KR20080019582A - 높은 탄성을 갖는 다층 스프링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 판(leaf) 스프링(1), 특히 철도 차량을 위한 판(leaf) 스프링(1)에 관한 것이며, 내부 연결부(2), 외부 연결부(4), 및 이들 사이에 설치되고 엘라스토머층들(9, 10, 11, 12)과 시트 메탈층들(5, 6, 7, 8)이 교대하여 만들어지는 적어도 2개의 스프링층들을 포함한다. 상기 엘라스토머층들은 상이한 두께를 가지면서 상기 시트 메탈층들과 상기 연결부들과 함께 가황처리된다. 각각의 상기 엘라스토머층은 동일한 재료로 제조된다. 본 발명의 판 스프링은 응력이 적용되는 방향으로 가장 두꺼운 스프링층 위에 설치되고, 실질적으로 원추 형상의 윤곽을 가지는 지지 디스크(14)를 더 포함한다. 스프링이 부하를 받을 때 먼저 가장 부드러운 층의 안 부분이 상기 지지 디스크 상에 위치하지만, 부하가 증가함에 따라 가장 부드러운 층(9)의 바깥 부분들에 뒤따라 다른 스프링층들이 계속적으로 증가하는 방식으로 지지 디스크 상에 또한 위치하게 된다. 상기 지지 디스크의 윤곽은 상기 스프링의 특성 커브에 영향을 미친다.

Description

높은 탄성을 갖는 다층 스프링{HIGHLY ELASTIC LEAF SPRING}

본 발명은 내부 연결부, 외부 연결부, 및 이들 사이에 설치되고 엘라스토머(elastomer)층과 시트 메탈(sheet metal)층을 교대로 포함하는 적어도 2개의 스프링층들을 가지는 다층 스프링, 특히 철도 차량을 위한 다층 스프링에 관한 것이며, 상기 엘라스토머층들의 각각은 상기 연결부들 및 상기 시트 메탈층들과 함께 가황처리되며(vulcanize), 상기 스프링층들의 엘라스토머층들은 서로 다른 두께를 가지며, 각각의 엘라스토머층은 동일한 재료로 제조된다.

이러한 다층 스프링들은 철도 차량에서 자주 일차 스프링 단계(primary spring stage), 즉 휠과 보기(bogie) 사이의 스프링 단계를 형성하기 때문에 일차 스프링들이라고 언급된다. 상기 다층 스프링들은 다른 형상들을 가질 수 있다. 예를 들면, 개개의 스프링 층들은 원통 형상 또는 원추 형상으로 서로에 대해 동심원상으로 배열될 수도 있다. 그러나 또한 상이하게 배열된 수평 또는 수직 스프링 층들로 형성된 다층 스프링들도 가능하다. 스프링층들의 형상, 위치 및 수량은 각각의 용도에 적합하게 변경된다.

각각의 다층 스프링은 대개 각각의 용도를 위하여 제작되며, 특정의 스프링 특성 커브가 얻어진다. 이동 모드 중에 탈선을 방지하기 위하여 특히 중요한, 낮은 부하(low loading)가 주어질 때에는, 상기 스프링은 매우 부드럽게 만들어져야 한다. 대조적으로, 부하가 높은 때에는, 차량이 자유 공간 형상 (free space profile) 내에 있도록 스프링은 단단해야 한다.

DE8520180U1는 특정의 스프링 특성을 얻기 위하여 다른 층들보다 낮은 쇼어(Shore) 경도를 갖는 추가적인 고무층을 갖는 다층 스프링을 개시한다. 그러나 이 다층 스프링은 이 추가적인 고무층의 스프링 압축을 제한하기 위하여 제한 정지구(limiting stop)를 필요로 한다. 그러므로 상기 스프링이 상기 제한 정지구에 인접하게 되는 시간까지의 부드럽고 편평한 부분, 및 단단하고 경사진 부분의 두 개의 커브부분들로 상기 스프링 특성 커브는 구성된다. 그러므로 상기 스프링은 서스펜션 작용에 대해 바람직하지 않은 영향을 미치는 변하기 쉬운 성질(inconstancy)을 가진다.

상기 다층 스프링의 최적의 특성 커브를 얻기 위하여, 스프링 층들의 엘라스토머층을 다른 재료로 제조하는 것이 공지되어 있다. 이러한 다층 스프링은 DE2819306A1 와 DE10301756B4에 기재되어 있다.

그러나 다른 재료를 사용하는 것은, 특히 하나의 층 내에 다른 재료들이 있을 때에, 조립에 상당한 비용이 들게 한다.

본 발명의 목적은 전술한 결점을 피하면서 개선되고, 일정한 스프링 특성 커브를 가지는, 앞에서 기술한 타입의 다층 스프링을 제공하는 것이다.

이 목적은 상기 다층 스프링이 지지 디스크를 가짐으로써 달성되며, 상기 지지 디스크는 실질적으로 원추 형상의 윤곽을 가지고, 부하 방향으로 가장 두꺼운 스프링 층위에 배열되고, 상이한 두께들의 스프링층들에 대응하며, 먼저 가장 부드러운 층의 안 부분이 상기 지지 디스크 위에서 지지되고, 부하가 증가함에 따라 상기 가장 부드러운 층의 바깥 부분과 다른(further) 스프링층들이 상기 지지 디스크 상에서 끊임없이 증가하는 방식으로 지지된다.

이와 같은 디자인의 결과로서, 상기 다층 스프링의 내부의 부드러운 스프링 층만이 상대적으로 낮은 부하에서 스프링 압축을 받고 다른 스프링 층들은 상대적으로 높은 부하에서 스프링 압축에 끊임없이 점점 더 참여하기 때문에 상기 지지 디스크는 일정한 스프링 특성 커브를 발생시킨다. 상기 지지 디스크의 결과로서, 가장 두껍고, 가장 부드러운 스프링층이 과도하게 부하를 받는 것이 방지된다. 상기 특성 커브는 상기 지지 디스크의 윤곽에 따라서, 예를 들면 일정하게 점진적인 특성 커브로서, 용도에 적합하게 변경될 수 있다.

본 발명의 하나의 실시예(development)에 따르면, 상기 내부 스프링층의 엘라스토머층은 다른 스프링층의 엘라스토머층보다 3배나 두껍다.

그 결과, 상기 내부 스프링층은 다른 스프링층들보다 상당히 부드럽다. 이러한 스프링층의 경도는 형상 인자(shape factor) F에 의해 결정되는 구조(geometry)의 영향과 함께 상기 층의 구조와 재료의 경도에 의해 결정된다. 상기 형상 인자 F는 엘라스토머층의 결합 되는(bound) 엘라스토머 영역에 대한 자유 엘라스토머 영역의 비를 나타낸다. 영구적으로 가황처리되는, 즉 결합되는 영역이 일정하면서 엘라스토머층의 자유 표면이 더 커진다면, 상기 형상 인자가 증가한다. 큰 값의 F는 부드러운 스프링 특성을 나타내며, 작은 값의 F는 단단한 스프링 특성을 나타낸다.

일정한 특성 커브를 가진 이러한 다층 스프링은 독창적인 방법으로 다양한 용도에 적합하게 변경될 수 있고, 예를 들면 하나 이상의 시트 메탈층의 생략은 결과로서 생기는 상대적으로 두꺼운 엘라스토머층의 자유롭게 변형 가능한 엘라스토머 영역이 용이하게 확대될 수 있도록 하므로, 복잡한 조립 방법을 요구하지 않는다. 다른 재료를 사용할 필요가 없다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예를 도시한 도면이다.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

1: 다층 스프링 2: 내부 연결부

3: 연결핀 4: 외부 연결부

5: 시트-메탈 중간층 6: 시트-메탈 중간층

7: 시트-메탈 중간층 8: 시트-메탈 중간층

9: 내부 엘라스토머층 10: 엘라스토머층

11: 엘라스토머층 12: 엘라스토머층

13: 다층 스프링(1)의 주축 14: 지지 디스크

15: 지지 디스크(14)의 하부

본 발명의 실시예는 도면을 참조하여 이하에서 더 상세하게 설명된다.

도 1은 부하가 없이 설치된 위치에 있는 다층 스프링(1)의 세로 단면도이며, 내부 연결부(2)는 상부에 연결핀(3)을 가지며, 부하(도시 안됨)를 지탱한다.

게다가, 상기 다층 스프링(1)은 외부 연결부(4) 및 외부쪽으로 갈수록 더 큰 직경을 가지고, 원추 형상을 가지며, 동심원으로 배열된 다수의 시트-메탈 중간층들(5, 6, 7, 8)을 포함한다. 각각의 경우에, 원추형상의 엘라스토머층들(9, 10, 11, 12)은 상기 시트-메탈 중간층들(5-8) 사이에 배열되고, 상기 엘라스토머층(9, 10, 11, 12)의 각각의 표면에 의해서, 상기 내부 연결부(2), 상기 시트-메탈 중간층들(5-8) 및/또는 외부 연결부(4)의 각각의 표면 위에 영구적으로 가황처리되며, 그 표면들은 상기 다층 스프링(1)의 주축(13)쪽으로 향하고, 상기 주축(13)으로부터 이격된다.

상기 다층 스프링(1)이 상방향으로 점점 가늘어지는 절두체(frustum) 형상을 가지도록 상기 시트-메탈 중간층(5-8)과 상기 엘라스토머층(9-12)이 서로에 대해서 배열된다.

상기 내부 엘라스토머층(9)과 대면하며, 그 하부(15)에 원추 형상을 가지는 상기 지지 디스크(14)는 상기 내부 연결부(2)에 대해서 동심원상으로 연결핀(3)에 영구적으로 장착된다.

상기 내부 엘라스토머층(9)은 다른 엘라스토머층들(10-12)보다 상당히 큰 반경방향의 두께를 가진다. 증가된 두께는 다른 엘라스토머층들(10-12)에 비해 증가된 형상 인자 F를 발생시킨다. 이에 따라, 상기 내부 엘라스토머층(9)은 다른 엘라스토머층들(10-12)보다 상당히 부드럽다.

부하를 받을 때, 상기 내부 연결부(2)는 상기 외부 연결부(4)에 대항해 하방으로 이동하고, 상기 다층 스프링(1)은 압축된다. 이 과정에서, 상대적으로 부드러운 스프링 특성 커브로 인해 처음에는 상기 내부 엘라스토머층(9)만이 스프링 압축을 받는다. 상기 엘라스토머층(9)은 상기 지지 디스크(14)에 대항하여 지지된다. 상기 지지 디스크(14)의 하부(15)의 구성이 또한 상기 내부 엘라스토머층(9)의 스프링 특성 커브를 결정한다. 상기 내부 엘라스토머층(9)이 완전히 스프링 압축될 때에, 상기 지지 디스크(14)가 상기 내부 시트-메탈 중간층(5) 상에 위치하고 다른 엘라스토머층들(10-12)은 추가의 스프링 압축에 계속적으로 관련되는 방식으로, 상기 내부 엘라스토머층(9)의 두께와 상기 지지 디스크(14)의 하부(15)의 형상이 서로 매칭된다. 이는 상기 다층 스프링(1)의 전체에 대한 끊임없는 점진적인 스프링 특성 커브를 초래한다.

Claims (1)

1. 내부 연결부(2), 외부 연결부(4) 및 이들 사이에 설치되고 엘라스토머층들(9, 10, 11, 12)과 시트 메탈층들(5, 6, 7, 8)을 교대로 포함하는 스프링층들을 가지며, 상기 엘라스토머층들(9, 10, 11, 12) 각각은 상기 연결부들(2, 4) 및 상기 시트 메탈층들(5, 6, 7, 8)과 함께 가황처리되며, 상기 스프링층들의 상기 엘라스토머층들(9, 10, 11, 12)은 서로 다른 두께를 가지며, 상기 엘라스토머층들(9, 10, 11, 12) 각각은 동일한 재료로 제조되는 다층 스프링(1), 특히 철도 차량을 위한 다층 스프링(1)에 있어서,

   상기 다층 스프링(1)은 지지 디스크(14)를 가지며 상기 지지 디스크(14)는 실질적으로 원추 형상의 윤곽을 가지며, 부하방향으로 가장 두꺼운 상기 엘라스토머층(9) 위에 배열되고, 상이한 두께의 상기 엘라스토머층들(9, 10, 11, 12)에 대응하고, 먼저 가장 부드러운 엘라스토머층(9)이 상기 지지 디스크(14) 상에 지지되고, 부하가 증가하면 상기 가장 부드러운 엘라스토머층(9)의 바깥 부분들과 다른 엘라스토머층들(10, 11, 12)이 상기 지지 디스크(14) 상에 끊임없이 증가하는 방식으로 지지되는 것을 특징으로 하는,

   다층 스프링(1).

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