KR102367751B1

KR102367751B1 - 액추에이터

Info

Publication number: KR102367751B1
Application number: KR1020167026907A
Authority: KR
Inventors: 라르스 슈만; 라즐로 만; 페터 그렙
Original assignee: 섀플러 테크놀로지스 아게 운트 코. 카게
Priority date: 2014-04-01
Filing date: 2015-03-13
Publication date: 2022-02-28
Also published as: CN106133376A; CN106133376B; WO2015149777A1; DE112015001664A5; KR20160140664A

Abstract

본 발명은, 구동 모터(20), 피스톤 실린더 유닛 및 가압 매체 저장기가 배치되어 있는 하우징 내부 챔버를 갖춘 하우징(2)을 구비한 액추에이터(1)에 관한 것으로, 상기 피스톤 실린더 유닛(24, 31)은 실린더 챔버(31)를 포함하고, 이 실린더 챔버 내부에는 피스톤(24)이 변위 가능하게 배치되며, 상기 실린더 챔버는 하우징 내부 챔버의 부분이고, 피스톤과 연결된 씰(32)에 의해 밀봉될 수 있으며, 이 경우 가압 매체 저장기(15)가 하우징 내부 챔버와 함께 하나의 공통 용적을 형성한다.

Description

액추에이터{ACTUATOR}

본 발명은, 특히 유압식 액추에이터와 같은 액추에이터에 관한 것이다.

액추에이터는 자동차에서 예를 들어 클러치, 변속기, 또는 다른 장치들을 작동하기 위한 용도로 공지되어 있다.

이와 관련하여, 유압식 작동 구간에 걸쳐서 클러치를 작동시키는 유압식 액추에이터가 공지되어 있다. 이와 같은 유압식 액추에이터에서는, 오리피스 홀(orifice hole)을 통해 서로 연결되어 있는 압력 챔버와 가압 매체 저장기가 상호 구별된다. 오리피스 홀이 압력 챔버의 방향으로 넘어가면, 압력 챔버가 가압 매체 저장기에 의해 밀봉되어 용적 보상이 더 이상 이루어질 수 없다. 이 경우, 압력 챔버의 밀봉을 위해, DE 10 2013 204 561 A1호에 따라 3개의 씰(seal)이 제공된다. 3개의 씰 중 2개는 축방향으로 연달아 배치된다. 이때, 상기 씰들 중 제1 씰은 작동 시 오리피스 홀에 대해 압력 챔버를 밀봉하고, 다른 제2 씰은 가압 매체 저장기에 대해 전동기의 챔버를 밀봉한다. 이 경우, 제2 씰은 특히 누출 손실과 관련하여 중요한데, 그 이유는 제2 씰을 이용하여 대기(atmosphere)에 대한 밀봉이 이루어지기 때문이다.

본 발명의 과제는, 구성이 간단하고, 필요한 씰들의 형상 및 사용이 간소화된 액추에이터를 제조하는 것이다.

상기 과제는, 청구항 1의 특징들에 의해 해결된다.

본 발명의 한 실시예는, 구동 모터, 피스톤 실린더 유닛 및 가압 매체 저장기가 배치되어 있는 하우징 내부 챔버를 갖춘 하우징을 구비한 액추에이터와 관련되며, 이 경우 피스톤 실린더 유닛은 실린더 챔버를 포함하고, 이 실린더 챔버 내에는 피스톤이 변위 가능하게 배치되며, 상기 실린더 챔버는 하우징 내부 챔버의 부분이고, 피스톤과 연결된 씰에 의해 밀봉될 수 있으며, 상기 가압 매체 저장기가 하우징 내부 챔버와 함께 하나의 공통 용적을 형성한다. 그럼으로써, 실질적으로 전체 하우징 내부 챔버가 유체 가압 매체로 채워질 수 있음으로써, 가동 씰의 개수를 선행 기술에 비해 줄일 수 있으며, 이로써 비용이 절감되고, 누출 위험이 감소한다.

매우 바람직하게는, 실질적으로 전체 하우징 내부 챔버가 액추에이터의 작동 시 유체 가압 매체로 채워져 있다.

이 경우, 구동 모터는 액추에이터의 작동 시 가압 매체의 조(bath) 내에 위치하여 가압 매체에 침지되는 것이 특히 바람직하다. 이때, 구동 모터의 회전 가능 부분들이 유체 가압 매체 내에 회전 가능하게 배치될 수 있다.

이 경우, 피스톤이 구동 모터에 의해 구동될 수 있는 피스톤 로드와 작용 연결되어 있는 것이 특히 바람직하다. 이 경우, 피스톤은 유체 가압 매체 내에서 동작하고, 피스톤 로드도 마찬가지로 유체 가압 매체를 관통한다. 그럼으로써, 설치 공간이 절약되고, 유압유를 사용하는 경우에는 이와 동시에 윤활 작용도 실시될 수 있다.

본 발명에 따라, 한 실시예에서는, 구동 모터가 고정자 및 회전자를 갖는 것이 바람직하며, 이때 회전자는 기어 장치를 통해 피스톤 로드와 연결되어 있고, 상기 기어 장치는 회전자의 회전 운동을 피스톤 로드의 축방향 운동으로 변환한다. 이때, 유체 가압 매체 내에 위치해 있는 점은 특히 윤활에 있어서 매우 유리하다.

또한, 하우징이 하우징 덮개를 가지고, 이 하우징 덮개가 하우징 상에 씌워져 하우징 개구를 폐쇄하는 것이 바람직하며, 이 경우 하우징 덮개는 가요성 용적 보상 요소를 갖는다. 그럼으로써, 작동 중에 (가압 매체의) 충전이 완료된 후에도 용적 보상이 실시될 수 있으며, 이 용적 보상은 예를 들어 시스템 내에서의 열적 영향 또는 누출로 인해 유발될 수 있다.

특히 바람직하게는, 가요성 용적 보상 요소가 가요성 벨로우즈를 갖는다. 이때, 벨로우즈는 간단하게, 예를 들면 스크류 캡(screw cap)과 같은 하우징 덮개와 통합될 수 있다. 이로써, 벨로우즈는 간단하게 씌워져서 하우징과 연결될 수 있으며, 밀봉할 또 다른 추가 접속부(interface)를 더 이상 필요로 하지 않는다.

또한, 하우징이 여러 부분으로 형성되고 그 하우징 부분들이 서로 연결되어 있으며, 하우징 부분들의 연결 지점에 밀봉을 위한 고정용 씰(static seal)이 배치되는 것이 특히 바람직하다. 그럼으로써, 하우징이 그와 같이 구성되기 전에, 상이한 하우징 부분들이 더 간단히 제조되어 조립될 수 있다.

또한, 구동 모터가 모터 측 하우징 부분에 의해 둘러싸이고, 모터 측 하우징 부분이 나머지 하우징과 연결되어 있으며, 고정용 씰에 의해 상기 모터 측 하우징 부분이 나머지 하우징에 밀봉되어 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 구동 모터가 전동기인 것이 바람직하다.

본 발명은 이하에서 관련 도면들과 연계된 바람직한 실시예들을 참조하여 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 액추에이터의 한 개략적 사시도이다.
도 2는 액추에이터의 한 개략적 단면도이다.
도 3은 액추에이터의 일 부분의 개략도이다.
도 4는 액추에이터의 일 부분의 개략도이다.
도 5는 액추에이터의 일 부분의 개략도이다.
도 6은 작동 지점에서의 액추에이터의 개략적 단면도이다.
도 7은 또 다른 한 작동 지점에 있는 액추에이터의 개략적인 단면도이다.
도 8은 또 다른 한 작동 지점에 있는 액추에이터의 개략적인 단면도이다.
도 9는 또 다른 한 작동 지점에 있는 액추에이터의 개략적인 단면도이다.
도 10은 또 다른 한 작동 지점에 있는 액추에이터의 개략적인 단면도이다.
도 11은 또 다른 한 작동 지점에 있는 액추에이터의 개략적인 단면도이다.
도 12는 또 다른 한 작동 지점에 있는 액추에이터의 개략적인 단면도이다.

도 1 내지 도 12는 다양한 시야에서 그리고 다양한 작동 상태에서 액추에이터(1)를 도시한 것이다. 동일한 부분들은 동일한 도면 부호로 지칭된다.

도 1 및 도 2는 하우징(2)을 구비한 액추에이터(1)를 보여주며, 상기 하우징은 액추에이터의 능동 또는 가동 부품들 및 유체 가압 매체를 수용하는 용적을 둘러싼다. 하우징은 일측에, 제어 유닛의 전자 장치가 배치되어 있는 전자기기용 하우징(3)을 가지며, 제어 유닛은 플러그에 의해 접촉될 수 있고, 이 경우 전자기기용 하우징(3)에 인접하여 플러그(4)가 제공된다. 이때, 플러그(4)는, 전기 접속부를 형성하기 위해 각각 다른 쪽의 플러그를 꽂을 수 있는 암 플러그(female plug) 또는 수 플러그(male plug)로서 형성될 수 있다. 이때, 상기 전기 접속부는, 전력 공급부 및/또는 데이터나 신호를 전송하기 위한 데이터 접속부이다.

또한, 하우징(2)은 구동 하우징을 포함하며, 이 구동 하우징은, 도시된 실시예의 경우 전동기 하우징(5)으로서 형성되어 있다. 상기 부분 하우징 내에는 구동 장치가 배치되는데, 본 실시예에서는 전동기로서 배치되어 있다. 상기 하우징 부분(5)에는 압력 센서 단자(6)와, 액추에이터(1)를 예를 들어 자동차에 고정하기 위한 고정 아일릿(7)(fixing eyelet)이 제공되어 있다. 압력 센서 단자(6)에는 압력 센서(8)가 장착되어 있다. 압력 센서(8)는 바람직하게, 클러치(13)의 릴리즈 장치(12)의 슬레이브 실린더(11)로 뻗어 있는 압력 라인(10)의 출구(9)에서 압력을 검출한다.

하우징(2)은 또한, 고정 아일릿들(47)을 통해 전동기의 하우징(5)과 연결되어 있는 가압 매체 하우징으로서의 하우징 부분(14)을 갖는다. 이 가압 매체 하우징 부분(14)에는, 하우징 덮개(16)에 의해 폐쇄될 수 있는 가압 매체 저장기(15)가 배치된다.

하우징 덮개(16)는 도시된 실시예에서 스크류 캡으로서 형성되어 있다. 물론 하우징 덮개는 다른 방식으로도 하우징(2)과 연결될 수 있다.

하우징 덮개는, 용적 확장 또는 용적 축소 시 용적 보상을 가능하게 하는 용적 보상 요소(17)를 갖는다. 용적 보상 요소(17)는 특히 스프링 예압된 가요성 벨로우즈로서 형성되고, 저장기(15) 내에 있는 유체 가압 매체(18)의 방향으로 예압된다. 그럼으로써, 용적 축소 시에는 벨로우즈가 저장기 내부로 운동할 수 있고, 용적 확대 시에는 저장기 밖으로 운동할 수 있다.

하우징(2)은 실질적으로 하우징 부분들(5 및 14)로 구성되며, 이들 하우징 부분은 자신들의 경계면에서 씰(19)에 의해 서로 연결되어 밀봉된다. 이 씰(19)은 바람직하게 오링 씰(O-ring seal) 또는 그와 유사한, 즉, 고정용 씰이다. 씰(19)이 하우징(14) 내에 끼워지는 하우징(5)의 리셉터클 내측에 놓임으로써, 씰(19)은 양측 하우징(5와 14) 사이에서 밀착된다.

전동기(20)는 부분 하우징(5) 내에 배치되고, 고정자(21) 및 회전자(22)를 가지며, 상기 회전자는 하우징(5) 내에 있는 베어링(23)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 회전자(22)의 회전 운동을 피스톤(24)의 축방향 운동으로 변환하기 위해 기어 장치(25)가 제공된다. 이 기어 장치(25)는 본 실시예에서, 회전 가능한 스핀들(26)을 구비하여 형성된 스핀들 기어이다. 스핀들(26)의 회전 운동을 저지하기 위한 용도로 하우징(5) 내에 회전 지지부(27)가 제공된다. 또한, 일종의 캡(cap)으로서 스핀들(26)의 단부에 배치되는 스핀들 고정식 회전 지지부(29)도 제공된다.

전자기기용 하우징(3)은, 제어 유닛을 형성할 수 있거나 이 제어 유닛의 부분일 수 있는 기판(28)을 포함한다.

씰(19) 외에, 저장기(15)의 습식 챔버와 전자기기의 건식 챔버(51) 사이에 배치되는 또 다른 고정용 씰(30)도 제공된다. 이 고정용 씰도 마찬가지로 오링 씰로서 형성될 수 있다.

피스톤(24)은 스핀들(26)의 단부에 고정되거나, 스핀들(26)이 끼워져서 고정되는 리셉터클을 갖는다. 피스톤 실린더 유닛의 실린더 챔버(31)에 대해 피스톤을 밀봉하기 위해, 가동 씰(32)이 피스톤(24)과 연결된다. 이 경우, 고정 씰 립이 피스톤(24)에 지지되고, 가동 씰 립이 실린더 챔버(31)의 벽(33)에 지지된다.

하우징(2)과 피스톤(24) 사이에는 스프링 포트(35)(spring pot)를 갖춘 기준 스프링(34, referencing spring)이 배치되며, 이 기준 스프링의 일측은 하우징(2 또는 14)에서 지지되고, 타측은 피스톤(24) 또는 피스톤 로드에 지지된다. 이 경우, 피스톤 로드는 스핀들(26)로서 형성된다. 이 경우, 기준 스프링(34)은 디스크 스프링으로서 형성되고, 피스톤(24)의 한 최종 위치의 영역에서 상기 피스톤에 소정의 복원력을 야기한다.

도 3 내지 도 5는, 압력 챔버 측 하우징 부분(14)을 상이한 관점에서 보여준다. 이들 도면에서는, 복수의 단차부(41)에 의해 둘러싸여 있는 개구(40)를 볼 수 있다. 여기서 가장 안쪽에 있는 단차부가 실린더 챔버(31) 내부로 이어진다. 입구측에서 실린더 챔버는 지지면들(42)을 가지고, 이들 지지면 사이에 유체 채널로서 이용되는 갭(43)이 존재한다. 유체 채널(45)은 실린더 챔버(31) 내부로 유체 가압 매체를 공급하기 위한 공급부로서 이용되며, 이때 후방 에지(44)는 오리피스 홀의 기능을 가진 스니핑 에지(sniffing edge)로서 이용된다. 씰(32)이 우측을 향해 에지(44)를 넘어가면, 실린더 챔버가 폐쇄된다. 씰(32)이 에지(44)에 대해 좌측으로 변위되면, 유체 저장기로의 유체 연결이 형성되어 유체 가압 매체가 균등화될 수 있거나 압력 보상이 수행될 수 있다. 전방 에지들(46)은 기준 스프링(34)을 지지하는 데 이용된다.

하우징을 고정하기 위해 고정 아일릿들(48)이 이용된다.

도 6은, 스니핑 에지(44)의 영역에서 실린더 챔버(31)와 저장기(15) 사이에 있는 스니핑 관통구(49)를 보여준다. 개구(50)는 실린더 챔버(31)의 압력 출구로서 이용된다.

도 6 및 도 7에는, 하우징(2)이 실질적으로 유체 가압 매체로 완전히 침지된 모습이 도시되어 있다. 이때 도 6에서는, 압력 챔버 또는 실린더 챔버(31)와 저장기(15) 사이에 있는 채널(49)에 의해 유체 연결이 보장될 정도로, 피스톤(24)이 뒤로 당겨진 위치에 있는 것을 볼 수 있다. 씰(32)은 아직까지 에지(44)를 넘어가지 않았다.

그에 비해 도 7은, 피스톤이 거의 자신의 다른 쪽 신장 최종 위치에 있는 피스톤의 상태를 보여준다. 실린더 챔버(31)의 압력 챔버는 폐쇄되어 있는데, 그 이유는 씰(32)이 에지(44)를 넘어갔기 때문이다. 유체 컬럼의 변위를 위해 피스톤(24)이 변위되면, 유체 가압 매체의 용적이 액추에이터로부터 압력 라인 내부로 변위되며, 이로써 용적 보상 장치(17)의 벨로우즈가 신장된다.

도 8 내지 도 12는, 액추에이터(1)의 피스톤(24)이 상이한 위치들 또는 작동 지점들에 있는 상태를 보여준다.

도 8은, 피스톤(24)이 완전히 뒤로 당겨진 위치에 있는 작동 상태에 놓인 액추에이터(1)를 보여준다. 이때, 액추에이터는 기준 스프링으로서의 디스크 스프링을 작동시킨다. 실린더 챔버(31)의 압력 챔버는 채널(49)을 통해 저장기(15)와 유체 연결되어 있다. 씰(32)은 아직 에지(44)를 넘어가지 않았다. 피스톤(24)은 기준 위치에 있다.

도 9는, 피스톤(24)이 더 이상 완전히 뒤로 당겨진 위치에 있지 않은 작동 상태에 있는 액추에이터(1)를 보여준다. 이 경우, 액추에이터는 기준 스프링으로서의 디스크 스프링을 더 이상 즉각 작동시키지 않거나, 상기 디스크 스프링과 계속 접촉해 있는다. 실린더 챔버(31)의 압력 챔버는 또한 채널(49)을 통해 저장기(15)와 유체 연결되어 있다. 씰(32)은 아직 에지(44)를 넘어가지 않았다. 피스톤은 스니핑 위치에 있다.

도 10은, 피스톤(24)이 제1 작동 지점에 위치하는 또 다른 작동 상태에 놓인 액추에이터(1)를 보여준다. 이 경우, 액추에이터는 기준 스프링으로서의 디스크 스프링을 더 이상 작동시키지 않는다. 실린더 챔버(31)의 압력 챔버도 더 이상 채널(49)을 통해 저장기(15)와 유체 연결되지 않는다. 씰(32)은 에지(44)를 이미 넘어갔다.

도 11은, 피스톤(24)이 중간 작동 지점에 위치하는 또 다른 작동 상태에 놓인 액추에이터(1)를 보여준다. 이 경우, 액추에이터는 기준 스프링(34)으로서의 디스크 스프링을 더 이상 작동시키지 않는다. 실린더 챔버(31)의 압력 챔버도 계속해서 더 이상 채널(49)을 통해 저장기(15)와 유체 연결되지 않는다. 씰(32)은 마찬가지로 에지(44)를 이미 넘어가 있다. 피스톤은 실린더 챔버(31) 내에서 중간 위치에 있다.

도 12는, 피스톤(24)이 거의 완전히 신장된 작동 지점에 위치하는 또 다른 작동 상태에 있는 액추에이터(1)를 보여준다. 이 경우, 액추에이터는 기준 스프링(34)으로서의 디스크 스프링을 더 이상 작동시키지 않는다. 실린더 챔버(31)의 압력 챔버 역시 계속해서 더 이상 채널(49)을 통해 저장기(15)와 유체 연결되지 않는다. 씰(32)은 마찬가지로 에지(44)를 이미 넘어가 있다. 피스톤은 실린더 챔버(31) 내에서 거의 완전히 신장된 위치에 있다.

1 액추에이터
2 하우징
3 전자기기용 하우징
4 플러그
5 전동기 하우징
6 압력 센서 단자
7 고정 아일릿
8 압력 센서
9 출구
10 압력 라인
11 슬레이브 실린더
12 릴리즈 장치
13 클러치
14 하우징 부분, 가압 매체 하우징
15 가압 매체 저장기
16 하우징 덮개
17 용적 보상 요소
18 유체 가압 매체
19 씰
20 전동기
21 고정자
22 회전자
23 베어링
24 피스톤
25 기어 장치
26 스핀들
27 회전 지지부
28 기판
29 회전 지지부
30 씰
31 실린더 챔버
32 씰
33 벽
34 기준 스프링
35 스프링 포트
40 개구
41 단차부
42 지지면
43 갭
44 후방 에지, 에지
45 유체 채널
46 전방 에지
47 고정 아일릿
48 고정 아일릿
49 스니핑 관통구
50 개구
51 건식 챔버

Claims

구동 모터(20), 피스톤 실린더 유닛(24, 31) 및 가압 매체 저장기(15)가 배치되어 있는 하우징 내부 챔버를 갖춘 하우징(2)을 구비한 액추에이터(1)로서, 상기 피스톤 실린더 유닛(24, 31)이 실린더 챔버(31)를 포함하고, 상기 실린더 챔버 내부에 피스톤(24)이 변위 가능하게 배치되며, 상기 실린더 챔버는 하우징 내부 챔버의 부분이고, 피스톤(24)과 연결된 씰(32)에 의해 밀봉될 수 있으며, 상기 가압 매체 저장기(15)가 상기 하우징 내부 챔버와 함께 하나의 공통 용적을 형성하고, 실질적으로 전체 하우징 내부 챔버가 액추에이터(1)의 작동 시 유체 가압 매체(18)로 채워져 있고, 구동 모터(20)는 액추에이터(1)의 작동 시 유체 가압 매체(18)의 조(bath) 내에 위치하여 유체 가압 매체(18)에 침지되고, 상기 하우징(2)은 모터 측 하우징 부분(5) 및 나머지 하우징(14)을 갖는, 액추에이터(1).
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제1항에 있어서, 피스톤(24)은 구동 모터(20)에 의해 구동될 수 있는 피스톤 로드와 작용 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 액추에이터.
제4항에 있어서, 구동 모터(20)는 고정자(21) 및 회전자(22)를 가지하며, 상기 회전자(22)는 기어 장치(25)를 통해 피스톤 로드 또는 피스톤(24)과 연결되어 있고, 상기 기어 장치는 회전자의 회전 운동을 피스톤 로드 또는 피스톤(24)의 축방향 운동으로 변환하는 것을 특징으로 하는, 액추에이터.
제1항에 있어서, 하우징(2)은 하우징 덮개(16)를 가지며, 상기 하우징 덮개는 하우징(2) 상에 씌워져 하우징 개구를 폐쇄하며, 상기 하우징 덮개(16)는 가요성 용적 보상 요소(17)를 갖는 것을 특징으로 하는, 액추에이터.
제6항에 있어서, 가요성 용적 보상 요소(17)는 가요성 벨로우즈를 갖는 것을 특징으로 하는, 액추에이터.
제1항에 있어서, 모터 측 하우징 부분(5)은 나머지 하우징(14)에 연결되며, 모터 측 하우징 부분(5)과 나머지 하우징(14) 사이의 연결 지점에 밀봉을 위한 고정용 씰(19)이 배치되는 것을 특징으로 하는, 액추에이터.
제8항에 있어서, 구동 모터(20)는 모터 측 하우징 부분(5)에 의해 둘러싸이고, 고정용 씰(19)에 의해 상기 모터 측 하우징 부분(5)이 나머지 하우징(14)에 밀봉되어 배치되는 것을 특징으로 하는, 액추에이터.
제1항에 있어서, 구동 모터(20)는 전동기인 것을 특징으로 하는, 액추에이터.