KR100895130B1 - 변속기 - Google Patents

변속기

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KR100895130B1
KR100895130B1 KR1020037014087A KR20037014087A KR100895130B1 KR 100895130 B1 KR100895130 B1 KR 100895130B1 KR 1020037014087 A KR1020037014087 A KR 1020037014087A KR 20037014087 A KR20037014087 A KR 20037014087A KR 100895130 B1 KR100895130 B1 KR 100895130B1
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force
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헬무트 아이뮐러
지그프리트 스튓츨레
위르겐 레크너
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젯트에프 프리드리히스하펜 아게
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Abstract

변속 가능한 변속기에서 폐쇄방향에서 스프링 힘에 의하여 개방방향에서 가압에 의하여 작동가능한 적어도 2 개의 클러치들(2,7)이 배열되어 있으며, 여기서 변속기의 종동장치는 양 작동장치들(9,13)의 무압전환에 의하여 그리고 이로써 양 클러치들(2,7)의 폐쇄에 의하여 제동되어진다. 제 2 작동장치(13)의 가압의 경우에 제 1 작동장치(9)의 작동력은 제 1 작동장치(9)의 스프링력으로부터 그리고 유압력의 경우에는 제 2 작동장치(13)의 가압으로부터 이루어진다. 이로써 제 1 작동장치에 속하는 클러치는 제 2 작동장치가 압력으로 채워져 있는지 아닌지의 여하에 따라서 상이한 힘들을 받는다.

Description

변속기{SHIFTABLE TRANSMISSION}
본 발명은 청구범위 제1항의 전제부에 보다 상세히 정의되어 있는 유형에 따른 변속기에 관한 것이다.
이에 속하는 변속기는 특히 이동 굴착기, 휠로더(wheel loader) 및 이와 유사한 작업 기계에 사용된다. 이때 변속기의 개별 변속단은 각각의 마찰 클러치에 의하여 교차적으로 연결 및 분리 가능하다. 적어도 마찰 클러치 중 2개는 스프링식 클러치로 구성되고, 압력 매체 공급원에 의하여 발생하는 오일 압력에 의해 개방 방향으로 제어 가능하다. 특히 마찰 클러치는 브레이크의 형태로 되어서, 오일 누설이 없는 정적인 오일 공급이 이루어진다.
이러한 변속기는 EP 0 408 592 B1에 공개되어 있으며, 이 문헌에 따르면, 제1 작동 장치는 가압(pressurization)에 의하여 개방 방향(클러치 개방 방향 또는 클러치 분리 방향)으로 작동가능하고 무압 상태로의 전환시(unpressurized shifting) 스프링력에 의하여 폐쇄 방향(클러치 폐쇄 방향 또는 클러치 연결 방향)으로 작동가능하며, 제2 작동 장치는 가압에 의하여 개방 방향으로 작동가능하고 무압 상태로의 전환시 스프링력에 의하여 폐쇄 방향으로 작동가능하며, 양 작동 장치는 서로 동축으로 배치된다. 양 작동 장치가 무압 상태로 전환되고, 이에 따라서 양 클러치가 폐쇄되면, 변속기의 출력부는 차단되며, 이로 인하여 파킹 브레이크(parking brake) 위치에 도달된다. 제1 작동 장치의 스프링력은 제1 작동 장치에 속하는 클러치가 필요한 회전력(토크)을 전달할 수 있도록 설계된다. 또한, 제2 작동 장치의 스프링력은 제2 작동 장치에 속하는 클러치가 필요한 회전력을 전달할 수 있도록 설계된다. 변속기의 출력부가 회전중인 상태에서, 즉 차량이 주행중인 상태에서 파킹 브레이크가 넣어지면, 제1 작동 장치 및 제2 작동 장치는 무압 상태로 전환되며, 이로 인하여 양 클러치는 스프링력에 의하여 폐쇄 방향으로 작동된다. 또한 이는 압력 매체 공급원이 결함으로 인하여 필요한 압력 수준을 제공하지 못하거나, 또는 압력 매체 공급원이 손상되었을 때에도 일어난다. 작동 장치의 스프링력은 필요한 회전력을 전달할 수 있도록 설계되어 있으므로, 이러한 종류의 브레이크에 있어서는 과도한 지연이 일어남으로써 차량이 제어 불가능한 상태에 이를 수 있다.
EP 0 466 742 B1에 공개된 변속기에 의하면, 2개의 클러치는 작동 장치의 가압에 의하여 개방 방향으로 작동가능하고 작동 장치의 무압 상태로의 전환에 의하여 페쇄 방향으로 작동가능하며, 양 작동 장치의 무압 상태로의 전환의 경우에 변속기의 출력부는 제동가능하고, 압력 매체 공급원은 추가로 압력 매체를 축압기로 공급하며, 압력 매체 공급원은 이러한 유형의 제동의 경우에 변속기가 차량을 제어하여 감속할 때까지 제1 작동 장치에 압력 매체를 공급한다. 이렇게 작동 장치에 압력 매체를 공급하는 방식은 대단히 비용이 많이 들며 고가이다. 이러한 변속기에 있어서, 하나의 작동 장치에만 정적인 오일 공급이 이루어지고 제2 작동 장치에는 동적으로 오일 공급이 이루어지고 있으므로, 비상 제동의 경우에 축압기는 반드시 제1 작동 장치와 결합되어야 할 필요가 있다. 변속기에 하나의 정적 및 하나의 동적 압력 매체 공급원의 배치에 의하여 보다 많은 부품과 기밀 부위를 구비하게 된다.
EP 0 659 250 B1과 EP 0 745 199 B1은 스프링 축압기 브레이크를 구비한 변속기를 공개하고 있는데, 이 문헌에 의하면, 작동 장치는 교축 역지변을 거쳐서 압력 매체에 의하여 가압됨으로써 신속하게 개방 방향으로 작동가능하지만 폐쇄 과정은 느리게 진행된다. 이로 인하여, 반드시 제2 클러치가 폐쇄되기 전에 우선적으로 한 클러치를 개방하도록 되어 있다.
도 1은 변속가능한 2단 변속기 및 이에 속하는 유압 제어 장치의 단면도이다.
본 발명은 작동 장치의 간단한 구조에 의하여 우수할 뿐만 아니라 고가의 유압 제어 장치를 간단하게 하는 변속기를 제공하는 데 목적을 두고 있다.
본 발명은 특허청구범위 독립항의 특징을 갖는 유형의 변속기에 의하여 달성된다.
본 발명에 따르면, 변속기는, 가압(pressurization)에 의해서 개방 방향(클러치 개방 방향 또는 클러치 분리 방향, 이하 "개방 방향"이라 함)으로 작동가능하고 무압 상태로의 전환시(unpressurized shifting) 스프링에 의해서 폐쇄 방향(클러치 폐쇄 방향 또는 클러치 연결 방향, 이하 "폐쇄 방향"이라 함)으로 작동가능한 적어도 2개의 작동 장치를 구비한다. 이러한 작동 장치들은 제1 작동 장치가 무압 상태에서 스프링력에 의하여 브레이크를 폐쇄 방향으로 작동시키도록 배치된다. 이와 동시에, 제2 작동 장치가 스프링력에 대항하여 개방 방향으로 작동되면, 제1 작동 장치의 스프링력과 제2 작동 장치의 가압에 의한 유압력이 제1 작동 장치에 작용한다. 제1 작동 장치가 가압되고 제2 작동 장치가 무압 상태로 전환되면, 제2 작동 장치의 스프링은 제2 작동 장치를 폐쇄 방향으로 작동시킨다. 양 작동 장치가 비상 제동 과정에 해당하는 무압 상태로 전환되면, 제1 작동 장치에는 제1 작동 장치의 스프링력만이 작용하고, 제2 작동 장치에는 제2 작동 장치의 스프링력만이 작용한다. 따라서, 이러한 경우에 제1 작동 장치의 스프링력에 제2 작동 장치의 유압력이 합해지므로, 차량의 동적인 감속을 진행시키고 변속시에 필요한 전달 회전력을 제1 작동 장치를 거쳐 전달할 수 있도록 제1 작동 장치의 스프링력을 설계할 수 있다. 특히, 제1 작동 장치는 변속기 하우징 내에 설치된, 스프링에 의하여 작동되는 피스톤으로 구성되며, 변속기 하우징은 작동 장치의 실린더의 일부를 형성하므로, 정적인 오일 공급이 이루어진다. 제2 작동 장치의 피스톤은 제1 작동 장치의 피스톤과 동축으로 배치되며, 제1 작동 장치의 피스톤은 제2 작동 장치의 실린더를 형성한다. 제2 작동 장치의 피스톤으로의 압력 매체 공급은 특히 제1 작동 장치의 피스톤을 통하여 이루어짐으로써, 제2 작동 장치에도 또한 정적인 압력 매체 공급이 이루어진다. 특히 제2 작동 장치의 스프링력은, 동적인 비상 감속의 경우에, 즉 양 작동 장치의 무압 상태로의 전환의 경우에, 제2 작동 장치에 속하는 클러치가 폐쇄되되, 동적인 감속 중에 클러치의 원판(disc)들이 속도차(differential speed)를 갖지 않으며 동적인 감속은 제1 작동 장치에 속하는 클러치의 속도차 감소에 의해 이루어지도록 폐쇄되게 형성된다. 특히 제1 작동 장치의 클러치는 제2 작동 장치의 클러치의 반경 방향 외측에 배치됨으로써, 반경 방향의 큰 박판에 의하여 열배출 및 열전달 성능이 우수해진다. 특히 작동 장치와 그에 속하는 클러치는 축방향으로 동일한 영역에 배치된다.
클러치 또는 브레이크 및 작동 장치를 축방향으로 동일한 영역에 배치시킴으로써, 변속기의 설치 길이가 근소해지게 된다. 제2 작동 장치의 피스톤이 제1 작동 장치의 피스톤 내에 배치되고 제1 작동 장치의 피스톤이 제2 작동 장치의 피스톤의 실린더를 형성함으로써 작동 장치를 콤팩트(compact)한 형태로 할 수 있으며, 제2 작동 장치의 피스톤으로의 압력 매체 공급이 제1 작동 장치의 피스톤을 통해 이루어지도록 함으로써 제1 작동 장치는 물론 제2 작동 장치에도 정적인 오일 공급이 이루어지도록 할 수 있다. 제1 작동 장치가 무압 상태로 전환되고 제2 작동 장치가 가압되는 경우에, 제1 작동 장치의 스프링력과 제2 작동 장치의 유압력이 제1 작동 장치의 클러치에 작용함으로써 변속시에 충분한 회전력을 전달할 수 있으며, 비상 제동인 경우에, 즉 양 작동 장치가 무압 상태로 전환되는 경우에, 차량을 제어하여 감속시킬 수 있다. 따라서, 고가의 축압기와 제어 장치가 불필요하다. 또한, 제1 작동 장치의 스프링 설치 공간은 스프링력의 감소로 인해 작아진다. 제2 작동 장치의 스프링은, 비상 제동의 경우에 제2 작동 장치에 속하는 클러치가 속도차를 갖지 않으며 동적인 감속은 제1 작동 장치에 속하는 클러치에 의하여 이루어지도록 형성되며, 제1 작동 장치에 속하는 클러치는 한편으로는 제2 작동 장치에 속하는 클러치의 반경 방향 외측에 배치됨으로써 충분한 열배출이 보장된다. 제1 작동 장치에 속하는 클러치가 폐쇄될 때 제1 변속단이 형성되고 제2 작동 장치에 속하는 클러치가 폐쇄될 때 제2 변속단이 형성되도록 변속기의 변속단들이 형성되면, 비상 제동시에 반드시 제2 변속단이 형성되도록 보장되며, 이에 의하여 제2 변속단으로부터의 비상 제동시에 제1 변속단에서의 과도한 지연으로 인해 불허된 감속이 제1 변속단에서 전혀 이루어지지 않는다.
본 발명의 보다 상세한 특징들을 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
도시되어 있지 않은 구동 엔진이 구동축(1)을 구동한다. 구동 엔진은 내연 기관이나 유압 또는 전동기가 될 수 있다. 구동축(1)은 일측에서 클러치(2)의 원판과 타측에서 유성 변속기(4)의 내측 중앙 치차(3)와 결합된다. 유성 변속기(4)의 유성 캐리어(5)는 변속기의 출력부를 형성하며, 외측 중앙 치차(6)는 일측에서 클러치(2)의 원판과 타측에서 브레이크(7)의 원판과 결합된다. 브레이크(7)의 외측 원판은 하우징(8)과 결합되고, 브레이크(7)의 내측 원판은 외측 중앙 치차(6)와 결합된다. 제1 작동 장치(9)는 압력 매체가 공간(10)에서 스프링(12)의 스프링력에 대항하여 피스톤(11)을 이동시킴으로써 개방 방향으로 작동된다. 제1 작동 장치(9)의 피스톤(11)은, 공간(10)이 무압 상태로 전환되고 스프링(12)의 스프링력이 피스톤을 브레이크(7) 쪽으로 가압시킴으로써 폐쇄 방향으로 작동된다. 제2 작동 장치(13)는, 압력 매체가 피스톤(11)을 통해 공간(14)으로 전달되어 피스톤(15)을 스프링(16)의 스프링력에 대항하여 이동시킴으로써 개방 방향으로 작동된다. 공간(14)이 무압 상태로 되면, 피스톤(15)은 스프링(16)의 스프링력에 의하여 클러치(2) 쪽으로 가압된다. 변속기의 제1 변속단은, 정유압 구동 장치에서 그 정유압 구동 장치의 피드 펌프(feed pump)일 수 있는 압력 매체 공급원(17)이 압력 매체를 파킹 브레이크 밸브(18)로 전달하여 안전 밸브(19)를 통해서 변속 밸브(20)로 전달함으로써 형성된다. 제1 변속단에서, 변속 밸브는 스프링력에 대항하여 좌측으로 제어되며, 이로 인하여 압력 매체는 관(21) 및 교축 역지변(22)을 거쳐 피스톤(11)을 통해 공간(14)에 도달한다. 이에 의해서, 피스톤(15)은 스프링(16)의 스프링력에 대항하여 단부로 이동되어 클러치(2)를 개방시킨다. 이와 동시에, 관(23)을 거쳐서, 공간(10) 및 축압기(24)로부터의 압력 매체가 교축 역지변(25) 및 변속 밸브(20)를 통해 압력 매체 용기로 전달된다. 따라서, 피스톤(11)은 스프링(12)의 스프링력 및 공간(14) 내의 압력에 의하여 브레이크(7) 쪽으로 이동하여 브레이크를 폐쇄시킨다. 이에 따라서, 피스톤(11)은 스프링(12)의 스프링력 및 공간(14)으로부터의 유압력의 합력에 의하여 브레이크(7)의 원판을 가압시킨다. 스프링(12)의 스프링력 및 공간(14)의 면적은 브레이크(7)가 필요한 회전력을 전달할 수 있도록 설계된다. 제2 변속단으로 변속되면, 변속 밸브(20)가 제어되며, 이에 따라서 유압은 관(23)을 거쳐서 공간(10)에 도달하여 피스톤(11)을 스프링(12)의 스프링력에 대항하여 이동시킨다. 따라서, 브레이크가(7)가 개방된다. 이와 동시에, 압력 매체는 공간(14)으로부터 교축 역지변(22) 및 관(21)을 거쳐서 압력 매체 용기로 배출된다. 피스톤(15)은 스프링(16)의 스프링력에 의하여 클러치(2)를 폐쇄시킨다. 이와 동시에, 축압기(24)는 예컨대 EP 0 659 250 B1에 개시되어 있는 바와 같이 저단 변속인 경우에 아주 우수한 변속 작동을 이루기 위하여 다시 압력 매체로 채워진다. 예컨대 압력 매체 공급원(17)의 결함에 의하거나 또는 파킹 브레이크(18)의 수동 제어에 의하거나 또는 안전 밸브(19)의 제어에 의하여 비상 제동이 걸리면, 관(21, 23)은 무압으로 된다. 이는 예컨대 양 관의 파손에 의해서도 발생된다. 관(21, 23)이 무압이 되면, 공간(14, 10) 내의 압력이 교축 역지변(22, 25)에 의하여 저하됨으로써, 피스톤(11, 15)은 클러치(2) 및 브레이크(7)를 폐쇄시킨다. 스프링(12)의 스프링력만이 피스톤(11)에 작용하지만, 스프링(12)의 스프링력은 변속에 필요한 회전력이 스프링(12)의 스프링력과 가압 공간(14) 내의 유압력의 합력에 의해서만 이루어지도록 설계되므로, 차량은 브레이크(7)에 작용하는 근소한 가압 하중에 의하여 제어 감속된다. 이때에 스프링(16)의 스프링력은 클러치(2)의 원판들이 전혀 속도차를 갖지 않도록 설계되므로, 감속은 전적으로 브레이크(7)의 원판들의 속도차에 의해서만 이루어진다. 이에 따라서, 브레이크(7)에 의하여 발생되는 열이 수용될 수 있다. 다양한 차량들에 대해서, 다양한 중량들로 인해 상이한 제동 회전력이 필요하면, 스프링(12)의 스프링력의 변경 또는 브레이크(7)의 원판수의 변경에 의하여 제동 회전력의 변경이 가능하다. 변속기의 간단한 제어에 의하여 밸브 블록(26)과 축압기(24) 및 교축 역지변(22, 25)을 변속기 하우징에 부착 또는 일체형으로 할 수 있으며, 이로 인하여 콤팩트하면서도 정비가 필요없는 구성이 이루어진다. 밸브 블록(26) 내에도 똑같이 전축 차단 장치(27)의 설치가 가능하다. 또한 견인력 차단 없이도 변속이 가능하다. 클러치(2)와 브레이크(7)를 비례 밸브에 의하여 압력 변조로 폐쇄시킬 수 있다. 이러한 변조는, 변속기에 설치되고 항공기 전자 장치 또는 변속기에 고정된 전자 장치에 의하여 제어되는 압력 조절 밸브로 이루어진다. 공간(14, 10)이 압력 매체로 채워지지만 무압 상태로 되어 클러치(2)와 브레이크(7)가 폐쇄되는 고장의 경우에 차량을 견인할 수 있도록, 외부의 압력 매체 공급에 의하여 작동 장치들을 개방 방향으로 작동되도록 할 수 있다.
이때에 공간(14)으로의 공급이 차단되며, 압력 매체 공급원에 의하여 압력 매체가 공간(10)으로 유입된다. 공간(14) 내의 압력 매체는 누출될 수 없으므로, 피스톤(15)은 피스톤(11)의 운동으로 인하여 동시에 개방 방향으로 작동되며, 압력 매체 공급원으로부터는 공간(10)의 압력 매체 체적만이 공급된다. 따라서, 이러한 작동을 위한 압력 매체 공급원은 보다 작은 크기로 형성될 수 있다.
본 변속기는 종래 기술에 비하여 구조가 간단하고 콤팩트하며 보다 안전한 변속이 가능할 뿐 아니라 제작 비용이 절감되므로 이동 굴착기, 휠로더와 같은 작업기 변속기의 적용에 유리하다.

Claims (10)

  1. 적어도 2개의 변속단을 갖는 변속가능한 변속기로서,
    제1 스프링(12)의 힘에 의해 폐쇄 방향으로 작동가능하고 가압에 의해 개방 방향으로 작동가능한 제1 작동 장치(9)와,
    제2 스프링(16)의 힘에 의해 폐쇄 방향으로 작동가능하고 가압에 의해 개방 방향으로 작동가능한 제2 작동 장치(13)와,
    상기 제1 작동 장치(9)의 폐쇄 방향으로의 작동과 제2 작동 장치(13)의 개방 방향으로의 작동에 의해 변속가능한 제1 변속단과,
    상기 제2 작동 장치(13)의 폐쇄 방향으로의 작동과 제1 작동 장치(9)의 개방 방향으로의 작동에 의해 변속가능한 제2 변속단을 포함하며,
    상기 제1 작동 장치(9) 및 제2 작동 장치(13)가 폐쇄 방향으로 작동될 때 변속기의 출력부가 제동될 수 있고, 상기 제1 스프링(12)의 스프링력은 제1 작동 장치(9)에만 작용하며, 상기 제2 스프링(16)의 스프링력은 제2 작동 장치(13)에만 작용하는, 변속기에 있어서,
    상기 제1 변속단으로의 변속시에, 제1 작동 장치(9)의 작동력은 제1 스프링(12)의 스프링력과, 제2 작동 장치(13)를 가압시키는 압력 매체의 유압력에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 변속기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 변속단으로의 변속시에, 폐쇄 방향으로 작동되는 제2 작동 장치(13)의 작동력은 제2 작동 장치(13)의 스프링력에 의해서만 형성되는 것을 특징으로 하는 변속기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 작동 장치(9)의 피스톤(11)은 제2 작동 장치(13)의 피스톤(15)과 동축으로 배치되고, 상기 제1 작동 장치(9)의 피스톤(11)은 제2 작동 장치(13)의 피스톤(15)에 대한 실린더를 형성하는 것을 특징으로 하는 변속기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 압력 매체는 제1 작동 장치(9)의 피스톤(11)을 통해 제2 작동 장치(13)로 공급되는 것을 특징으로 하는 변속기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 작동 장치(9, 13)는 원판 클러치(2, 7)에 작용하는 것을 특징으로 하는 변속기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 작동 장치(9, 13)의 스프링력은, 출력부의 회전과 양 작동 장치(9, 13)의 무압 상태로의 전환시에, 반경 방향 외측에 위치한 클러치(7)가 그 클러치(7)의 원판들의 속도차 감소에 의해 출력부를 감속시키고 상기 감속 중에 반경 방향 내측에 위치한 클러치의 원판들이 속도차를 갖지 않도록 형성되는 것을 특징으로 하는 변속기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 압력 매체는 압력 매체 공급원(17)으로부터 변속 밸브(20), 축압기(24) 및 교축 역지변(25)을 통해 제1 작동 장치(9)와 연결될 수 있거나, 상기 압력 매체는 압력 매체 공급원(17)으로부터 변속 밸브(20) 및 교축 역지변(22)을 통해 제2 작동 장치(13)와 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 변속기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 압력 매체 공급원(17)과 변속 밸브(20) 간에는 안전 밸브(19)와 파킹 브레이크 밸브(18)가 배치되며, 상기 안전 밸브(19)와 파킹 브레이크 밸브(18)에 의하여 변속 밸브(20)는 압력 매체 공급원과 연결가능하거나 분리가능한 것을 특징으로 하는 변속기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 작동 장치(9) 및 제2 작동 장치(13)는, 제2 작동 장치(13)로의 압력 매체의 공급을 차단하고 제1 작동 장치(9)를 압력 매체에 의해 가압시킴으로써 개방 방향으로 작동가능한 것을 특징으로 하는 변속기.
  10. 삭제
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