KR100323884B1 - 서보밸브 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 특히 자동차의 유압 동력 조향 시스템용 서보 밸브에 관한 것이고, 상기 서보 밸브는 회전 원판(2)을 가진 회전 원판 밸브 및 제어 슬리브(1)로 구성된다. 상기 제어 슬리브(1)는 회전 원판(2)을 동축으로 감싸고, 스프링 저항에 대해 상기 회전 원판(2)에 관하여 회전될 수 있다. 제어 슬리브(1) 및 회전 원판(2)을 서로에 대해 축방향으로 고정시키는 베어링(6)은 회전 원판 밸브(2)와 일체가 된다.

Description

서보밸브{SERVO VALVE}
상기 서보밸브가 예를 들어, DE 42 34 571 A1 및 US 4, 966, 192에 공개되어 있다. 동력보조식 조향시스템에 있어서, 회전스풀 및 제어부시는 운전자의 핸들 및 조향된 차륜을 기계적으로 연결하는 일련의 축부품 및 축부분을 형성한다. 상기 배열에 있어서, 제어부시에 비틀림결합된 축부분 및 회전스풀을 지지 또는 포함하는 축부품이, 토션바(torsion bar)에 의해 서로 연결되어, 상기 축부품들이 축방향으로 고정되지만 비틀림가요성을 가진다. 상대적 중심위치로부터, 운전자의 핸들 및 조향되는 차륜사이에 작용하는 하중 및 토크에 해당하는 정도까지 회전스풀 및 제어부시가 서로에 대해 휘어진다. 제어부시 및 회전스풀사이의 상기 회전운동에 의하면, 서보밸브에 의해 제어되는 유압 서보모터(servomoter)가 제어부시 및 회전스풀사이의 상대적 비틀림방향에 의존하여, 한 쪽 또는 다른 한쪽 방향으로 유압 또는 유압차에 의해 제어가능하게 작동되고, 즉 운전대에 가해지는 운전자의 하중이 감소된다.
회전스풀을 제어부시에 기계적으로 연결하는 토션바에 의해 스프링하중이 발생된다. 토션바를 수용하기 위해, 회전스풀 및 회전스풀을 축방향으로 지지하는 제어부시의 부품들 또는 제어부시에 비틀림결합된 요소들이 튜브형상을 가진다.
독일 특허출원 제 196 155 543.A를 참고할 때, 서두에 주어진 형태의 서보밸브가 하기와 같이 구성된다.
-제1 축방향 연장부는 제어부시의 한쪽 단부면에서 회전식 스풀밸브의 축에 대해 편심상태로 배열되고,
-상기 단부면을 향하고, 제 1 연장부와 동일한 형태의 또 다른 연장부를 가지며, 회전식 스풀밸브의 축으로부터 제 1 연장부와 동일한 반경방향거리를 가진 단부면이 구성되고, 상기 단부면이 회전스풀에 비틀림결합된 부품위에서 상기 연장부의 자유단부로부터 일정한 축방향거리에 배열되며,
-연장부의 축방향 총길이가 제어부시의 상기 단부면 및 회전스풀에 비틀림결합된 부품의 상기 단부면사이의 축방향거리보다 다소 작고,
-회전스풀을 둘러싸는 상기 C 스프링의 자유단부들이 연장부들에 대해 죄어지며, 상기 연장부들을 가압하여 서로 정렬된 위치로 이동시키고 상기 C 스프링은 제어부시의 상기 단부면 및 회전스풀에 비틀림결합된 부품의 상기 단부면사이에 배열된다.
그 결과 제어부시의 단부면 및 회전스풀의 일부분사이에서 축방향으로 링형상의 스프링이 배열되고 상기 링형상의 스프링은 회전스풀의 일부분을 둘러싸며, 상기 연장부들이 회전스풀부분의 원주방향으로 서로로부터 떨어져 이동하기 때문에, 제어부시 및 회전스풀이 상대 회전운동하는 동안, 다소 개방되어 구부러진다.
상기 설계의 장점을 보면, C 스프링의 조립작업이 용이하다. 또한 핀들이 서로 배열될 때, 특정 스프링하중이 여전히 존재하고 C 스프링이 예압을 가지도록 형성된다.
종래기술의 상기 특허출원에 의하면, 토션바에 의해 회전스풀 및 제어부시가 추가로 연결되는 상기 토션바가 회전스풀의 튜브형 내부공간에 수용되고, 한쪽 단부에서 예를 들어, 핀고정에 의해 회전스풀에 단단하게 고정되며, 다른 한쪽 단부에서 제어부시 또는 제어부시에 연결된 부품에 단단하게 고정된다. 제어부시 및 회전스풀이 상대 회전운동하는 경우에, 상기 C 스프링 및 상기 토션바는 복원력을 증가시킨다.
또한 제어부시 및 회전스풀을 서로에 대해 축방향으로 고정시키기 위해 상기 토션바가 이용된다.
본 발명은 특히 차량의 유압식 조향시스템을 위해 회전스풀(rotary spool) 및 제어부시(control bush)를 가진 회전식 스풀밸브형태의 서보밸브에 관련되고, 상기 제어부시는 회전스풀을 동심축으로 둘러싸고, 회전스풀에 대하여 스프링하중을 받으며 회전될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따라 회전식 스풀밸브로서 구성된 서보밸브의 축방향단면도.
도 2는 도 1의 선 Ⅱ-Ⅱ를 따르는 단면도.
도3은 도 2를 따르는 변형예의 단면도.
도 4는 C 스프링의 스프링특성을 도시한 선도.
*부호설명
1 ... 제어부시 2 ... 회전스풀
3 ... 축부품 5 ... 슬리브
6 ... 베어링 7 ... 원형스텝
8 ... 원형요홈 9 ... 스프링링
10 ... 플랜지 11,12 ... 핀
13 ... C 스프링
본 발명의 목적은 토션바(torsion bar)가 구비되지 않을 때에도, 서두에 설명한 상기 형태의 서보밸브에서 회전스풀 및 제어부시의 고정된 축방향 위치를 간단하게 확보하는 것이다.본 발명에 따르면, 동일축위에서 제어부시를 슬리브에 단단하게 고정시키고, 상기 제어부시 및 슬리브사이에서 베어링을 축방향으로 배열하여 상기 목적이 달성되며, 상기 베어링에 의해 제어부시 및 회전스풀은 서로에 대해 축방향으로 고정된 다.
본 발명에 따르면, 간단한 배열 또는 형상을 가지도록 베어링이 회전식 스풀 밸브와 일체로 구성되고, 베어링을 둘러싸고 분해될 수 있는 튜브형 부품을 형성하도록, 제어부시 및 제어부시를 축방향으로 지지하는 슬리브와 결합된다.
그 결과, 축방향으로 한 개의 부품을 다른 부품위에 가압하거나 축방향으로 한 개의 부품을 다른 부품위에 배열하여 조립될 수 있는 배열이 구성될 수 있다.
제어부시 및 회전스풀이 예압상태의 C 스프링에 의해 서로에 대해 중심회전 위치로 이동되도록 구성된다. 그 결과,
-제어부시로부터 멀어지는 방향을 가진 슬리브의 단부면에서 축방향의 제1 연장부가 회전스풀의 축에 대해 편심으로 배열되고,
-상기 단부면을 향하고, 제 1연장부와 동일한 형태의 또 다른 연장부를 가지며, 회전식 스풀밸브의 축으로부터 제 1연장부와 동일한 반경방향 거리를 가지는 단부면이 구성되고, 상기 단부면이 회전스풀에 비틀림결합된 부품위에서 상기 연장부의 자유단부로부터 일정한 축방향 거리에 배열되며
-회전스풀에 비틀림결합된 부품의 상기 단부면 및 슬리브의 상기 단부면사이에 형성된 축방향거리보다 상기 연장부들의 축방향 총길이가 더 작고,
-C 스프링이 회전스풀의 일부분을 둘러싸고 상기 C 스프링의 자유단부들이 연장부들에 대해 죄어지도록, 회전스풀에 비틀림결합된 부품의 상기 단부면 및 슬리브의 상기 단부면사이에 상기 C 스프링이 배열되어 유리하다.
용이한 조립작업이외에 상기 구성에 따르면, 제어부시 및 슬리브가 연결될 때, 제어부시가 슬리브, 그 결과 슬리브단부의 연장부에 대해 회전조정될 수 있고, C 스프링과 상호작용하는 다른 연장부와 함께, 상기 연장부는 회전식 스풀밸브의 중심위치 또는 초기위치를 지정한다.
본 발명의 선호되는 특징에 대해, 청구항 및 도면에 관한 하기 설명을 참고하여, 선호되는 실시예가 설명된다.
도 1을 참고할 때, 본 발명의 서보밸브는 회전스풀(2)을 동심축을 이루며 둘러싸는 제어부시(1)를 가지고, 제어부시(1) 및 회전스풀(2)은 서로에 대해 회전운동할 수 있다. 도 1을 참고할 때, 축방향 구멍이 상기 회전스풀(2)에 구성되고, 축부품(3)내에서 우측으로 연장구성된다. 제어부시(1)는 축부분(4)과 비틀림결합된다. 상기 축부분(4)은 축방향의 스플라인(spline)들을 가지고, 상기 스플라인들은 축부분(4)의 좌측단부면에서 개방되며, 제어부시(1)와 중첩되는 축부분(4)의 구성영역내부로 상기 스플라인들이 연장구성되고, 스플라인이 없는 축부분(4)의 우측단부면근처에서 외측으로 연장구성된다. 상기 제어부시(1)의 좌측단부영역에서 제어부시(1)는 내부의 스플라인을 가지고, 상기 제어부시(1)의 스플라인은 상기 축부분(4)의 축방향 스플라인과 일치한다. 도시된 서보밸브의 조립상태에서, 정지부품으로서 제어부시(1)의 내부스플라인들과 상호작용하며, 회전스풀(2)의 단부면을 지지하고, 상기 단부면을 향하는 축부분(4)의 우측단부면 및, 상기 축부분(4)의 스플라인이 없는 부분에 구성되고 상기 단부면으로부터 멀어지는 방향을 향하는 단부영역에 의해 상기 축부분(4)이 축방향으로 고정된다.
슬리브(5)가 제어부시(1)와 동일한 축에 위치하고, 제어부시(1)와 단단하게 연결되며, 상기 슬리브(sleeve)(5)는 제어부시(1)를 우측에서 지지한다. 결합영역내에서 베어링(6)이 축방향 및 반경방향으로 장착될 수 있고, 제어부시(1) 및 슬리브(5)에 의해 상기 베어링(6)은 베어링의 외측면 또는 외측의 베어링쉘(bearing shell)위에 단단하게 둘러싸인다. 베어링(6)의 내측부 또는 내부의 베어링쉘은 회전스풀(2) 또는 축부품(3)에 축방향으로 단단하게 고정된다. 상기 목적을 위해, 우측을 향하는 정면을 가진 원형스텝(step)(7)이 회전스풀(2) 또는 축부품(3)위에 형성된다. 원형스텝(7)의 근접위치에서 스프링 링(9)을 위한 원형요홈(8)이 회전스풀(2) 또는 축부품(3)의 외부면에 배열되어, 제어부시(1) 및 슬리브(5)사이와, 원형스텝(7) 및 스프링 링(9)사이에 상기 베어링(6)이 축방향으로 단단히 고정되고, 제어부시(1) 및 회전스풀(2)이 서로에 대해 축방향으로 고정된다.
슬리브(5)의 우측 단부면으로 부터 축방향 거리를 두고 회전스풀(2) 또는 축부품(3)위에 플랜지(10)가 단단히 배열된다. 동일한 형태를 가지고 제어부시(1) 및 회전스풀(2)의 공통축과 평행하며 상기 공통축으로부터 동일한 거리에 있는 핀(11,12)들이 슬리브(5) 및 플랜지(10)의 서로 마주보는 단부면에 고정된다. 핀(11,12)들이 슬리브(5) 및 플랜지(10)( 또는 상기 슬리브(5)에 비틀림결합된 회전스풀(2) 또는 축부품(3))사이에서 상대회전운동하는 것을 방지하도록, 핀(11,12)들의 자유단부들이 가지는 총길이는 슬리브(5) 및 플랜지(10)의 서로 마주보는 단부면들사이의 축방향거리보다 경미하게 작다.
회전스풀(2) 또는 축부품(3)을 둘러싸는 C 스프링(13)은 슬리브(5) 및 플랜지(10)사이의 축방향거리공간에 배열된다. 제어부시(1) 및 회전스풀(2)의 축방향으로 상기 C 스프링(13)의 축방향 폭은 슬리브(5) 및 플랜지(10)의 서로 마주보는 단부면들사이의 축방향거리와 대략 일치한다.
도 2을 참고할 때, C 스프링(13)의 자유단부들이 핀(11,12)들에 대해 고정되고, 상기 핀들은 C 스프링(13)의 반튜브형상의 단부면, 즉 반원형 측면을 가진 단부면들에 의한 형상끼워맞춤에 의해 수용된다.
슬리브(5) 및 플랜지(10)사이의 상대회전운동 또는 제어부시(1) 및 회전스풀(2)사이의 상대회전운동시, 핀(11,12)들은 회전스풀(2)의 원주방향으로 떨어져 이동하고, 상기 C 스프링(13)의 한쪽 단부가 핀(11)에 의해 이동되고 다른 한쪽 단부가 핀(12)에 의해 이동되기 때문에, C 스프링(13)은 상대적으로 더 크거나 작게 개방된다. 결과적으로 , C 스프링(13)의 복원력이 증가되고, 상기 복원력은 핀(11,12)들을 서로 정렬된 위치로 이동시켜서, 제어부시(1) 및 회전스풀(2)은 상대적 중심위치를 차지한다.
C 스프링(13)은 예압을 가지는 것이 선호되고, 상기 핀(11,12)들이 서로 정렬될 때, 상기 예압이 작용한다. 결과적으로 , 제어부시(1) 및 회전스풀(2)사이의 상대회전운동은 상기 예압보다 큰 토크가 상기 제어부시(1) 및 회전스풀(2)사이에 작용할 때만 발생할 수 있다.
도 3에 도시된 실시예에 따르면, 핀(11,12)들대신에 축방향의 연장부(11',12')들이 각각 제공되고, 제어부시(1)의 축에 대해 연장부들의 반경방향 측부들위에 양쪽측부의 오목한 요홈들을 가지며, 상기 요홈들은 제어부시(1)의 축으로부터 동일한 반경방향거리를 가지고 반원형 측부를 가지는 것이 도 1 및 도 2의 실시예와 상이하다. 결과적으로 , 도 1 및 도 2에 도시된 실시예와 동일한 기능이 제공되도록 서로 짝을 이루는 측면의 단부를 가진 상기 요홈들과 C 스프링(13)이 결합한다.
도 4의 선도는 C 스프링(13)의 특성을 도시하고, 즉 C 스프링(13)에 의해 발생된 복원토크(M)가 제어부시(1) 및 회전스풀(2)사이의 비틀림각(α)의 함수로서 도시된다. C 스프링(13)에 작용하는 예압으로 인해 , 제어부시(1) 및 회전스풀(2)이 중심위치로부터 벗어날 때마다, 초기토크(+M0또는 -M0)를 극복해야 하며, + 또는 -는 상대회전방향을 나타낸다. 비틀림각이 증가함에 따라 복원토크가 연속적으로 증가한다.
조향된 차륜 및 운전자의 핸들 또는 차량에 구성된 운전자의 다른 제어장치 사이에 구성된 기계적 구동부품이 상기 축부품(3) 및 축부분(4)이 구성되면, 운전자의 핸들 또는 조향제어장치 및 조향된 차륜사이에 단지 작은 조향토크가 전달되는 동안, 중심위치에 대한 제어부시(1) 및 회전스풀(2)사이의 회전조정작용은 없다. 제어부시(1) 및 회전스풀(2)이 상대적으로 크거나 작은 정도까지 서로에 대해 회전되고, 그 결과 각 조향작용을 지지하고 상대적으로 크거나 작은 서보하중(servo force)을 발생시키기 위해 제어부시(1) 및 회전스풀(2)로 구성된 서보밸브가 차량조향기어의 서보모터를 작동시킬 때, 단지 조향토크의 크기가 M0의 크기를 초과한다. 조향토크가 M0보다 작을 때, 서보밸브는 서보하중을 발생시키지 않는다. 그 결과, 운전자의 조향제어시 또는 운전자의 핸들에 대해 각각의 도로상태에 대한 양호한 감각이 구해진다.

Claims (6)

  1. 회전스풀(2) 및 제어부시(1)를 가진 회전식 스풀밸브의 형태이고, 상기 제어부시가 회전스풀을 동심축을 이루며 둘러싸며 회전스풀(2)에 대한 스프링하중에 대해 회전될 수 있는, 차량의 유압보조식 조향시스템용 서보밸브에 있어서, 제어부시(1)는 동일한 축에서 슬리브(5)에 단단하게 연결되고, 베어링은 제어부시(1) 및 슬리브(5)사이에서 축방향으로 배열 또는 형성되며, 상기 베어링은 제어부시(1) 및 회전스풀(2)을 서로에 대해 적어도 축방향으로 고정하는 것을 특징으로 하는 서보밸브.
  2. 제 1 항에 있어서, 제어 부시(1)는 형상맞춤 연결에 의해 축부분(4)에 비틀림결합되고, 상기 축부분(4)은 한 편으로는 상기 축부분(4)의 단부면의 하나와 상기 단부면을 향해 마주하는 회전 스풀(2)의 단부면 사이의 접촉에 의해, 다른 한 편으로는 형상맞춤 연결의 축방향 정지부에 의해 축방향으로 고정되는 것을 특징으로 하는 서보밸브.
  3. 제 2 항에 있어서, 축부분(4)은 외부 축방향의 스플라인을 가지고, 상기 축방향의 스플라인은 정지부를 형성하기 위해 축부분(4)의 회전 스풀 단부에서 연장되고, 상기 정지부는 제어 부시(1) 또는 슬리브(5)의 상응하는 내부 스플라인과 상호작용하는 것을 특징으로 하는 서보밸브.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 제 1 축방향 연장부(11,11')는 슬리브(5)의 한 단부면에서 회전 스풀 밸브의 축에 대해 편심적으로 배열되고,
    - 상기 단부면을 향해 마주하고, 제 1 연장부(11,11')와 동일한 형태의 다른 연장부(12,12')를 가지며, 제 1 연장부(11,11')와 같이 회전 스풀 밸브의 축으로부터 동일한 반경방향 거리를 가지는 단부면은, 회전 스풀(2)에 비틀림 운동하도록 연결된 부품의 상기 연장부(11,11')에 대한 자유 단부로부터 축방향 거리에서 배열되며,
    - 연장부(11.11')의 전 축방향 길이는 슬리브(5)의 상기 단부면 및 회전 스풀(2)에 비틀림 운동하도록 연결된 부품(10)의 상기 단부면 사이의 축방향 거리보다 작고,
    - 회전 스풀(2) 부분 또는 회전 스풀(2)을 축방향으로 연장하는 축 부품(3) 부분을 둘러싸는 C 스프링(13)은 슬리브(5)의 상기 단부면 및 회전 스풀(2)에 비틀림 운동하도록 연결된 부품(10)의 상기 단부면 사이에 배열되고, 상기 C 스프링의 자유 단부는 연장부(11,11',12,12')에 대해 죄어지며, 상기 연장부를 상호적으로 배열된 위치로 이동하도록 힘을 가하는 것을 특징으로 하는 서보밸브.
  5. 제 4 항에 있어서, C 스프링(13)은 예압되고, 연장부(11,11',12,12')가 서로에 대해 상호적으로 배열된 때에도 죄어진 상태인 것을 특징으로 하는 서보밸브.
  6. 제 1 항에 있어서, 베어링(6)은 제어부시(1) 및 회전스풀(2)을 서로에 대해 축방향 및 반경방향으로 고정하는 것을 특징으로 하는 서보밸브.
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