KR920006885B1 - 이중 챔버 공기 스프링 - Google Patents

이중 챔버 공기 스프링 Download PDF

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KR920006885B1
KR920006885B1 KR1019850004634A KR850004634A KR920006885B1 KR 920006885 B1 KR920006885 B1 KR 920006885B1 KR 1019850004634 A KR1019850004634 A KR 1019850004634A KR 850004634 A KR850004634 A KR 850004634A KR 920006885 B1 KR920006885 B1 KR 920006885B1
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요셉 워어무스Ⅱ 이반
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더 굳이어 타이어 앤드 러버 캄파니
칼 에이취.크루코우
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Abstract

내용 없음.

Description

이중 챔버 공기 스프링
제1도는 본 발명의 이중챔버 공기 스프링의 단면도이고,
제2도는 선행기술의 통상적인 공기 스프링의 단면도이며,
제3도는 이중 챔버 공기 스프링의 주요부 단면도이고,
제4도는 이중 챔버 공기 스프링의 하중 : 변형곡선을 도시하는 그래프이며,
제5도는 이중 챔버 공기 스프링의 스프링 상수곡선을 도시하는 그래프이고,
제6도는 통상적인 공기 스프링의 하중 변형 곡선을 도시하는 그래프이며,
제7도는 통상적인 공기 스프링의 스프링 상수곡선을 도시하는 그래프이고,
제8도는 본 발명의 실시태양에 따른 이중작동 스프링의 하중 변형곡선을 도시하는 그래프이며,
제9도는 본 발명의 실시태양에 따른 이중작동 스프링의 스프링 상수곡선을 도시하는 그래프이고,
제10도는 이중 챔버 공기 스프링을 포함하는 현수부재를 나타내는 도면이다.
본 발명은 공기 스프링(Pneumatic spring), 특히 이중으로 작동할 수 있는, 즉 압축력과 신장력을 제공할 수 있는 개량된 공기 스프링에 관한 것이다. 본 발명은 공기 스프링에 의해 지지되는 하중과는 무관하게 공기 스프링의 스프링 상수를 바람직하게 변화시킬 수 있는 자동차 및 트럭현수장치에 특히 유용하다. 본 발명의 장치는 이러한 현수부재가 지지를 필요로 하지 않은 경우에는 차축 현수장치를 들어올리는데 사용할수 있고 또한 차축이 사용될 경우에는 하중운반능력을 제공하는데 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 장치는 기계적 서어보작동장치(servo actuator)에서와 같이 압축 방향과 신장방향으로 구동력을 제공하는데 사용할 수 있다.
통상적인 공기 스프링은 하중 지지부재로서 당업계에 잘 알려져 있다. 통상적인 1챔버 공기 스프링의 압력을 변화시켜서 스프링 상수를 변화시킬 수 있지만, 스프링 상수의 변화는 공기 스프링의 하중운반능력을 변하게 한다. 따라서 스프링 상수가 일정 하중에서 변할 경우, 공기 스프링 높이의 신장도는 마찬가지로 변할 것이다. 이는 자동차 또는 트럭 현수장치에서 스프링 상수가 공기 압력의 추가에 의해 증가됨에 따라 스프링 현수부재의 높이도 증가할 것이라는 것을 의미한다.
이러한 스프링 상수와 하중의 의존성이 바람직하지 않은 이유는 현수장치의 동력이 현수장치 스프링 요소의 잔류높이의 변화에 의해 변하기 때문이다.
통상적인 1챔버 공기 스프링의 하중에 대한 스프링 상수의 의존성을 피하는 한가지 방법은 공기 스프링 시스템에 외부 용적 저장장치를 도입하는 것이다. 스프링 상수의 변화가 요구될 경우, 용적 저장장치는 공기 스프링 챔버에 연결되어 공기 스프링의 겉보기 용적을 잠정적으로 변화시킴으로써 스프링 상수를 변화시킨다. 이들 외부 용적 저장장치는 두가지 주요한 단점이 있다.
첫째, 이들 저장장치는 부피가 너무 크고 공간이 넓어서 공기 스프링이 사용되는 현수부재에 밀접하게 위치하지 않는다. 둘째, 용적 저장장치를 약간의 간격을 두고 더욱 편리하게 위치시키려면 현수부재중의 공기 스프링에 원격 저장장치를 연결하는 관 속에서 생기는 기류제한 때문에 스프링 상수 미분력을 감소시키거나 거의 제거하는 것으로 밝혀졌다. 기류제한은 외부 저항장치를 가진 통상적인 1챔버 공기 스프링을 사용하여 수행할 수 있는 실제적인 스프링 상수변화를 감소시킨다.
현재 공지된 공기 스프링 모형과 관련된 이들 문제점과 다른 문제점의 견지에서, 본 발명의 한가지 잇점은 공기 스프링이 하중지지용량의 변화를 주지 않고 스프링 상수를 변화시킬수 있는 능력을 제공한다는 것이다. 본 발명의 또다른 잇점은 본 발명의 이중챔버 공기 스프링을 사용함으로써 이중작동능력이 달성될 수 있으며, 여기서 공기 스프링은 압축력 또는 신장력을 부여하는데 사용할 수 있다. 그외의 잇점은 본 발명의 공기 스프링이 제한된 공간 현수장치에 사용될 수 있는 충분한 공간 패키지를 제공한다는 점이다. 또한, 공기 스프링이 스프링 상수의 변화에 필요한 요건에 거의 동시에 반응하여 공지된 공기 스프링 모형의 단점을 극복한다는 점에서 또다른 잇점이 있다. 이들 잇점들은 a) 상부 리테이너(Retainer), b) 상부 리테이너로부터 축방향으로 이격된 피스톤, c) 내부 캐비티를 형성하기 위해 리테이너와 피스톤에 밀봉부착된 관상형태의 내부 가스 불투과성 막, d) 내부막이 외부막에 의해 완전히 감싸여져서 외부막과 내부막 사이에 외부 캐비티를 형성하도록 리테이너와 피스톤에 밀봉부착된 내부막보다 직경이 더 큰 관상 형태의 외부 가스 불투과성 막, e) 적어도 하나의 내부 및 외부 캐비티에 가스압력을 도입하기 위한 장치를 포함하는 공기 스프링에 의해 달성된다.
본 발명의 특징 및 잇점은 첨부한 도면과 관련된 다음 설명에 의해 더 잘 이해될 것이다.
도면중 제1도에서, 본 발명에 따르는 이중 챔버 공기 스프링은 일반적으로 도면부호(10)로 나타낸다.
상부 리테이너(12)와 피스톤(14)은 거의 연장된 위치에서 공기 스프링(10)과 축방향으로 이격되어 있다. 내부막(16)은 리테이너(12)의 하부와 피스톤(14)의 상부에 밀봉부착되어 있다. 외부막(18)은 피스톤(14)의 하부와 리테이너(12)의 상부에 밀봉부착되어 있다.
리테이너(12), 피스톤(14) 및 내부막 사이에 형성된 봉입부는 내부 챔버(20)로서 기술될 것이다. 마찬가지로, 피스톤(14) 및 리테이너(12)와 함께 외부막(18)은 외부를 형성한다.
제1도의 바람직한 실시태양은 공기 스프링(10)을 기본적으로 다른 롤링 로브 공기 스프링(Rolling lobe air spring)내에 고정된 하나의 롤링 로브 공기 스프링으로서 설명한다. 내부막(16)과 외부막(18)은 공기 스프링 분야에 통상적으로 알려진 특정한 구조에 의해 형성될 수 있다. 이들 막은 공기가 통하지 않아야 한다. 내부막(16)과 외부막(18)은 내부 챔버의 압력(게이지; Pi)이 항상 외부 챔버의 압력(게이지; Po)보다 더 큰 장치에서 방사방향으로 굴곡될 수도 있다. 이것은 공기 스프링이 이의 다양한 스프링 상수 특성을 위해 사용될 경우의 일반적인 현상이다.
Po가 Pi보다 더 클 경우에는, 내부막(16)을 방사 방향 압축력을 억제할 수 있게 구성해야 한다. 내부막은 공기 압력을 포함하는 장치에 고착된 강성 슬리이브 또는 방사 방향힘을 억제하는 장치에 고착된 가요성 슬리이브, 예를 들면, 막에 삽입된 플라스틱 또는 와이어 헬릭스(Wire helix)일 수 있다. 이 모형에서, 공기 스프링은 압축력 또는 신장력을 부여할 수 있으며 또한 이하 실시 태양에 따른 이중압력 공기 스프링으로서 언급될 것이다.
막은 바람직하게는 텍스타일 또는 와이어 직물막으로 보강된 탄성중합체성 재료일 수 있다. 허용가능한 신장도에 따라, 내부막(16)과 외부막(18)내의 보강직물의 편각은 당해 장치의 특정한 압력범위와 다른 공학적인 제한에 따라 변할 수 있다. 내부막(16)과 외부막(18)은, 각각 통상적으로 열 또는 방사경화법에 의해 가황되어 강인한 공기 또는 가스 불투과성 장벽을 형성할 수 있는 여러 가지 형태의 합성 또는 천연고무 중합체의 관상 보강직물 슬리이브로 형성된다. 또한, 막은 굴곡수명이 적합한 공기 불투과성 플라스틱으로 구성될 수도 있다. 플라스틱은 경우에 따라 막에 삽입된 직물 보강재를 가질 수 있다.
제1도는 내부막과 외부막을 리테이너와 피스톤에 부착시킨 하나의 대표 적인 장치를 나타낸다. 여기에 도시된 방법은 톱날원통형 표 면이 리테이너(12) 또는 피스톤(14)의 적절한 부분에 제공되어 내부 또는 외부막의 최말단부를 수용하는 것이다. 막의 축방향 말단부는 고체 부재의 톱날표 면과 리테이닝 링[13(a), 13(b), 13(c) 및 13(d)] 사이에서 압축된다. 리테이닝 링은 막의 축방향 최말단부에 대해 방사방향으로 리테이닝링을 압축시키기 위한 여러 가지 통상적인 방법중의 어느 한가지 방법에 의해 스웨이지 부착(swage-fitted)되거나 또는 단단하게 고정될 수 있다. 막을 밀봉부착하는 다른 장치는 내부에 주형된 비이드로 막을 구성하고 또한 타이어 장착모형에 통상적으로 사용되는 것과 같은 압입을 이용한다.
본 발명의 공기 스프링의 특이한 특성을 충분히 이용하기 위해서는, 다른 챔버 압력을 일정하게 유지시키면서 내부 챔버(20) 또는 외부 챔버(22)의 내부 압력을 조절할 수 있는 능력을 가질 필요가 있다. 이러한 공기 스프링을 사용하는 바람직한 태양에서, 내부 챔버(20)와 외부챔버(22)는 각각의 챔버내에 계속적으로 변할 수 있는 개별적인 압력을 가질수 있다. 따라서, 공기 스프링은 가압공기를 흡입 및 배기시키는데 적합한 장치가 부착되어야 한다. 제1도는 공기 스프링의 바람직한 형태를 나타내며, 여기서 리테이너는 각각 배출구를 통하여 가스를 흡입 및 배기시키는 내부챔버 가스 배출구(24) 및 외부 챔버 가스 배출구(26)용 동공이 있다.
물론, 가스 배출구 모두는 내부 챔버 또는 외부 챔버가 고정압력에서 유지될 경우, 특별한 처리를 필요로 하지 않을 수 있음을 인지해야 한다. 디자인이 적합한 밸브는 적합한 유량의 가스를 통과시키도록 가스 배출구[(24) 및 (26)]에 부착된다. 배출구[(24) 및 (26)]는 필요에 따라 가압공기를 내부 및 외부챔버내에 유출시키는데 적합한 감지기 및 조절계수를 갖는 하나 이상의 압축기로 구성될 수 있는 외부가변성 가스압력원(도시되지 않음)에 연결된다. 내부챔버 가스배출구(24)와 외부 챔버 가스 배출구(26)는 제1도에 도시되어 있으며, 이들은 리테이너에 부착되어 있기 때문에 하나 또는 두 개의 캐비티로 접근시킬 수 있는 배출구의 위치 조정이 사용될 수 있는 것으로 인식된다. 예를들면, 가스배출구는 특수한 장치가 이러한 압력 시스템에 적합할 경우, 피스톤을 통과할 수 있다.
제2도는 일반적으로 도면부호(40)를 사용하여 나타낸 선행기술의 통상적인 공기 스프링을 설명한다. 여기에 도시된 모형은 통상적으로 롤링 로브 공기 스프링으로 언급된다. 가스 불투과성 슬리이브(44)를 부착시키기 위해 톱니(43)와 같은 적합한 장치에 의해 부착된 상부 플레이트(42)를 포함한다. 슬리이브(44)는 공기 스프링으로 조립하기 전에 거의 관상 형태의 가요성 보강부재이다. 슬리이브(44)는 상부 스웨이지 링(45)과 같은 통상적인 부착용 장치에 의해 상부 플레이트(42)에 부착된다. 슬리이브(44)는 상부 플레이트에서 피스톤(46)까지 반대편 말단부에 밀봉부착되며 이것은 마찬가지로 피스톤(46)에 슬리이브(44)의 기밀부착에 적합한 톱니와 같은 부착장치를 가진다. 피스톤 톱니(47)는 하부 스웨이지 링(48)을 사용하는 대표 적인 부착장치로서 도시된다. 일단 슬리이브가 상부 플레이트(42)와 피스톤(46)에 밀봉부착하면 워킹 캐비티(Working cavity)(50)가 형성된다. 비록 캐비티가 소정 압력의 가스를 포함하도록 밀봉될 수 있을지라도, 통상적인 공기 스프링은 더욱 전형적으로는 캐비티(50)내에서 압력변화를 일으키는 공기도입구(52)를 가진다. 공기 스프링이 지지능력은 피스톤 직경(Dp)과 외부 슬리이브 직경(Do)의 함수이다.
일반적으로, 스프링의 하중 지지능력은 식(1)로 나타낸다.
Figure kpo00001
F=힘 또는 하중이고, P=계기 압력이며, A=유효면적이다.
이것은 대략 다음 식으로 나타낼 수 있다.
Figure kpo00002
여기서, F=힘 또는 하중이고, P=계기 압력이며, Dp=피스톤 직경이고, Do=슬리이브 직경이며, Z=유효직경 보정계수이다.
통상적인 공기 스프링의 스프링 상수는 다음 식(2)로 나타낼 수 있다.
Figure kpo00003
여기서, n=폴리트로프 공정지수이고, Pa=절대압력이며, A=유효면적이고, V=용적이며, Pg=계기 압력이다.
본 발명의 공기 스프링(10)의 유일한 특성은 공기 스프링(10)의 내부 챔버(20)와 외부 챔버(22)간의 유효직경의 차이에 의해 생기는 미분력 벡터로부터 유도된다.
유효직경은 공기 스프링의 압력이 작용하는 실제직경을 나타내는 용어이다.
제1도에서 내부 캐비티(di)의 유효직경은 공기 스프링(10)이 평형상태와 정지상태일 때의 내부막(16)의 최하부 축방향 신장으로 기술된다. "최하부"란 용어는 스프링(10)의 피스톤 말단부에 대하여 언급하는 것이다.
최하부 내부점은 원주로 그리며, 또한 내부 직경(di)은 원주로의 직경인 것으로 인식된다. 마찬기지로 외부 슬리이브의 유효직경(do)은 외부막(18)의 외부 로브(23)의 최하부 축방향점으로 측정한다. 외부 챔버의 총 직경은 Do로 표 현하며, 내부 챔버의 총 직경은 Di로 표 현한다. 리테이너(12)는 피스톤(14)을 향하여 축방향으로 이동하기 때문에 내부막(16)과 외부막(18)은 피스톤의 외부 표 면보다 하방으로 회전하여 요철부 또는 롤링 로브를 형성한다. 각 챔버의 유효면적은 요철부 또는 로브의 최하부점의 내측 방사방향으로 놓인 면적으로서 측정한다. 또한 이것은 상부 리테이너로부터 축방향으로 가장 먼거리에 있는 막의 점의 궤적의 직경이다.
제1도에 도시한 본 발명의 바람직한 실시태양에서, 내부 챔버의 유효직경(di)은 외부 챔버의 유효 직경(do)보다 더 크다. 공기 스프링(10)의 내부 챔버와 외부 챔버와 상대적인 유효직경의 이러한 관계는 제2도면에 도시한 통상적인 공기 스프링(40)과 똑같은 방법으로 하중을 지지할 수 있는 공기 스프링에서 발생 하지만, 공기 스프링(10)은 내부 및 외부 챔버내의 압력을 조절하여 하중과 무관하게 가변성 스프링 상수를 추가로 가질 수 있다. 외부 챔버 계기압력(Po)과 내부 챔버 계기압력(Pi)은 동일한 하중운반능력에도 불구하고 실질적으로 다른 스프링 상수를 가지도록 변할 수 있다.
제3도는 본 발명의 공기 스프링(30)의 주요부 단면도이다. 당해 주요부 도면은 스프링(30)에서 압력 벡터(31)의 축방향 성분만 나타낸다. 압력 벡터의 방사방향 성분은 서로 균형을 유지하며 또한 도시되어 있지 않다. 내부 챔버(32)는 압력이 작용하는 유효면적을 차지하는 유효직경(di)을 가진다. 외부 챔버(33)는 유효 직경(do)을 가진다. 바람직한 실시태양에 있어서, 이중 작동 공기 스프링에서 di는 제3도에 도시된 바와 같이 do보다 더 크다. 따라서, 내부 캐비티중의 압력은 외부 캐비티에서의 압력보다 더 큰 유효면적 위에 작용한다.
유효직경에서 이러한 차이는 제1도 및 제3도에서 C로서 단면으로 도시된 원형 면적에 작용하는 축방향힘을 생기게 한다. 이 특징은 본 발명의 공기 스프링에 1) 압축력 또는 신장력을 발휘하거나 2) 두개의 캐비티 중에 적합한 압력의 단순한 선택에 의해 가변성 스프링 상수를 가질 능력을 제공한다. 지금까지 공기 스프링에서는 이들 능력이 알려져 있지 않았다.
제1도에 도시된 공기 스프링(10)에서 축방향 신장력을 나타내는 힘은 다음 식(3)으로 나타낸다.
F=PiAi-Po(Ai-Ao) 또는
Figure kpo00004
여기서, F=힘 또는 하중이고, P=내부 챔버 압력이며, Po=외부 챔버 압력이고, Ai=내부 챔버 유효면적이며, Ao=외부 챔버 유효면적이고, di=내부 챔버 유효직경이며, do=외부 챔버 유효직경이다.
이것은 대략 다음 식으로 계산할 수 있다.
Figure kpo00005
여기서, Di=내부 챔버 직경이고, Dpi=내부 피스톤 직경이며, Do=외부 챔버 직경이고, Dpo=외부 피스톤 직경이며, Z=유효직경 보정계수이다.
공기 스프링(10)의 스프링 상수는 수학적으로 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure kpo00006
또한 이것은 원통형 피스톤 수율을 가정하면 더 유용한 형태의 식(4)로 간단하게 나타낼 수 있다.
Figure kpo00007
여기서, n=폴리트로프 공정지수이고, Pia=내부 챔버의 절대압력이며, Pig=내부 챔버의 계기압력이며, Poa=외부 챔버의 절대압력이며, Pog=외부 챔버의 계기압력이고, Vi=내부 챔버의 용적이며, Vo=외부 챔버의 용적이고, Ai=내부 챔버 유효면적이며, Ao=외부챔버 유효면적이다.
식(4)는 본 발명의 공기 스프링에서 유효면적, 압력 및 용적의 임계영향을 나타낸다.
본 발명의 공기 스프링에 대한 힘을 나타내는 식(3)과 제2도의 통상적인 공기 스프링에 대한 힘을 나타내는 식(1)을 비교하면, 일정 하중 또는 힘이 이상적인 디자인 한계범위보다 내부 챔버의 압력과 외부 챔버의 압력을 변화시켜 이중 챔버 공기 스프링에 유지 시킬 수 있음을 나타낸다. 마찬가지로, 식(4)와 식(2)의 비교는 이중 챔버 공기 스프링의 스프링 상수가 식(2)에서 나타낸 바와같이 통상적인 공기 스프링으로는 불가능한 하중 지지용량과는 무관하게 변화시킬 수 있다는 것을 나타낸다. 스프링 상수는 통상적인 공기 스프링에서의 압력에 직접 비례한다. 공기 스프링의 스프링 상수는 내부 및 외부 캐비티 압력의 관계에 따라 다른 반면, 스프링의 하중 지지용량은 일정하게 유지시킬 수 있다는 점에서 본 가요성의 잇점이 있다. 지금까지 이러한 용량 조합은 공기 스프링 분야에 알려져 있지 않다.
[표 Ⅰ]
Figure kpo00008
[표 Ⅱ]
Figure kpo00009
Figure kpo00010
여기서 K=N/㎜, L=N(Newton)
[표 Ⅰ 내지 Ⅵ 및 제4도 내지 제9도에 대한 시험법]
시험할 공기 스프링은 MTS 수압 하중장치상에서 다음의 방법으로 순환시킨다. 공기 스프링은 MTS 밀폐-루우프 동적 반응시험기 속에서 디자인 높이 및 압력으로 고정시킨다. 수압 양수기는 0.5㎐에서 소정의 진폭으로 스프링을 스트로크하도록 프로그램화시킨다. 하중 셀, 압력 변환기 및 높이 감지기를 사용하여 시험도중 10밀리초마다 스프링 힘, 내부 압력 및 스프링 높이를 조사한다. 이 정보는 콘트롤 마이크로프로세서 기억장치에 저장되고 표 Ⅱ, Ⅳ 및 Ⅵ에 나타낸 데이터를 계산하기 위하여 사용되며 또한 제4도 내지 제9도에 그래프로 도시되어 있다.
[가변상수 스프링 실시태양]
공기 입구(26)가 외부 챔버(22)와 상호 관련되게 내부 배출구를 갖는 피스톤(14)내에 위치하는 이외에는 제1도의 공기 스프링과 거의 유사한 본 발명의 공기 스프링은 동적으로 시험하여 스프링 상수 특성을 조사한다. 표 Ⅰ은 시험한 이중 챔버 스프링의 디자인 특성을 나타낸다. 제4도는 거의 동일한 하중용량을 유지시키기 위해 조절된 가변성 내부 및 외부 챔버 압력에서 순환될 경우, 표 Ⅰ에 기재된 공기 스프링에 대한 하중 : 변형곡선을 나타낸다. 또한, 표 Ⅱ는 제4도의 곡선을 만들기 위해 사용되는 두 개의 시험조건을 설명한다. 다지인 높이와 하중은 내부 챔버와 외부 챔버 압력을 조절하여 일정하게 유지시킨다. 표 Ⅱ 및 제4도는 디자인 높이에서 시험 1 및 2에서 동일한 공기 스프링의 스프링 상수가 완전히 다르다는 것을 분명하게 나타낸다. 각각의 두 시험에 대하여 표 Ⅱ에 나타낸 스프링 상수는 디자인 높이로부터 플러스 또는 마이너스 10㎜에서 하중 변형곡선의 변화율을 나타낸다. 제5도는 제4도의 곡선과 다른 곡선인 시험 1 및 시험 2에 대한 스프링 상수 곡선을 나타낸다.
[통상적인 공기 스프링 시험결과]
다음 표 Ⅲ에 나타낸 디자인 인자를 갖는 제2도에 도시된 모형의 통상적인 공기 스프링은 통상적인 공기 스프링의 스프링 상수가 하중과 무관한 것이 아니라는 것을 설명하기 위하여 표 Ⅰ에 나타낸 본 발명의 공기 스프링과 동일하게 시험한다.
[표 Ⅲ]
Figure kpo00011
[표 Ⅳ]
Figure kpo00012
[표 Ⅴ]
Figure kpo00013
[표 Ⅵ]
Figure kpo00014
Figure kpo00015
L=N
N/A=적용불가능
제6도는 표 Ⅳ에 요약된 시험 3, 4 및 5에 대한 하중 : 변형 곡선을 나타낸다. 제6도는 3개의 시험압력에서 표 Ⅲ에 열거된 특성을 갖는 선행기술 스프링에서 수득된 하중 변형에 대한 실제 시험곡선을 나타낸다. 제7도는 하중 변형 곡선으로부터 유도된 미분곡선이고 제7도는 통상적인 공기 스프링에 대한 스프링 상수 : 변형을 나타낸다. 제6도와 제7도의 곡선을 비교해보면, 통상적인 공기 스프링에서 스프링 상수가 공기 스프링상의 하중에 의존한다는 것을 분명히 알 수 있다. 이것은 하중에 무관한 본 발명의 이중 챔버 공기 스프링에 대한 스프링 상수를 나타내는 제5도의 놀라운 결과와 대조된다.
[이중작동 실시태양]
방사방향 압축내성의 내부 부재를 갖는 이중 챔버 공기 스프링의 또다른 실시태양은 a) 일정 하중에서 가변성 스프링 상수 특성 및 b) 압축력 및 신장력을 발휘할 이중 작동 능력을 설명하기 위하여 시험한다. 표 Ⅴ는 시험조건을 나타낸다. 표 Ⅵ는 시험번호 6 내지 9에 대한 시험조건을 설명한다. 제8도는 시험조건 6 내지 9에 대한 실제하중 : 변형 곡선을 나타낸다. 시험 6, 7 및 8에 상응하는 곡선은 신장력이 공기 스프링에 의해 발생한다는 것을 나타낸다. 스프링의 이중작동능력은 시험 9의 곡선에 의해 설명되는데, 여기서 내부 챔버는 대기(제로 계기압력)로 배출되는 반면, 외부 챔버는 412KPa를 가진다. 공기 스프링의 스트로크를 통한 붕괴력 또는 압축력은 스프링에 의해 발휘되고, 디자인 높이에서 795N의 음성 하중값으로 나타낸다. 압축력을 발휘할 수 있는 스프링의 능력은 공기 스프링 모형에서 특이하다. 제2도에 예시된 바와같은 통상적인 공기 스프링은 이러한 힘을 발휘할 수 없는데, 그 이유는 이들 스프링은 통상적으로 스프링이 하중의 압축력을 상쇄하기 위하여 광범위한 힘을 발휘할 수 있게 하중을 지지하도록 보조하기 때문이다. 제9도는 시럼 6, 7 및 8에 대한 스프링 상수 곡선을 나타낸다. 이 곡선은 본 발명의 공기 스프링이 일정 하중에서 가변성 스프링 상수를 제공할 수 있는 제4도와 유사한 방법으로 설명한다.
[지지제의 태양]
제1도는 본 발명을 가장 간단한 형태로 도시한다. 또 다른 태양은 이중 챔버 공기 스프링을 감쇄장치와 결합시켜 가변성 스프링 상수 능력을 갖는 우수한 지지체를 형성시키는데 필요한 현수 지지체이다. 감쇄장치는 통상적으로 공지된 수압 또는 점탄성 감쇄기 또는 통상적인 수압식 완충장치 모형중 어떠한 것일수도 있다. 제10도는 본 발명의 공기 스프링이 현수부재의 스프링 부분과 비스프링 부분간의 연결링크로서 현수 시스템에 사용하는데 적합한 또 다른 실시태양을 나타낸다. 제10도에서, 본 발명의 공기 스프링을 포함하는 현수부재는 도면부호(100)으로 나타낸다. 감쇄부재(111)는 바람직하게는 수압식 완충장일 수 있다. 제10도에 도시된 특수한 모형은 도면부호(110)로 나타낸 공기 스프링이 감쇄부재(130)와 연관되어 있는 현수 지지체 모형이다. 감쇄부재(130)은 현수 시스템에서 감쇄 진동장치로서 작용한다. 수압식 완충장치 또는 점탄성 감쇄기를 포함하는 통상적인 모든 감쇄장치는 수압식 유체 또는 마찰 감쇄력을 이용한다.
제10도에 열거된 특정한 감쇄부재(130)는 외부 지지체 튜브(132)의 상부 축방향 단부에 고정되게 부착된 피스톤(114)을 갖는 외부 지지체 튜브(132)를 갖는 통상적으로 공지된 완충장치이다. 피스톤(114)과 외부 지지체 튜브(132)는 그의 외부 원주 표 면상에 내부 및 외부 원주 방향 부착영역[(133) 및 (134)]을 가진다. 감쇄부재내에서 감쇄장치(도시되지 않음)에 연결되고 또한 다른 단부에서 리테이너(112)에 연결된 축방향 운동성 로드(135)는 지지체 튜브(132)내에서 동일 축방향으로 위치한다. 따라서, 리테이너(112)는 프시톤(114)과 관련하여 축방향으로 자유롭게 움직인다. 리테이너(112)는 외부 원주 표 면상에 외부막 부착영역(111)과 내부막 부착영역(113)를 포함한다. 내부막(116)과 외부막(118)은 앞서 기술된 내부막(16)과 외부막(18)에 유사한다. 현수부재(100)의 조립도중, 일반적으로 관상 내부막(116)은 통상적으로 당업계에 알려져 있는 적합한 장치에 의해 한 단부에서 밀봉부착된다. 제10도에 도시된 장치는 그의 내부표 면과 리테이너(112)의 내부막 부착영역(113) 사이의 내부막(116)을 압축하고 밀봉하는 스웨이지 링[119(a)]을 사용한다. 마찬가지로, 내부막(116)의 반대편 단부는 피스톤(114)의 저부 원주방향 부착영역(134)에 스웨이지 링[119((b)]에 의해 부착된다. 로드(135)를 리테이너(112)에 고정되게 부착하는 어떠한 적합한 장치도 사용될 수 있다. 내경(bore)(115)은 로드가 고정장치(117)의 사용에 의해 연장되고 고정되는 통로를 나타낸다. 내부 챔버(120)는 피스톤(114)의 상부 표면과 리테이너(112)의 하부 표 면 및 내부막(116)에 의해 둘러싸인 용적이다. 외부막(118)은 지지체 튜브(132)의 저부 원주방향 부착영역(133)과 외부막 부착영역(111)에 유사한 모형으로 부착된다. 외부막(118)을 밀봉부착하는 장치는 내부 표 면과 부착영역[(111) 및 (134)]사이의 내부막을 압축하기 위하여 스웨이지 링[119(c), (d)]을 사용하는 것을 도시한다. 외부막(118)과 내부막(116)에 의해 둘러싸인 환상 캐비티는 외부 챔버(132)이다.
적어도 하나의 내부 또는 외부 챔버(120, 122)내의 압력조절장치는 본 현수부재가 갖는 성능의 충분한 잇점을 유도하도록 제공되어야 한다. 적합한 공기공급 연결재는 내부 챔버(120) 및/ 또는 외부 챔버(122)에 제공되어야 한다. 제10도는 리테이너(112)를 통하여 연장하는 내부 챔버 가스 배출구(124)와 외부 챔버 가스 배출구(126)를 나타낸다. 외부 가변성 가스압력 공급원(도시되지 않음)으로부터 가스 압력을 공급함으로써 내부 챔버중의 압력(Pi)은 조절할 수 있으며, 또한 필요에 따라, 제2가변성 가스 압력 공급원은 원하는 정도로 외부 챔버내의 압력(Po)을 유지시키기 위하여 제공할 수 있다. 제10도에 도시된 바와같이 감쇄부재(130)에 결합된 공기 스프링(110)을 가진 현수부재(100)는 공기 지지체 현수부재를 제공하며, 여기서 시스템의 스프링 상수는 부여된 힘의 상태에 따라 라이드 진동수를 변경하기 위해 또는 로울 및 피치에 영향을 주기 위해 거의 동시에 부착할 수 있다. 분명한 장치는 자동차 현수부재이지만 어떠한 수송차량 현수부재에도 유사하게 응용할 수 있다. 현수부재(100)의 바람직한 조작형태에서, Pi는 막[(116) 및 (118)]이 조작도중 방사방향 압축력에 견디기 위하여 내부막을 필요로 하지 않고 가요성 물질로 이루어질 수 있도록 하는 Po보다 더 커야 한다. 현수장치에 특히 유용한 이중 챔버 공기 스프링이 갖는 추가의 잇점은 하나의 캐비터가 갑자기 파열될 경우에도 다른 캐비티가 하중을 계속 지지할 것이라는 점이다. 따라서, 보조안전 지지 시스템은 통상적인 강철 또는 공기 스프링 시스템 보다는 본 현수 디자인으로 만든다.

Claims (14)

  1. a) 상부 리테이너, b) 상부 리테이너로부터 축방향으로 이격된 피스톤, c) 내부 캐비티를 형성하기 위해 리테이너와 피스톤에 밀봉부착된 내부 가스 불투광성막 형태, d) 내부막이 외부막에 의해 완전히 감싸여져거 외부막과 내부막 사이에 외부 캐비티를 형성하도록 리테이너와 피스톤에 밀봉부착된 외부 가스 불투과성막 형태 및 e) 내부 캐비티와 외부 캐비티중의 적어도 하나에 가스 압력을 흡입 및 배출시키는 장치를 포함하는 공기 스프링.
  2. 제1항에 있어서, 내부막과 외부막이 거의 관상 형태인 공기 스프링.
  3. 제1항에 있어서 , 상부 리테이너가 각각의 막의 유효직경이 상부 리테이너로부터 축방향으로 가장 먼 거리에 있는 요철부의 위치에 대하여 방사방향 간격의 2배가 되도록 피스톤에 축방향으로 접근함에 따라 외부막과 내부막이 축방향 단면에 요철부를 형성하는 공기 스프링.
  4. 제3항에 있어서, 내부막의 유효직경이 외부막의 유효직경보다 더 큰 공기 스프링.
  5. 제1항에 있어서, 내부 캐비티와 외부 캐비티에 가압가스를 흡입 및 유출시키는 장치를 추가로 포함하는 공기 스프링.
  6. 제1항에 있어서, 외부막이 제한된 방사방향 신장성을 갖는 가요성 탄성중합체성 재료로 이루어진 공기 스프링.
  7. 제1항에 있어서, 외부막과 내부막중의 적어도 하나가 보강된 공기 스프링.
  8. 제1항에 있어서, 내부막이 방사방향힘에 견딜 수 있는 가요성 탄성중합체성 재료로 이루어진 공기 스프링.
  9. 제1항에 있어서, 가스압력을 흡입 및 배출시키는 장치가 두 방향 밸브인 공기 스프링.
  10. 제1항에 있어서, 가스압력을 흡입 및 배출시키는 장치에 연결된 적어도 하나의 외부가스 압력원을 추가로 포함하는 공기 스프링.
  11. 제10항에 있어서, 압력 감지장치에 연결된 내부 및 외부 캐비티중의 적어도 하나속에 위치하는 다수개의 압력 감지장치와 가스 압력원으로부터 가스의 유출을 조절하는 장치를 추가로 포함하는 공기 스프링.
  12. 다수의 스프링 부재, 다수의 비스프링 부재 및 한 말단부에서 스프링 부재에 고정되게 연결되고 또한 반대편 말단부에서 비스프링부재에 고정되게 연결된 공기 스프링으로 구성되며, 공기 스프링은 a) 현수 시스템의 스프링 부재에 고정되게 연결된 상부 리테이너, b) 현수 시스템의 비스프링 부재에 고정되게 연결된 상부 리테이너로부터 축방향으로 이격된 피스톤, c) 내부 캐비티를 형성하기 위해 리테이너와 피스톤에 밀봉부착된 내부 가스 불투과성 막, d) 내부막이 외부막에 의해 완전히 감싸여져서 외부막과 내부막 사이에 외부 캐비티를 형성하도록 리테이너와 피스톤에 밀봉부착된 내부막 보다 직경이 더 큰 외부 가스 불투과성 막 및 e) 내부 및 외부 캐비티중의 적어도 하나에 가스 압력을 흡입 및 배출시키는 장치를 구비함을 특징으로 하는 현수 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 가스압력을 흡입 및 배출시키는 장치에서 공기 스프링에 연결된 적어도 하나의 가변성 가스압력 공급원을 추가로 포함하는 현수 시스템.
  14. 제12항에 있어서, 내부 및 외부 캐비티에 공급된 가스량을 조절하는 장치를 추가로 포함하는 현수 시스템.
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