축적으로 연장되고, 루프형 벨트 커플링(14)은 벨트 풀리(5)와 비틀림 스프링(13) 사이에서 반경방향 환형 공간 내에서 연장된다.
우측-권선 루프 벨트 커플링(14) 및 좌측-권선 비틀림 스프링(13) 모두는 완전히 원통형이고, 구동 토크가 전달될 때 루프형 벨트 커플링(14) 및 비틀림 스프링(13)을 반경방향으로 확장시키는 양 측면 상의 레그리스 단부(legless end)를 갖는다. 벨트 풀리(5)의 일부 상에서 구동 토크 플로우로 연장되는 루프 스트랩 단부(16)는, 벨트 풀리(5) 내에 회전 가능하게 고정되고, 본 경우에, 제 위치로 압박되는, 슬리브(18)의 원통형 내부 자켓(17)에 대해 지지된다. 비틀림 스프링(13)으로부터 구동 토크 플로우로 연장되는 루프 스트랩 단부(19)는, 벨트 풀리(5) 내에서 그리고 본 경우에 또한 슬리브(18) 내에서 회전 가능한, 추가적인 슬리브(21)의 원통형 내부 자켓(20)에 대해 지지된다.
루프형 벨트 커플링(14)이 폐쇄될 때, 구동 토크는 반경방향으로 확장된 루프형 벨트 커플링(14)과 슬리브(18, 21) 사이의 정지 마찰에 의해서, 비-회전 가능 방식으로 슬리브(21)에 연결된, 제1 스프링 판에 전달된다. 본 경우에, 제1 스프링 판(22) 및 슬리브(21)는 단일 단편 성형 시트 금속 부분에 의해서 형성된다.
구동 토크가 반전될 때, 루프 벨트 커플링(14)은 그에 고정된 (관성) 발전기 샤프트 및 허브(9)가 벨트 풀리(5)에 대해 추월될(overtaken) 수 있게 한다. 이러한 개방 상태에서, 루프 벨트 커플링(14)은 그 (부하를 받지 않는) 시작 직경으로 수축되고 하나의 또는 양 슬리브(18, 21)를 통해서 미끄러지며, 여기에서 전달 가능 구동 토크는 2개의 미끄러지는 접촉 파트너들 사이의 항력 토크로 감소된다.
비틀림 스프링(13)은, 벨트 풀리(5)의 부분 상에서 구동 토크 플로우로 배열되는 제1 스프링 판(22)과, 허브(9)의 부분 상에서 구동 토크 플로우로 배열되고 여기에서 허브(9)의 일체형 부분을 형성하는 제2 스프링 판(23) 사이에서 축방향 프리텐션을 가지고 클램핑된다. 각각의 스프링 판(22, 23)은 회전 정지부(25)를 가지고 (도 4에 도시된 바와 같이) 구동 토크(M)의 힘 성분 즉, 구동력(F)을 비틀림 스프링(13) 내로 도입하여 프로세스에서 반경방향으로 확장하며, 스프링 단부(27)의 주변 단부 면(26)이 상기 회전 정지부(25)에 대해 배치된다.
본 발명에 따라, 디커플러(1)는 비틀림 진동 댐퍼를 구비하고, 상기 비틀림 진동 댐퍼는 쿨롱 마찰(Coulomb friction)에 의해서 허브(9)에 대한 벨트 풀리(5)의 상대적인 비틀림 진동을 댐핑하고 이에 대해서는 도 4 내지 도 6을 참조하여 이하에서 설명한다. 비틀림 진동 댐퍼는, 벨트 풀리(5)로부터 구동 토크 플로우로 배열된 제1 마찰 접촉 표면(28) 및 허브(9)로부터 구동 토크 플로우로 배열된 제2 마찰 접촉 표면(29)을 갖는다. 서로 상대적으로 회전되는 마찰 접촉 표면들(28, 29) 사이의 마찰 그리고 결과적으로 비틀림 진동 댐퍼의 댐핑 레벨은 비틀림 스프링(13) 내로 도입되는 구동력(F)에 따라 달라지고, 본 경우에, 그에 실질적으로 비례하고 결과적으로 디커플러(1)의 전달된 구동 토크(M)에 비례한다.
비틀림 진동 댐퍼의 구조적으로 필수적인 구성요소는, 제1 스프링 판(22)의 후방 측에 배열되고 제1 스프링 판(22)에 대해서 회전 가능하지 않은 그러나 구동력(F)의 방향으로 반경방향으로 이동될 수 있는, 압력 단편(30)이다. 본 경우에, 압력 단편(30)은 축방향 베어링 디스크로서 설계되고, 상기 축방향 베어링 디스크는 비틀림 스프링(13)의 축방향 프리텐셔닝 힘을 제1 스프링 판(22)으로부터 깊은 홈의 볼 베어링(10)의 내부 링으로 전달한다. 제1 마찰 접촉 표면(28)은 압력 단편(30)의 일부이고, 제2 마찰 접촉 표면(29)은, 압력 단편(30)을 갖는 제1 스프링 판(22)에 대해서 회전되는 허브(9)의 외부 자켓 표면(31)에 의해서 형성된다. 압력 단편(30)은, 제1 스프링 판(22)의 회전 정지부(25)에 의해서, 캐치(32)와 접촉되는 스프링 단부(27) 내로 도입된 구동력(F)을 흡수하고, 상기 구동력(F)을 마찰 접촉 표면들(28, 29)의 상호 접촉력(F)으로서 허브(9)에 전달한다. 접촉력(F)에 상응하는 마찰력(FR)은 진동 댐핑이 구동력(F) 및 구동 토크(M)에 비례하도록 한다.
제1 마찰 접촉 표면(28) 및 캐치(32)는 돌출부(33) 상에 형성되거나 축방향 베어링 디스크 상에서 돌출부(34)에 의해서 형성되고, 상기 돌출부(33, 34)는 함몰부(35 및 36)와 결합하여 제1 스프링 판(22)에 대한 비틀림되지 않는 특성(torsional rigidity) 및 반경방향 이동성(radial mobility)을 생성한다. 돌출부(33, 34) 및 함몰부(35, 36)의 각각은 환형 통로 형상을 가지며, 여기에서 제1 스프링 판(22)의 회전 정지부(25)는 돌출부(33, 34)의 환형 단편 중심들로부터 90°로 이격된다.
압력 단편(30)은 금속 보강부(37)를 갖는 PEEK 또는 PA46로 제조된 플라스틱 부품이고, 여기에서 제1 마찰 접촉 표면(28), 및 스프링 단부(27)와 접촉되는 캐치(32)의 스프링 수용부(38)가 PEEK 또는 PA46로 제조된다.

Claims (8)

  1. 보조 유닛 벨트 구동부의 벨트(4)와 보조 유닛 중 하나의 샤프트 사이의 구동 토크 전달을 위한 디커플러(1)로서:
    - 벨트 풀리(5),
    - 상기 샤프트에 고정되는 허브(9),
    - 벨트 풀리(5) 측에서 구동 토크 플로우로 배열된 회전 정지부(25)를 갖는 제1 스프링 판(22),
    - 상기 허브(9) 측에서 구동 토크 플로우로 배열된 회전 정지부(25)를 갖는 제2 스프링 판(23),
    - 스프링 단부들(27)을 갖는 비틀림 스프링(13)으로서, 그 주변 단부 면(26)이 상기 회전 정지부(25) 상에 놓이고 구동 토크(M)의 힘 성분을 상기 반경방향 확장 비틀림 스프링(13) 내로 도입하는, 비틀림 스프링(13), 및
    - 상기 벨트 풀리(5) 측에 구동 토크 플로우로 배열된 제1 마찰 접촉 표면(28) 및 상기 허브(9) 측에 구동 토크 플로우로 배열된 제2 마찰 접촉 표면(29)을 갖는 비틀림 진동 댐퍼를 포함하고,
    상기 마찰 접촉 표면들(28, 29)이 상기 비틀림 스프링(13) 내로 도입된 구동력(F)에 따른 힘으로 접촉되며,상기 제1 마찰 접촉 표면(28)이 압력 단편(30)의 일부이고, 상기 압력 단편(30)은 제1 스프링 판(22)과 관련하여 반경방향으로 이동되고, 상기 제1 스프링 판(22)의 회전 정지부(25)에 의해서 캐치(32)를 이용하여 동일하게 접촉하는 스프링 단부(27) 내로 도입된 구동력(F)을 수용하고, 상기 구동력을 마찰 접촉 표면들(28, 29)의 접촉력을 통해서 상기 허브(9)에 전달하는 것을 특징으로 하는 디커플러(1).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비틀림 스프링(13)이 상기 스프링 판들(22, 23) 사이의 축방향 예비 하중(preload)으로 프리텐셔닝되되, 상기 압력 단편(30)은, 상기 비틀림 스프링(13)의 축방향 프리텐셔닝 힘을 상기 제1 스프링 판(22)으로부터, 상기 벨트 풀리(5)를 상기 허브(9) 상에서 지지하는 깊은 홈의 볼 베어링(10)의 내부 링으로 전달하는 축방향 베어링 디스크로서 설계되는 것을 특징으로 하는 디커플러(1).
  3. 제2항에 있어서,
    상기 캐치(32) 및 상기 제1 마찰 접촉 표면(28)이 상기 축방향 베어링 디스크 상의 돌출부(33, 34)에 의해서 형성되고, 상기 돌출부(33, 34)는 상기 제1 스프링 판(22) 내의 함몰부(35, 36) 내에 결합되는 것을 특징으로 하는 디커플러(1).
  4. 제3항에 있어서,
    상기 돌출부(33, 34) 및 상기 함몰부(35, 36)의 각각이 환형 통로의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 디커플러(1).
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 스프링 판(22)의 회전 정지부(25)가 상기 돌출부(33, 34)의 각각의 환형 단편 중심으로부터 90°만큼 이격되는 것을 특징으로 하는 디커플러(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 단편(30)은 금속 보강부(37)를 갖는 플라스틱 부품이고, 상기 제1 스프링 판(22)의 회전 정지부(25) 상에 놓이는 스프링 단부(27)와 접촉되는, 상기 제1 마찰 접촉 표면(28) 및 상기 캐치(32)의 스프링 수용부(38)가 플라스틱으로 제조되는 것을 특징으로 하는 디커플러(1).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    루프 벨트 커플링(14)이, 폐쇄될 때, 구동 토크(M)를 상기 벨트 풀리(5)로부터 상기 제1 스프링 판(22)에 전달하는 상기 비틀림 스프링(13)에 직렬로 연결되고, 상기 루프 벨트 커플링(14)은, 상기 제1 스프링 판(22)의 회전에 대해 고정되는 슬리브(21)의 내부 측방향 표면(20)에 대해 지지되는 것을 특징으로 하는 디커플러(1).
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 스프링 판(22) 및 상기 슬리브(21)는 단일-단편 성형 시트 금속 부분에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 디커플러(1).
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