KR20160065842A - 마찰 장치를 포함한 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마찰 장치를 포함한 어셈블리에 관한 것이며, 상기 어셈블리는 특히 차량의 클러치의 작동을 위한, 서로 상대적으로 회전 가능한 2개 이상의 부품을 포함하며, 서로 상대적으로 회전 가능한 부품들 사이에는 이 부품들의 상대 회전 동안 효율/마찰에 영향을 미치는 코일 스프링이 배치되며, 마찰 장치를 포함한 어셈블리는 기어 장치 및/또는 액추에이터 내에 통합된다.

Description

마찰 장치를 포함한 어셈블리{ASSEMBLY WITH FRICTION ARRANGEMENT}

본 발명은 마찰 장치를 포함한 어셈블리에 관한 것이며, 상기 어셈블리는 서로 상대적으로 회전 가능한 2개 이상의 부품을 포함하여 특히 기어 장치 및/또는 액추에이터 내에서 이용된다.

액추에이터들은 예컨대 차량의 클러치의 작동을 위해 이용되면서 일측 부품의 회전 운동을 추가 부품의 축 방향 운동으로 변환시킬 수 있다.

독일 공보 DE 10 2012 209883 A1로부터는, 레버를 포함하여 자동차의 파워 트레인 내 클러치와 같은 토크 전달 장치의 작동을 위한 레버 시스템이 공지되었으며, 레버는 지지점 상에서 조인트를 중심으로 회전 가능하게 지지되며, 작동 액추에이터와 작동 연결되어 토크 전달 장치의 회전축에 대해 평행하게 변위될 수 있는 힘 전달점을 포함한다. 이 경우, 액추에이터 자체는 각종의 선형 액추에이터일 수 있으며, 예컨대 PWG 액추에이터(PWG = 유성 롤러 스핀들 드라이브, planetary roller spindle drive), 유압 슬레이브 실린더 등일 수 있다.

유성 롤러 스핀들 드라이브(PWG)는, 스핀들과, 스핀들 너트와, 스핀들과 스핀들 너트 사이에서 외주에 걸쳐 배치되고 유성 캐리어 내에 수용되는 유성 기어 회전체들로 형성된다. 이 경우, 스핀들, 스핀들 너트 및 유성 기어 회전체들은 스핀들과 스핀들 너트 사이에서 회전 운동을 전달하기 위해 프로파일부들을 포함하고, 컴포넌트들 중 일측 컴포넌트(스핀들 또는 스핀들 너트)는 회전 구동되고 타측 컴포넌트는 회전 고정 방식으로 배치되어 설정된 동력 전달비에 상응하는 축 방향 경로만큼 스핀들의 종축을 따라서 변위된다. 이 경우, 유성 기어 회전체들은 한편으로 스핀들과, 그리고 다른 한편으로는 스핀들 너트와 치합되는 2개의 상이한 프로파일 섹션을 포함하며, 유성 기어 회전체 상의 일측 프로파일 섹션들은 그루브 형태이고 유성 기어 회전체 상의 타측 프로파일 섹션들은 대체로 그루브 형태이며, 각각의 실시 형태에 따라서 상보적인 나사 섹션은 스핀들 또는 스핀들 너트 상에, 그리고 그루브 섹션에 상응하게 또 다른 컴포넌트 상에 배치된다. 그 결과, 스핀들 너트 상에서 스핀들의 직접적인 수용에 비해, 더욱 적은 전진 이동 시에도 스핀들 회전당 상대적으로 더 높은 힘을 가능하게 하는 동력 전달비들이 달성된다.

EP 320 621 A1로부터는, 예컨대 스핀들이 나사부를 포함하고, 스핀들 너트는 그루브를 포함하며, 이 그루브들 상에서는 각각 유성 기어 회전체들이 그에 상응하게 상보적으로 형성된 프로파일 섹션들을 이용하여 구름 접촉(roll-off)하는 PWG는 공지되었다. 이 경우, 축 방향으로 고정 지지되고 예컨대 전기 모터에 의해 회전 구동되는 스핀들은 회전 고정 방식으로 배치된 스핀들 너트에 상대적으로 회전되며, 그럼으로써 스핀들 너트는 강제적으로, 그리고 스핀들 너트의 그루브들 내에서 유성 기어 회전체들의 마찰 연동식 구름 접촉(frictionally engaged rolling-off)을 통해 축 방향으로 변위된다. 이 경우, 스핀들 너트의 축 방향 경로에 걸쳐 스핀들의 회전수에 비례하는 운동이 제공된다. 이를 위해, 유성 기어들에 상응하게, 유성 롤러들을 포함하는 유성 캐리어는, 회전하는 컴포넌트, 요컨대 스핀들 또는 스핀들 너트의 각각의 지름의 치수 설계에 따라서, 절반의 회전수 또는 또 다른 비율로 회전한다.

DE 10 2010 047 800 A1은, 마스터 실린더의 피스톤으로서 형성되는 정유압 액추에이터의 액추에이터 부재가 회전 고정되고 축 방향으로 변위 가능하게 배치되는 스핀들과 축 방향으로 고정 연결되어 있는 유성 롤러 기어 시스템(planetary roller gear system)의 적용을 개시하고 있으며, 축 방향으로 고정된 스핀들 너트는 전기 모터에 의해 회전 구동되며, 그럼으로써 스핀들 너트의 회전 동안 스핀들과 스핀들 너트는 서로 마주하고 축 방향 경로를 따라서 변위된다. 피스톤을 수용하여 이 피스톤과 함께 압력 챔버를 형성하는 실린더 하우징은 고정 배치되고 스핀들 너트는 그 실린더 하우징 상에서 축 방향으로 지지되기 때문에, 피스톤은 스핀들 너트의 회전 구동에 따라서 예컨대 브레이크들, 마찰 클러치 등과 같은 자동차 컴포넌트들의 작동을 위한 압력을 형성한다. 이 경우, 특히 마찰 클러치들의 경우, 높은 기울기(gradient)를 이용하여 낮은 하중 요구로 자유 간극을 신속하게 극복하고, 마찰 클러치의 작동 영역에서는 낮은 기울기를 이용하여 낮은 출력을 갖는 전기 모터로 높은 하중을 제공할 수 있도록 하는 점이 의도된다.

특히 하중에 대항하여, 예컨대 클러치 특성곡선에 대항하여 작동하는, 정유압 클러치 액추에이터들(Hydrostatic Clutch Actuator; HCA)과 같은 액추에이터들에서, 예컨대 전기 모터에 의해 구동되는 효율 최적화된 스핀들 드라이브들(예: PWG)의 경우, 필요한 위치의 유지 동안 전기 모터 내에는 유지 전류(retaining current)와 그에 따른 유지 토크가 필요하다는 문제가 존재하는데, 그 이유는 스핀들 드라이브(예: PWG의 경우)가 셀프 로킹되지 않기 때문이다. 스핀들이 구동될 때 (스핀들에 상대적인) 축 방향 운동이 접속되는 회전 고정된 링 기어 너트를 포함하는 HCA 내 PWG의 경우, (유성 기어들이 맞물려 있고 슬립이 없는 경우에서처럼) 이상적인 롤링 운동에서 스핀들 피치의 추가적인 감소가 수행되며, 상기 스핀들 피치는 스핀들 지름 및/또는 유성 롤러 지름을 가변시키는 것을 통해 한계 이내에서 자유롭게 선택될 수 있다.

상기 유형의 액추에이터들의 결정적인 단점은, 해당 액추에이터들이 지속적인 유지 전류를 필요로 하고, 정전/결함(예: 케이블 파손, 커넥터 분리)의 경우에는 위치가 유지될 수 없다는 점에 있다. 이때 클러치가 액추에이터를 통해 압축되는 경우, 클러치가 의도하지 않게 체결되는 큰 위험이 존재한다.

그 밖에도, 예컨대 클러치를 위한 랩 스프링(wrap spring)의 이용도 공지되었다. 랩 스프링 클러치는 샤프트 또는 원통형 몸체 상에 감기고 일측에서는 구동 장치 상에 고정되는 코일 스프링으로 구성된다. 구동 효과는, 클러치 토크가 각각의 권선부(winding)와 더불어 마찰에 근거하여 강화되고 합산된다는 점에 기인한다. 그 결과, 래핑(wraping)에 근거하여 동시에 상기 마찰을 야기하는 힘은 증대된다. 그 반대 방향에서는 적은 마찰만이 발생하고, 스프링은 조금 자신의 지름을 확대하지만, 그러나 풀리지는 않는다. 대개는 자주 프리휠링 모드에서 잔존하는 마찰을 마찰 클러치로서 이용한다(Wikipedia 참조).

독일 공보 DE 10 2007 047 394 A1로부터는, 예컨대, 원주방향으로 작용하는 에너지 저장 장치들을 포함한 댐핑 장치의 작용에 대항하여 서로 상대적으로 비틀림 회전 가능한 2개 이상의 부재를 포함하는 비틀림 진동 댐퍼가 공지되었으며, 여기서 2개 이상의 부재 중 일측 부재는 구동 엔진과, 타측 부재는 구동할 샤프트와 연결될 수 있고, 두 부재 사이에는 댐핑 장치와 직렬로 연결되는 토크 제한기(torque limiter)가 추가로 제공되고, 이 토크 제한기는 두 부재 사이에서 가능한 상대 회전 방향들 중 적어도 하나의 상대 회전 방향으로 작용하며, 하나 이상의 랩 스프링 클러치를 포함하며, 이 랩 스프링 클러치는 두 부재 사이에서 사전 결정된 회전 각도에 도달할 때 프리휠 클러치로서 작용하며, 하나 이상의 랩 스프링 부재를 포함한다. 이런 해결책은, 랩 스프링 부재의 적어도 일측 단부가 링 부재와 회전 고정 방식으로 연결되며, 이 링 부재는 원주방향으로 작용하는 에너지 저장 장치들을 위한 지지 영역들 및/또는 프리휠 작용을 위한 구동 영역들을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 과제는, 서로 상대적으로 회전 가능한 2개 이상의 부품을 포함하는, 마찰 장치를 포함한 어셈블리에 있어서, 특히 기어 장치 및/또는 액추에이터 내에서의 이용을 위해 제공되어, 결과적으로 예컨대 클러치의 작동을 위한 액추에이터 내에서 이용할 경우 액추에이터의 구동 장치의 고장 시 클러치의 의도하지 않은 체결을 방지하기 위해, 또는 예컨대 PWG를 포함한 액추에이터를 이용할 경우에는 (하중에 대항하여) 스핀들 드라이브의 효율을 유의적으로 감소시키지 않으면서 유지 전류를 감소시키거나 배제하기 위해, 서로 상대적으로 회전 가능한 부품들 사이의 마찰과 그에 따른 효율을 변경할 수 있게 하는 상기 어셈블리를 제공하는 것에 있다.

상기 과제는, 특허 청구항 제1항의 특징부의 특징들을 통해 해결된다.

바람직한 구현예들은 종속 청구항들에서 제시된다.

마찰 장치를 포함한 어셈블리는 서로 상대적으로 회전 가능한 2개 이상의 부품을 포함하고 특히 기어 장치 및/또는 액추에이터 내에서 이용 시 예컨대 차량의 클러치의 작동을 위해 이용되며, 본 발명에 따라서 서로 상대적으로 회전 가능한 부품들 사이에는 이 부품들의 상대 회전 동안 효율 및/또는 마찰에 영향을 미치는 코일 스프링이 배치된다. 적어도 일부 영역에서 랩 스프링을 형성하는 코일 스프링의 유형인 상기 마찰 장치를 통해, 회전 방향에 따라서 부품들 사이의 마찰은, 결과적으로 결함(정전)의 경우 효율에 최적화되고/셀프 로킹되지 않는 스핀들 드라이브를 유지하기 위해, 액추에이터가 작동 중인 경우 하중에 대항하여 극미하게만 증가되거나, 하중이 작동 중인 경우에는 뚜렷하게 증가될 수 있다. 추가 장점은, 유지 전류가 마찰 부재를 통해 감소될 수 있거나, 더 이상 필요하지 않다는 점에 있다.

적어도 일부 영역에서 랩 스프링으로서 형성되는 코일 스프링은 바람직하게는 단일 랩 스프링 또는 이중 랩 스프링 또는 랩-토션 스프링으로서 형성되며, 제1 부품과 작동 연결되고, 이 제1 부품에 상대적으로 회전 가능하거나, 회전 가능하고 축 방향으로 변위 가능하게 배치된 제2 부품과 작동 연결된다.

이 경우, 제1 부품은 반경 방향에서 제2 부품의 내부에 배치될 수 있고, 랩 스프링 또는 이중 랩 스프링 또는 랩-토션 스프링의 형태인 코일 스프링은 제1 부품과 제2 부품 사이에 안착되어 제1 단부로 제1 부품과 회전 고정 또는 마찰 결합 방식으로 연결되고 제2 단부로는 제2 부품과 마찰 결합 방식으로 연결될 수 있다.

랩-토션 스프링의 형태인 코일 스프링은 특히 하기 특징들을 포함한다.

- 영역(A)에서 마찰이 생성될 수 있거나, 마찰의 달성을 위한 일정하거나 가변하는 예압이 생성될 수 있으면서, 제1 단부를 포함하여 랩 스프링[아이텔바인 공식(Eytelwein formula)]으로서 작용하는 제1 영역,

- 제2 단부를 포함하여 토션 스프링으로서 작용하는 제2 영역(B1),

- 영역(A)과 영역(B1)을 서로 연결하는 전이 영역(C).

이중 랩 스프링으로서 형성되는 코일 스프링은 특히 하기 특징들을 구비한다.

- 영역(A)에서 마찰이 생성될 수 있거나, 마찰의 달성을 위한, 허브/중공 샤프트/보어의 형태인 제2 부품에 대한 예압/인터피어런스(interference)(a1)가 생성될 수 있으면서, 무딘(blunt) 제1 단부를 포함하여 랩 스프링(아이텔바인 공식)으로서 작용하는 제1 영역(A),

- 샤프트의 형태인 제2 부품에 대한 예압/인터피어런스(a2)를 가지면서 무딘 제2 단부를 포함하여 랩 스프링으로서 작용하는 제2 영역(B2),

- 영역들(A 및 B2)을 서로 연결하는 전이 영역(C).

이 경우, 액추에이터 내에서 마찰 장치를 포함한 어셈블리를 이용할 때, 상기 액추에이터는, 구동 장치의 고장/결함이 있는 경우 셀프 로킹되지 않는 기어 장치(예: PWG = 유성 롤러 스핀들 드라이브)를 유지하기 위해, 또는 유지 전류를 감소시키거나 방지하기 위해, 제1 부품과 제2 부품 사이의 회전 방향에 따르는 마찰이 액추에이터가 작동 중인 경우 하중에 대항하여 극미하게 증가되거나, 하중이 작동 중인 경우에는 뚜렷하게 증가되는 방식으로, 구동 장치를 통해 작동될 수 있으면서 바람직하게는 회전 운동을 축 방향 운동으로 변환하는 기어 장치, 예컨대 PWG 또는 또 다른 구조 유형의 기어 장치를 포함한다.

이 경우, 랩 스프링 또는 이중 랩 스프링 또는 랩-토션 스프링의 형태인 코일 스프링은 PWG 또는 또 다른 기어 장치의 회전 부재와 하우징에 고정된 액추에이터의 부재 사이에, 또는 PWG 또는 또 다른 기어 장치의 2개의 부재이면서 상이한 회전수로 서로 상대적으로 회전 가능한 상기 2개의 부재 사이에 배치된다.

예컨대 랩 스프링 또는 이중 랩 스프링 또는 랩-토션 스프링은 구동 장치를 통해 회전 구동될 수 있는 PWG(= 제1 부품)의 스핀들과 프레임/하우징에 고정 배치되는 부품(스프링 컵)(=제2 부품) 사이에,

또는

구동 장치를 통해 회전 구동될 수 있는 PWG의 스핀들(=제1 부품)과 PWG의 하우징 상에 회전 고정/프레임 고정 방식으로 고정되는 스프링 컵(=제2 부품) 사이에

배치될 수 있거나,

또는

서로 상대적으로 회전 가능한 2개의 부품 사이에서 PWG의 하우징의 내부에 통합될 수 있다.

또한, 예컨대 코일 스프링으로서 형성되는 마찰 장치는 PWG의 유성 기어들과 치합되는 링 기어(=제1 부품/샤프트)의 외경과, 링 기어의 영역에서 PWG를 에워싸는 슬리브(=제2 부품/허브)의 내경 사이에도 배치될 수 있다.

랩 스프링/이중 랩 스프링/랩-토션 스프링의 영역들은 바람직하게는 스트립으로 감기고, 그에 따라 전이 영역(C)에서 서로 연결되며, 스트립은 전이 영역(C)에서 비틀어질 수 있으며, 그럼으로써 스트립의 횡단면은 영역(A)에서 제1 방향성을 보유하고 영역(B1/B2)에서는 제1 방향성에 대해 회전된 방향성을 보유한다.

본 발명은 하기에서 실시예들 및 대응하는 도면들에 따라서 더 상세하게 설명된다.

도 1 내지 도 6은, 코일 스프링이 나사 스핀들의 형태인 회전하는 제1 부재와 하우징에 고정된 제2 부재 사이에 배치되어 있는 제1 실시예이며, 각각의 도는 하기와 같다.
도 1은 제1 영역(A)에서 랩 스프링으로서 형성되고 제2 영역(B)에서는 토션 스프링으로서 형성되는 코일 스프링을 도시한 3차원도이다.
도 2는 도 1에 따르는 코일 스프링을 도시한 종단면도이다.
도 3은 영역(A)에서 랩 스프링으로서, 그리고 영역(B)에서는 토션 스프링으로서 작용하며, 영역(C)에서는 횡단면과 관련하여 회전되고/비틀어진 코일 스프링을 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에 따르는 코일 스프링을 도시한 종단면도이다.
도 5는 하우징 내에서 지지되는 나사 스핀들을 도시한 3차원도이다.
도 6은 하우징의 영역에서 도 3에 따르는 코일 스프링을 도시한 종단면도이다.
도 7은 하우징 상에 고정되는 스프링 컵을 단부면의 방향에서 보고 도시한 도면이다.
도 8은 스프링 컵을 플랜지의 방향에서 보고 도시한 도면이다.
도 9는 스핀들 베어링 장치의 베어링 지지 하우징 상에 회전 고정 방식으로 고정되는 스프링 컵과 나사 스핀들 사이에 랩-토션 스프링으로서의 코일 스프링과 PWG를 포함하는 액추에이터를 도시한 종단면도이다.
도 10은 PWG 하우징 상에 회전 고정 방식으로 고정되는 스프링 컵과 나사 스핀들 사이에 랩-토션 스프링으로서의 코일 스프링과 PWG를 포함하는 액추에이터를 도시한 종단면도이다.
도 11 내지 도 30은, 코일 스프링이 2개의 무딘 단부를 포함하는 이중 랩 스프링의 유형으로, 또는 랩-토션 스프링의 유형으로 구현되어 PWG 하우징의 내부에 배치되어 있는 실시예들이며, 각각의 도는 하기와 같다.
도 11은 기계적으로 배치된 샤프트 및 허브와 관련한 이중 랩 스프링의 변형예를 도시한 기본 개략도이다(장착 상태).
도 12는 허브의 내경에 대한 예압/오버사이즈(a1) 및 샤프트의 외경에 대한 예압/오버사이즈(a2)를 표시한 상태로 도 11에 따른 무하중 상태의 이중 랩 스프링을 도시한 종단면도이다.
도 13은 비틀어진 영역(C)을 포함하는, 2개의 무딘 단부를 구비한 이중 랩 스프링을 도시한 3차원도이다.
도 14는 도 13에 따르는 이중 랩 스프링을 도시한 종단면도이다.
도 15는 비틀어지지 않은 영역(C)을 포함하는, 2개의 무딘 단부를 구비한 이중 랩 스프링을 도시한 3차원도이다.
도 16은 도 15에 따르는 이중 랩 스프링을 도시한 종단면도이다.
도 17은 2개의 무딘 단부를 포함한 이중 랩 스프링의 오버사이즈의 형상의 변형예이다.
도 18은 2개의 무딘 단부를 포함한 이중 랩 스프링의 오버사이즈의 형상의 추가 변형예이다.
도 19는 PWG 하우징이 베어링 지지 하우징 상에 회전 고정 방식으로 고정되어 있는 조건에서 이중 랩 스프링이 자신의 PWG 하우징 내에 통합되어 있는 액추에이터를 도시한 종단면도이다.
도 20은 2개의 영역을 포함하는 랩 스프링이 내경들의 상이한 영역들을 구비하여 토션 스프링으로서 형성된 자신의 단부(여기서는 우측) 상에서 유성 캐리어와 회전 고정 방식으로 연결되는 2개 부재형 슬리브의 내경과 링 기어의 외경 사이에 안착되고 슬리브 쪽으로 향하는 단부 측 정지부들을 포함하고 있는, 액추에이터를 도시한 종단면도이다.
도 21은 도 20에 따르는 액추에이터를 도시한 3차원도이다.
도 22는 슬리브를 제외한, 도 21에 따르는 액추에이터를 도시한 3차원도이다.
도 23은 링 기어를 도시한 3차원도이다.
도 24는 슬리브의 제1 부재를 도시한 3차원도이다.
도 25는 걸림 고정된 랩 스프링과 함께 슬리브의 제1 부재를 도시한 기본 개략도이다.
도 26은 슬리브의 제2 부재를 도시한 3차원도이다.
도 27은 걸림 고정된 랩 스프링과 함께 슬리브의 제2 부재를 도시한 기본 개략도이다.
도 28은 도 20에서와 유사하지만, 그러나 이중 랩 스프링으로서 작용하는 코일 스프링과 동일한 내경을 갖는 2개 부재형 슬리브를 포함하는 PWG를 도시한 종단면도이다.
도 29는 도 28에 따르는 PWG를 도시한 3차원도이다.
도 30은 도 28/29에 따르는 PWG를 포함하는 액추에이터이다.

도 1 및 도 2에 따르면, 랩 스프링(아이텔바인 공식)으로서 작용하는 제1 영역(A)은 반경 방향에서 바깥쪽을 향해 만곡된 제1 단부(1.1)를 포함하며, 일정한 마찰이 단부(1.1) 상에서 생성되거나, 마찰을 생성하기 위해 일정하거나 가변하는 예압이 허브(외경) 쪽으로 향하는 제1 영역(A)에 걸쳐 생성된다. 그 밖에도, 제2 단부(1.2)를 포함하여 토션 스프링으로서 작용하는 제2 영역(B1)이 제공되며, 제2 단부는 마찬가지로 반경 방향에서 바깥쪽을 향해 만곡된다. 전이 영역(C)은 영역들(A 및 B)을 서로 연결한다. 권선부들의 외경과 내경은 영역(A)에서보다 영역들(B1 및 C)에서 더 크다.

모든 영역에서, 권선부들의 횡단면의 동일한 폭(b) 및 높이(H)가 제공된다.

도 3(3차원도) 및 도 4(종단면도)에 따라서, 랩-토션 스프링(1)은 마찬가지로 영역들(A, B1, C)을 포함하지만, 그러나 영역(C)은 90°만큼 비틀어져 있다. 그 결과, 권선부들의 직사각형 횡단면은 제1 영역(A)에서 높이(h)와 폭(b)을 보유하고, 영역(C)에서 90°만큼 비틀어지는 것에 의해 그 다음 토션 스프링으로서 작용하는 제2 영역(B1)에서는 B 내의 높이(h*)가 A 내의 폭(b)에 상응하고 B1 내의 폭(b*)은 A 내의 높이(h)에 상응하도록 형성된다. 그 결과, 권선부들의 횡단면이 동일한 조건에서 전체 부품의 작용을 증폭시킬 수 있다. 그 밖에도, 제1 영역(A)의 단부(1.1)는 무딘 형태로 실현된다.

도 5 내지 도 9에는, 예컨대 PWG의 스핀들(2)이 도 1 및 도 2에 따르는 랩-토션 스프링으로서 형성된 코일 스프링(1)과 어떻게 조합되어 있는지 그 방법이 도시되어 있다.

도 5에는, 스프링 컵(3)을 하우징에 고정되게 수용하는 하우징(4) 내에서 지지되는 PWG의 나사 스핀들/스핀들(2)이 3차원도로 도시되어 있으며, 도 6에는 하우징(4)의 영역에서 도 5에 따르는 나사 스핀들/스핀들이 종단면도로 도시되어 있다. 여기서 도 1 및 도 2에 따르는 랩-토션 스프링의 형태로 형성되는 코일 스프링(1)은 나사 스핀들/스핀들(2)의 외경(2D)과 스프링 컵(3)의 내경(3d) 사이에 안착되어 자신의 제1 단부(1.1)로 스프링 컵(3)의 단부면으로서 여기서는 좌측의 단부 측 단부면(3.1')에 비해 뒤쪽에 위치되어 제1 단부로 향해 있는 상기 단부면(3.1)과 상호 작용하며, 자신의 제2 단부(1.2)로는 스프링 컵(3)의 플랜지로서 반경 방향에서 외부 방향으로 향해 있는 상기 플랜지(3.3)의 리세스(3.2) 내에 회전 고정 방식으로 안착된다.

3차원도인 도 5 및 도 6에 따르는 스프링 컵(3)은 도 7에 단부면(3.1)의 방향에서 바라본 모습으로, 그리고 도 8에는 플랜지(3.3)의 방향에서 바라본 모습으로 도시되어 있다. 확인되는 점에 따르면, 내경(3d)은 부싱형 영역(3.4) 상에 형성된다. 이 부싱형 영역 상에는 단부 측 단부면(3.1')에 비해 뒤쪽에 위치된 단부면(3.1) 역시도 위치하며, 이 단부면은 랩 스프링(제1 영역)을 형성하는 코일 스프링의 여기서는 미도시된 단부(1.1)와 상호작용한다. 뒤쪽에 위치된 단부면(3.1)을 통해서는, 반경 방향에서 바깥쪽을 향해 만곡된 랩 스프링/제1 영역(A)(도 1 및 도 2 참조)의 제1 단부(1.1)를 위해 외주 측에서 서로 이격된 2개의 정지부(3.5)가 형성된다.

리세스(3.2)는 비드(bead)의 유형으로 플랜지(3.3) 내에 일체로 형성된다. 이 리세스 내로는 조립된 상태에서 토션 스프링/제2 영역(B1)의 제2 단부(1.2)가 회전 고정 방식으로 걸림 고정된다.

도 1 및 도 2에 따르는 코일 스프링(1), 또는 이미 도 5 및 도 6에 도시된 코일 스프링(1)의 어셈블리를 이용하는 액추에이터는 도 9에 도시되어 있다.

또한, 여기서는 PWG(6)의 형태인 효율 최적화된 스핀들 드라이브가 이용되며, 이 스핀들 드라이브는 전기 모터(7)를 통해 구동되는 나사 스핀들(4)을 포함하고, 전기 모터는 실질적으로 스테이터(7.1)와, 스핀들(4)을 구동하는 로터(7.2)로 형성된다.

랩-토션 스프링으로서 형성되는 코일 스프링(1)은 여기서는 나사 스핀들/스핀들(2)의 외경과, 스핀들 베어링 장치(L)의 하우징(5)과 회전 고정 방식으로 연결된 스프링 컵(3)의 내경 사이에 고정된다. 랩 스프링으로서 형성되는 제1 영역(A)은 PWG(6)의 방향으로, 그리고 토션 스프링으로서 형성되는 제2 영역(B1)은 전기 모터(7)의 방향으로 향해 있다. 코일 스프링(1)은 축 방향으로 고정 배치된다.

PWG를 포함하는 액추에이터의 유사한 형성은 도 10에 도시되어 있으며, 도 9와 달리 여기서는 코일 스프링(1)은 랩-토션 스프링의 형태로 스핀들(2)과, PWG의 구성부품을 형성하는 스프링 컵(3) 사이에 배치되며, 스프링 컵(3)은 PWG 하우징(6.1) 상에 회전 고정 방식으로 고정된다. 토션 스프링으로서 형성되는 제2 영역(B1)은 PWG(6)의 방향으로 향해 있고, 랩 스프링으로서 형성되는 제1 영역(A)은 하우징(5)의 방향으로 향해 있다. 이런 배치를 통해 코일 스프링(1) 및 스프링 컵(3)은 PWG 하우징(6.1)과 함께 축 방향으로 이동된다. 제2 단부(1.2)는 마찬가지로 스프링 컵(3) 상의 리세스(3.2) 내에 회전 고정 방식으로 걸림 고정된다.

도 9 및 도 10에 도시된 액추에이터가 축 방향 하중(F)에 대항하여 작동된다면, 랩 스프링으로서 작용하는, 코일 스프링(1)의 제1 영역(A)은 개방 방향으로 작동되며, 랩 스프링[제1 영역(A)]과 스핀들(2) 사이의 마찰 토크는 감소된다.

액추에이터가 축 방향 하중(F)을 통해 작동된다면(반대되는 회전 방향), 랩 스프링은 제1 영역(A)의 형태로 [도 6에 따르는 스프링 컵(3)의 단부면(3.1) 쪽으로 향하는 제1 단부(1.1) 상에서의, 또는 스핀들(2)의 외경과 랩 스프링의 내경 사이의 제1 영역(A) 내에서의] 마찰을 통해 종동되며, 토션 스프링으로서 형성된 제2 영역(B1)은 비틀어진다. 무하중 상태로의 지름 변화는, 제2 영역(B1)에서 코일 스프링(1)의 토션 토크와 (하중으로 인한) 복원 토크 간의 토크 균형이 유지될 때까지 예비 유지되어야 하고, 상기 위치에서 유지된다. 액추에이터를 하중 완화하고/계속하여 회전시키기 위해, 전기 모터(7)는 전류 공급받아야 한다. 이 경우, 제1 단부(1.1)는 회전 고정된 부품[스프링 컵(3)] 내의 정지부(3.5)(도 7 참조) 쪽으로 회전된다. 그 결과, 제1 영역(A) 내에서 랩 스프링의 마찰 토크는 제한되고 전기 모터(7)의 모터 토크를 하회하며, 그럼으로써 PWG(6)는 전기 모터(7)를 통해 랩 스프링 마찰에 대해서도 조정될 수 있다(능동적 개방).

구성은 반대로도 수행될 수 있으며, 그럼으로써 스프링은 단부(2)로 회전 부재(스핀들)와 연결되고 회전 고정된 부품(스프링 컵) 쪽에 마찰을 생성한다.

이런 본 발명에 따른 변형예를 통해, 마찰 장치는 회전하는 제1 부품[여기서는 스핀들(2) = 샤프트]과, 고정된 제2 부품[여기서는 스프링 컵(3) = 허브] 사이에서 변형된 코일 스프링(1)에 의해 제공되며, 이 코일 스프링은, 결과적으로 결함(정전)의 경우 효율 최적화된/셀프 로킹되지 않은 기어 장치, 특히 스핀들 드라이브를 유지하기 위해, 회전 방향에 따라서 부품들 사이의 마찰을 액추에이터가 작동 중인 경우 하중에 대항하여 감소시키거나, 하중이 작동 중인 경우에는 증가시킨다.

그에 따라, 본 발명에 따라서, 최초로 어셈블리 또는 PWG 내에 적어도 일부 영역에서 랩 스프링으로서 형성되는 코일 스프링을 중간에 개재하는 것을 통해 마찰과 그에 따른 효율에 목표한 바대로 영향을 미치게 된다. 하중이 작동 중인 경우 하중 하에 PWG의 복귀 시, 다시 말하면 로터 회전 없이 스핀들이 함께 회전하지 않는다. 랩 스프링은 회전 고정된 스프링 컵과 PWG 사이에 끼움 고정된다. 이 경우, 랩 스프링은 일측 면으로 형태 결합부를 통해 연결되고 타측 면으로는 마찰 결합부를 통해 연결된다. 마찰을 통해 스프링은 수축되면서 어셈블리의 셀프 로킹을 야기한다. 고장이 해결되었거나, 평상시 전기 모터가 전류를 공급받아 활성화되는 경우, 랩 스프링 단부는 상응하는 정지부 쪽에 배치되며, 그에 따라 마찰 토크는 제한된다. 그 결과, 셀프 로킹은 극복된다.

PWG와 조합되는 이용 외에, 예컨대 또 다른 기어 장치, 예컨대 볼 나사 드라이브(KGT)와 조합되는 적용 역시도 가능하다.

도 11 내지 도 30에서는, 기어 장치 내에, 여기서는 PWG 내에 통합되는 이중 랩 스프링 또는 랩-토션 스프링의 형태인 코일 스프링(1)의 이용이 기재된다.

도 11에는, 조립된 상태에서 기계적으로 배치된 샤프트(8)(제1 부품) 및 허브(9)(제2 부품)와 관련하여 이중 랩 스프링의 형태인 코일 스프링(1)의 변형예의 기본 개략도가 도시되어 있고, 도 12에는, 도 11에 따르는 무하중 상태의 이중 랩 스프링의 종단면도가 도시되어 있다. 코일 스프링(1)은 도 11 및 도 12에 따라서 무딘 단부(1.1)를 구비한 제1 영역(A)을 포함하고, 제1 영역(A)은 랩 스프링으로서 작용하고 제1 영역의 외경(DA)은 허브(9)의 내경(d9)에 대해 도 12에 표시된 (인터피어런스로도 지칭되는) 예압 또는 오버사이즈(a1)를 보유한다. 코일 스프링(1)의 제2 영역(B2)은 마찬가지로 랩 스프링으로서 형성되지만, 그러나 상대적으로 더 작은 지름을 구비하여 형성되고 마찬가지로 무딘 제2 단부(1.2)를 포함한다. 샤프트(8)의 외경(D8)과 제2 영역(B2)의 내경(dB2) 사이에는 예압/오버사이즈(a2)가 존재한다. 제1 영역(A)과 제2 영역(B2) 사이에서는 전이 영역(C)이 연장된다.

도 13에는, 랩 스프링으로서 작용하는 제1 영역(A)과, 이 제1 영역(A)보다 더 작은 외경 및 내경을 보유하여 랩 스프링으로서 작용하는 제2 영역(B2)을 포함하는, 2개의 무딘 단부(1.1, 1.2)를 구비한 이중 랩 스프링의 형태인 코일 스프링(1)의 3차원도가 도시되어 있고, 도 14에는, 상기 코일 스프링의 종단면도가 도시되어 있다. 전이 영역(C)은 도 3 및 도 4에 따르는 랩-토션 스프링의 경우처럼 90°만큼 비틀어지고/교차되어 있으며, 그럼으로써 권선부들의 직사각형 횡단면은 제1 영역(A)에서 높이(h) 및 폭(b)을 보유하며, 상기 횡단면은 영역(C)에서 90°만큼 비틀어지는 것을 통해 그 다음 랩 스프링으로서 작용하는 제2 영역(B2)에서는 B2 내의 높이(h*)가 A 내의 폭(b)에 상응하고 B2 내의 폭(b*)은 A 내의 높이(h)에 상응하도록 형성된다.

마찬가지로 이중 랩 스프링으로서 형성되어 있지만, 그러나 제1 랩 스프링 영역(A)과 제2 랩 스프링 영역(B2) 사이에서 비틀어지지 않은 전이 영역(C)을 포함하는 코일 스프링(1)은 도 15 및 도 16에 도시되어 있다. 여기서 제1 및 제2 단부(1.1, 1.2)는 무딘 형태로 실현되고 제2 영역(B2)의 외경 및 내경은 제1 영역(A)의 외경 및 내경보다 더 작다.

도 17에는, 2개의 무딘 단부를 포함하는 이중 랩 스프링으로서의 코일 스프링(1)의 오버사이즈의 형상의 제1 변형예가 좌측에 장착 상태로, 그리고 우측에는 무하중 상태로 도시되어 있다. 제1 영역(A)은 장착되지 않은 무하중 상태에서 제2 영역(B2)보다 더 큰 지름을 보유하며[영역들(A 및 B2)은 랩 스프링으로서 작용함], 그럼으로써 상기 영역들은 장착된 상태(좌측 도면)에서 실질적으로 동일한 지름을 보유하게 된다.

도 18에서는, 제2 변형예에 따라서, 이중 랩 스프링으로서 형성된 코일 스프링은 초기 상태에서 실질적으로 균일한 외경 및 내경을 보유하며, 장착된 상태에서는 제1 영역(A)의 외경이 제2 영역(B2)의 외경보다 더 작다.

두 변형예에서, 샤프트(8)는 외경(D8)을 보유하고 제2 영역(B1)은 내경(dB)을 보유하며, 그럼으로써 상기 두 영역 사이에는 오버사이즈(a2)(인터피어런스)가 존재한다. 허브(9)의 내경(d9)과 제1 영역(A)의 외경 사이에는 오버사이즈/인터피어런스(a1)가 존재한다. 장착되지 않은 상태에서 코일 스프링들(1)의 상이한 초기 형태들을 통해, 샤프트 및 허브에 대한 오버사이즈와 함께, 도 17 및 도 18에서의 상이한 장착 상태들이 제공된다.

도 18에 따르는 변형예는 코일 스프링(1)의 제조성에 대해 바람직하다(일정한 권선부 지름). 도 18에 따르는 변형예는, 샤프트(8)와 허브(9)가 이중 랩 스프링 영역에서 축 방향으로 중첩되지 않도록 하는 점을 전제로 한다. 그러나 샤프트 및 허브는 도 17에 기재된 변형예와 관련하여 반경 방향의 장착 공간 장점을 제공할 수 있다.

도 19에는, 액추에이터의 종단면도가 도시되어 있으며, 액추에이터의 케이지(10) 내에는 이중 랩 스프링[코일 스프링(1)]이 통합되고, 케이지(10)는 효율 최적화된 스핀들 드라이브, 여기서는 PWG(6)의 하우징(5)/베어링 지지 하우징 상에 회전 고정 방식으로 고정된다. 이중 랩 스프링으로서 형성되는 코일 스프링(1)은 케이지(10)(= 허브)의 내경과 PWG(6)의 링 기어(11)(= 샤프트)의 외경 사이에 무하중 상태로 안착된다.

도 11 내지 도 19에 따라서 형성되는 코일 스프링은 요약하면 특히 하기 특징들을 포함한다.

- 허브(9)(중공 샤프트/보어)에 대해 바람직하게는 일정한 예압/인터피어런스(a1)를 가지면서 무딘 제1 단부(1.1)를 포함하여 제1 랩 스프링(아이텔바인 공식)으로서 작용하는 제1 영역(A) 특징,

- 샤프트(8)에 대해 바람직하게는 일정한 예압/인터피어런스(a2)를 가지면서 무딘 단부(1.2)를 포함하여 제2 랩 스프링(아이텔바인 공식)으로서 작용하는 제2 영역(B2) 특징,

- 두 영역(A 및 B2)은 스트립으로 감기며 그에 따라 전이 영역(C)에서 서로 연결된다는 특징,

- 영역(C)에서 스트립은, 제1 영역(A)과 제2 영역(B2) 사이의 차분 작용을 증폭하기 위해, 90°만큼 비틀어질 수 있다는 특징,

- 두 단부(1.1, 1.2)는 무하중 상태로 샤프트(8) 상에, 또는 허브(9) 내에 배치되며, 조립 동안 회전식 장착은 필요하지 않다는 특징,

- 반드시 일측 스프링 영역은 샤프트 상에 조립되고 타측 스프링 영역은 허브 상에 조립되어야 한다는 특징.

그에 따라, 이중 랩 스프링은 서로 상대적으로 회전 가능하고 자유로운 2개의 부재(허브/샤프트) 사이의 상대 이동을 방지한다. 이는 특히 축력을 통해 작동되고 셀프 로킹되지 않지만, 그러나 결함(정전)의 경우 위치를 유지해야만 하는 액추에이터들 내에서 필요하다.

기능을 위해 중요한 사항은 제1 영역(A)과 제2 영역(B)에서 바람직하게 상이한 드래그 토크들이고, 이런 드래그 토크들은 하기 방정식에 따라서 계산되며,

a: 인터피어런스/오버사이즈(코일 스프링에서부터 샤프트까지 유효범위),

I: 면적 관성 모멘트,

E: 탄성 계수,

d: 장착/고정된 상태에서 평균 권선부 지름,

그리고 그에 따라 특히 마찰 계수와 무관하다. 그 밖에도, 일측 스프링의 로크 토크(lock torque)는, (각각 완화되면서 작동되는 스프링 영역 상에서) 설계 드래그 토크를 달성하기 위해, 적어도 각각 타측 스프링의 드래그 토크를 지지할 수 있어야 한다.

기능 원리는 하기와 같다.

허브(9)가 샤프트(8)에 상대적으로 [구동 모터, 바람직하게는 전기 모터(7)를 통해 작동되면서] 코일 스프링(1)의 권선 방향의 반대 방향으로 회전된다면, 이중 랩 스프링의 제1 영역(A)은 반경 방향에서 허브(9) 안쪽으로 밀착되어 잠금 고정되며, 이와 동시에 제2 영역(B2)은 샤프트(8) 상에서 드래그되고, 제2 영역(B)이 상대적으로 더 낮은 드래그 토크를 보유한다면, 이는 축 방향 하중(F)에 대항하여 작동하기 위한(예컨대 클러치를 개방하기 위한) 바람직한 회전 방향이다.

허브(9)가 샤프트(8)에 상대적으로 [스핀들(2)이 회전하지 않는 조건에서 축 방향 하중을 통해 작동되면서(도 19 참조)] 권선 방향으로 회전된다면, 제2 영역(B2)은 샤프트(8) 상에서 잠금 고정되면서 회전 토크를 지지하며, 이중 랩 스프링의 제1 영역(A)은 개방 작동되지만, 그러나 축력의 복원 토크보다 더 큰 드래그 토크도 지지할 수 있다. 본 발명에 따라서, 복귀 이동은 특히 결함이 있는 경우 방지된다. 액추에이터를 능동적으로 복귀시키기 위해, 구동 모터는 스프링 영역(A)의 드래그 토크에 대항하여 (축 방향 하중의 복원 토크를 통해 지지되면서) 작동해야 한다.

그에 따라, 이중 랩 스프링으로서 작용하는 코일 스프링은, 최초로, 결함이 있는 경우 클러치의 의도하지 않은 개방에 대항하는 유지 부재(retaining element)로서 이용되는데, 그 이유는 상기 코일 스프링이 마찰 부재로서 이용되기 때문이다. 회전 방향에 따라서, 충분히 큰 마찰 토크는 체결 방향으로 제공되고 매우 작은 마찰 토크는 개방 방향으로 제공된다.

이 경우, 랩 스프링 클러치가 개방 방향으로 권선수 및 마찰 계수와 무관하게 일정한 마찰 토크(M)를 생성한다는 점이 이용된다.

그 결과, 유성 롤러 기어 시스템(PWG)의 셀프 로킹은 코일 스프링의 이용하에 달성된다. 2개의 상이한 예압을 보유하는 이중 랩 스프링으로서의 구성을 통해, 일측 방향의 회전은 타측 방향의 경우보다 더 적게 제동된다. 이 경우, 랩 스프링은 무하중 상태에서 상이하게 넓게 펼쳐질 수 있고, 그런 다음 고정된 상태에서는 공통의 외부 표면을 형성할 수 있거나, 그 반대로도 실현할 수 있다.

본 발명의 추가 실시 형태는 도 20에서 액추에이터의 종단면도로 도시되어 있으며, 이런 액추에이터의 경우 2개의 영역[랩 스프링으로서 형성되는 제1 영역(A) 및 토션 스프링으로서 형성되는 제2 영역(B1)]을 포함하는 코일 스프링(1)은 링 기어(11)의 외경과 2개 부재형 슬리브(12)의 내경 사이에 배치된다. 슬리브(12)는, 스핀들(2)과 치합되는 유성 기어들(6.2)을 수용하는 유성 캐리어(6.3)와 연결되며, 내경들의 상이한 영역들을 포함한다. 제1 영역(12.1)은, 코일 스프링(1)의 제1 영역(A)(랩 스프링)에 부합하는 상대적으로 더 작은 내경을 보유하고, 제2 영역(12.2)은 코일 스프링(1)의 제2 영역(B1)(토션 스프링)에 부합하는 상대적으로 더 큰 내경을 보유한다. 제2 영역(B1) 상에 형성되는 제2 단부(1.2)는 반경 방향에서 바깥쪽을 향해 만곡되어 슬리브(20)의 제2 영역(20.2)과 회전 고정 방식으로 연결된다.

링 기어(11)는 축 방향에서 2개의 액시얼 베어링(6.4) 사이에 안착되고 액시얼 베어링 링(6.5)을 통해 고정된다.

그에 따라, 자신의 외경을 갖는 링 기어(11)는 샤프트(= 제1 부품)를 형성하고, 슬리브(12)의 내경은 허브(= 제2 부품)를 형성하며, 이들 부품 사이에는 마찰 장치를 형성하는 코일 스프링(1)이 배치된다.

도 21에서는, 2개 부재형 슬리브(12) 및 스핀들(2)이 유추되는 도 20에 따르는 액추에이터의 3차원도가 확인된다. 영역들(12.1, 12.2)은 서로 하우징의 유형으로 연결되고, 영역(12.2)은 반경 방향에서 외부 방향으로 향하는 리세스(12.3)를 포함하며, 이 리세스 내에는 코일 스프링의 토션 스프링 측의 제2 단부(1.2)가 회전 고정 방식으로 걸림 고정된다.

도 22에는, 슬리브(12)가 제외된 도 21에 따르는 액추에이터의 3차원도가 도시되어 있으며, 여기서는 랩 스프링으로서 형성된 제1 영역(A) 및 토션 스프링으로서 형성된 제2 영역(B1)의 형태인 코일 스프링(1)의 상이한 지름 영역들을 확인할 수 있다. 코일 스프링(1)의 제2 단부(1.2)는 슬리브에 대해 회전 고정 방식으로 슬리브(12)의 리세스(12.3) 내로 맞물린다. 스핀들(2)은 PWG 내의 중심에서 작동한다. 링 기어(11)의 3차원도는 도 23에 도시되어 있다. 도면 부호가 표시되지 않은 링 기어의 외경 상에는 (여기서는 확인되지 않는) 코일 스프링(1)이 안착되며, 링 기어의 내경에서는 마찬가지로 여기에는 도시되지 않은 유성 기어들이 구름 접촉한다.

슬리브(12)의 제1 부재(12.1)의 3차원도는 도 24에 도시되어 있고, 도 25에는, 걸림 고정된 랩 스프링[제1 영역(A)]과 함께 슬리브(12.1)의 제1 부재의 기본 개략도가 정면도로 도시되어 있다. 슬리브(12)의 제1 부재(12.1)는 도 7/8에서의 스프링 컵(3)과 유사하게 반경 방향에서 바깥쪽을 향해 만곡된 코일 스프링(1)의 제1 단부(1.1)를 위한 정지부(12.4)를 포함한다. 랩 스프링의 단부(1.1)와 정지부(12.4) 사이에는 비틀림 각도(α)가 형성된다.

도 26에는, 반경 방향에서 외부 방향으로 향하는 리세스(12.3)를 포함하는 슬리브의 제2 부재(12.2)의 3차원도가 도시되어 있다. 도 27에서는, 슬리브(12)의 제2 부재(12.2)의 기본 개략도에 따라서 리세스(12.3) 내에 토션 스프링으로서 작용하는 코일 스프링(1)의 제2 영역(B1)의 제2 단부이면서 반경 방향에서 외부 방향으로 향하는 상기 제2 단부(1.1)가 회전 고정 방식으로 걸림 고정되어 있는 점을 확인할 수 있다.

도 20, 도 22, 도 25, 도 27로부터는, 코일 스프링의 전이 영역(C)이 90°만큼 비틀어짐으로써 제1 영역(A)의 권선부들의 높이가 제2 영역(B2)의 권선부들의 폭에 상응하고 제1 영역(A)의 권선부들의 폭은 제2 영역(B1)의 권선부들의 높이에 상응하는 점이 유추된다.

이런 변형예(도 20 내지 도 27)에서 액추에이터는 그 원주방향 경로 또는 각도가 제어되는데, 그 이유는 코일 스프링(1)이 조합된 랩-토션 스프링의 형태로 링 기어(11)와 PWG(6)의 유성 캐리어(6.3) 사이에 배치되기 때문이다.

슬리브(12)[또는 슬리브의 두 반부(12.1, 12.2)]가 유성 캐리어(6.3)와 회전 고정 방식으로 연결되기 때문에, 상기 슬리브는 유성 캐리어(6.3)에 기능상 할당된다.

슬리브(12)의 제1 반부(12.1)는 제1 단부(1.1)를 위한 정지부(12.4)를 포함하며, 이 정지부는 장착된 상태에서 상기 제1 단부(1.1)에 대해 랩 스프링[제1 영역(A)]의 체결 방향으로 각도(α)로 이격되어 있다.

제2 슬리브(12.2)는 리세스(12.3)를 포함하며, 이 리세스 내에는 제2 단부(1.2)가 회전 고정 방식으로 걸림 고정된다.

링 기어(11)는 원통형 영역을 포함하며, 이 원통형 영역 상에는 예압/인터피어런스를 갖는 코일 스프링(1)의 제1 영역(A)(랩 스프링)이 장착된다.

스프링의 제2 영역(B1)(토션 스프링 영역)은, 에워싸는 부품들[슬리브(12) 및 링 기어(11)]의 기능에 부응하기 위해, 반경 방향에서 바깥쪽 및 안쪽을 향해 상기 에워싸는 부품들 쪽으로 비틀어지기 위한 공간을 보유해야 한다.

작동 원리는 하기와 같다.

PWG(6)가 하중[힘(F)]에 대항하여 작동된다면, 코일 스프링(1)의 랩 스프링 영역[=제1 영역(A)]은 링 기어(11)와 제1 영역(A) 사이의 인터피어런스를 기반으로 한 마찰을 통해 개방 방향으로 작동된다. 이 경우, 개방 방향의 낮은 드래그 토크는 (마찰 계수와 무관하게) PWG(6)의 효율에 극미하게만 영향을 미친다. PWG(6)가 하중(F)을 통해 작동된다면, 랩 스프링 영역[제1 영역(A)]은 [링 기어(11)와 제1 영역(A) 사이의] 인터피어런스를 기반으로 한 마찰을 통해 종동되며(잠금 고정 방향), 그리고 링 기어(11)와 유성 캐리어(6.3) 사이의 토션 스프링의 형태인 제2 영역(B1)은 (하중으로 인한) 복원 토크와 토션 스프링 토크가 균형 상태가 될 때까지 비틀어진다. 예컨대 구동 모터의 추가 구동을 통해, 제2 영역(B2)(토션 스프링 영역)은, 제1 단부(1.1)가 슬리브(12)의 제1 반부(12.1) 내의 정지부(12.4)에 도달하고 링 기어(11)는 코일 스프링(1) 내에서 미끄러질 때까지 계속하여 비틀어진다. (모터 구동 토크는 정지부에 이를 때까지 토션 토크보다 더 크다.)

원칙상 코일 스프링(1)은 또한 링 기어(11) 상에서도 걸림 고정될 수 있으며, 이런 경우 제1 단부(1.1)를 위한 정지부(12.4) 역시도 링 기어(11) 상에, 또는 이 링 기어와 회전 고정된 부품 상에 장착되어야만 한다. 그런 다음, 원통형 영역(마찰 영역)은, 하기에서 추가 변형예에 따라 기재되는 것처럼, 슬리브(12) 내에 배치된다.

상기 해결책을 통해, 마찬가지로 PWG(6)의 셀프 로킹은 2개의 상이한 스프링 영역을 포함하는 이중 스프링의 이용을 통해 실현될 수 있다. 여기에 기재되는 대안에서, 이중 랩 스프링으로서 형성되는 코일 스프링은 슬리브(12)와 링 기어(11) 사이에 배치된다. 코일 스프링(1)의 회전은 링 기어(11)의 회전을 통해서만 생성된다. 이중 스프링(랩 스프링 및 토션 스프링)의 예압들(이중 랩 스프링) 또는 그 상이한 작동 원리들을 통해, 작동 방향으로의 낮은 마찰과 상기 방향의 반대 방향으로의 증가된 마찰이 달성될 수 있다. 이런 제2 마찰은 클러치의 복원력을 통해서는 전체 경로에 걸쳐 달성될 수 없고, 모터에 의해 상기 힘은 극복될 수 있으며, 그런 다음 소정의 회전 각도부터는, 제1 슬리브 부재 내에 스프링을 위해 제공된 축 방향 정지부를 통해, 상대적으로 더 용이한 복원이 모터에 의해 달성될 수 있다.

도 20에서와 유사하지만, 그러나 이중 랩 스프링으로서 작용하는 코일 스프링(1)의 형태이고 종단면도에서 동일한 내경을 갖는 2개 부재형 슬리브(12)를 포함하는 PWG(6)는 도 28 및 도 29에 3차원도로 도시되어 있다.

코일 스프링(1)은 랩 스프링으로서 형성되는 제1 영역(A)과 랩 스프링으로서 형성되는 제2 영역(B1)을 포함한다. 제1 영역(A)은 슬리브(24)의 제1 부재(24.1)의 내경과 상호작용하고, 제2 영역(B1)은 링 기어(11)의 외경과 상호작용한다. 슬리브(12)는 유성 기어들(6.2)을 수용하는 유성 캐리어들(6.3)과 회전 고정 방식으로 연결된다. 유성 기어들(6.2)은 스핀들(2)과 치합되고, 링 기어(11)는 2개의 액시얼 베어링(6.4) 사이에 안착된다.

자신의 외경을 갖는 링 기어(11)는 여기서도 샤프트(= 제1 부품)를 형성하고, 슬리브(12)의 내경은 허브(= 제2 부품)를 형성하며, 이들 부품 사이에는 마찰 장치를 형성하는 랩 스프링(1)이 배치된다.

도 29에서는, 2개 부재형 슬리브(12) 및 스핀들(2)이 유추되는 도 28에 따르는 PWG의 3차원도를 확인할 수 있다. 영역들(12.1, 12.2)은 마찬가지로 서로 하우징의 유형으로 연결되고 연결 영역에서는 반경 방향에서 외부 방향으로 향하는 칼라부(collar)(12.5)를 형성하며, 이 칼라부는 박판 클램프(13)(sheet-metal clamp)에 의해 에워싸인다.

도 30에는, 도 19에서와 유사하게 구성되고 이중 랩 스프링의 형태인 통합된 코일 스프링(1)을 포함하는 도 28/29에 따르는 PWG(6)의 형태인 효율 최적화된 스핀들 드라이브를 포함하는 액추에이터가 도시되어 있다. 이중 랩 스프링으로서 형성되는 코일 스프링(1)은 무하중 상태에서 스프링 컵을 형성하는 슬리브(12)(= 허브)의 내경과 PWG(6)의 링 기어(11)(= 샤프트)의 외경 사이에 안착된다.

도 28 내지 도 30에 도시된 상기 변형예의 경우, 액추에이터는 힘 또는 토크가 제어되는 방식으로 작동한다.

랩 스프링의 제1 영역(A)은 링 기어(12)의 원통형 영역에 대해 인터피어런스를 보유하여 상기 원통형 영역 상에 마찰 결합 방식으로 장착된다.

랩 스프링의 제2 영역(B2)은 (기능상 유성 캐리어에 할당되는) 슬리브의 원통형 영역에 대해 인터피어런스를 보유하여 상기 원통형 영역 내에 마찰 결합 방식으로 장착된다. 이런 변형예의 장점은 에워싸는 부품들에 대한 이중 랩 스프링의 회전식 장착이 필요하지 않다는 점에 있다.

스프링이 슬리브 내에 삽입되어 링 기어의 원통형 섹션 상에서 마찰에 따라 작용한다는 작동 원리는 그 반대로도 실현될 수 있다.

마찰 장치를 포함한 본 발명에 따른 어셈블리에 의해, 구동 장치의 고장 동안 기어 장치를 자신의 위치에서 유지할 수 있거나, 유지 전류를 감소시키거나 방지할 수 있다. 이 경우, 일측의 작동 방향(예컨대 클러치의 개방 시)으로의 작은 효율 영향과 타측의 작동 방향(예컨대 클러치의 체결 시)으로의 셀프 로킹이 바람직하다.

액추에이터 내에 통합되는 기어 장치, 예컨대 PWG에 의해, 바람직하게 클러치는, 자신의 내부에서 스핀들의 회전 운동이 축 방향 운동으로 변환되는 PWG의 축 방향 운동을 통해 작동된다. PWG의 (예컨대 반경 방향에서 외부 방향으로 향하는 견부를 포함하는) 슬리브(12)는 스핀들의 회전 운동 동안 다이어프램 스프링 핑거들의 하중에 대항하여 축 방향 운동을 수행하면서 상기 다이어프램 스프링 핑거들을 작동시킨다.

1: 코일 스프링
2: 제1 단부
2.1: 제2 단부
3: 스프링 컵
3.1: 단부면
3.1': 단부 측 단부면
3.2: 리세스
3.3: 플랜지
3.4: 부싱형 영역
3.5: 정지부
3d: 내경
4: 스핀들
5: 하우징
6: PWG
6.1: PWG 하우징
6.2: 유성 기어
6.3: 유성 캐리어
6.4: 액시얼 베어링
7: 전기 모터
7.1: 스테이터
7.2: 로터
8: 샤프트
9: 허브
10: 케이지
11: 링 기어
12: 슬리브
12.1: 슬리브의 제1 영역
12.2: 슬리브의 제2 영역
12.3: 리세스
12.4: 정지부
12.5: 칼라부
A: 제1 영역
B: 제2 영역
C: 전이 영역
b: 제1 영역(A)에서 권선부의 폭
h: 제1 영역(A)에서 권선부의 높이
b*: 제2 영역(B1)에서 권선부의 폭
h*: 제2 영역(B2)에서 권선부의 높이
D8: 샤프트(8)의 외경
d9: 허브(9)의 내경

Claims (11)

1. 서로 상대적으로 회전 가능한 2개 이상의 부품을 포함하여, 특히 차량의 클러치의 작동을 위한. 마찰 장치를 포함한 어셈블리에 있어서,
   상기 서로 상대적으로 회전 가능한 부품들 사이에는 부품들의 상대 회전 동안 효율/마찰에 영향을 미치는 코일 스프링(1)이 배치되며, 어셈블리는 적어도 기어 장치 및/또는 액추에이터의 구성부품인 것을 특징으로 하는, 마찰 장치를 포함한 어셈블리.
2. 제1항에 있어서, 적어도 일부 영역에서 랩 스프링을 형성하는 코일 스프링(1)은 단일 랩 스프링 또는 이중 랩 스프링 또는 랩-토션 스프링인 것을 특징으로 하는, 마찰 장치를 포함한 어셈블리.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 코일 스프링(1)은 제1 부품과 작동 연결되고, 이 제1 부품에 대해
   - 회전 가능하게
   또는
   - 회전 가능하고 축 방향으로 변위 가능하게
   배치된 제2 부품과 작동 연결되는 것을 특징으로 하는, 마찰 장치를 포함한 어셈블리.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 부품은 반경 방향에서 제2 부품의 내부에 배치되고 경우에 따라 축 방향으로 오프셋되며,
   - 랩 스프링 또는
   - 이중 랩 스프링 또는
   - 랩-토션 스프링은
   제1 부품과 제2 부품 사이에 안착되어, 제1 단부(1.1)로는 제1 부품과 회전 고정 또는 마찰 결합 방식으로 연결되고, 제2 단부(1.2)로는 제2 부품과 마찰 결합 방식으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 마찰 장치를 포함한 어셈블리.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 코일 스프링(1)은 하기 특징들, 즉
   - 제1 영역(A)에서 마찰이 생성될 수 있거나, 마찰의 달성을 위한 일정하거나 가변하는 예압이 생성될 수 있으면서, 제1 단부(1.1)를 포함하여 랩 스프링(아이텔바인 공식)으로서 작용하는 제1 영역(A)과,
   - 제2 단부(1.2)를 포함하여 토션 스프링으로서 작용하는 제2 영역(B1)과,
   - 제1 영역(A)과 제2 영역(B1)을 서로 연결하는 전이 영역(C)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 마찰 장치를 포함한 어셈블리.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 이중 랩 스프링으로서 형성되는 코일 스프링(1)은 하기 특징들, 즉
   - 제1 영역(A)에서 마찰이 생성될 수 있거나, 마찰의 달성을 위한, 허브(9)/중공 샤프트/보어의 형태인 제2 부품에 대한 예압/인터피어런스(a1)가 생성될 수 있으면서, 무딘 제1 단부(1.2)를 포함하여 랩 스프링(아이텔바인 공식)으로서 작용하는 제1 영역(A)과,
   - 샤프트(8)의 형태인 제1 부품에 대한 예압/인터피어런스(a2)를 가지면서 무딘 제2 단부(1.2)를 포함하여 랩 스프링으로서 작용하는 제2 영역(B2)과,
   - 제1 영역(A)과 제2 영역(B2)을 서로 연결하는 전이 영역(C)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 마찰 장치를 포함한 어셈블리.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 구동 장치의 고장/결함이 있는 경우 셀프 로킹되지 않는 PWG(6)/기어 장치를 유지하기 위해, 또는 유지 전류를 감소시키거나 방지하기 위해, 제1 부품과 제2 부품 사이의 회전 방향에 따르는 마찰이 액추에이터가 작동 중인 경우 하중에 대항하여 극미하게 증가되거나, 하중이 작동 중인 경우에는 뚜렷하게 증가되는 방식으로, 어셈블리는 구동 장치를 통해 작동될 수 있는 유성 롤러 기어 시스템/PWG(6) 또는 또 다른 구조 유형의 기어 장치 내에 통합되는 것을 특징으로 하는, 마찰 장치를 포함한 어셈블리.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 랩 스프링 또는 이중 랩 스프링 또는 랩-토션 스프링은 PWG(6) 또는 또 다른 기어 장치의 회전 부재와 하우징에 고정된 액추에이터의 부재 사이에, 또는 PWG(6) 또는 또 다른 기어 장치의 2개의 부재이면서 상이한 회전수로 서로 상대적으로 회전 가능한 2개의 부재 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는, 마찰 장치를 포함한 어셈블리.
9. 제8항에 있어서, 랩 스프링 또는 이중 랩 스프링 또는 랩-토션 스프링은
   - 구동 장치를 통해 회전 구동될 수 있는 PWG(6)(= 제1 부품)의 스핀들(2)과 프레임/하우징에 고정 배치되는 부품/스프링 컵(3)(=제2 부품) 사이에 배치되거나,
   또는
   - 구동 장치를 통해 회전 구동될 수 있는 PWG(6)(=제1 부품)의 스핀들(2)과 PWG의 하우징 상에 회전 고정/프레임 고정 방식으로 고정되는 스프링 컵(3)(=제2 부품) 사이에 배치되거나,
   또는
   - 서로 상대적으로 회전 가능한 PWG(6)의 2개의 부품 사이에서 PWG(6) 내에 통합되는 것을 특징으로 하는, 마찰 장치를 포함한 어셈블리.
10. 제9항에 있어서, 랩 스프링 또는 이중 랩 스프링 또는 랩-토션 스프링은 PWG(6)의 유성 기어들과 치합되는 링 기어(11)(= 제1 부품)의 외경과 링 기어(11)의 영역에서 PWG(6)를 에워싸는 슬리브(12)(= 제2 부품)의 내경 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는, 마찰 장치를 포함한 어셈블리.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 랩 스프링/이중 랩 스프링/랩-토션 스프링의 영역들은 스트립으로 감기고, 그에 따라 전이 영역(C)에서 서로 연결되며, 스트립은 전이 영역(C)에서 비틀어지고, 그에 따라 스트립의 횡단면은 제1 영역(A)에서 제1 방향성을 보유하고 제2 영역(B1/B2)에서는 제1 방향성에 대해 회전된 방향성을 보유하는 것을 특징으로 하는, 마찰 장치를 포함한 어셈블리.

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