KR102446206B1

KR102446206B1 - 모듈라 시스템 최적화된 공압식 브레이크 부스터

Info

Publication number: KR102446206B1
Application number: KR1020197015882A
Authority: KR
Inventors: 위르겐 팔러
Original assignee: 콘티넨탈 테베스 아게 운트 코. 오하게
Priority date: 2016-12-12
Filing date: 2017-11-17
Publication date: 2022-09-21
Also published as: US10625724B2; JP6883105B2; KR20190098135A; EP3551516A1; WO2018108450A1; EP3551516B1; US20190389445A1; CN110062723A; DE102016224715A1; JP2020500781A; CN110062723B

Abstract

본원은, 부스터 하우징 (2) 내에 부압 챔버 (3) 및 작동 챔버 (4) 를 가진 공압식 브레이크 부스터 (1) 에 관한 것으로서, 부압 챔버 및 작동 챔버는 탄성의 다이어프램 (5) 에 의해 서로 분리되고, 일부 영역들에서 다이어프램은 제로 위치 (N) 와 최대 스트로크 (M) 사이에서 축방향으로 미끄러질 수 있는 다이어프램 플레이트 (6) 에 대하여 놓이고, 제로 위치와 최대 스트로크 사이의 축방향 간격은 브레이크 부스터의 스트로크 범위 (H) 를 규정하며, 다이어프램은, 다이어프램 플레이트 (6) 의 미끄러짐 동안, 부스터 하우징의 내부벽상의 롤링 영역 (8) 상에서 롤링하는 롤링 폴드 (7) 를 가진다. 본원의 목적은, 모듈라 시스템이 복수의 스트로크 범위들에 대해 보다 효율적이고 효율 손실이 최소화되거나 방지될 수 있는 방안을 제공하는 것이다. 이러한 목적은, 본원에 따라 부스터 하우징이 롤링 영역에서 8 ° 이상의 원추 각 (a) 및 축방향 범위 (A) > 1/3 * 스트로크 범위 (H) 를 가진 경사진 원추형 부분 (9) 을 가진 것에 의해 달성된다.

Description

모듈라 시스템 최적화된 공압식 브레이크 부스터

본원은 특히 청구항 1 의 전제부에 따른 특징들을 가진 유압식 모터 차량 브레이크 시스템용 공압식 브레이크 부스터에 관한 것이다.

이러한 유형의 브레이크 부스터들은 널리 사용되고 공지되어 있다. 상기 유형의 브레이크 부스터의 부스터 하우징은 일반적으로 서로 연결되거나 서로 고정되거나 결합되는 적어도 2 개의 얇은 벽으로 된 하우징 쉘들을 가진다. 여기에서, 부스터 하우징에서, 적어도 하나의 부압 챔버는 탄성 재료로 구성된 다이어프램에 의해 작동 챔버로부터 공압적으로 분리된다. 여기에서, 다이어프램은 영역들에서 작동 중에 구조적으로 규정된 스트로크 범위에 결쳐 축방향으로 이동가능한 강성 다이어프램 플레이트상에 놓인다.

축방향 이동을 보상하기 위해, 다이어프램은 이 다이어프램 플레이트와 부스터 하우징의 내부벽 사이에서 반경방향으로 외부측에 배열되는 롤링 폴드 (rolling fold) 를 가지고, 이 롤링 폴드는 작동 중에 부스터 하우징의 내부벽상의 롤링 영역상에서 롤링한다.

다이어프램 플레이트상의 다이어프램을 지지하는 투영 (projected) 영역은, 부스트력의 형성을 위한 공압식 유효 영역으로서 기능하고 그리고 브레이크 부스터의 효율에 상당한 영향을 준다. 따라서, 전체 스트로크 범위에 걸쳐 다이어프램 플레이트와 부스터 하우징 사이의 반경방향 간격을 최소화하고자 하고, 이에 따라서 공지된 공압식 브레이크 부스터의 부스터 하우징은 롤링 영역에서 원통형이거나 최소 제조 관련 디몰딩 테이퍼 (production-related demolding taper) 가 통상적으로 1 ° ~ 2 ° 범위로 형성된다.

스트로크 범위들이 상이한 브레이크 부스터들은 다양한 차량 적용에 필요하다. 비용 절감의 목적을 위해, 교체 또는 교환되어야 하는 단지 몇몇 구성품들, 예를 들어 보다 큰 스트로크 범위에 대하여 축방향으로 더 깊은 하우징 쉘에 의해서 그리고 그 반대에 의해 모듈라 시스템에 기초하여 이를 실현하고자 한다. 이러한 방법에서, 공지된 브레이크 부스터들의 경우에 다이어프램은 또한 여러 가지 버전으로 변경되거나 제공되어야 한다.

예를 들어, 긴 스트로크 브레이크 부스터용으로 설계된 다이어프램의 롤링 폴드는 이의 최대 스트로크에서도 작은 스트로크 브레이크 부스터들의 경우에 큰 블래더를 형성하여, 바람직하지 않게 진공 챔버의 체적을 감소시키고 작동 챔버의 체적을 증가시킨다. 하지만, 이는 달성가능한 부스터력의 효율 및 크기를 감소시키고 그리고 응답 거동을 저하시킨다.

작은 스트로크 브레이크 부스터용으로 설계된 다이어프램이 긴 스트로크 브레이크 부스터들에 사용되는 경우에, 다이어프램은, 최대 스트로크에서, 더 이상 완전히 다이어프램 플레이트에 대하여 놓이지 않고, 이 다이어프램 플레이트로부터 상승하여, 공압식 유효 영역을 감소시키고, 그 결과 마찬가지로 달성가능한 부스터력의 효율 및 크기를 감소시킨다.

따라서, 상이한 스트로크 범위들에 대한 모듈라 시스템이 보다 효율적으로 형성되고 효율 손실이 최소화되거나 방지될 수 있는 방안을 제공하는 것이 목적이다.

상기 목적은 청구항 1 에 청구되는 바와 같은 특징들의 조합을 가진 브레이크 부스터에 의해 본원에 따라 달성된다. 도면 및 설명과 함께 종속항들은 본원에 따른 다른 실시형태들 및 유리한 개량들을 더 특정한다.

특히, 본원은, 부스터 하우징이 롤링 영역에서 8 ° 보다 큰 원추 각 및 각각의 스트로크 범위의 1/3 보다 큰 축방향 범위를 가진 테이퍼진, 특히 원추형 부분을 가지도록 한다.

본 발명의 일 개량에서, 롤링 영역에서 부스터 하우징의 대응 부분의 원추 각은 8 ° ~ 10 ° 의 범위, 바람직하게는 8.5 ° ~ 9 ° 의 범위에 제공된다.

브레이크 부스터의 작은 스트로크 실시형태들의 경우에 롤링 폴드의 길이는 이에 따라서 더 작게 선택될 수 있고, 그 결과 작은 영역이 스트로크 동안 변형되어야 하고, 굴곡 (flexing) 작업 및 연관된 손실이 감소된다. 이러한 방식으로, 모듈라 시스템내의 모든 스트로크 범위들에 대해 다이어프램의 하나의 표준화된 실시형태를 사용할 수 있다. 롤링 다이어프램의 다양한 부품들이 감소되어 또한 부품 가격도 낮아진다.

하우징 쉘의 제조 동안 금속 시트의 변형 정도는 원통형 설계와 관련하여 감소되고, 제도 비용이 저감된다.

더욱이, 하우징 쉘들은 보다 용이하게 적층가능하게 형성되어, 운반에 필요한 공간이 감소되거나 더 큰 벽 두께가 가능해진다. 이는 물류 비용을 감소시킨다.

본원의 일 개량은, 최대 스트로크에서 다이어프램 플레이트와 롤링 영역 사이의 반경방향 간격이, 적어도 다이어프램의 특정 최소 허용가능한 굴곡 반경과 롤링 폴드의 영역에서 다이어프램의 두께의 두배의 합이라는 것이다.

이로 인해 멤브레인에 대한 손상이 방지되고 동시에 효율 손실이 감소된다.

본원의 바람직한 일 실시형태에 따라서, 제로 위치에서 다이어프램 플레이트와 롤링 영역 사이의 반경방향 간격은, 최대 스트로크에서의 반경방향 간격의 적어도 2 배이다. 따라서, 롤링 폴드에서 굴곡 작업으로 인한 손실 및 효율 손실이 더욱 최적화된다.

본원의 유리한 일 실시형태에 따라서, 부스터 하우징은 적어도 하나의 제 1 하우징 쉘과 적어도 하나의 제 2 하우징 쉘을 가지고, 하우징 쉘들 사이에는 축방향으로 전방으로 연장되는 환형 갭이 있고, 이 환형 갭에 다이어프램의 영역이 배열된다.

본원의 특히 바람직한 일 개량에서, 환형 갭은 그 축방향 범위가 그 반경방향 갭 치수의 적어도 2 배가 되도록 설계된다. 그 결과, 롤링 폴드의 안내가 향상되고, 밀봉 비드로의 롤링 폴드의 천이시에 손상이 방지되며, 밀봉 비드가 부스터 하우징의 내부로 미끄러지거나 결합해지되는 것이 효과적인 방식으로 방지된다.

최적의 재료 이용 및 비용 및 중량의 절감을 위해, 본원의 바람직한 실시형태는 원추형 부분이 실질적으로 환형 갭까지 연장되도록 제공한다.

본원의 상세한 설명 및 장점은 도면들의 설명에 의해서 이하에 보다 상세하게 설명될 것이다. 이와 관련하여, 일반적 유형의 브레이크 부스터의 일반적으로 공지된 양태들 및 기능들의 설명은 대체로 생략될 것이며, 본원과 관련된 상세한 설명만이 논의될 것이다.

도 1 은 본원에 따른 브레이크 부스터의 일 실시형태의 축방향 단면도를 실시예로서 도시한다.
도 2 는 제로 위치에서 다이어프램 플레이트와 함께 롤링 폴드의 영역에서 도 1 의 실시형태의 확대도를 도시한다.
도 3 은 최대 스트로크에서 다이어프램 플레이트와 함께 롤링 폴드의 영역에서 도 1 의 실시형태의 확대도를 도시한다.

도 1

공압식 브레이크 부스터 (1) 는 실질적으로 회전 대칭 구성이다. 이는 얇은 벽으로 된 부스터 하우징 (2) 을 가진다. 부스터 하우징 (2) 은 그 반경방향 외부 영역에서 서로 연결되는 하우징 쉘들 (10, 11) 을 포함하고, 탄성 (elastomeric) 다이어프램 (5) 에 의해 서로 공압적으로 분리되는 진공 챔버 (3) 와 작동 챔버 (4) 를 포함한다.

부스터력은 진공 챔버 (3) 와 작동 챔버 (4) 사이의 압력차에 의해 공압식 브레이크 부스터 (1) 에서 발생되고 그리고 강성 다이어프램 플레이트 (6) 안으로 도입되며, 이 강성 다이어프램 플레이트는 제로 위치 (N) 와 최대 스트로크 (M) 사이의 구조적으로 제공된 스트로크 범위 (H) 내에서 부스터 하우징 (2) 에서 축방향으로 이동되고 그리고 작용의 면에서 하류측에 위치된 구성품들에 부스트력을 전달한다.

여기에서, 다이어프램 플레이트 (6) 에 접촉하는 다이어프램 (5) 은 다이어프램 플레이트 (6) 에 대하여 진공 챔버 (3) 방향으로 지지되고, 공압식 유효 면적은 다이어프램 플레이트 (6) 상의 다이어프램 (5) 의 투영된 지지 영역에 의해 그리고 이에 따라서 지지 반경 (AR) 에 의해 규정된다. 최대 효율을 위해서, 지지 반경 (AR) 은 모든 작동 상태에서 및 모든 스트로크 위치에서 다이어프램 플레이트 (6) 의 외경 (TR) 과 이상적으로 동일해야 한다.

다이어프램 (5) 의 이동을 보상하기 위해, 다이어프램은, 제로 위치 (N) 와 최대 스트로크 (M) 사이에서 다이어프램 플레이트 (6) 의 변위 동안, 부스터 하우징 (2) 의 내부벽상의 롤링 영역 (8) 에서 롤링하는 롤 폴드 (7) 를 가진다.

다이어프램 (5) 의 반경방향 외부 에지에는 공압적으로 밀봉 방식으로 개별적으로 형성된 환형 공동내의 하우징 쉘들 (10 및 11) 사이에 클램핑되는 원주방향 밀봉 비드 (13) 가 일체로 형성된다.

도 2

본원에 따른 부스터 하우징 (2) 은, 롤링 영역 (8) 에서 원추형 부분 (9) 을 가지고, 이 원추형 부분의 축방향 범위 (A) 는 스트로크 범위 (H) 의 적어도 1/3, 바람직하게는 절반이고 이 원추형 부분의 원추 각 (α) 은 8 ° ~ 10 °, 바람직하게는 8.5 ° ~ 9 °, 이상적으로는 8.8 ° 이다.

도 3

최적화된 효율 및 감소된 재료 비용으로 영구 기능을 보장하기 위해, 본원에 따른 브레이크 부스터 (1) 의 구성품들은, 최대 스트로크 (M) 에서 부스터 하우징 (2) 상의 롤링 영역 (8) 과 다이어프램 플레이트 (6) 사이의 반경방향 간격 (AM) 이 롤링 폴드 (7) 의 영역에서의 다이어프램 (5) 의 두께 (d) 의 2 배와 다이어프램 (5) 의 특정 최소 허용가능한 굴곡 반경 (RW) 의 합인 값을 취하려고 하지만, 이 값 아래로 떨어지지 않도록 설계된다. AM ≥ 2d + RW; AM → 2d + RW 이 적용된다.

여기에서, 굴곡 반경 (RW) 은, 특정 재료 특성 및 두께 (d) 를 고려하여, 브레이크 부스터 (1) 의 전체적으로 의도된 작동 지속기간에 걸쳐 경계층들에서의 응력 유도 과부하로 인한 균열이 방지되는 경우에, 다이어프램 (5) 의 최소 허용가능한 굽힘 반경이다. 예를 들어, 두께 d

1 mm 를 갖는 EPDM 재료로 제조된 다이어프램 (5) 에 대해서, 굴곡 반경 RW

1.5 mm 이 바람직하게 규정된다.

최대 스트로크 (M) 에서 최소 허용가능한 반경방향 간격 (AM) 에 대한 요건들은 긴 스트로크 실시형태의 구조적 설계에 필수적으로 적용된다. 짧은 스트로크 실시형태의 경우에, 본원내에서, 예를 들어 원추 각 (α) 이 동일한 반경방향 간격 (AM) 을 허용하기 위해 긴 스트로크 설계에 대하여 증가될 수 있거나, 또는 원추 각 (α) 이 동일하게 남아 있어서, 반경방향 간격 (AM) 이 약간 증가되도록 할 수 있다.

본원에 따른 브레이크 부스터 (1) 의 긴 스트로크 실시형태에 대한 스트로크 범위 (H) 는, 예를 들어 40 mm ~ 50 mm, 바람직하게는 46 mm 이다.

본원에 따른 브레이크 부스터 (1) 의 짧은 스트로크 실시형태에 대해서, 스트로크 범위 (H) 는, 예를 들어 30 mm ~ 40 mm, 바람직하게는 36 mm 일 수 있다. 다이어프램 (5) 의 단일 표준화된 실시형태에 따른 효율 손실없이, 10 ~ 20 mm 의 짧은 스트로크 실시형태와 긴 스트로크 실시형태 사이의 결과적인 스트로크 차이가 쉽게 실현될 수 있다.

본원에 따른 브레이크 부스터 (1) 의 도시된 실시형태의 부스터 하우징 (2) 은, 제로 위치 (N) 에서 다이어프램 플레이트 (6) 와 롤링 영역 (8) 사이의 반경방향 간격 (AN) 이 최대 스트르로크 (M) 에서 반경방향 간격 (AM) 의 대략 적어도 2 배이도록 설계된다. 따라서, 전술한 바와 같이 간격 (AN) 에 대한 설계 원리를 고려하여, 롤링 폴드 (7) 에서의 굴곡 작업으로 인한 손실 및 이의 블래더 형성 정도는 최적의 관계가 될 수 있고, 이에 따라서 효율 손실이 최소화될 수 있다.

롤링 폴드 (7) 의 안내를 향상시키고, 밀봉 비드 (13) 로의 천이시 손상을 방지하며, 그리고 밀봉 비드 (13) 가 부스터 하우징 (2) 의 내부 공간으로 미끄러지거나 결합해제되는 것을 방지하기 위해서, 2 개의 하우징 쉘들 (10 및 11) 은 축방향 전방으로 연장되는 환형 갭 (12) 이 그 사이에 형성되도록 형성된다. 여기에서, 다이어프램 (5) 또는 롤링 폴드 (7) 는 환형 갭 (12) 을 관통한다.

여기에서, 환형 갭 (12) 의 반경방향 갭 치수 (b) 는 밀봉 비드 (13) 의 두께보다 실질적으로 작고 멤브레인 (5) 의 두께 (d) 보다 현저하게 넓어지도록 구성된다. 여기에서, 환형 갭 (12) 의 축방향 범위 (a) 는 이의 반경방향 갭 치수 (b) 와 적어도 동일하고, 바람직하게는 적어도 2 배가 되도록 구성되어야 한다.

본원에 따른 브레이크 부스터 (1) 의 도시된 바람직한 실시형태에서, 원추형 부분 (9) 은 환형 갭 (12) 으로 바로 연장된다.

1 : 브레이크 부스터
2 : 부스터 하우징
3 : 진공 챔버
4 : 작동 챔버
5 : 다이어프램
6 : 다이어프램 플레이트
7 : 롤링 폴드
8 : 롤링 영역
9 : 원추형 부분
10 : 하우징 쉘
11 : 하우징 쉘
12 : 환형 갭
13 : 밀봉 비드
α : 원추 각
a : 축방향 범위
A : 축방향 범위
b : 반경방향 갭 치수
d : 다이어프램의 두께
H : 스트로크 범위
M : 최대 스트로크
N : 제로 위치
AM : 최대 스트로크에서 반경방향 간격
AN : 제로 위치에서 반경방향 간격
AR : 지지 반경
RW : 특정 최소 허용가능한 굴곡 반경
TR : 다이어프램 플레이트 반경

Claims

부스터 하우징 (2) 을 가진 공압식 브레이크 부스터 (1) 로서,
상기 부스터 하우징은, 상기 부스터 하우징 (2) 내에 제공되고 탄성의 다이어프램 (5) 에 의해 서로 공압적으로 분리되는, 적어도 하나의 진공 챔버 (3) 및 적어도 하나의 작동 챔버 (4) 를 구비하고,
상기 다이어프램 (5) 은 제로 위치 (N) 와 최대 스트로크 (M) 사이에서 상기 부스터 하우징 (2) 내에서 축방향으로 변위가능한 원형의 다이어프램 플레이트 (6) 에 접촉하고,
상기 제로 위치 (N) 와 상기 최대 스트로크 (M) 사이의 축방향 간격은 상기 브레이크 부스터 (1) 의 스트로크 범위 (H) 를 규정하며,
상기 다이어프램은, 상기 다이어프램 플레이트 (6) 의 변위 동안, 상기 부스터 하우징 (2) 의 내부벽상의 롤링 영역 (8) 상에서 롤링하는 롤링 폴드 (7) 를 가지고,
상기 부스터 하우징 (2) 은, 상기 롤링 영역 (8) 에서, 원추 각 (α) ≥ 8 ° 및 축방향 범위 (A) > 1/3 * 스트로크 범위 (H) 인, 원추형 부분 (9) 을 가지는 것을 특징으로 하는, 공압식 브레이크 부스터 (1).
제 1 항에 있어서,
최대 스트로크 (M) 에서 상기 롤링 영역 (8) 과 상기 다이어프램 플레이트 (6) 사이의 반경방향 간격 (AM) 은, 상기 다이어프램 (5) 의 특정 최소 허용가능한 굴곡 반경 (RW) 과 상기 롤링 폴드 (7) 의 영역에서 상기 다이어프램 (5) 의 두께 (d) 의 2 배의 합보다 크거나 같은 ; AM ≥ 2d + RW 것을 특징으로 하는, 공압식 브레이크 부스터 (1).
제 2 항에 있어서,
제로 위치 (N) 에서 상기 롤링 영역 (8) 과 상기 다이어프램 플레이트 (6) 사이의 반경방향 간격 (AN) 은 최대 스트로크 (M) 에서 상기 반경방향 간격 (AM) 의 2 배보다 크거나 같은 ; AN ≥ 2 * AM 것을 특징으로 하는, 공압식 브레이크 부스터 (1).
제 1 항에 있어서,
상기 원추 각 (α) 은 8 ° ~ 10 ° 범위로 제공되는 것을 특징으로 하는, 공압식 브레이크 부스터 (1).
제 4 항에 있어서,
상기 원추 각 (α) 은 8.5° ~ 9° 범위로 제공되는 것을 특징으로 하는, 공압식 브레이크 부스터 (1).
제 1 항에 있어서,
상기 부스터 하우징 (2) 은 적어도 하나의 제 1 하우징 쉘 (10) 및 적어도 하나의 제 2 하우징 쉘 (11) 을 가지고, 상기 제 1 하우징 쉘 (10) 및 상기 제 2 하우징 쉘 (11) 사이에 환형 갭 (12) 이 형성되며, 상기 환형 갭은 축방향 전방으로 연장되고 상기 환형 갭에 상기 다이어프램 (5) 의 영역이 배열되는 것을 특징으로 하는, 공압식 브레이크 부스터 (1).
제 6 항에 있어서,
상기 환형 갭 (12) 의 축방향 범위 (a) 는 상기 환형 갭의 반경방향 갭 치수 (b) 와 적어도 동일한 크기인 것을 특징으로 하는, 공압식 브레이크 부스터 (1).
제 7 항에 있어서,
상기 환형 갭 (12) 의 축방향 범위 (a) 는 상기 환형 갭의 반경방향 갭 치수 (b) 의 적어도 2 배인 것을 특징으로 하는, 공압식 브레이크 부스터 (1).
제 8 항에 있어서,
상기 원추형 부분 (9) 은 상기 환형 갭 (12) 까지 연장되는 것을 특징으로 하는, 공압식 브레이크 부스터 (1).