KR20230027259A - 전기적으로 작동 가능한 자동차 디스크 브레이크의 개선된 밀봉 시스템을 위한 엘라스토머 밀봉 링 - Google Patents

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토마스 헤쓰
디터 퓔러
플로리안 자우어
빌리 베르너 차이크
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콘티넨탈 오토모티브 테크놀로지스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 자동차 전기 디스크 브레이크를 위한 엘라스토머 밀봉 링(1) 또는 밀봉 시스템(2)에 관한 것으로서, 엘라스토머 밀봉 링(1)을 포함하는 방식으로 밀봉 리셉터클(9) 내에 장착되고 다면 인터페이스를 갖는, 밀봉 시스템(2)이 브레이크 하우징(3) 내의 작동기(4)에 배치되며, 작동기는 하우징 격실 내에서 상대적으로 이동 가능하도록 장착되고, 엘라스토머 밀봉 링(1)은 작동기(4)와 동심이며 공동(7)과 측방향으로 나란하고, 브레이크 하우징(3)과 작동기(4) 사이의 적어도 하나 이상의 밀봉 갭(들)을 차단한다. 본 발명에 의해 해결되는 문제는, 진보적인 방식으로 전개되어 전기적으로 작동 가능한 자동차 디스크 브레이크를 위해 지정되고 적합한, 유연하고 다기능적이며 저비용이고 내구성이 있는 엘라스토머 밀봉 링(1)/밀봉 시스템(2)을 달성하는 것이다. 문제를 해결하기 위해, 본 발명은, 부분적으로 대칭적인 엘라스토머 밀봉 링 단면을 갖고, 인터페이스와 협력하여, 한정된 방식으로 적응된 갭 밀봉부가 다수의 면 상에 제공되는, 새로운 유형의 엘라스토머 밀봉 링(1)을 한정한다.

Description

전기적으로 작동 가능한 자동차 디스크 브레이크의 개선된 밀봉 시스템을 위한 엘라스토머 밀봉 링
본 발명은 작동 기구를 사용하는 작동기(actuator)에 의해 작동 가능한 전기 자동차 디스크 브레이크(disk brake)를 위한 엘라스토머 밀봉 링(elastomer sealing ring)(1) 및 밀봉 시스템(2)에 관한 것이다. 피스톤 지지체를 통해 전적으로 기계적으로 작동되는 자동차 디스크 브레이크와 대조적으로, 바람직하게는 스러스트 부분(thrust piece)(22) 등의 형태의 작동 기구의 회전 및/또는 병진 운동 방식으로 이에 대하여 이동 가능한 작동 요소(4)는, 보어 격실(bore compartment) 내의(즉, 브레이크 하우징의 내부의) 전기 자동차 디스크 브레이크에 작동력을 전달하는 목적을 위해, 보어에 대하여 실질적으로 동축으로 장착되며, 다각적으로 적응된 인터페이스(브레이크 하우징(3)의 방향으로의 적어도 하나의 밀봉 갭, 및 스핀들(5)의 방향으로의 적어도 하나의 밀봉 갭)를 갖고, 엘라스토머 밀봉 링(1)을 포함하는, 밀봉 시스템(2)이 작동 기구에 배치된다. 엘라스토머 링 밀봉부는, 브레이크 하우징(3)과 작동기 사이에 갭 밀봉부가 야기되도록 하는 방식으로, 스핀들 부싱(spindle bushing)(8)의 영역에서 공동(cavity)(7)과 측방향으로 나란히 그리고 작동 요소(4)에 대하여 동심으로 끼워 맞춰진다. 격실 내의 공동(7)은 선택적으로 자동차 브레이크의 (유압식) 챔버일 수 있으며, 축방향으로 변위 가능한 스러스트 부분(22)에 의해, 예를 들어, 특히 바람직하게는, 유압식 브레이크 피스톤 등에 의해, 챔버가 한정된다.
DE 197 32 168 C1은 전기 고정 장치(electric fixing device)와 전기적으로 그리고 기계적으로(즉, 유압식으로) 조합하여 작동될 수 있는 자동차 디스크 브레이크에 관한 것으로서, 브레이크 하우징 내의 유압식 챔버의 중앙에 회전축을 갖는 작동기의 회전식으로 구동되는 나사형 스핀들(threaded spindle)은, 하우징 베이스의 베어링에 의해 이에 대하여 축방향으로 비-변위 가능하고(nondisplaceable), 고정되며, 지지되고, 회전 가능하도록 제공되며, red->trans 변환 작동에 의한 작동력으로 디스크 브레이크 패드 상에 작용하기 위해, 유압식 챔버 내에서 축방향으로 변위 가능하게 그리고 결합 회전을 위해 배치된 나사형 너트(threaded nut)와 나사 결합된다. 스핀들은 스핀들 부싱 보어에 의해 하우징 베이스를 통과한다(즉, 유압식 챔버로부터 측방향으로 벗어난다). 스핀들 부싱 내의 갭을 밀봉하는 목적을 위해, 베어링 후면에 바로 인접한 하우징 베이스에 홈이 형성되며, 유압식 챔버의 기밀성을 보장하는 샤프트 밀봉부가 홈에 위치된다.
브레이크 하우징 내에 정적으로 고정되게 끼워 맞춰진 밀봉 링을 갖는 해당 유형의 동적으로 내부적으로 밀봉하는 로드(rod) 밀봉 시스템은, 모든 복합적 제동 작동 효과의 영향 하에서, 내구성 있게 그리고 완전히 신뢰 가능하고 안전하게 기능해야 한다(즉, 탄성적으로 가역적으로 보정되고 준-밀폐된(quasi-hermetic) 방식으로, 적어도 하나의 밀봉 조인트(joint)를 밀봉해야 한다). 이는 모든 구성 요소 및 시스템이 차량에 조립된 후에 그리고 차량의 작동 동안에, 시스템의 초기 기밀성에 모두 적용된다. 이러한 복합적 응력에서, 다음과 같은 것이 특히 문제가 된다: 응력 스펙트럼의 외부 시스템 효과(예를 들어, 풍화, 부식, 주변적 효과), 및/또는 브레이크 응력 스펙트럼의 내부 시스템 효과(예를 들어, 밀봉될 (유압식) 시스템 압력과의 압축의 부가적 중첩, 마찰 공학적 시스템 조건, 탄성 재료 특성, 갭 압출, 탄성 구성 요소 변형(예를 들어, 굽힘/버클링(buckling)) 및/또는 구성 요소 오정렬, 예를 들어 노화, (부분적으로 경사진) 마모 및 파열, 공차, 정적, 동적 및 유압식으로 중첩된 압축 응력, 및 해당 작동 온도 윈도우).
주어진 맥락에서, 본 발명의 목적은, 최신 자동차 적용예와 협력할 뿐만 아니라, 최신 전자식 브레이크 시스템 및/또는 브레이크 기능과 협력하여, 엘라스토머 밀봉부에서의 과응력(overstressing), 연마 손상, 치핑(chipping), 커팅, 갭 압출, 또는 유사한 고장 현상으로 인해 유발되는 피로의 우려 없이, 특히 유연하고, 적응 가능하며, 내구성이 있는 것으로 입증된, 전기적으로 작동 가능한 자동차 디스크 브레이크의 스핀들 드라이브를 위해 다기능적으로 추가로 전개되어 개선되도록 구성되는, 밀봉 시스템을 제시하는 것이다.
이에 기초하여, 밀봉 기능을 보장하기 위해, 주어진 공칭 직경(Dn)을 갖고, 부분적으로 대칭적인 엘라스토머 밀봉 링 단면(이완된 변형되지 않은 기본 상태에 항상 기초함)을 갖는, 엘라스토머 밀봉 링(1)이 본 발명에 따라 처음으로 제시된다.
이 경우, 엘라스토머 밀봉 링 단면은, 작동 축/마찰 라이닝 변위 축(s)에 대하여 반경 방향으로 지향되는 제1 기준 축(M1)에 대하여 대체로 대칭적으로 배치된다. 대조적으로, 엘라스토머 밀봉 링(1)은, 축방향으로 지향되는 제2 기준 축(M2)(축방향 축 = 작동 축(S)에 평행함)에 대하여 비대칭적으로 제조된다. 2개의 기준 축(M1, M2)은 (단면의 중심에서, 즉 실질적으로 중심으로, 즉 실질적으로 엘라스토머 밀봉 링 단면의 바로 중심에서) 서로 직교로 수직이고 교차하며, 기본적으로, 형상 세부 사항(shaping details)은 응력이 없음을 나타내고, 즉, 주위 대기에서 엘라스토머 밀봉 링(1)의 새로운, 제한되지 않는, 변형되지 않는 초기 상태(즉, 엘라스토머 밀봉 링(1)이 유압(phyd)을 받지 않고, 엘라스토머 밀봉 링(1)이 밀봉 리셉터클(seal receptacle)(9)/다각적 시스템에 체결되지 않음)를 나타낸다. 따라서, 매우 일반적으로, 엘라스토머 밀봉 링(1)의 외측 윤곽은, 이의 관련 밀봉 리셉터클(9)과 일치한다.
본 발명에 따른 이의 특정 구조 및 형상으로 인한 이의 전체 체적에 걸친 탄성의 실질적으로 균일한 분포와 함께, 그리고 점진적인(graduated) 밀봉 리셉터클(9)(즉, 작용 위치에 배치됨)과 함께, 엘라스토머 밀봉 링(1)은, 가능하게는 맥동 압력 응력과 조합하여, 상대적 변위 및/또는 압력 및/또는 압축 및/또는 내부 유압 하에서 작동 동안 불필요하게 큰 굽힘 또는 변형 작용이 필요하지 않으면서, 이의 밀봉 구역의 영역에서 특히 경제적이고 바람직한(즉, 점진적으로 상이하고 그럼에도 불구하고 안정된) 탄성 압력 및 인터페이스 특성을 가능하게 한다. 본 발명의 장점은, 엘라스토머 밀봉 링(1)이 실질적으로 굽힘 작용을 필요로 하지 않는/가능하게 하지 않는 밀봉 리셉터클(9) 내의 이의 실질적으로 일치하는 수용에 의해, 니블링(nibbling) 또는 유사한 효과로부터 손상이 방지될 수 있음을 인식했다는 점이다.
본 발명에 따라 설계된 각각의 엘라스토머 밀봉 링(1)은, 이의 새로운 특수한 형상의 결과로서, 또는 이의 해당 점진적인 밀봉 리셉터클(9) 내로의 이의 실질적으로 일치하는 끼워 맞춤의 결과로서, 한정된 제한적인 엘라스토머 침입(감소된 탄성 작용량)이 가능하게 되기 때문에, 본 목적은 본 발명에 따른 특징에 기초하여 의외로 간단하고 또한 효과적으로 달성된다. 본 발명의 매우 바람직한 보너스 효과는, 상기 디스크 브레이크의 내부 탄성이 크게 감소되기 때문에, 상응하게 보강된 방식으로 제공되는 디스크 브레이크가 심지어 특히 스포티한(즉, 안정적인) 브레이크 작동 피드백을 차량 운전자에게 제공하기 위해 적합하다는 점이다.
일 개선예에서, 반경 방향으로 압축된 엘라스토머 밀봉 링(1)의 원통형으로 원주 방향의 반경 방향으로 외측 주변부는(즉, 반경 방향으로 외부에서), 밀봉 리셉터클(9)이 또한 이러한 정도까지 실질적으로 충전되면서, 이의 밀봉 리셉터클의 원통형 벽에서 특히 안정적인 고정된 베어링/배치를 가질 수 있도록 제공된다. 이러한 이점은 관련 종래기술에서 전혀 선례가 없다. 본 발명의 추가적인 개선예에서, 본 발명에 따라 설계된 엘라스토머 밀봉 링(1)은, 이의 밀봉 리셉터클(9)의 홈 베이스의 관련 최대 직경(Dhmax)보다 더 큰, 이완된 상태로 측정된 엘라스토머 밀봉 링 외경에 의해, 이의 밀봉 리셉터클(9)의 최대 홈 베이스 직경(Dhmax) 내로 미리 결정된 탄성 반경 방향 프리스트레스(prestress)(압축)로 외측 원주(헤드 섹터(head sector)(10)) 상에 압착되도록 제공된다. 이에 따라, 특히 안정적이고 내구성 있는 평탄한 지지(즉, 엘라스토머 밀봉 링(1)이 분리될 위험 없이, 실질적으로 정적으로 응력을 받는 갭 밀봉 인터페이스의 영역에서 최소화된 표면 압력을 갖는 매우 견고한 엘라스토머 밀봉 링 배치)를 가능하게 한다. 이의 주어진 형상을 갖는 엘라스토머 밀봉 링(1)은 (응력을 받지 않는 설치 상태에서) 헤드 섹터(10)에 위치된 후에 이러한 섹터 내의 밀봉 리셉터클을 실질적으로 완전히 충전하기 때문에, 가속 브레이크 통기 특성도 명확하게 지원된다.
추가적으로 더 개선된 엘라스토머 밀봉 링(1)의 추가적인 개선예에서, 후자(예를 들어, 대체로 이의 언로딩된 변형되지 않은 상태에서)는, 밀봉부 수용 베이스(23)와 꼭 맞게 그리고 평탄하게(즉, 평탄한 후방 방식으로) 측방향으로 후방으로(하우징 지지체 측의(즉, 스핀들 부싱(8)의 스핀들 베어링(21)과 나란한) 후방 섹터(14)) 적용된다. 결과적으로, 밀봉 리셉터클(9)은 이러한 후방 섹터(14) 내에 매우 실질적으로 완전히 충전된다. 여기서도, 이로 인해, 작동 응력 하에서 상응하게 감소된 엘라스토머 작용량을 갖는 섹터를 야기한다. 즉, 밀봉 리셉터클(9)은 어느 경우이든 끼워 맞춰진 엘라스토머 밀봉 링(1)의 후방 섹터 측의 엘라스토머 밀봉 링의 체적에 의해 실질적으로 완전히 충전되기 때문에, 유압(phyd)에 따른 밀봉 링(1)의 항복(yielding) 및 변형 양도 이러한 정도까지 제한된다. 이에 따라, 개선된 엘라스토머 밀봉 링(1)은, 개선된 방식으로(즉, 손상되지 않으면서) 고압 과부하를 견딜 수 있다. 따라서, 맥동 압력 응력의 결과로서 유발되는 니블링 손상은 영구적으로 제거되거나, 적어도 크게 감소되며, 결과적으로, 밀봉 시스템(2)은 특히 내구성 있고 견고한 방식으로 작동된다. 따라서, 추가로 전개된 설계는, 기계적 작동기를 통한 전적으로 기계적 작동에 추가적으로 또는 보완적으로, 공동(7)/압력 챔버 내의 유압 고압의 결과로서, 중첩된 유압 내부 압력 응력을 받을 수도 있는 작동기의 사용을 위해 특히 매우 권장된다.
본 발명의 또 다른 구조적 개선예에서, 엘라스토머 밀봉 링(1)의 헤드 섹터/헤드 섹터(10)와 정반대로, 풋 섹터(foot sector)(12)는, 미세 선명도로, 및/또는 특정 동심도(concentricity)로, 및/또는 특별히 한정되고 오프셋된 방식으로 구조화된 표면 거칠기의 방향으로 동적으로 응력을 받는 밀봉 갭을 밀봉하기 위해 미세 기계 가공된다. 이 경우, 상대적으로 이동 가능한 스핀들(5) 상의 밀봉 베어링 표면은 바람직하게는 원통형이다. 결과적으로, 상대적으로 이동 가능한 스핀들(5)은, 특히 축방향으로 고정되지만 상대적으로 회전 가능한 방식으로(도면에서 "red"에 따른 가역적 회전 방향 참조) 브레이크 하우징(3) 내에 장착되기 때문에, 동적으로 응력을 받는 밀봉 인터페이스는, (즉, 반경 방향으로 내부에서) 엘라스토머 밀봉 링(1)의 풋 섹터(12)를 야기한다. 엘라스토머 밀봉 링(1)의 풋 섹터(12)는, 갭 밀봉을 추가로 전개하기 위한 목적으로, 상기 밀봉 베어링 표면에 대하여 대체로 만곡되며(즉, 구형 형상으로 또는 원형 아치형 방식으로), 그 결과로서, 결과적으로 특정 정도까지 평면도에서의 엘라스토머 밀봉 링 단면의 내측 원주는, "D자 형상의" 방식으로("돌출부(hump)") 반경 방향으로 내향하게 만곡된 것으로 표현될 수 있는 단면을 갖는다. 그 결과는, 풋 섹터(12) 내의 엘라스토머 밀봉 링(1)의 추가로 전개되고 한정되며 변형된 방식으로 적응된 접촉 압력/표면 압력이다. 이는 엘라스토머 밀봉 링(1) 내의 준균일한 및/또는 준유압 분포에서, 헤드 섹터(10)의 밀봉 갭 내의 이에 따라 달성된 표면 압력이 풋 섹터(12) 내에서 달성된 표면 압력에 비하여 적어도 점진적으로 감소되기 때문이다. 즉, 엘라스토머 밀봉 링(1) 상의 표면 압력은, 반경 방향으로 외부에서보다 반경 방향으로 내부에서 훨씬 더 높다. 아크/만곡부(13)의 정점(v)은, 반경 방향으로 지향된 기준 축(M2)과 교차한다. 밀봉 리셉터클(9)과 작동 요소/스핀들(5) 사이의 정점(v)의 측면에 측방향으로, 2개의 간극(18, 19)이 있으며, 이의 저장소/체적은, 내부 압력(phyd)에서의 엘라스토머 변형/압력의 결과로서 엘라스토머 밀봉 링(1)에 의해 탄성적으로 그리고 가역적으로 충전될 수 있다. 만곡부/아크(13)는 대체로 원하는 대로, 특히 예를 들어 원 반경의 섹터의 형태일 수 있으며, 다른 유형의 기하학적 아크 또는 만곡부 형상이 가능하다. 집중된 정점을 갖는 엘라스토머 밀봉 링(1)의 풋 섹터(12) 내의 스핀들(5)에 대하여 예를 들어 볼록하게 안내되는 만곡부(13)는, 집중된 집중적인 지지를 유발하며, 상대적으로 많은 양의 안정화된 간극을 가능하게 하고, 이에 따라 높은 압력 응력 하에서 탄성 엘라스토머 밀봉 링 변형을 가능하게 한다. 수반되는 바람직한 효과는, 만곡된 D자 형상의 프로파일의 엘라스토머 밀봉 링과 스핀들(5)의 원통형 밀봉 베어링 표면(24) 사이의 이러한 밀봉 갭이 기준 축(M1)에 대하여 측방향으로 위치된 2개의 챔버를 형성한다는 점으로서, 스핀들 드라이브의 원치 않은 억제(원치 않은 마찰로 인한 효율의 저하) 또는 항력을 감소시킴으로써, 작동기의 효율이 개선되는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시형태의 추가적인 개선예에서, 각각의 엘라스토머 밀봉 링(1)은, 적어도 이완된 상태에서 거리를 두고 서로 평행하게 배치되어 풋 섹터(12)를 헤드 섹터(10)에 각각 연결하는, 2개의 플랭크(flank)/벽면(16, 17)을 갖는다. 실질적으로 평탄하고 평활한 플랭크/벽면, 또는 실질적으로 평활한(즉, 평탄한) 헤드 섹터는, 대향하는 밀봉 리셉터클 상의 완전한 플러시 조인트(flush joint)/지지를 야기한다.
엘라스토머 밀봉 링(1)을 밀봉 리셉터클(9) 내에 압착하기 위한 하나 이상의 설치 보조 기구(25)가 가능하다. 설치 보조 기구(25)는, 엘라스토머 밀봉 링(1) 상에 및/또는 밀봉 리셉터클(9)의 영역에 및/또는 스핀들(5) 상에 존재할 수 있다. 임의의 조합도 가능하다. 따라서, 밀봉 링 측의 설치 보조 기구(25)로서, 본 발명은 또한 헤드 섹터, 벽, 및 풋 섹터 간의 프로파일 전이부에서의 급격한 코너 또는 에지가 없지만, 오히려 반경(r) 및 이에 따른 프로파일 전이부가 한정된 반경(r)으로 둥글어지도록 권장한다. 브레이크 하우징 측의 설치 보조 기구(25)로서, 하나 이상의 삽입 경사면(bevel), 및/또는 아치형 또는 원형 둥근 코너를 갖는 둥근 코너가 가능하다. 여기서, 둥근 코너는 반경 돌출부로서 또는 필릿(fillet)으로서 설계될 수 있다.
단면이 기본적으로 "D자 형상의" 구조를 갖는 엘라스토머 밀봉 링이 있는 것이 가능하다.
이러한 맥락에서, 본 발명에 따라 제조된 자동차 디스크 브레이크는, 대체로 유압식으로 및/또는 전기 기계적으로 작동 가능하도록 설계될 수 있다. 작동기 시스템은, 볼 충전물(ball filling)이 있거나 없이 구성될 수 있는, 예를 들어, 스핀들-너트 스크루 드라이브(spindle-nut screw drive)와 같은, red-to-trans 변환기를 포함하는 적어도 하나의 변속기를 포함할 수 있다. 유압이 없는 바이-와이어(by-wire) 브레이크로서 구성하는 것이 완전히 불가능한 것은 아니다.
본 발명에 따른 개선된 밀봉 시스템은, 브레이크 하우징의 하우징의 내부와 작동기 시스템 사이의 스핀들 부싱을 밀봉하며, 브레이크 캘리퍼(brake caliper)의 정압 및 유압 뿐만 아니라, 브레이크 캘리퍼가 적용 동안 확대되는 결과로서 스핀들의 설계 관련 경사 위치, (전기 브레이크의 체결 및 해제 프로세스 동안) 고정식 및 회전식 스핀들의 모든 외부 영향을 견뎌야 한다.
본 발명은 첨부된 도면에 기초하여 보다 상세히 설명될 것이며, 상세하게는 첨부된 도면으로서:
도 1은 본 발명에 따라, 작동기의 부분, red-to-trans 변환기를 구비한 플로팅(floating) 캘리퍼 유형의 브레이크 캘리퍼를 단면도로 그리고 축척도로 도시한다;
도 2는 도 1에 따른 축방향 베어링 유닛 및 스러스트 부분(유압식 브레이크 피스톤)을 포함하는 red-to-trans 변속기, 밀봉 인터페이스를 갖는 확대도 발췌부를 도시한다;
도 3은 본 발명에 따른 엘라스토머 밀봉 링의 일부를 배척도로 반단면도로 도시한다;
도 4는 주변 내장 부분(지지 링 -> 갭 압출을 방지, 스핀들 베어링)을 포함하는 도 3에서와 같은 엘라스토머 밀봉 링을 도시하지만, 밀봉 링이 브레이크 하우징에 수용되기 전의 조립전 위치로 도시한다;
도 5는 이의 장착된 위치의 도 3에서와 같은 엘라스토머 밀봉 링의 세부 사항(E)(삽입된 D자 형상의 엘라스토머 밀봉 링을 갖는 설치 공간 - 밀봉 갭의 영역에 충전되지 않은 "간극"이 거의 없음)을 도시한다;
도 6은 유압 내부 압력 응력 하에서만 도 5에서와 같은 세부 사항(E)을 도시한다;
도 7은 본 발명에 따른 엘라스토머 밀봉 링의 사용을 통한 유압 적용의 결과로서, 주변에 인접한 구성 요소(지지 링, 반경 방향 베어링)로의 넓은 영역에 걸쳐서 바람직하게 분포된(즉, 광범위하게 분포된) 작용력 플럭스(force flux)의 세부 사항(E)을 개략적으로 도시한다;
도 8은 밀봉 갭 명확화(S)를 통한 설치 공간의 개략도를 배척도로 단면도로 개략적으로 도시한다; 그리고
도 9는 서로 경사진 기울어진 루프(pitched roof) 표면(26, 27) 및 반경(r)을 갖는 경사면을 명확히 하기 위한 목적으로 본 발명에 따른 일 실시형태의 엘라스토머 밀봉 링(1)의 크게 확대된 본래 헤드 섹터(10)를 도시한다.
휨(bow) 또는 스크루 클램프의 형태로 개방되도록 설계된 자동차 디스크 브레이크(28)의 브레이크 (캘리퍼) 하우징(3)에서, 작동기의 작동 수단(스핀들(5))의 장착, 배치 및 통과를 위해, 매우 실질적으로 축방향으로 지향된 (관통) 보어(6)가 사용되며, 작동 수단은, 특히 나사형 너트, 스러스트 부분, 및/또는 유압식 브레이크 피스톤을 통해, red-to-trans 모션 변환(motion conversion)을 사용하여, 도시되지 않은 디스크 브레이크 패드를 브레이크 로터와 접촉되게 압착하기 위해 적합하고 의도된다.
본 발명에 따라, 원형으로 밀폐된 원주 방향 엘라스토머 밀봉 링(1)과 관련하여, 소위 "로드 밀봉부(rod seal)"가 밀봉 리셉터클(9) 내에서 반경 방향으로 하우징의 외부에 정적으로 수용된다. 밀봉 리셉터클(9)/스핀들 부싱(8)은, 브레이크 캘리퍼 하우징(3) 내의 (관통) 보어(6)의 일부로서, 오프셋 계단형 프로파일(코너 반경, 즉 둥근 코너, 파쇄된 에지 및/또는 챔퍼(chamfer)가 가능함)을 구비한다. 본 발명에 따른 엘라스토머 밀봉 링(1)은, 한정된(주로 반경 방향으로 지향된) 압력(클램핑)의 결과로서, 밀봉 리셉터클(9)에 제공된 설치 공간을 충전한다. 설치 공간은 브레이크 하우징(3) 내에 반경 방향 홈으로서 존재할 수 있으며, 반경 방향 홈은, 보어(6)를 향해 반경 방향으로 내향하는 방향으로 개방된다. 설치 공간(반경 방향 홈)은 주어진 인접한 구성 요소에 의해 한정된다. 탄성적으로 충전될 인터페이스는, 주변부, 즉 반경 방향 홈의 외경(Dhmax), 스핀들 직경(Dn), 지지 링, 반경 방향 베어링 및/또는 브레이크 캘리퍼 하우징(3), 및 밀봉 조인트 사이에 인접하게 위치될 수 있다. 즉, 모든 하중 케이스 및 공차 위치에 대한 (조인트) 갭 크기(S)는, 본 발명에 따른 엘라스토머 밀봉 링(1)의 탄성 압력에 의해 매우 실질적으로 완전히 커버/차단/충전된다.
알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 엘라스토머 밀봉 링(1)은, 적어도 몇 가지 예외를 제외하고는, 남아 있는 "간극"(18, 19)을 매우 실질적으로 제거한다. 엘라스토머 밀봉 링(1)은, 이의 주어진 형상 및 이의 위치 설정에 따라, 주변부/밀봉 리셉터클(9)을 임의의 언더컷(undercut) 없이 실질적으로 완전히 충전하기 때문에, 바람직하게는 가속 브레이크 통기 특성이 달성된다.
바람직하게는 D자 형상으로 만곡된 엘라스토머 밀봉 링(1)의 윤곽으로 인해, 설치 공간 내의 남아 있는 간극(18, 19)은 즉시 최소로 감소된다. 이에 따라, 큰 손상(예를 들어, 밀봉 링 재료의 인열, 파열 또는 브레이크 아웃(breaking out), 니블링 등)을 방지할 수 있다. 이 경우, D-만곡부(13)는 원하는 대로 매우 기본적으로 볼록형 및/또는 오목형일 수 있다. 대안으로서 및/또는 추가적으로, 임의의 3차원 곡선, 또는 함께 결합되는 점진적으로 상이한 치수의 만곡부 윤곽의 복수의 기하학적(곡선형 및/또는 직선형) 부분으로 구성되는 만곡부(13)를 제공하는 것이 가능하다. 제조 기술의 측면에서, 임의의 수의 섹터(1 내지 n개의 상이한 섹터)로 구별될 수 있고, 필요할 경우, 산재된 직선형 섹션과 같은 다른 구성 요소를 또한 가질 수 있는, 조립된 원호 만곡부의 형태의 구성이 바람직한 것으로 보이며, 대안적으로, 다른 상이한 곡선형 기하학적 아크 또는 만곡부 형상도 본 발명을 벗어나지 않고 안출 가능하다. 도면에 도시된 바와 같이, 엘라스토머 밀봉 링(1)의 풋 섹터(12)에서, 단순히 볼록한 아치형 형태로 후방으로 안내되는 만곡부(13)는, 상응하게 집중된 엘라스토머 압력 하에서, (이의 중심 정점(v)에서) 어느 정도까지 중앙 집중된 바람직한 지지를 야기하며, 측방향으로 비교적 큰 간극(18, 19)을 가능하게 하고, 이에 따라, 중첩된 고압 응력(phyd) 하에서 탄성 엘라스토머 밀봉 링 변형의 목적을 위한 수용 공간을 가능하게 한다. 바람직하게는 반경 방향으로 내향하게 볼록하게 만곡된 이러한 엘라스토머 밀봉 링 프로파일링을 통해, 저장소의 형성은 측방향 간극(18, 19)의 영역에서 보조되는 경향이 있으며, 이는 예를 들어, 브레이크 액으로 충전된 저장소 챔버의 형태로 존재할 수 있고, 이이 따라, 바람직하지 않은 항력 효과 및/또는 바람직하지 않은 잔류 제동 토크를 제거하도록 돕는다.
본 발명은 통상적인 엘라스토머 밀봉부와 관련하여 발생할 수 있는 과응력, 밀봉 링 압출 또는 "니블링"으로 인한 손상(이는 예를 들어, 단순한 원래의 O-링 형상으로부터 시작되는 후자가 유압식으로 중첩된 압축 응력과 함께 과도한 압력 및/또는 과응력을 받아야 하기 때문임)에도 불구하고 바람직한 특성을 가능하게 한다. 이는 맥동 및/또는 반복적인 부하 사이클 또는 주기적으로 반복해서 발생하는 이동 및/또는 탄성 밀봉 링 재료의 증가 및 감소하는 탄성 변형의 경우에, 가역적 탄성 작용량이 유한하기 때문이다(즉, 통상적으로 구조화된 샤프트 밀봉 링의 마모 또는 수축, 니블링 또는 유사한 손상이 발생함으로 인해, 고갈될 수 있기 때문이다).
처음으로 본 발명에 따라, 풋 섹터(12)는, 내경(Dn)을 갖는 반경 방향으로 외부로부터의 스핀들 직경 상에 안착되도록 하는 방식으로 존재하며, 도 6에 예시적으로 도시된 바와 같이, 탄성 프리스트레싱(스핀들 직경을 통하는 엘라스토머 밀봉 링(1)의 점진적인 탄성 팽창 + Dhmax를 갖는 반경 방향 홈으로 인한 점진적인 반경 방향 압축)에 따른 감소된 표면적을 갖는 엘라스토머 밀봉 링(1)이 존재한다. 풋 섹터(12) 내의 반경 방향으로 내측 표면 압력(즉, 압력)은, 헤드 섹터(10)(반경 방향 홈) 내의 압력에 비하여 증가된다. 풋 섹터(12) 내의 감소된 평탄한 지지 표면은, 매우 높은 부하에 따른 스핀들 경사 또는 브레이크 캘리퍼 벤딩 경향과 관련하여 개선된 밀봉 기능을 가능하게 한다. 풋 섹터(12)에서, "D자 형상의 엘라스토머 밀봉 링(1)"의 윤곽은, 한편으로는, 가능한 한 적은 "충전되지 않은 설치 공간"이 이용 가능하고, 다른 한편으로는, 스핀들과의 기능적으로 필요한 (이론적) 선형 접촉이 달성되도록 하는 방식으로 설계된다.
본 발명의 일 실시형태의 추가적인 개선예에서, 각각의 엘라스토머 밀봉 링(1)은, 적어도 이완된 상태에서 서로 실질적으로 평행하게 배치되어 풋 섹터(12)를 헤드 섹터(10)에 연결하는(반대로도 마찬가지임), 2개의 플랭크(16, 17)를 갖는다. 실질적으로 평탄하고 평활한 플랭크(16, 17) 또는 실질적으로 평활한, 즉 주로 평탄한 헤드 섹터(10)는, 바람직하게는 완전한 플러시 조인트(즉, 관련 밀봉 리셉터클(9)과의 협력)를 야기한다.
밀봉 리셉터클(9) 내로의 엘라스토머 밀봉 링(1)의 개선된 압착을 위한 하나 이상의 설치 보조 기구가 가능하다. 설치 보조 기구(들)/삽입 보조 기구(들)(25)는, 엘라스토머 밀봉 링(1) 자체 상에, 및/또는 보어(6)의 영역 내의 밀봉 리셉터클(9)의 영역 내에, 및/또는 서로 조합하여 존재할 수 있다. 또한, 이는 엘라스토머 밀봉 링(1)이 특히 기울어진 루프의 형상으로 경사진 경사면으로 구성되는 경우, 및/또는 특히 헤드 섹터(10) 상에 한정된 방식으로 그리스 처리된(greased) 경우, 설치를 원활하게 하도록 권장될 수 있다. 기울어진 루프 표면(26, 27)은 외측 원주 상에서 어느 정도까지 테이퍼(tapered)될 수 있으며, 즉 도 9에서 알 수 있는 바와 같이, 단면이 서로 교대로 대칭적으로 경사지게 배치될 수 있거나/배치될 수 있고, (예를 들어, 양측면에서 여러 번 테이퍼되는 기울어진 루프 설계에 의해) 원하는 대로 경사진 표면이 제공될 수 있다. 이는 밀봉 리셉터클(9), 스핀들(5) 또는 주변부의 영역에서 챔퍼, 경사진 표면 및/또는 가능하게는 원주 방향 함몰부로서 존재하는 경우에도, 보조된다. 밀봉 링 측에 대한 추가적인 예방책으로서(이에 따라, 설치 보조 기구로서), 본 발명은, 헤드 섹터(10), 벽, 및 풋 섹터(12) 간의 원주 방향 프로파일 전이부에서 급격한 코너 또는 에지가 없지만, 그러한 프로파일 전이부가 한정된 반경(r)으로 둥글게 되도록 권장한다. 브레이크 하우징 측의 설치 보조 기구/삽입 보조 기구(25)로서, 하나 이상의 삽입 경사면 및/또는 아치형 또는 원형 둥근 코너를 갖는 둥근 코너 및/또는 필릿이 형성된다. 모든 둥근 코너는, 대체로 본 발명으로부터 벗어남이 없이, 반경 돌출부 또는 필릿으로서 설계될 수 있다.
"D자 형상의 엘라스토머 밀봉 링 설계"의 특히 바람직한 효과는 도 6 및 도 7에서 확인될 수 있으며, 이는 유압식으로 중첩된 응력에도 손상 없이, 각각 인접한 구성 요소에(이에 따라 지지 링(20) 및/또는 스핀들 베어링(21))에 전달된 압력 자체가 전달되어 개시됨을 명확하게 한다. 이에 따라, 주변 구성 요소의 오정렬, 배치 오류 또는 점형(punctiform) 손상을 방지한다.
매우 기본적으로, 밀봉 링이 설치된 후에 본 발명에 따른 밀봉 링 압력은, 적어도 약 5 내지 25%로 측정되며, 상기 압력에 대한 식은 다음과 같다:
Figure pct00001
. 상응하게 증가된 밀봉 요건을 충족시키기 위해, 상응하게 증가된 시스템 압력 중첩을 갖는 적용예에 대해, 엘라스토머 밀봉 링 압력의 백분율 증가가 권장된다.
각각의 엘라스토머 밀봉 링(1)은, 설치를 원활하게 하기 위해, 이의 설치 전에 브레이크 액으로 완전히 침지(예를 들어, 침윤)될 수 있다. 전적으로 예를 들어, 각각의 엘라스토머 밀봉 링은, 적어도 약 0 내지 10%의 (확산된) 브레이크 액 함량을 갖는 것이 가능하다.
참조 부호의 목록
1: 엘라스토머 밀봉 링
2: 밀봉 시스템
3: 브레이크 하우징
4: 작동 요소
5: 스핀들
6: 보어
7: 공동
8: 스핀들 부싱
9: 밀봉 리셉터클
10: 헤드 섹터
11: 벽 베어링 표면
12: 풋 섹터
13: 만곡부
14: 후방 섹터
15: 전방 섹터
16: 플랭크
17: 플랭크
18: 간극
19: 간극
20: 지지 링
21: 스핀들 베어링
22: 스러스트 부분(브레이크 피스톤)
23: 밀봉부 수용 베이스
24: (스핀들 측의) 밀봉부 지지 표면
25: 삽입 보조 기구
26: 기울어진 루프 표면
27: 기울어진 루프 표면
28: 자동차 디스크 브레이크
Ax: 축방향
a: 엘라스토머 밀봉 링의 공칭 높이(소위 "코드 높이(cord height)")
b: 엘라스토머 밀봉 링의 공칭 폭(소위 "코드 폭")
Db: 보어 직경
Dm: 평균 (밀봉 링) 직경
Dn: 공칭 직경(밀봉 갭/밀봉 조인트 직경
Figure pct00002
엘라스토머 밀봉 링의 내경)
Dhmax: 최대 홈 깊이 직경
E: 세부 사항
M1: 기준 축
M2: 기준 축
phyd: 내부 유압
r: 반경
R: 반경 방향
red: 회전식 작동 드라이브 이동
s: 작동 축(
Figure pct00003
엘라스토머 밀봉 링(1)의 중심 축)
S: 갭 크기(밀봉 조인트) =
Figure pct00004
T: 접선 방향
v: 정점

Claims (19)

  1. 작동 기구를 갖는 작동기-작동 자동차 디스크 브레이크의 밀봉 시스템(2)을 위한 엘라스토머 밀봉 링(1)으로서,
    상기 작동 기구는 브레이크 하우징(3) 내에서 회전 및/또는 병진 운동 방식으로 이에 대하여 이동 가능하고, 바람직하게는 스핀들(5), 스러스트 부분(22) 등과 함께, 작동 요소(4)를 가지며,
    작동 요소(4)는, 일체형 공동(7)을 갖는 축방향으로 지향된 보어(6) 내에서 이에 대하여 이동 가능하도록, 상기 브레이크 하우징(3) 내에 장착되고,
    밀봉 리셉터클(9) 내에 끼워 맞춰지는 엘라스토머 밀봉 링(1)을 더 포함하고 인터페이스를 갖는, 밀봉 시스템이 상기 브레이크 하우징(3) 내의 상기 작동 기구에 배치되며,
    상기 엘라스토머 밀봉 링(1)은, 상기 밀봉 리셉터클(9) 내에 배치됨으로써, 상기 공동(7), 특히 유압식 챔버와 측방향으로 나란히 그리고 상기 작동 요소(4)에 대하여 실질적으로 동심으로 적어도 하나 이상의 밀봉 갭(들)을 차단하고,
    상기 엘라스토머 밀봉 링(1)은, 주변 인터페이스와의 이의 협력으로 다각적으로 상이하게 한정된 방식으로 적응되는 갭 밀봉부를 가능하게 하기 위해, 부분적으로 대칭적인 엘라스토머 밀봉 링 단면을 갖는 것을 특징으로 하는,
    작동 기구를 갖는 작동기-작동 자동차 디스크 브레이크의 밀봉 시스템(2)을 위한 엘라스토머 밀봉 링(1).
  2. 제1항에 있어서,
    엘라스토머 밀봉 링 단면은, 작동 축(S)에 대하여 반경 방향으로 지향되는 기준 축(M1)에 대해 실질적으로 대칭적으로 배치되며,
    상기 엘라스토머 밀봉 링 단면은, 상기 작동 축(S)에 평행하게 지향되는 기준 축(M2)에 대해 실질적으로 비대칭적으로 제조되는 것을 특징으로 하는, 엘라스토머 밀봉 링(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    복수의 세그먼트 부분으로 구성된 엘라스토머 밀봉 링 단면의 한정이 제공되며,
    복수의 직선형 세그먼트 및/또는 복수의 아크 세그먼트, 예를 들어 특히 복수의 곡선형 세그먼트 및/또는 복수의 원호 세그먼트로 각각 구성된 상기 한정 세그먼트 부분이 제공되는 것을 특징으로 하는, 엘라스토머 밀봉 링(1).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엘라스토머 밀봉 링(1)은, 반경 방향으로 외부에서, 정적으로 응력을 받는 밀봉 영역을 갖는 헤드 섹터(10)를 갖는 것을 특징으로 하는, 엘라스토머 밀봉 링(1).
  5. 제4항에 있어서,
    상기 엘라스토머 밀봉 링(1)의 상기 헤드 섹터(10)는 적어도 하나의 경사 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는, 엘라스토머 밀봉 링(1).
  6. 제5항에 있어서,
    상기 엘라스토머 밀봉 링(1)의 상기 헤드 섹터(10)는, 서로에 대해 경사진 복수의 루프 표면을 갖는 것을 특징으로 하는, 엘라스토머 밀봉 링(1).
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 엘라스토머 밀봉 링(1)의 상기 헤드 섹터(10)는 기울어진 루프 표면(26, 27)으로 설계되는 것을 특징으로 하는, 엘라스토머 밀봉 링(1).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 헤드 섹터(10) 상의 상기 엘라스토머 밀봉 링(1)은, 반경 방향으로 외부에서 그리고 주변에서, 실질적으로 원통형으로 원주 방향의 평탄한 벽 베어링 표면(11)을 갖는 것을 특징으로 하는, 엘라스토머 밀봉 링(1).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엘라스토머 밀봉 링(1)은, 반경 방향으로 내부에서, 동적으로 응력을 받는 밀봉 영역을 갖는 풋 섹터(12)를 갖는 것을 특징으로 하는, 엘라스토머 밀봉 링(1).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엘라스토머 밀봉 링(1)은, 만곡부(13)를 갖는 상기 풋 섹터 내에 불균일하게 형성되는 것을 특징으로 하는, 엘라스토머 밀봉 링(1).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 만곡부(13)는, 원호의 형상으로, 볼록형 및/또는 오목형 및/또는 크라운형(crowned) 및/또는 아치형 및/또는 곡선형인 것을 특징으로 하는, 엘라스토머 밀봉 링(1).
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    엘라스토머 밀봉 링 단면을 갖는 상기 엘라스토머 밀봉 링(1)은 D자 형상인 것을 특징으로 하는, 엘라스토머 밀봉 링(1).
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엘라스토머 밀봉 링(1)의 증가된 탄성 변형으로 인한 상기 공동(7) 내의 유압 내부 압력 증가(phyd)는, 상기 엘라스토머 밀봉 링(1)의 상기 헤드 섹터(10) 및/또는 풋 섹터(12) 및/또는 후방 섹터(14) 내의 상이하게 적응된 표면 압력에 의해, 서로에 대해 상이하게 점진적인 적응형 밀봉 효과를 자동적으로 야기하는 것을 특징으로 하는, 엘라스토머 밀봉 링(1).
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엘라스토머 밀봉 링은 브레이크 액으로 침윤되거나/침윤되며,
    상기 엘라스토머 밀봉 링은, 적어도 약 0 내지 10%의 내장된 브레이크 액 함량을 갖는 것을 특징으로 하는, 엘라스토머 밀봉 링(1).
  15. 자동차 디스크 브레이크를 위한 밀봉 시스템(2)으로서,
    제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 엘라스토머 밀봉 링(1)을 포함하며,
    상기 엘라스토머 밀봉 링(1)의 상기 헤드 섹터(10) 내의 엘라스토머 밀봉 링 표면 압력이 상기 엘라스토머 밀봉 링(1)의 상기 풋 섹터(12) 내의 엘라스토머 밀봉 링 표면 압력보다 더 낮도록 하는 방식으로, 상기 엘라스토머 밀봉 링(1)과 상기 밀봉 리셉터클(9) 사이의 탄성 접촉 지지가 제공되는 것을 특징으로 하는,
    자동차 디스크 브레이크를 위한 밀봉 시스템(2).
  16. 제15항에 있어서,
    상기 밀봉 시스템을 위해, 한정된 제한적인 반경 방향 탄성 압축이 다음과 같이
    Figure pct00005
    로 제공되는 것을 특징으로 하는, 밀봉 시스템(2).
  17. 제15항 및/또는 제16항에 있어서,
    상기 밀봉 시스템을 위해, 한정된 제한적인 탄성 반경 방향 압축이 다음과 같이
    Figure pct00006
    로 제공되는 것을 특징으로 하는, 밀봉 시스템(2).
  18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 약 5 내지 25% 범위의 제한적인 탄성 압축이 제공되는 것을 특징으로 하는, 밀봉 시스템(2).
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 특징을 갖는 적어도 하나의 엘라스토머 밀봉 링(1)을 포함하는 밀봉 시스템(2)을 갖는 자동차 디스크 브레이크(28).
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