KR20160070803A

KR20160070803A - 진동 댐퍼의 피스톤 로드에 리바운드 스톱을 고정하기 위한 방법

Info

Publication number: KR20160070803A
Application number: KR1020167012411A
Authority: KR
Inventors: 클라우스 리플라인; 슈테판 호흐게장
Original assignee: 젯트에프 프리드리히스하펜 아게
Priority date: 2013-10-14
Filing date: 2014-09-19
Publication date: 2016-06-20
Also published as: CN105658989A; WO2015055375A1; US10012284B2; CN105658989B; KR102244876B1; US20160258505A1; DE102013220627B3

Abstract

본 발명은, 진동 댐퍼의 피스톤 로드(2)에 리바운드 스톱(1)을 고정하기 위한 방법에 관한 것이며, 이 경우 제1 방법 단계에서는 리바운드 스톱(1)이 피스톤 로드(2)에서 위치 설정되고, 제1 공구 부품(6)에서 축 방향으로 지지된다. 또 다른 한 방법 단계에서는, 리바운드 스톱(1)의 관형 섹션(4)을 피스톤 로드(2)의 환형 그루브(5) 내부로 적어도 부분적으로 압입하기 위한 압입면(8)을 구비하는 제2 공구 부품(7)이 압입면(8)에 의해서 리바운드 스톱(1)의 관형 섹션(4)에 접한다. 제1 공구 부품(6) 및 제2 공구 부품(7)은 피스톤 로드(2)의 세로 축(A)에 대해 서로를 향한 축 방향 상대 운동을 실행하며, 하나 이상의 공구 부품(6, 7)은 리바운드 스톱(1)의 관형 섹션(4)을 피스톤 로드(2)의 환형 그루브(5) 내부로 압입한다. 본 발명은, 압입면(8)의 축 방향 길이 연장부에 걸쳐 압입면의 경사각이 적어도 섹션별로 변함으로써, 공구 부품(6, 7)의 간격이 감소함에 따라 축 방향으로 향하는 가압력(F_A1, F_A2, F_A3)과 방사 방향으로 향하는 가압력(F_R1, F_R2, F_R3) 사이의 힘의 비율이, 축 방향으로 향하는 가압력(F_A1, F_A2, F_A3)은 감소하고 방사 방향으로 향하는 가압력(F_R1, F_R2, F_R3)은 증가하는 방식으로 변경되는 것을 특징으로 한다.

Description

진동 댐퍼의 피스톤 로드에 리바운드 스톱을 고정하기 위한 방법{METHOD FOR FASTENING A REBOUND STOP TO A PISTON ROD OF A VIBRATION DAMPER}

본 발명은, 특허 청구항 1의 전제부에 따른, 진동 댐퍼의 피스톤 로드에 리바운드 스톱(rebound stop)을 고정하기 위한 방법, 그리고 이 방법에 의해서 제조되는 피스톤 로드-리바운드 스톱-구성 유닛에 관한 것이다. 피스톤 로드-리바운드 스톱-구성 유닛을 구성 부품으로서 구비하는 진동 댐퍼는 자동차 산업 분야에 충분히 공지되어 있다.

이와 같은 진동 댐퍼는, 적어도 부분적으로 댐핑 매체로 채워진 하나 이상의 작동 실린더와, 이 작동 실린더의 세로 축에 대해 축 방향으로 이동할 수 있게 작동 실린더 내부에 배치되어 있고 작동 실린더를 2개의 작업 챔버로 세분하는 하나 이상의 피스톤을 포함한다. 피스톤은 일측에서 피스톤 로드와 연결되며, 이 피스톤 로드는 밀봉된 상태에서 피스톤 로드 안내부에 의해 작업 실린더로부터 외부로 안내되고 자동차의 또 다른 고정 부품에 고정되어 있다. 피스톤은 일반적으로 2개의 작업 챔버를 서로 연결하는 하나 이상의 개구와, 이 개구를 일측에서 적어도 부분적으로 덮는 하나 이상의 배플(baffle)를 구비한다.

피스톤 로드로부터 멀리 배치된 작업 실린더의 단부는 통상적으로 실린더 바닥에 의해서 폐쇄되어 있고, 자동차의 차량 휠을 지지하는 부품에 적어도 간접적으로 설치되어 있다. 피스톤이 작업 실린더 내부에서 축 방향으로 이동하면, 하나의 작업 챔버가 축소되며, 이 경우 다른 작업 챔버는 확대된다. 두 챔버의 상대적인 크기 변동으로 인해, 두 챔버 사이에 압력차가 생성되며, 이 압력차는 댐핑 매체를 축소된 작업 챔버로부터 피스톤의 개구를 통과해서 확대된 작업 챔버 내부로 흐르게 한다. 배플이 댐핑 매체의 관류를 어렵게 함으로써, 댐핑 효과를 발생시킨다.

예를 들어 포트 홀(pot-hole)을 지나갈 때와 같은 몇몇 작동 상태에서는, 피스톤이 고속으로 피스톤 로드 안내부의 방향으로 이동하여 이 안내부에 충돌하는 상황이 배제될 수 없다. 이는 피스톤 로드 밀봉부의 누설을 야기할 수 있거나 피스톤을 손상시킬 수도 있다. 이를 방지하기 위해, 진동 댐퍼에 리바운드 스톱이 설치되며, 이 리바운드 스톱은 피스톤 로드에 축 방향으로 고정되어 전술된 바와 같은 피스톤과 피스톤 로드 안내부의 충돌을 방지하는 과제를 갖는다.

리바운드 스톱을 피스톤 로드에 고정하는 과정은 상이한 방식으로 이루어질 수 있다. 리바운드 스톱은 피스톤 로드에 용접될 수 있거나, 다른 방식으로 피스톤 로드와 재료 결합 방식으로 연결될 수 있다. 피스톤 로드는 이상적인 경우 피스톤 로드의 제조 후에 변형되어서는 안되는 고도로 정밀한 부품이기 때문에, 리바운드 스톱을 피스톤 로드에 재료 결합 방식으로 연결하는 과정은 매우 번거로우면서 고비용과 연계되어 있다.

또한, 피스톤 로드는 예를 들어 독일 실용신안 출원 DE 78 10 988 U1호에 개시되어 있는 바와 같은 환형 그루브를 구비할 수 있다. 이 그루브는 스냅 링(snap ring)을 수용하고, 피스톤 로드에서 리바운드 스톱을 축 방향으로 고정한다. 이와 같은 고정 방식은 널리 보급되어 있다. 스냅 링을 피스톤 로드에 고정하기 위해서는 스냅 링이 개방되어야만 하며, 이로써 결국 스냅 링은 환형 그루브에 이르기까지 피스톤 로드의 섹션을 가능하다면 접촉하지 않고 통과할 수 있게 된다. 그 다음에, 스냅 링은 피스톤 로드의 환형 그루브 내부에 삽입되고, 리바운드 스톱을 피스톤 로드에 축 방향으로 고정한다. 추가로, 리바운드 스톱이 강한 하중을 받을 때 스냅 링이 그루브로부터 빠져나갈 수 없도록, 스냅 링을 피스톤 로드에 고정하기 위한 축 방향 고정 가능성도 구현되어야만 한다. 이로써, 전술된 고정 방식도 마찬가지로 비용 집약적일 수 있다.

또한, 독일 실용신안 출원 DE 78 10 988 U1호 또는 독일 실용신안 출원 DE 85 20 989 U1호에 개시되어 있는 바와 같이, 가압에 의해서 리바운드 스톱을 피스톤 로드에 축 방향으로 고정함으로써, 피스톤 로드와 리바운드 스톱의 형상 결합 방식의 연결도 구현될 수 있다.

독일 공고 특허 출원서 DE 10 2011 089 140 B3호도 마찬가지로, 피스톤 로드를 원주 방향으로 둘러싸고, 피스톤 로드에서 피스톤과 피스톤 로드 안내부 사이에 축 방향으로 고정되어 있는 리바운드 스톱을 보여준다. 이 리바운드 스톱은 피스톤 로드와 마찰 결합 방식으로 연결되어 있다. 독일 공보 DE 10 2011 089 140 B3호에 도시된 변형 실시예에 따르면, 피스톤 로드는 환형 그루브를 구비하며, 이 경우 리바운드 스톱은 그루브 내부로 압입됨으로써, 피스톤 로드와 리바운드 스톱 사이에 형상 결합 방식의 연결이 구현되었다.

일반적인 선행 기술에는, 예를 들어 2개 이상의 방법 단계를 갖는 고정 방법이 공지되어 있다. 제1 방법 단계에서는, 리바운드 스톱이 피스톤 로드에서 위치 설정된다. 리바운드 스톱은 피스톤 로드를 원주 방향으로 둘러싸고, 디스크 모양의 섹션 및 이 섹션에 인접하는, 피스톤 로드 쪽을 향하는 관형 섹션을 구비한다. 피스톤 로드는 환형 그루브를 구비한다.

리바운드 스톱은 디스크 모양의 섹션에 의해 제1 공구 부품에서 축 방향으로 지지되고, 리바운드 스톱의 관형 섹션은 피스톤 로드의 환형 그루브를 적어도 부분적으로 덮도록 축 방향으로 위치 설정되어 있다. 제2 방법 단계에서는, 피스톤 로드를 원주 방향으로 둘러싸는 제2 공구 부품이 리바운드 스톱의 관형 섹션에 접하게 된다. 제2 공구 부품의 접촉면은 비스듬하게, 특히 원뿔 모양으로 일정한 경사로 구현되어 있으며, 이 경우 원뿔은 방사 방향 내부로, 즉 피스톤 로드의 방향으로 점차 좁아진다.

그 다음에, 제1 공구 부품 및 제2 공구 부품은 피스톤 로드의 세로 축에 대해 서로를 향한 축 방향 상대 운동을 실행함으로써, 결과적으로 두 공구 부품들 사이의 간격은 규정된 최종 치수에 도달할 때까지 감소한다.

이때, 제2 공구 부품은 디스크 모양 섹션의 방향으로 축 방향으로 향하는 가압력과, 방사 방향 내부로 향하는, 즉 피스톤 로드 중앙 쪽을 향하는 가압력을 리바운드 스톱의 관형 섹션에 가하고, 이 관형 섹션을 피스톤 로드의 환형 그루브 내부로 압입한다.

상기와 같은 해결책에서는, 최적으로 가압됨으로써 피스톤 로드의 환형 그루브 내에서 리바운드 스톱의 관형 섹션이 최적으로 접할 수 있게 하기 위해, 공구 부품들 사이의 간격이 감소함에 따라 점점 더 큰 방사 방향 가압력이 필요하다는 상황이 단점으로 간주 될 수 있다.

축 방향 가압력이 증가하는 한편, 공구 부품들 사이의 간격이 감소하는 것은 바람직하지 않은데, 그 이유는 이와 같은 증가 및 감소가 필연적으로 공구의 신속한 마모를 야기할 것이기 때문이다.

본 발명의 과제는, 피스톤 로드의 환형 그루브 내에 리바운드 스톱의 관형 섹션이 최적으로 접하도록, 하지만 공구 마모는 최소화될 수 있도록, 전술된 고정 방법들을 개선하는 것이다.

상기 과제는, 피스톤 로드에 리바운드 스톱을 고정하기 위한, 특허 청구항 1에 따른 방법에 의해서 해결된다.

또 다른 바람직한 실시예들 및 변형 실시예들은 종속 청구항들에 제시되어 있다.

이로써, 압입면의 경사각을 변경시킴으로써, 공구 부품들 사이의 간격이 감소함에 따라 축 방향으로 향하는 가압력과 방사 방향으로 향하는 가압력 사이의 힘의 비율이 변경되며, 그 결과 축 방향으로 향하는 가압력은 감소하고, 방사 방향으로 향하는 가압력은 증가한다.

방사 방향으로 향하는 큰 가압력에 의해, 피스톤 로드의 환형 그루브 내에서 리바운드 스톱의 관형 섹션이 최적으로 접하게 되며, 이 경우 축 방향으로 향하는 가압력은 가압 과정 동안에 공구를 보호하도록 감소한다.

한 바람직한 변형 실시예에 따라, 제2 공구 부품의 압입면은 적어도 부분적으로 볼록하게 구현될 수 있다. 이 경우에, 리바운드 스톱의 관형 섹션은, 적어도 부분적으로 오목하게 형성된 환형 표면을 갖는 압입 섹션을 구비하게 될 것이다.

본 발명의 또 다른 세부 사항 및 장점들은 도면들과 연계된 실시예에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 드러난다.

도 1의 a) 내지 도 1의 c)는 선행 기술에 공지된 고정 방법을 단계적으로 도시한다.
도 2의 a) 및 도 2의 b)는 특허 청구항 1에 따른 고정 방법을 예로서 도시한다.
도 3은 선행 기술의 고정 방법에 따른 힘의 비율을 도시한다.
도 4는 특허 청구항 1의 고정 방법에 따른 힘의 비율을 도시한다.
도 5는 제2 공구 부품의 한 가지 가능한 변형 실시예의 단면도를 도시한다.

도 1의 a), 도 1의 b), 도 1의 c) 및 도 3에 해당하는 도면들에는 선행 기술에 공지된 고정 방법이 도시되어 있으며, 이 방법에 따라 리바운드 스톱(1)은 피스톤 로드(2)에서 위치 설정되어 고정된다. 리바운드 스톱(1)은 피스톤 로드(2)를 원주 방향으로 둘러싸며, 디스크 모양의 섹션(3) 및 이 섹션에 인접하고 피스톤 로드(2) 쪽을 향하는 관형 섹션(4)을 구비한다. 피스톤 로드(2)는 환형 그루브(5)를 구비한다. 그루브(5)는 도시된 실시예에서 관형 섹션(4)에 접하기 위해, 피스톤 로드(2)의 세로 축(A)에 대해 비스듬하게 구현된 접촉 섹션(9)을 구비한다. 또한, 그루브는, 노치 효과(notch effect)를 방지하기기 위해 이용되는 반경(R₁)을 갖는다.

리바운드 스톱(1)은 디스크 모양의 섹션(3)에 의해 제1 공구 부품(6)에서 축 방향으로 지지되고, 리바운드 스톱(1)의 관형 섹션(4)이 피스톤 로드(2)의 환형 그루브(5)를 적어도 부분적으로 덮도록 축 방향으로 위치 설정되어 있다. 피스톤 로드(2)를 원주 방향으로 둘러싸는 제2 공구 부품(7)은 리바운드 스톱(1)의 관형 섹션(4)에서 그 압입면(8)에 접한다. 제2 공구 부품(7)의 압입면(8)의 형상은 제2 공구 부품(7) 내에 있는 원뿔 모양의 리세스(10)에 의해서 규정되고, 피스톤 로드(2)의 세로 연장 축(A)에 대해 일정한 경사로 비스듬하게 진행하며, 이 경우 원뿔은 자신의 전체 길이 연장부에 걸쳐 방사 방향으로, 즉 피스톤 로드(2)의 방향으로 점차 좁아진다.

그러면, 제1 공구 부품(6) 및 제2 공구 부품(7)은 피스톤 로드(2)의 세로 축(A)에 대해 서로를 향한 축 방향 상대 운동을 실행함으로써, 결과적으로 두 공구 부품들(6; 7) 사이의 간격은 규정된 최종 치수(11)에 도달할 때까지 감소한다. 이때, 제2 공구 부품(7)은 리바운드 스톱(1)의 관형 섹션(4)에 법선력(F_N)을 가하며, 이 법선력은 법선 벡터의 방향으로, 즉 압입면(8)에 대해 수직으로 향하고, 리바운드 스톱(1)의 관형 섹션(4)을 피스톤 로드(2)의 환형 그루브(5) 내부로 압입한다.

기능 방식에 대한 이해를 돕기 위해, 법선력(F_N)은 축 방향으로 디스크 모양 섹션의 방향으로 향하는 가압력(F_A)과, 방사 방향 내부로, 다시 말해 피스톤 로드 중심 축(A) 쪽으로 향하는 가압력(F_R)으로 벡터적으로 분리될 수 있다.

압입면(8)의 일정한 경사각에 의해, 법선력(F_N)의 작용 방향은 그대로 유지되고, 이로써 축 방향으로 향하는 가압력(F_A)과 방사 방향으로 향하는 가압력(F_R) 사이의 힘의 비율도 항상 일정하다.

도 3에는, 리바운드 스톱(1)의 관형 섹션(4)에 작용하는 힘들의 힘의 비율이 3개 작용 지점(P₁, P₂ 및 P₃)에서 압입 섹션(14)을 따라 예시적으로 도시되어 있어서 더욱 명확하게 볼 수 있다. 이들 지점(P₁, P₂ 및 P₃)에서 작용하는 법선력(F_N1, F_N2 및 F_N3)의 작용 방향은 일정한 경사로 인해 항상 동일하며, 이로써 축 방향으로 향하는 각각의 관련 힘(F_A1, F_A2, F_A3)에 대한 방사 방향으로 향하는 힘(F_R1, F_R2, F_R3) 사이의 개별적인 힘의 비율도 마찬가지로 항상 동일하게 유지된다.

리바운드 스톱(1)이 그루브(5) 내에서 접촉 섹션(9)의 표면에 최적으로 접하도록 하기 위해서는, 방사 방향으로 향하는 매우 높은 가압력(F_R)이 관형 섹션(4)에 가해져야만 한다. 다시 말해, 이와 같은 가압력은 가압 과정 동안에 연속으로 증가한다.

방사 방향으로 향하는 가압력(F_R)과 축 방향으로 향하는 가압력(F_A) 사이의 힘의 비율이 일정하게 유지됨으로 인해, 축 방향으로 향하는 가압력(F_A)은 방사 방향으로 향하는 가압력(F_R)의 상승에 비례해서 증가하는데, 이는 공구 부품(6; 7)에 강한 하중이 가해진다.

도 2의 a), 도 2의 b) 및 도 4에 해당하는 도면들은, 청구항 1에 따른 고정 방법을 보여준다. 제2 공구 부품(7)의 압입면(8)은, 압입면(8)의 축 방향 길이 연장부에 걸쳐 그 경사각이 적어도 섹션별로 변함으로써, 공구 부품들(6, 7) 사이의 간격이 감소함에 따라 축 방향으로 향하는 가압력(F_A)과 방사 방향으로 향하는 가압력(F_R) 사이의 힘의 비율이 변경되며, 그 결과 축 방향으로 향하는 가압력(F_A)이 감소하고, 방사 방향으로 향하는 가압력(F_R)이 증가하도록 구현되어 있다.

이로써 도달할 수 있는 방사 방향으로 향하는 매우 높은 가압력(F_R)이 리바운드 스톱(1)의 관형 섹션(4)을 피스톤 로드(2)의 환형 그루브(5) 내부로 압입하여, 결과적으로 관형 섹션(4)은 그루브(5)의 접촉 섹션(9)에 그리고 이 접촉 섹션에 인접하는 반경(R₁)에 최적으로 접할 수 있게 된다. 제2 공구 부품(7)에 의한 방사 방향으로 향하는 높은 가압력(F_R)에 의해 밀린 리바운드 스톱(1)의 관형 섹션(4)의 재료는 피스톤 로드(2)의 환형 그루브(5)를 거의 완전하게 채운다.

도 5에 해당하는 도면은 도 1에 따른 제2 공구 부품(7)의 한 가지 예로 든 변형 실시예를 보여준다. 제2 공구 부품(7)은, 피스톤 로드(2)를 수용하기 위해 수용 보어(13)로서 실시될 수 있는 수용 섹션(12) 및 그에 인접하는 압입면(8)을 구비한다. 제2 공구 부품(7)의 압입면(8)은 볼록하게 형성되어 있다. 또한, 압입면(8)은 단면도로 도시된 반경(R₂)을 갖는다. 당연히 압입면(8)은 반경 없이도 구현될 수 있으며, 오히려 예를 들어 상이한 경사를 갖는 복수 섹션의 순차적인 연결부로서 구현될 수 있다. 이와 같은 변형 실시예는 명시적으로 도시되어 있지는 않지만 마찬가지로 가능하다.

1 리바운드 스톱
2 피스톤 로드
3 디스크 모양의 섹션
4 관형 섹션
5 그루브
6 제1 공구 부품
7 제2 공구 부품
8 압입면
9 접촉 섹션
10 원뿔 모양의 리세스
11 최종 치수
12 수용 섹션
13 수용 보어
14 압입 섹션
A 세로 연장 축
R₁ 반경
R₂ 반경
P₁ 작용 지점
P₂ 작용 지점
P₃ 작용 지점
F_N 법선력
F_N1 작용 지점(P1)에서의 법선력
F_N2 작용 지점(P2)에서의 법선력
F_N3 작용 지점(P3)에서의 법선력
F_R1 작용 지점(P1)에서 방사 방향으로 향하는 힘
F_R2 작용 지점(P2)에서 방사 방향으로 향하는 힘
F_R3 작용 지점(P3)에서 방사 방향으로 향하는 힘
F_A1 작용 지점(P1)에서 축 방향으로 향하는 힘
F_A2 작용 지점(P2)에서 축 방향으로 향하는 힘
F_A3 작용 지점(P3)에서 축 방향으로 향하는 힘

Claims

진동 댐퍼의 피스톤 로드(2)에 리바운드 스톱(1)을 고정하기 위한 방법으로서,
- 제1 방법 단계에서, 리바운드 스톱(1)이 피스톤 로드(2)에 위치 설정되며,
- 리바운드 스톱(1)은, 피스톤 로드(2)를 원주 방향으로 둘러싸고 제1 공구 부품(6)에서 피스톤 로드(2)의 세로 축(A)에 대해 축 방향으로 지지되는 관형 섹션(4)을 구비하고,
- 피스톤 로드(2)는 환형 그루브(5)를 구비하며,
- 리바운드 스톱(1)의 축 방향 위치는, 리바운드 스톱(1)의 관형 섹션(4)이 피스톤 로드(2)의 환형 그루브(5)를 적어도 부분적으로 덮도록 선택되며,
- 또 다른 한 방법 단계에서, 리바운드 스톱(1)의 관형 섹션(4)을 피스톤 로드(2)의 환형 그루브(5) 내부로 적어도 부분적으로 압입하기 위한 압입면(8)을 구비하는 제2 공구 부품(7)이 압입면(8)에 의해 리바운드 스톱(1)의 관형 섹션(4)에 접하며,
- 제1 공구 부품(6) 및 제2 공구 부품(7)은 피스톤 로드(2)의 세로 축(A)에 대해 서로를 향한 축 방향 상대 운동을 실행함으로써, 결과적으로 두 공구 부품들(6, 7) 사이의 간격은 규정된 최종 치수(11)에 도달할 때까지 감소하며,
- 하나 이상의 공구 부품(6)은 축 방향으로 향하는 가압력(P_A, P_A1, P_A2, P_A3)과, 방사 방향 내부로 향하는, 즉 피스톤 로드 중앙 쪽을 향하는 가압력(P_R, P_R1, P_R2, P_R3)을 리바운드 스톱(1)의 관형 섹션(4)에 가하여, 상기 관형 섹션을 피스톤 로드(2)의 환형 그루브(5) 내부로 압입하는, 진동 댐퍼의 피스톤 로드에 리바운드 스톱을 고정하기 위한 방법에 있어서,
압입면(8)의 축 방향 길이 연장부에 걸쳐 압입면의 경사각이 적어도 섹션별로 변함으로써, 공구 부품들(6, 7) 사이의 간격이 감소함에 따라 축 방향으로 향하는 가압력(P_A, P_A1, P_A2, P_A3)과 방사 방향으로 향하는 가압력(P_R, P_R1, P_R2, P_R3) 사이의 힘의 비율이, 축 방향으로 향하는 가압력(P_A, P_A1, P_A2, P_A3)은 감소하고 방사 방향으로 향하는 가압력(P_R, P_R1, P_R2, P_R3)은 증가하는 방식으로 변경되는 것을 특징으로 하는, 진동 댐퍼의 피스톤 로드에 리바운드 스톱을 고정하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 제2 공구 부품(7)의 압입면(8)은 적어도 부분적으로 볼록하게 형성되는 것을 특징으로 하는, 진동 댐퍼의 피스톤 로드(2)에 리바운드 스톱(1)을 고정하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 리바운드 스톱(1)의 관형 섹션(4)은 압입 섹션(14)을 구비하며, 압입 섹션은 적어도 부분적으로 오목하게 형성된 환형 표면을 갖는 것을 특징으로 하는, 진동 댐퍼의 피스톤 로드(2)에 리바운드 스톱(1)을 고정하기 위한 방법.