KR100980751B1 - 냉각 채널을 포함하는 점성 비틀림 진동 댐퍼 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 환형 작동 챔버(7)를 둘러싸며 댐핑될 기계 부분에 연결될 수 있는 댐핑 하우징(1)을 포함하는 점성 비틀림 진동 댐퍼에 관한 것이다. 댐퍼의 내부로부터의 열의 소산을 향상시키도록, 댐퍼의 하나 이상의 편평면 상에 팬 플레이트(fan plate)(15)가 제공되어 열을 전도한다. 상기 팬 플레이트의 평면으로부터 다수의 중공 원통형 냉각 채널(17, 18)들이 돌출되며, 상기 채널들은 회전에 의해 흡기되는 공기에 강한 난류를 형성함으로써, 열 전달을 증강시킨다.

Description

냉각 채널을 포함하는 점성 비틀림 진동 댐퍼{VISCOUS TORSIONAL VIBRATION DAMPER COMPRISING COOLING CHANNELS}
본 발명은 기계 샤프트, 특히 엔진 샤프트에 비틀리지 않게 연결 가능한 링형 하우징을 구비한 점성 비틀림 진동 댐퍼로서, 상기 하우징은 회전 링의 수용을 위한 작동 챔버를 둘러싸고, 상기 작동 챔버는 점성 댐핑 매체로 채워지며, 상기 비틀림 진동 댐퍼의 두 단부면 중 적어도 하나는 냉각 채널을 구비한 팬 플레이트(fan plate)를 가진, 점성 비틀림 진동 댐퍼에 관한 것이다.
이러한 점성 비틀림 진동 댐퍼는 DE 197 29 489 A1에 공개되어 있다.
점성 비틀림 진동 댐퍼(이하, 점성 댐퍼라 함)는 통상 디젤 엔진 크랭크 샤프트의 힘 대향면에 플랜지를 갖는다. 이것은 크랭크 샤프트의 비틀림 진동 진폭을 감소시켜야 한다. 댐퍼의 내부에서 댐핑 매체, 즉 실리콘 오일의 진동 전단에 의해 진동 에너지가 열로 변환되고, 상기 열은 대류에 의해 주변 공기로 또는 다른 냉각 매체로 송출되어야 한다.
점성 댐퍼의 성능은 특히 댐핑 매체, 댐퍼 하우징 벽 및 주변 냉각 매체 사이의 열 전달에 의존한다. 최대 허용 작동 온도의 초과는 실리콘 오일을 "끓게" 한다. 즉, 비가역 품질 저하를 일으킨다. 따라서, 예컨대 댐퍼 하우징의 표면에 서 강제 대류에 의해 상기 열 전달을 가급적 최적화해야 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 적합한 장치를 이용해서 점성 댐퍼를 둘러싸는 공기에 난류를 형성해서, 댐퍼 표면에서의 열 전달을 개선한다.
이러한 관점에서 DE 42 05 764 A1에 공지된, 점성 댐퍼의 단부면 상에 팬 블레이드의 배치가 개발되었다. 상기 공보에 개시된 점성 댐퍼에서는 댐퍼 하우징의 양 편평면에 팬 플레이트가 제공된다. 상기 팬 플레이트에서 다수의 팬 블레이드가 U 형으로 절단되어 에지를 갖는다. 상기 블레이드는 축 평행 평면에 놓이고 서로 일정한 각으로 배치된다. 양호한 열 전도성 재료로 이루어진 팬 블레이드는 댐퍼의 환기되는 표면을 확대시키고 작동 중에 열 소산을 개선시킨다. 또한, 팬 플레이트가 열전도성 접착제에 의해 댐퍼 하우징의 관련 편평면 상에 고정된다.
그러나, 상기와 같이 장착된 점성 댐퍼의 접착 공정은 자동화하기 어려우며, 돌출한 팬 블레이드가 손상되지 않도록 하기 위해, 발송 시에, 엔진에 장착 시에 그리고 작동 중에 특별한 조심성이 필요하다. 또한, 조립 기사가 예리한 에지를 가진 강 부품에서 상처 입을 위험이 항상 존재한다.
특허 공개 GB 650 891은 진동 댐퍼에서 열 전달에 관한 것이다. 여기에 개시된 댐퍼는 방사상 또는 만곡형 돌출 블레이드를 가지며, 상기 블레이드는 함께 회전하는 판 캡에 의해 커버된다. 이 해결책에서는, 필요한 조립 공간, 및 캡을 최소 비용으로 블레이드에 고정하기 위한 기술적 어려움이 단점으로 나타난다.
DE 197 29 489 A1은 점성 댐퍼의 대류 냉각에 관한 것이다. 여기에는 회전에 의해 흡기되는 공기를 안내하는 댐퍼 하우징의 양 편평면 상에 반경방향으로 연장한, 관형 냉각 채널들을 가진 팬 플레이트가 있다. 상기 채널들은 팬 플레이트의 전체 폭에 걸쳐 연장된다. 상기 채널들은 그 내부 반경에서는 바람직하게 밀접하게 함께 놓이지만, 외부 반경에 대해서는 거기서 가장 밀도 높은 열 흐름이 방출됨에도 불구하고 불가피하게 서로 떨어진다. 상당한 채널 길이 때문에, 냉각 공기는 관에서 주로 층류 흐름을 갖지만, 열 기술적으로는 난류 흐름이 더 효과적이다. 반경방향 내측으로부터 반경방향 외측으로 연장된 채널들은 결합되지 않은 팬 플레이트를 불안정하게 만들며, 이것이 휘어져서 취급하기 어려워진다. 상기 팬 플레이트는 점 용접에 의해 댐퍼 편평면에 결합되는데, 상기 점 용접은 프로그램 제어식 로봇에 의해서만 자동화될 수 있다는 것도 단점이다.
본 발명의 목적은 열 소산, 제조, 취급 및 형태 안정성 면에서 개선된 점성 비틀림 진동 댐퍼를 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구항 1의 특징에 의해 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시예는 청구항 2 내지 14에 제시된다.
본 발명의 중요한 장점은 팬 플레이트의 적어도 2개의 동심원 상에 냉각 채널의 배치에 있다. 점성 비틀림 진동 댐퍼의 작동 중에 반경방향으로 흐르는 공기는 먼저 반경방향 내측 냉각 채널과 접촉한 다음, 반경방향 외측 냉각 채널과 접촉한다. 이들 두 "접촉 상황" 모두에서 냉각 채널로부터 공기로의 열 전달이 일어난다. 2열 또는 다수 열로 냉각 채널을 배치함으로써, 냉각 채널의 반경방향 간격에 의해 공기의 추가 난류가 형성되고 높은 열 전달을 위해 바람직하지 않은 냉각 공기의 층류 흐름이 방지된다. 이로 인해, 높은 부하를 받는 댐퍼에서 개선된 대류 및 열 전달이 이루어진다.
냉각 채널의 파라미터, 즉 성형에 의해 열 전달을 더욱 최적화할 수 있다. 반경방향 내측 냉각 채널에 대한 반경방향 외측 냉각 채널의 기하학적(geometric) 치수 변경에 의해, 공기 흐름의 난류에 국부적으로 영향을 줄 수 있고, 이는 대류 및 열 전달을 개선시킨다. 댐핑 상태에 영향을 주기 위해, 점성 비틀림 진동 댐퍼의 반경방향 폭에 걸쳐 열 부하를 변동시키는 것이 바람직할 수 있다.
바람직한 구성 파라미터는 냉각 채널의 반경방향 길이(l) 대 폭(b)의 비(c)이다. 반경방향 외측 냉각 채널의 비(ca)가 반경방향 내측 냉각 채널의 비(ci)보다 크면, 냉각 상태가 국부적으로 조절될 수 있고 반경방향 내측 영역에서 난류 형성이 촉진될 수 있다. c에 대한 바람직한 값은 3.5 내지 1이다.
상기 구성 파라미터의 대안으로서 또는 그에 부가해서, 냉각 채널의 기하학적 설계는 반경방향 외측 냉각 채널의 횡단면(Qa)이 반경방향 내측 냉각 채널의 횡단면(Qi)보다 작도록 선택된다. 이로써, 냉각 상태가 국부적으로 조절될 수 있고 난류 형성이 촉진될 수 있다.
반경방향 내측 냉각 채널이 반경방향 외측 냉각 채널보다 더 넓으면, 유사한 효과가 얻어진다.
제조 기술상으로 적은 비용으로 변동되는, 국부적 냉각 상태에 영향을 주기 위한 구성 파라미터는 각도 간격(α)이다. 일반적으로 인접한, 반경방향 외측 냉각 채널들 사이의 각도 간격(αa)은 반경방향 내측 냉각 채널들 사이의 각도 간격(αi)보다 작다. 반경방향 외측 냉각 채널들 사이의 각도 간격(αa)은 바람직하게 3°내지 7°이고, 반경방향 내측의 냉각 채널들 사이의 간 간격(αi)은 바람직하게 5°내지 15°이다.
반경선에 대해 경사진 냉각 채널의 배치는 샤프트 회전 방향을 고려해서 가급적 큰 냉각 공기량이 얻어져야 하는 경우에 제공된다. 30°이하의 경사각(β)이 바람직하다.
바람직하게 냉각 채널들이 상이한 반경선상에 놓여서, 상이한 부분 원의 냉각 채널들의 오프셋된 배치가 흡기된 냉각 공기에 양호한 난류를 형성하면, 최상의 열 전달이 이루어진다.
냉각 채널들은 취급이 용이한 팬 플레이트의 일체형 구성 부분이다. 냉각 채널들은 플레이트 재료로부터 절삭 없이 가공된다. 팬 플레이트는 구성면에 간단하고 저렴한 방식으로 양호한 열 전도성을 가진 박판으로 제조된다. 냉각 채널들은 2개의 -댐퍼 회전축에 대해- 접선 측면에서 절단되고 팬 플레이트의 평면으로부터 아치형으로 디프 디로잉된다. 따라서, 각각의 냉각 채널의 종방향 폭은 항상 플레이트 폭보다 작다. 팬 플레이트의 전체 링형 면에 걸친 휘어진 냉각 채널들의 시퀀스는 파동의 시각적 인상을 불러 일으킨다.
각각의 열의 휘어진 냉각 채널의 반경방향 외측 및 내측에는 팬 플레이트의 편평한 링 부분들이 남으며, 상기 링 부분들은 그 형태 안정성 및 편평함을 제공하고 원형 용접 시임의 배치를 위해 제공된다. 상기 용접 시임은 자동화된 공정에서 단일 고정으로, 즉 특히 경제적으로 형성된다. 또한, 상기 용접 시임은 팬 플레이트와 댐퍼 하우징 간의 양호한 열 전도성 결합을 형성한다.
개별 냉각 채널의 부드럽게 라운딩된 휨에 의해, 상처 입을 위험이 배제된다. 휘어진 블레이드는 형태 안정성을 갖기 때문에, 팬 플레이트가 적용된 다수의 댐퍼가 장소 절약 방식으로 쌓이고, 지지되며 발송될 수 있다.
제조 기술상 장점은 팬 플레이트가 스탬핑, 절단 및 디프 디로잉을 포함하는 단일 단계로 제조된다는데 있으며, 개수가 보다 적은 경우에는 먼저 편평한 원형 금속 판 블랭크를 타발(打拔)하고, 이어서 이에 냉각 채널의 제한된 세그먼트들을 반복되는 순차적인 작업에 의해 마련하게 된다. 이러한 두가지 방법의 경제적인 중간 단계들도 가능하다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참고로 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 비틀림 진동 댐퍼의 반분된 단면도.
도 2는 도 3에 따른 팬 플레이트의 사시도.
도 3는 2열의 냉각 채널을 가진 팬 플레이트의 평면도.
도 4는 도 3의 화살표 방향 "A"에 따른 도면.
도 5는 단일 냉각 채널의 횡단면도.
도 6은 각도 오프셋된 채널 열을 가진 도 3에 따른 팬 플레이트의 부분도.
도 7는 경사진 외측 냉각 채널을 가진 팬 플레이트의 부분도.
도 1에는 본 발명에 따른 점성 비틀림 진동 댐퍼의 반분된 단면도가 도시된다. 상기 댐퍼는 반경방향으로 내측에 놓인 고정 플랜지(3)를 가진 댐퍼 하우징(1)을 포함한다. 댐퍼 하우징(1)은 강판 또는 다른 적합한 재료로 제조되며 그 외주면(4) 및 내주면(5)으로 링형 작동 챔버(7)를 둘러싼다. 상기 링형 챔버(7)내에는 미끄럼 지지된 2차 질량체(회전 링은 도시되지 않음) 및 점성 댐핑 매체가 있다.
고정 플랜지(3)는 공통 직경 상에 분포 배치된, 나사 수납용 고정 홀(9)을 갖는다. 상기 나사에 의해 점성 댐퍼가 회전 기계 부품, 예컨대 댐핑될 크랭크 샤프트에 조여지거나 또는 임의의 다른 방법으로 결합된다. 중심구(11)는 댐핑될 기계 부품의 센터링 돌출부 등을 수용한다. 기본적으로 댐핑될 샤프트와 댐퍼 하우징의 다른 넌포지티브 또는 포지티브 결합도 가능하다.
도 1에 따른 단면도에서 점성 댐퍼의 작동 챔버(7)의 우측은 커버(13)에 의해 폐쇄된다. 커버(13)는 스탬핑된 또는 그밖의 방식으로 형성된 원형 금속 판 블랭크로 제조된다. 도시된 실시예에서, 댐퍼 하우징의 적어도 하나의 편평면에는 양 측면에 팬 플레이트(15)가 고정된다. 팬 플레이트(15)는 얇은 금속 판의 원형 블랭크로 제조되며 다수의 냉각 채널(17, 18)을 구비한다. 상기 냉각 채널(17, 18)의 종축은 댐퍼 하우징(1)의 반경선 상에 놓인다.
냉각 채널(17, 18)은 점성 댐퍼와 관련해서 2개의 상이한 동심 부분원 상에 놓인다. 팬 플레이트(15) 또는 냉각 채널(17, 18)의 반경방향 폭은 냉각 채널(17, 18)이 회전 링(도시되지 않음)의 플랭크 영역 내에 놓이고 댐퍼 하우징(1) 또는 커버(13)의 벽에 의해 작동 챔버로부터 분리되도록 설정된다. 이로 인해, 댐핑 매체로부터 냉각 채널(17, 18)로의 열 전달이 가장 짧은 경로로 가능해진다.
팬 플레이트(15)의 특성적 파형 구조는 도 2의 사시도에 나타난다.
도 3에 도시된, 본 발명에 따른 팬 플레이트(15)의 부분 평면도에서, 2개의 동심 열로 규칙적으로 분포된 냉각 채널(17, 18)이 도시된다. 내측 채널(17) 및 외측 채널(18)은 서로 수 도만큼의 각도로 오프셋되므로, 반경방향 내측으로부터 반경방향 외측으로 이송되는 냉각 공기에 가능한 최상의 난류가 형성되고 최대 냉각 효과가 얻어진다. 냉각 채널(17, 18)은 반경방향으로 배치되므로, 팬 플레이트가 2개의 회전 방향에 대해 동일하게 적합하다. 특별한 용도의 경우, 냉각 채널(17, 18)을 하나의 우선 회전 방향과 관련해서 최적으로 성형하는 것이 바람직하다. 냉각 채널을 규칙적인 분포 대신에, 다르게 예컨대 수 도만큼의 각도로 서로 간격을 두고 배치되어 있는 세그먼트화된 그룹으로 배치하는 것도 가능하다.
냉각 채널은 원형 금속 판 블랭크(19) 재료로부터 가공된다. 펀칭된 블랭크는 21, 23으로 표시된 지점에서 절단된다. 후속하는 디프 디로잉 공정에서, 냉각 채널(17, 18)은 개별적으로 또는 그룹별로 디프 드로잉되고 휘어진다. 필요한 절삭 및 스탬핑 공구가 있는 경우에는 작업 단계들, 즉 스탬핑, 절단 및 디프 디로잉이 특히 경제적으로 통합될 수 있다.
냉각 채널의 종방향 폭은 팬 플레이트의 일부에 걸쳐서만 연장되기 때문에, 채널의 반경방향 외측 및 내측에서 변형되지 않은, 편평한 링(27, 29)이 유지되고, 상기 링(27, 29)은 원형 용접 시임(33, 35)의 배치를 위해 제공된다. 이러한 용접 시임은 도 1의 단면도에 나타난다.
외측 및 내측 링(27, 29)에 대해 중간 링(31)이 2개의 채널 열 사이에 위치한다. 필요한 경우, 여기에도 팬 플레이트의 추가 결합부로서 용접 시임이 제공될 수 있다.
도 4의 부분도에는 관통 냉각 채널(17)이 편평한 원형 금속 판 블랭크(19)에서 어떻게 돌출하는 지가 나타난다. 여기서, 관찰자의 시선(도 3의 화살표 "A")은 채널형 아치(25)를 통해 반경방향 내측으로부터 반경방향 외측으로 향하는 냉각 공기 흐름을 따른다. 아치형 냉각 채널(17)들 사이에서 원형 금속 판 블랭크(19)가 댐퍼 하우징(1) 또는 커버(13)에 접촉하여 최상의 열 전달을 제공한다.
냉각 채널의 폭(b)은 도 5에 도시된 바와 같이, 냉각 채널(17, 18)이 원형 금속 판 블랭크(19)로의 전이부에서 갖는 반경(r)에 의해 결정된다. 냉각 채널의 횡단면(Qi, Qa)은 제조 기술상의 편차를 도외시하면 일정하다.
도 6에 도시된 팬 플레이트는 반경방향으로 내측에 놓인 냉각 채널(17)에서 각도 간격 αi=3.8°을 갖는다. 반경방향 외측 냉각 채널(18)들 사이의 각도 간격은 αa=5.0°이다. 냉각 채널의 반경방향 길이(l)와 폭(b)의 비는 c=2이다.
도 7의 팬 플레이트에서, 반경방향 외측 냉각 채널은 그 반경선에 대해 경사각(β)만큼 경사져 배치된다.
점성 댐퍼의 열 기술적 최적화를 위한 비용은 비교적 낮다. 상기 구성은 댐퍼의 통상의 제조 방법 자체에 영향을 주지 않으며 그것의 종료 후에야 수행되는 장점을 갖는다. 이미 생산된 및 경우에 따라 이미 사용 중인 댐퍼에도 본 발명에 따른 팬 플레이트가 개장(retrofit)될 수 있다.

Claims (14)

  1. 점성 비틀림 진동 댐퍼로서
    - 기계 샤프트에 비틀리지 않게 연결 가능한 링형 댐퍼 하우징(1)을 구비하고,
    - 상기 댐퍼 하우징(1)은 회전 링의 수용을 위한 작동 챔버(7)를 둘러싸고,
    - 상기 작동 챔버(7)는 점성 댐핑 매체로 채워지고,
    - 상기 비틀림 진동 댐퍼의 두 단부면 중 적어도 하나는 냉각 채널(17, 18)을 구비한 팬 플레이트(15)를 갖고 있는 것인
    점성 비틀림 진동 댐퍼에 있어서,
    - 상기 냉각 채널(17, 18)은 상기 팬 플레이트(15)의 적어도 2개의 동심 부분원 상에 배치되고,
    - 반경방향 내측 냉각 채널(17)과 반경방향 외측 냉각 채널(18)은 상이한 기하학적 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 점성 비틀림 진동 댐퍼.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반경방향 외측 냉각 채널(18)의 반경방향 길이(l)와 폭(b)의 비(ca)는 상기 반경방향 내측 냉각 채널(17)의 비(ci)보다 큰 것을 특징으로 하는 점성 비틀림 진동 댐퍼.
  3. 제2항에 있어서, 상기 비(ca, ci)들은 각각 3.5 내지 1인 것을 특징으로 하는 점성 비틀림 진동 댐퍼.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반경방향 외측 냉각 채널(18)의 횡단면(Qa)은 상기 반경방향 내측 냉각 채널(17)의 횡단면(Qi)보다 작은 것을 특징으로 하는 점성 비틀림 진동 댐퍼.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반경방향 내측 냉각 채널(17)은 상기 반경방향 외측 냉각 채널(18)보다 폭이 넓은 것을 특징으로 하는 점성 비틀림 진동 댐퍼.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 인접한 반경방향 외측 냉각 채널(18)들 사이의 각도 간격(αa)은 상기 반경방향 내측 냉각 채널(17)들의 각도 간격(αi)보다 작은 것을 특징으로 하는 점성 비틀림 진동 댐퍼.
  7. 제6항에 있어서, 인접한 외측 냉각 채널(18)들 사이의 각도 간격(αa)은 3°내지 7°인 것을 특징으로 하는 점성 비틀림 진동 댐퍼.
  8. 제6항에 있어서, 인접한 내측 냉각 채널(17)들 사이의 각도 간격(αi)은 5°내지 15°인 것을 특징으로 하는 점성 비틀림 진동 댐퍼.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 반경방향 외측 냉각 채널(18) 및 내측 냉각 채널(17) 중 하나 이상은 그 반경선(R)에 대해 경사각 β≤30°으로 배치되는 것을 특징으로 하는 점성 비틀림 진동 댐퍼.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각 채널(17, 18)들은 상이한 반경선(R)상에 놓이는 것을 특징으로 하는 점성 비틀림 진동 댐퍼.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내측 냉각 채널(17)은 상기 외측 냉각 채널(18)에 대해 반경방향으로 간격을 두고 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 점성 비틀림 진동 댐퍼.
  12. 제11항에 있어서, 상기 냉각 채널(17, 18)들의 반경방향 간격은 냉각 채널들의 길이(l)의 20% 내지 100%인 것을 특징으로 하는 점성 비틀림 진동 댐퍼.
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각 채널(17,18)들은 반경방향 측의 단부가 개방된 상태로 원형 금속 판 블랭크(19)의 평면으로부터 아치형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 점성 비틀림 진동 댐퍼.
  14. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각 채널(17, 18)의 횡단면이 직사각형, 사인파형 또는 원호형인 것을 특징으로 하는 점성 비틀림 진동 댐퍼.
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