KR101266724B1 - 다축 구동 자동차용 클러치 장치 및 파워 트레인 장치 - Google Patents

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게케엔 드리펠린 인터나쇼날 게엠베하
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Abstract

본 발명은 다축 구동 자동차에서 구동축을 연결하기 위한 클러치 장치에 관한 것이다. 클러치 장치는 회전축(A)을 중심으로 회전 구동될 수 있는 클러치 입력부(6) 및 클러치 출력부(8)를 구비한 외부 제어 가능한 마찰 클러치(3)와, 입력 요소(15) 및 상기 입력 요소에 구동 연결된 2개의 출력 요소를 구비한 차동 기어 장치(4)를 포함하며, 차동 기어 장치(3)의 입력 요소(15)는 클러치 출력부(8)에 대해 동축으로 배치되고 토크 전달을 위해 클러치 출력부(8)에 구동 가능하게 연결된다. 또한, 본 발명은 이러한 유형의 클러치 장치를 구비한 파워 트레인 장치에 관한 것이다.

Description

다축 구동 자동차용 클러치 장치 및 파워 트레인 장치{CLUTCH ARRANGEMENT AND DRIVETRAIN ARRANGEMENT FOR A MULTI-AXLE DRIVEN MOTOR VEHICLE}
본 발명은 다축 구동 자동차에서 구동축을 연결하기 위한 클러치 장치에 관한 것이다. 클러치 장치는 제1 구동축을 지속적으로 구동하기 위한 제1 파워 트레인과, 제2 구동축에 토크를 전달하기 위해 필요에 따라 연결될 수 있는 제2 파워 트레인을 포함한다. 필요에 따라 연결될 수 있는 구동축을 갖는 이러한 클러치 장치는 "행온(Hang-on)" 또는 "온 디멘드(On-demand)" 시스템으로도 지칭된다.
EP 0 466 863 B1호에는 차량에서 하나의 파워 트레인을 복수의 파워 트레인용 트랜스퍼 케이스(transfer case)에 연결하기 위한 장치가 공지되어 있다. 파워 트레인들 중 하나는 구동 유닛에 지속적으로 연결되며 또 다른 파워 트레인은 구동 유닛에 연결될 수 있다. 파워 트레인의 연결을 위해서는 트랜스퍼 케이스 또는 차동 기어 장치 내에 배치될 수 있고 전자식으로 작동 가능한 마찰 클러치가 제공된다.
연결 가능한 파워 트레인을 구비한 상기 유형의 구동 장치의 경우, 손실을 적게 유지하기 위해 해당 구동축은 지속적으로 구동되지 않는다. 그러나, 연결 가능한 구동축의 토크 전달 부품들은 분리된 상태에서도 회전하는데, 이는 바람직하지 못한 출력 손실을 초래한다. 이러한 출력 손실은, 행온 파워 트레인을 구비한 다축 구동 자동차의 연비가 단일축 구동 자동차에서보다 높아지는 원인이 된다.
따라서 본 발명의 목적은, 바람직하지 못한 견인 토크 또는 출력 손실이 감소할 수 있도록 하며 간단하고 비용면에서 유리하게 구성되는, 다축 구동 자동차에서 구동축을 연결하기 위한 클러치 장치를 제안하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 상기 유형의 클러치 장치를 구비한 다축 구동 자동차를 위한 파워 트레인 장치를 제안하는 것이다.
상기 목적은, 회전축(A)을 중심으로 회전 구동될 수 있는 클러치 입력부 및 클러치 출력부를 구비한 외부 제어 가능한 마찰 클러치와, 입력 요소 및 상기 입력 요소에 구동 연결된 2개의 출력 요소를 구비한 차동 기어 장치를 포함하는, 자동차의 파워 트레인에서 구동축을 연결하기 위한 클러치 장치에 의해 달성되며, 이때 차동 기어 장치의 입력 요소는 클러치 출력부에 대해 동축으로 배치되고 토크 전달을 위해 클러치 출력부에 구동 가능하게 연결된다.
구동 가능하게 연결된다는 것은, 클러치 출력부와 차동 기어 입력부가 토크 전달을 위해 서로 직접 연결되거나, 언급한 2개의 부품들이 서로 연결될 수 있다는 것을 의미한다. 본 발명에 따른 클러치 장치의 장점은, 클러치 장치에 의해 구동되는 구동축이 마찰 클러치의 개방에 의해 파워 트레인으로부터 디커플링될 수 있다는 데 있다. 이러한 상태에서, 차동 기어 장치의 부품들은 무부하로 회전한다. 그러나, 적어도 클러치 입력부가 차동 기어 장치로부터 디커플링되므로, 견인 토크와 마찰 손실이 줄어든다.
본 발명에 따른 클러치 장치는 지속적으로 구동되는 제1 구동축과 필요에 따라 연결될 수 있는 제2 구동축을 구비한 다축 구동 자동차를 위한 파워 트레인 장치에 특히 적합한데, 다시 말해 제2 구동축의 연결 또는 분리에 적합하다. 바람직한 개선예에 따라, 클러치 장치에 대향 배치된 종방향 구동 샤프트의 단부에 또 다른 클러치가 제공된다. 따라서, 종방향 구동 샤프트의 전방 및 후방에 놓인 2개의 클러치들이 개방됨으로써, 전체 종방향 구동 샤프트와 상기 종방향 구동 샤프트에 의해 회전하는 부품들이 분리될 수 있다. 이로써 종방향 구동 샤프트가 더 이상 회전하지 않으므로, 견인 토크와 마찰 손실이 현저히 줄어들게 되며, 이는 연비에 유리하게 작용한다.
바람직한 실시예에 따라, 마찰 클러치는 멀티 디스크 클러치로서 구성된다. 멀티 디스크 클러치는 외측 디스크가 회전 불가능하게 그리고 축방향으로 변위될 수 있게 연결된 외측 디스크 캐리어와, 내측 디스크가 회전 불가능하게 그리고 축방향으로 변위될 수 있게 연결된 내측 디스크 캐리어를 포함한다. 외측 디스크와 내측 디스크는 축방향으로 교대로 배치되며, 외부 제어 가능한 축방향 조절 장치에 의해 작용하거나 상기 장치로부터 분리될 수 있는 1개의 디스크 패킷을 공동으로 형성한다. 특히, 디스크 패킷은 압력 플레이트를 통해 축방향 조절 장치의 작용을 받을 수 있으며, 이때 디스크 패킷은 압력 플레이트에 축방향으로 대향 배치된 측면에서 지지 플레이트에 축방향으로 지지된다. 바람직하게, 외측 디스크 캐리어는 클러치 입력부에 고정 연결되며, 특히 일부재로 구성되고, 이때 토크는 클러치 입력부에 의해 종방향 구동 샤프트로부터 클러치 장치로 도입되며, 내측 디스크 캐리어는 클러치 출력부에 고정 연결되거나 상기 부품과 일부재로 구성된다. 그러나 반대의 배치도 마찬가지로 고려할 수 있다.
바람직하게, 차동 기어 장치의 입력 요소는 차동 기어가 개별 축들에 회전 가능하게 지지되고 차동 기어 장치의 회전축(A)을 중심으로 캐리어 요소와 함께 회전하는 캐리어 요소의 형태로 구성된다. 차동 기어는 제1 및 제2 측면 샤프트 기어에 치형 맞물림되는데, 이는 상기 차동 기어들을 구동하기 위함이다. 2개의 측면 샤프트 기어들은 자동차의 해당 휠에 토크를 전달하기 위해, 회전축(A)에 대해 동축으로 회전 가능하게 캐리어 요소 내에 지지되며 회전 불가능하게 측면 샤프트에 연결된다. 클러치 장치의 컴팩트한 구조를 위해서는, 회전축(A)을 중심으로 회전 가능하도록 차동 기어 장치의 캐리어 요소가 클러치 입력부 내에 지지되는 것이 바람직하다. 이때 클러치 입력부는 캐리어 요소가 내부에 수용되어 있는 클러치 하우징의 부분이다. 그러나, 마찰 클러치도 회전축(A)에 대해 동축으로 회전 가능하게 지지되어 있는 별도의 고정된 하우징 내에 캐리어 요소가 회전 가능하게 지지되는 것도 가능하다. 클러치 장치는, 차동 기어 세트에 대해 축방향으로 인접하게 디스크 패킷이 배치되도록 구성될 수 있으며, 이때 디스크 패킷은 바람직하게 작은 반경으로 캐리어 요소 내부에 놓인다. 이로써 반경 방향으로 컴팩트한 구조가 제공된다. 그러나, 디스크 패킷은 축방향으로 중첩되도록 캐리어 요소의 반경 방향 외측에 배치될 수도 있으며, 이 경우 축방향으로 컴팩트한 구조를 얻을 수 있다. 캐리어 요소에 대한 디스크 패킷 배치의 중간 형태도 마찬가지로 고려할 수 있다.
제1 방법에 따라, 클러치 출력부는 토크 전달을 위해 차동 기어 장치의 입력 요소에 고정 연결되며, 특히 상기 입력 요소와 일부재로 구성된다. 상기의 방식으로, 축방향 조절 장치의 작동 상태에서 즉, 마찰 클러치가 체결된 상태에서, 클러치 입력부로부터 클러치 출력부로 그리고, 클러치 출력부로부터 곧바로 차동 기어 장치로 토크가 전달된다. 본원에 설명된 모든 마찰 클러치들의 경우, 마찰 클러치는 토크가 전달되지 않는 개방된 위치와, 클러치 입력부 및 클러치 출력부가 동일한 회전수로 회전하는 완전히 체결된 위치 사이에서 각각의 임의의 중간 위치를 취할 수 있다. 상기의 방식으로, 필요에 따라 연결될 수 있는 구동축에 전달되는 토크가 정확히 정량 공급될 수 있다.
제2 방법에 따라, 본 발명에 따른 클러치 장치는 마찰 클러치 외에 추가로 시프팅 클러치도 포함한다. 시프팅 클러치는 마찰 클러치와 차동 기어 장치 사이에 바람직하게 기능적으로 일렬로 배치되며, 이때 시프팅 클러치는 클러치 출력부에 적어도 회전 불가능하게 연결되는 제1 클러치 부분과, 차동 기어 장치의 캐리어 요소에 적어도 회전 불가능하게 연결되는 제2 클러치 부분을 포함한다. 시프팅 클러치는 형태 결합식 시프팅 클러치로서 구성되며 즉, 제1 클러치 부분과 제2 클러치 부분은 토크 전달을 위해 서로 형태 결합에 의해 맞물릴 수 있다. 본원에서, 형태 결합식 시프팅 클러치에 대한 예시는 맞물림 클러치(claw clutch) 또는 치형 클러치로서 언급되며, 치형 클러치는 종방향 치형부 또는 세레이션(serration) 치형부를 포함할 수 있다.
유리한 실시예에 따라, 시프팅 클러치의 제1 클러치 부분은 클러치 출력부에 고정 연결되며, 특히 상기 클러치 출력부와 일부재로 구성된다. 시프팅 클러치의 제2 클러치 부분은 차동 기어 장치의 캐리어 요소에 고정 연결되며, 특히 상기 캐리어 요소와 일부재로 구성된다. 시프팅 클러치의 클러치 부분이 해당 연결 부품과 일부재로 구성됨으로써, 바람직하게 부품 수가 적은 클러치 장치의 구조가 컴팩트하게 된다.
차동 기어 장치 또는 해당 구동축으로의 토크 전달을 위해 클러치 장치의 작동은 2단계로 실행된다. 우선, 시프팅 클러치가 체결되어, 마찰 클러치로부터 차동 기어 장치로 토크가 전달될 수 있다. 시프팅 클러치는 축방향 조절 장치에 의해 압력 플레이트의 축방향 작용을 통해 체결될 수 있다. 압력 플레이트는 바람직하게 축방향 베어링과 스프링 수단에 의해 클러치 출력부에 대해 축방향으로 지지되므로, 압력 플레이트가 축방향으로 변위됨으로써 클러치 출력부 또는 상기 클러치 출력부에 고정 연결된 시프팅 클러치의 제1 클러치 부분이 차동 기어 장치의 방향으로 작용한다. 이때 시프팅 클러치의 2개의 클러치 부분들은 형태 결합식으로 서로 맞물리므로, 상기 부분들은 차동 기어 장치의 캐리어 요소에 토크를 전달할 수 있다. 시프팅 클러치가 체결된 후, 축방향 조절 장치가 상응하게 작동함으로써 마찰 클러치로부터 연결 가능한 구동축으로 전달될 토크가 필요에 따라 세팅될 수 있다. 시프팅 클러치의 개방을 위해 즉, 축방향 조절 장치가 작동되지 않은 상태일 때, 시프팅 클러치의 클러치 부분들 사이에 예컨대 디스크 스프링 형태로 구성될 수 있는 스프링 수단이 바람직하게 제공된다. 추가로, 바람직하게 마찰을 줄이는 축방향 베어링이 언급한 부품들 사이에 배치된다. 스프링 수단과 축방향 베어링은 클러치 출력부 또는 차동 기어 장치의 캐리어 요소의 내부 리세스 내에 공간을 덜 차지하도록 배치될 수 있다.
또 다른 실시예에 따라, 시프팅 클러치의 제1 클러치 부분은 회전 불가능하게 그리고 축방향으로 운동할 수 있도록 클러치 출력부에 연결된 별도의 부품으로서 구성된다. 상기 실시예에서, 클러치 출력부는 축방향으로 운동하지 못하도록 하우징 내에 유지되며, 시프팅 클러치의 체결을 위한 시프팅 운동은 클러치 출력부에 대해 축방향으로 운동하는 제1 클러치 부분에 의해 구현된다. 시프팅 클러치가 다시 새로이 개방되도록 즉, 제1 클러치 부분이 제2 클러치 부분으로부터 분리되도록, 디스크 패킷 방향으로 제1 클러치 부분에 작용하는 스프링 수단이 제공된다.
제1 가능성에 따라 시프팅 클러치의 제1 클러치 부분은, 마찰 클러치의 지지 플레이트에 고정 연결될 수 있으며, 특히 지지 플레이트와 일부재로 구성될 수 있다. 이로써, 부품 수가 적은 컴팩트한 구조가 이루어진다. 지지 플레이트는 회전 불가능하게 그리고 축방향으로 변위될 수 있도록 클러치 출력부에 연결되며, 디스크 패킷은 지지 플레이트와 압력 플레이트 사이에 축방향으로 배치된다. 이 경우, 마찰 클러치와 시프팅 클러치가 일렬로 연결되면 즉, 디스크 패킷이 축방향으로 작용하면 형태 결합식 시프팅 클러치가 체결된다. 지지 플레이트가 축방향으로 운동할 수 있고, 도입된 축방향 힘이 캐리어 요소로 전달되기 때문에, 지지 플레이트는 제2 압력 플레이트로도 지칭될 수 있다. 바람직하게, 리턴 스프링은 제2 압력 플레이트와 차동 기어 장치의 입력 요소 사이에 배치된다.
제2 가능성에 따라 시프팅 클러치의 제1 클러치 부분은, 클러치 출력부에 대해 동축으로 배치되고 상기 클러치 출력부에 회전 불가능하게 연결되며 이에 대해 축방향으로 이동 가능하게 유지된 슬리브에도 고정 연결될 수 있다. 슬라이딩 슬리브로도 지칭될 수 있는 슬리브는 축방향 조절 장치의 작동 시 압력 플레이트에 의해 축방향으로 작용하여, 시프팅 클러치는 체결되며, 클러치 출력부로부터 차동 기어 장치의 캐리어 요소로 토크가 전달될 수 있다.
시프팅 클러치를 구비한, 앞서 언급한 모든 실시예의 경우, 축방향 조절 장치가 작동될 때에야 비로소 시프팅 클러치가 체결되므로, 차동 기어 장치로 토크가 전달될 수 있으며 그 이후에 비로소, 마찰 클러치로부터 연결 가능한 구동축으로 전달될 수 있는 토크가 필요에 따라 제어된다.
시프팅 클러치를 구비한 전술한 모든 실시예에 마찬가지로 적용되는 바람직한 개선예에 따라, 클러치 출력부와 차동 기어 장치의 캐리어 요소 사이에 동기화 유닛이 제공된다. 동기화 유닛은, 차동 기어 장치의 방향으로 클러치 출력부가 축방향으로 변위될 경우 클러치 출력부와 차동 기어 장치의 캐리어 요소 사이의 회전수가 적어도 부분적으로 조정되도록 구성된다. 이는, 시프팅 클러치의 개방 및 체결 시 발생할 수 있는 바람직하지 못한 시프팅 소음이 감소하거나 전반적으로 방지될 수 있는 장점을 갖는다.
동기화 유닛을 구비한 실시예의 경우, 파워 트레인의 연결 또는 파워 트레인의 작동은 원칙적으로 3단계로 실행된다. 우선, 차동 기어 장치의 캐리어 요소의 회전수에 맞게 클러치 출력부의 회전수가 조정되며, 이는 동기화로도 지칭될 수 있다. 후속해서, 언급한 2개의 부품들과 상기 부품들에 연결된 시프팅 클러치의 클러치 부분들이 동기화되거나 부분 동기화될 때, 시프팅 클러치는 압력 플레이트의 추가 작용에 의해 체결된다. 그 이후에야 비로소, 마찰 클러치로부터 연결 가능한 구동축으로 전달될 수 있는 토크가 필요에 따라 제어될 수 있다.
바람직하게, 동기화 유닛은 특히 원추형으로 구성될 수 있는 하나 이상의 마찰면 쌍을 갖는다. 마찰면 쌍은, 마찰 클러치의 출력부와 차동 기어 장치의 입력부 사이의 토크 흐름 내에 배치된 별도의 부품으로 구성될 수 있다. 동기화 유닛 및 시프팅 클러치는 클러치 출력부와 차동 기어 장치의 입력부 사이에 기능적으로 평행하게 배치되며, 앞서 이미 설명한 바와 같이, 축방향 조절 장치가 작동할 때에야 비로소 동기화 유닛이 회전수를 조정하며 그 이후, 시프팅 클러치는 클러치 출력부와 차동 기어 장치의 입력부 사이를 회전 불가능하게 연결시킨다.
또한, 전술한 목적은 구동 유닛을 구비한 다축 구동 자동차를 위한 파워 트레인 장치에서, 파워 트레인 장치가 제1 구동축에 토크를 전달하기 위해 구동 유닛에 의해 지속적으로 구동될 수 있는 제1 파워 트레인과, 제2 구동축이 구동되도록 토크를 전달하기 위해 구동 유닛에 연결될 수 있는 제2 파워 트레인을 포함하며, 이때 제2 파워 트레인은, 구동 유닛에 의해 구동되는 트랜스퍼 케이스와 제2 구동축 사이의 토크 흐름 내에 배치된 종방향 구동 샤프트를 포함하며, 트랜스퍼 케이스에 대해 종방향 구동 샤프트를 커플링 및 디커플링하기 위해 제1 커플링 수단이 제공되고, 제2 파워 트레인은 전술한 실시예들 중 하나에 따른 클러치 장치를 포함하는 것에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 파워 트레인 장치의 장점은, 회전하는 전체 부품들과 함께, 특히 베어링 수단도 함께 종방향 구동 샤프트가 구동 유닛 또는 트랜스퍼 케이스로부터 디커플링될 수 있다는 데 있다. 이때 종방향 구동 샤프트가 디커플링된 상태에서는 정지해 있으므로, 바람직하지 못한 견인 토크 또는 마찰 손실이 발생하지 않는다. 특히, 토크 전달을 위해 종방향 구동 샤프트의 입력 측 및 출력 측에 구동 연결되는 어셈블리, 예컨대 앵글 드라이브(angle drive)도 본 발명에 따른 클러치 장치에 의해 디커플링될 수 있으므로, 견인 토크 및 마찰력 감소에 기초하여 출력 손실이 재차 감소하게 된다.
이하에서는 바람직한 실시예가 도면에 기초해서 설명된다.
도 1a는 미작동 상태에서, 본 발명에 따른 클러치 장치의 제1 실시예의 절반 종단면이 원리도로서 도시된 도면이며,
도 1b는 작동 상태에서, 본 발명에 따른 클러치 장치의 제1 실시예의 절반 종단면이 원리도로서 도시된 도면이다.
도 2는 도 1의 원리도에 상응하는 본 발명에 따른 클러치 장치의 제1 실시예의 절반 종단면의 상세도이다.
도 3은 도 1의 원리도에 상응하는 본 발명에 따른 클러치 장치의 제2 실시예의 종단면의 상세도이다.
도 4는 도 1의 원리도에 상응하는 본 발명에 따른 클러치 장치의 제3 실시예의 종단면의 상세도이다.
도 5a는 미작동 상태에서, 본 발명에 따른 클러치 장치의 또 다른 실시예의 절반 종단면이 원리도로서 도시된 도면이며,
도 5b는 시프팅 클러치가 체결되어 있는 중간 위치에서, 본 발명에 따른 클러치 장치의 또 다른 실시예의 절반 종단면이 원리도로서 도시된 도면이며,
도 5c는 마찰 클러치의 작동 상태에서, 본 발명에 따른 클러치 장치의 또 다른 실시예의 절반 종단면이 원리도로서 도시된 도면이다.
도 6은 도 3의 원리도에 상응하는 본 발명에 따른 클러치 장치의 절반 종단면의 상세도이다.
도 7은 본 발명에 따른 클러치 장치의 변형예의 절반 종단면이 원리도로서 도시된 도면이다.
도 8a는 미작동 상태에서, 본 발명에 따른 클러치 장치의 또 다른 실시예의 절반 종단면이 원리도로서 도시된 도면이며,
도 8b는 동기화 유닛이 작동되는 제1 중간 위치에서, 본 발명에 따른 클러치 장치의 또 다른 실시예의 절반 종단면이 원리도로서 도시된 도면이며,
도 8c는 시프팅 클러치가 체결된 제2 중간 위치에서, 본 발명에 따른 클러치 장치의 또 다른 실시예의 절반 종단면이 원리도로서 도시된 도면이며,
도 8d는 마찰 클러치의 작동 상태에서, 본 발명에 따른 클러치 장치의 또 다른 실시예의 절반 종단면이 원리도로서 도시된 도면이다.
도 9는 도 8의 원리도에 상응하는 본 발명에 따른 클러치 장치의 절반 종단면의 상세도이다.
도 10은 본 발명에 따른 클러치 장치의 또 다른 실시예의 절반 종단면이 원리도로서 도시된 도면이다.
도 11은 도 10의 원리도에 상응하는 본 발명에 따른 클러치 장치의 절반 종단면의 상세도이다.
도 12는 본 발명에 따른 클러치 장치의 또 다른 실시예의 절반 종단면이 원리도로서 도시된 도면이다.
도 13은 도 1의 본 발명에 따른 클러치 장치를 구비한 본 발명에 따른 파워 트레인 장치가 원리도로서 도시된 도면이다.
도 1 내지 도 12는 상기 도면에서의 공통점과 관련해서 먼저 공통적으로 설명된다. 각각 하나의 클러치 장치(2)가 도시되며, 이는 자동차의 종방향 구동 샤프트에 구동축을 커플링 또는 디커플링하고 필요에 따라 상기 구동축에 대한 토크 분배를 조정하는 데 사용된다. 클러치 장치(2)는 토크 흐름과 관련해서 일렬로 연결되어 있는 마찰 클러치(3) 및 차동 기어 장치(4)를 어셈블리로서 포함하며, 이때 마찰 클러치(3)와 차동 기어 장치(4) 사이에는 시프팅 클러치(41)가 또한 제공될 수 있다.
마찰 클러치(3)는 클러치 장치(2) 내로 토크를 도입하기 위해 링 기어(7)에 고정 연결된 클러치 입력부(6)와, 차동 기어 장치(4)의 구동에 사용되는 클러치 출력부(8)를 포함한다. 또한, 클러치 장치(2)는 축방향 조절 장치(9)를 포함하는데, 이는 상기 원리도에는 도시되어 있지 않으며 화살표로만 표시되어 있다.
마찰 클러치(3)는 멀티 디스크 클러치의 형태로 구성되며, 회전 불가능하게 그리고 축방향으로 변위될 수 있게 클러치 입력부(6)에 연결된 외측 디스크(12)와, 회전 불가능하게 그리고 축방향으로 변위될 수 있게 클러치 출력부(8)에 연결된 내측 디스크(13)를 포함한다. 이와 관련해서, 마찰 클러치의 클러치 입력부(6)는 외측 디스크 캐리어를 형성하고 클러치 출력부(8)는 내측 디스크 캐리어를 형성한다. 외측 디스크(12)와, 상기 외측 디스크에 대해 축방향으로 각각 교대로 배치된 내측 디스크(13)로 형성된 디스크 패킷(11)은 축방향 조절 장치(9)가 작동할 때 제1 압력 플레이트(10)를 거쳐 체결 방향으로 작용을 받는다. 이때 디스크 패킷(11)은 클러치 입력부(6) 또는 클러치 출력부(8)에 고정 연결될 수 있는 지지 플레이트(14)에 대해 축방향으로 지지된다. 디스크 패킷(11)이 작용을 받음으로써, 클러치 출력부(8)는 외측 디스크(12)와 내측 디스크(13) 사이의 마찰 결합에 의해 클러치 입력부(6)에 커플링되므로, 링 기어(7)로부터 차동 기어 장치(4)로 토크가 전달될 수 있다.
차동 기어 장치(4)는 클러치 출력부(8)에 의해 회전축(A)을 중심으로 회전 구동될 수 있는 입력 요소(15)와, 또한, 언급한 회전축(A)을 중심으로 입력 요소(15)에 대해 회전 가능하도록 지지된 제1 및 제2 측면 샤프트 기어(16, 16')와, 반경 방향 회전축(B)을 중심으로 회전 가능하도록 입력 요소(15) 내에 지지되며 측면 샤프트 기어(16, 16')와 치형 맞물림되고 입력 요소(15)와 함께 회전축(A)을 중심으로 회전하는 복수의 차동 기어(17, 17')를 포함한다. 차동 기어(17, 17')는 차동 기어의 개별 회전축(B)을 중심으로 회전 가능하도록 통상적으로 저널(18)을 이용하여 입력 요소(15) 내에 유지된다. 이와 관련해서 입력 요소(15)는 캐리어 요소 또는 차동 기어 캐리어로도 지칭될 수 있다. 측면 샤프트 기어(16, 16')에는 구동축의 휠들에 토크를 전달하기 위해 본원에 도시되지 않은 측면 샤프트가 예컨대 종방향 치형부(19)에 의해 회전 불가능하게 연결된다. 캐리어 요소(15)는 하우징(20) 내부의 회전축(A)에 회전 가능하도록 지지되며, 하우징(20)은 클러치 입력부(6)에 고정 연결될 수 있으며, 특히 상기 클러치 입력부와 일부재로 구성될 수 있다.
원리적으로, 축방향 힘을 형성하기 위한 임의의 형태의 액추에이터가 축방향 조절 장치(9)로서 사용될 수 있다. 상기 장치는 기계식, 유압식 또는 공압식으로 작동할 수 있다. 기계식 액추에이터의 경우, 특히 전기 모터식 또는 전자기식 작동이 고려된다. 바람직하게 축방향 조절 장치(9)는, 민감한 구동을 가능하게 하며 축방향으로 짧게 구성되는 볼 램프 장치(ball ramp assembly)의 형태로 구성된다.
볼 램프 장치는 예컨대 도 2, 도 3, 도 4, 도 6, 도 9 및 도 11에 도시된 바와 같이, 회전축(A)에 중심 설정되어 배치된 2개의 디스크(22, 23)를 포함한다. 이 경우 디스크들 중 제1 디스크는 정지해 있는 부품, 예컨대 하우징(20)에 대해 축방향으로 지지되는 지지 디스크(22)로서 구성된다. 제2 디스크는 축방향으로 변위 가능한 와셔 디스크로서 구성된다. 상세도에 도시된 바와 같이, 2개의 디스크(22, 23)는 서로를 향해 있는 상기 디스크의 단부면에, 원주 상에 분배되고 원주 방향으로 연장되며 반대 방향으로 깊이가 변동하는 복수의 볼 그루브를 각각 포함한다. 서로 대향 배치된 각각 한 쌍의 볼 그루브(24, 25) 내에는 볼이 수용되며, 상기 볼에 의해 2개의 디스크(22, 23)가 서로 지지된다. 2개의 디스크들(22, 23) 사이에는 원주 상에 분배된 윈도우를 구비한 환형 디스크형 케이지(26)가 축방향으로 제공된다. 각각의 윈도우에는 볼들 중 하나가 수용되므로, 볼들은 원주 방향으로 규정된 위치에 서로 유지된다. 2개의 디스크들(22, 23) 중 하나는 도시되지 않은 전기 모터를 이용하여 회전 구동될 수 있는 반면, 2개의 디스크들(23, 22) 중 다른 하나는 회전 불가능하게 유지된다.
출발 상태에서 즉, 마찰 클러치(3)가 완전히 개방된 경우, 디스크(22, 23)는 서로 최대로 가까운 위치에 위치한다. 구동 가능한 디스크가 회전할 경우, 볼 그루브(24, 25) 쌍은 서로에 대해 회전하므로, 볼은 더 낮은 깊이의 영역으로 이동한다. 따라서 디스크들(22, 23) 사이가 확대되며, 이때 와셔 디스크(23)는 마찰 클러치(3) 쪽 방향으로 축방향으로 변위된다.
와셔 디스크(23)는 상기 와셔 디스크의 후방면에 반경 방향 압력면을 가지며, 압력면은 사이에 삽입되어 있는 축방향 베어링(27)을 통해 압력 디스크(28)에 축방향으로 작용한다. 다시, 압력 디스크(28)는 압력 요소(29)에 작용하며, 압력 요소는 축방향으로 하우징(20)을 관통해서 압력 플레이트(10)를 통해 디스크 패킷(11)에 작용한다. 따라서 볼 램프 장치(9)의 작동에 의해, 사전에 결정된 대로 마찰 클러치(3)가 로킹되므로 차동 기어 장치(4)가 파워 트레인에 커플링된다. 마찰 클러치(3)가 다시 새로이 개방되도록 전기 모터가 반대 방향으로 작동한다. 이때 축방향으로 하우징(20)에 지지되고 적어도 간접적으로 와셔 디스크(23)에 작용하는 압력 스프링(30)은 지지 디스크(22)의 방향으로 와셔 디스크(23)를 복귀시킨다.
하기에서는, 상이한 실시예들의 특수성이 설명된다.
도 1 내지 도 4에 따른 실시예의 경우, 클러치 출력부(8)는 차동 기어 장치(4)의 캐리어 요소(15)에 각각 지속적으로 구동 연결된다. 즉, 클러치 출력부(8)와 캐리어 요소(15)는 서로 고정 연결되며, 바람직하게는 일부재로 구성된다. 그러나 상기 부품들은 먼저 별도의 부품들로 제조된 다음, 추후에 예컨대 용접에 의해 서로 연결될 수도 있다. 이하에서는 도 2가 설명되며, 이는 도 3 및 도 4에 따른 실시예에 대해서도 적용된다. 이 경우 동일하거나 서로 상응하는 부품들에는 아래 첨자 "2"를 갖는 동일한 도면 부호를 부여하였다.
도 2에 따른 상세도에서, 클러치 입력부(62)는 클러치 장치(22)의 하우징(20)에 고정 연결된다. 2부재로 구성된 하우징(20)은, 클러치 입력부(82)를 형성하는 동시에 마찰 클러치(32) 및 차동 기어 장치(42)가 수용되는 포트형의 제1 부분(32)과, 상기 제1 부분에 연결된 커버형 제2 부분(33)을 포함하며, 제2 부분은 (도시되지 않은) 나사 연결부에 의해 제1 부분(32)에 고정 연결된다. 포트형의 제1 하우징 부분(32)은 반경 방향 섹션을 가지며, 캐리어 요소(152)는 정지 디스크(34)에 의해 상기 반경 방향 섹션에 대해 축방향으로 지지된다. 본 도면에서 좌측 측면 샤프트 기어(16'2)는 정지 디스크(35)에 의해 제1 하우징 부분(32)에 대해 축방향으로 지지된다. 대향 배치된 우측 측면 샤프트 기어(162)는 정지 디스크(35')에 의해 캐리어 요소(152)의 반경 방향면에 대해 축방향으로 지지된다. 제2 하우징 부분(33)은 압력 요소(29)가 축방향으로 관통하는 플랜지 섹션(36)과, 플랜지 섹션에 일부재로 연결되는 슬리브 섹션(37)을 포함하며, 축방향 조절 장치(92)는 회전축(A)에 대해 동축으로 슬리브 섹션 상에 배치된다. 축방향 조절 장치(92)의 지지 디스크(22)는 롤링 베어링(38)을 이용하여 제2 하우징 부분(33)의 슬리브 섹션(37)에 대해 축방향으로 지지되는 것을 알 수 있다.
도 3에 따른 실시예는 도 2에 따른 실시예에 전반적으로 상응하므로, 공통점과 관련해서는 전술한 상세한 설명이 참조된다. 이 경우 동일하거나 서로 상응하는 부품들에는 아래 첨자 3을 갖는 동일한 도면 부호를 부여하였다.
도 3에 따른 본 클러치 장치의 특수성은, 축방향 조절 장치(93), 마찰 클러치(33) 및 차동 기어 장치(43)가 차량 중앙 평면(Y0)에 대해 하나의 공통 측면에 배치되는 데 있다. 링 기어(73)는 차량 중앙 평면(Y0)에 대해 대향 배치된 측면에 배치되므로, 이용 가능한 구성 공간이 바람직하게 활용될 수 있다. 이는 특히 자동차의 후방축 내에 클러치 장치(23)가 통합되는 경우에 적용된다. 상기 실시예의 또 다른 장점은, 자동차의 휠들에 연결된 측면 샤프트가 동일한 길이로 구현될 수 있다는 것이다. 링 기어(73)가 중간 샤프트(61)에 고정 연결되는 것을 알 수 있으며, 중간 샤프트(61)는 베어링 수단(62, 63)을 이용하여 회전축(A)에 대해 동축으로 회전 가능하게 기어 장치 하우징(64) 내에 지지된다. 중간 샤프트(61)는 종방향 치형부(65)에 의해 회전 불가능하게 클러치 입력부(63)에 연결된다.
본 실시예에서 클러치 입력부(63)는 디스크 패킷(113) 및 차동 기어 장치(43)가 수용되는 커플링 케이지로서 구성된다. 이때 디스크 패킷(113)은 클러치 출력부(83) 또는 차동 기어 캐리어(153)의 반경 방향 외측에 놓인다. 차동 기어 캐리어(153)는 한편으로 롤링 베어링(66)에 의해 기어 장치 하우징(64)에 대해, 다른 한편으로 롤링 베어링(67)에 의해서는 중간 샤프트(61)에 대해 회전축(A)을 중심으로 회전 가능하게 지지된다. 축방향 조절 장치(93)는 축방향으로 마찰 클러치(33)에 인접하게, 차량 종방향 평면(Y0) 반대편 측면에 배치된다. 본 실시예에서, 축방향 조절 장치(93)는 마찬가지로 볼 램프 장치의 형태로 구성되며, 이 경우 다른 실시예에서와 마찬가지로 유압 액추에이팅 부품도 고려될 수 있다.
본 실시예의 또 다른 특수성은, 전체 장치를 2개의 챔버 시스템으로 분할하는 밀봉 수단(68, 69)이 제공되는 데 있다. 이 경우 구동 피니언 및 링 기어(73)가 배치되는 제1 챔버 시스템과, 차동 기어 장치(43)와 함께 마찰 클러치(33)가 위치한 제2 밀봉 시스템이 형성된다. 이로써 개별 요구에 맞게 개별적으로 조정되는 2개의 상이한 윤활제를 사용하는 것이 다시 가능하다. 또한, 드래그 손실이 최소화되는 주행 상태에서 오일 레벨이 감소하므로 이에 따라 출력 손실이 재차 감소하게 된다.
도 4에 따른 실시예는 도 2 및 도 3에 따른 실시예에 전반적으로 상응하므로, 공통점과 관련해서는 전술한 상세한 설명이 참조된다. 이 경우 동일하거나 서로 상응하는 부품들에는 아래 첨자 4를 갖는 동일한 도면 부호를 부여하였다.
본 실시예에서 마찰 클러치(34)는 차동 기어 장치(44)에 축방향으로 인접하게 배치되며, 디스크 패킷(114)은 차동 기어(174)를 반경 방향으로 부분적으로 중첩하도록 배치된다. 대략, 링 기어(74)는 차동 기어(174)의 저널(184)에 의해 고정된 평면에 위치한다. 그 외에, 본 클러치 장치는 구조 및 기능과 관련해서 앞서 언급한 클러치 장치에 상응한다.
도 5에는 본 발명에 따른 클러치 장치(25)의 또 다른 실시예가 원리도로서 도시되어 있다. 상기 실시예는 도 1에 따른 실시예에 전반적으로 상응하므로, 공통점과 관련해서는 전술한 상세한 설명이 참조된다. 이 경우 동일하거나 서로 상응하는 부품들에는 아래 첨자 "5"를 갖는 동일한 도면 부호를 부여하였다.
본 클러치 장치(25)의 경우 클러치 출력부(85)는 클러치 입력부(65)에 대해 축방향으로 변위될 수 있도록 유지되며 축방향 조절 장치(95)에 의해 축방향으로 작용을 받을 수 있다. 또한, 본 실시예의 특수성은, 마찰 클러치(35)와 차동 기어 장치(45) 사이에 일렬로 배치되는 형태 결합식 시프팅 클러치(41)가 제공되는 데 있다. 형태 결합식 시프팅 클러치(41)는 차동 기어 장치 전방에 높인 회전하는 전체 구성 요소들을 파워 트레인으로부터 디커플링하는 기능을 갖는다. 이러한 조치에 의해 견인 토크 및 마찰 손실이 감소한다. 형태 결합식 시프팅 클러치(41)는 클러치 출력부(85)에 고정 연결된 제1 클러치 부분(42)과, 차동 기어 장치(45)의 캐리어 요소(155)에 고정 연결된 제2 클러치 부분(43)을 포함하며, 이들은 토크 전달을 위해 형태 결합식으로 서로 맞물릴 수 있다. 이와 관련해서, "형태 결합"은 제1 클러치 부분과 제2 클러치 부분이 서로 맞물림으로써 형성되는 회전 불가능한 연결을 의미한다. 본원에서는 형태 결합식 시프팅 클러치에 대한 예시로서 맞물림 클러치 또는 치형 클러치가 언급된다. 본 시프팅 클러치(41)의 경우, 축방향으로 서로 변위될 수 있는 종방향 치형부에 의해 형태 결합이 구현된다.
이하에서는 시프팅 클러치(41)를 구비한 본 실시예의 기능 방식이 도 5a 내지 도 5c에 기초하여 설명된다. 도 5a에는 축방향 조절 장치(95)가 미작동된 상태에서 클러치 장치(25)가 도시된다. 압력 플레이트(105)가 디스크 패킷(115)에 대해 축방향 유격을 가지므로, 클러치 입력부(65)와 클러치 출력부(85)는 서로 분리된다. 제한된 범위에서 축방향 조절 장치(95)가 작동하므로, 압력 플레이트(105)는 축방향으로 작용을 받으며, 상기 압력 플레이트는 스프링 수단(46)을 통해 클러치 출력부(85)를 다시 축방향으로 변위시킨다. 클러치 출력부(85)가 축방향으로 변위됨으로써, 형태 결합식 시프팅 클러치(41)의 제1 및 제2 클러치 부분(42, 43)이 서로 맞물리며 이는 도 5b에 도시되어 있다. 이러한 상태에서, 마찰 클러치(35)는 아직 토크를 전달할 수 없다. 축방향 조절 장치에 의해 압력 플레이트(105)가 축방향으로 계속 작용을 받음으로써, 비로소 디스크 패킷(115)이 작용을 받으므로, 클러치 입력부(65)와 클러치 출력부(85) 사이에서 전달될 토크가 필요에 따라 세팅될 수 있다. 이러한 상태는 도 5c에 도시되어 있다.
도 5에 따른 본 실시예의 장점은, 시프팅 클러치(415)가 개방된 경우 마찰 클러치(35)의 클러치 입력부(65)와, 토크 흐름에서 전방에 놓인 부품들뿐만 아니라, 마찰 클러치(35)의 클러치 출력부(85)도 이미 후방축으로부터 디커플링되는 데 있다. 상기의 방식으로 견인 토크와 마찰 손실이 다시 감소하며, 이는 자동차의 연비에 바람직하게 작용한다.
도 6에는 도 5에 기초해서 설명된 원리에 따라 기능하는 본 발명에 따른 클러치 장치(26)의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 이 경우, 구조 및 기능 방식과 관련해서는 도 5에 대해 전술한 상세한 설명이 참조된다. 더욱이, 본 실시예는 도 2의 실시예에도 전반적으로 상응하므로, 이와 관련해서 상기 도면의 상세한 설명이 마찬가지로 참조된다. 이 경우 동일하거나 서로 상응하는 부품들에는 아래 첨자 "6"을 갖는 동일한 도면 부호를 부여하였다. 이하에서는 상이한 점들이 실질적으로 설명된다.
본 실시예의 경우 시프팅 클러치(416)의 형태 결합이 세레이션 치형부에 의해 구현되는 것을 알 수 있다. 세레이션 치형부는 클러치 출력부(86)의 단부면의 제1 치형부를 제1 클러치 부분(426)으로서 포함하고 캐리어 요소(156)의 상응하는 단부면의 대향 배치된 제2 치형부를 제2 클러치 부분(436)으로서 포함한다. 마찬가지로 볼 램프 장치의 형태로 구성된 축방향 조절 장치(95)는 두 가지 기능을 갖는다. 한편으로 압력 요소(296)는 캐리어 요소(156)의 방향으로 클러치 출력부(86)에 간접적으로 작용하므로, 시프팅 클러치(416)는 체결된다. 이때 회전축(A)에 대해 동축으로 축방향으로 변위될 수 있도록 하우징(206) 내에 유지되는 압력 플레이트(106)와, 축방향 베어링(45) 및 스프링 수단(46)에 의해 힘 전달이 이루어진다. 스프링 수단(46)은 클러치 출력부(86)의 반경 방향 리세스 내에 수용되는 디스크 스프링의 형태로 구성된다. 클러치 출력부(86)는 하우징(206)에 대해 회전축(A)을 중심으로 회전 가능하도록 반경 방향 베어링(676)에 의해 지지된다. 캐리어 요소(156)에 대해 시프팅 클러치(416)의 제1 부분(426)이 복귀하도록, 미작동 상태일 때 축방향 조절 장치(96)의 방향으로 클러치 출력부(86)에 축방향으로 작용하는 또 다른 스프링 수단(476)이 제공된다. 스프링 수단(476)은 니들 베어링의 형태를 갖는 축방향 베어링(48)에 대해 축방향으로 지지되며, 상기 베어링은 클러치 출력부(86)의 리세스 내에 수용되고 클러치 출력부에 대해 축방향으로 지지된다.
도 7에는 도 5의 실시예에 비해 약간 변형된 형태의 본 발명에 따른 클러치 장치(2)가 도시되어 있다. 이와 관련해서, 공통점에 대해서는 전술한 상세한 설명이 참조된다. 본 클러치 장치의 경우, 압력 플레이트(107)와 클러치 출력부(87) 사이에 리턴 스프링인 제1 스프링 수단이 제공되지 않는다는 것이 유일한 차이점이다. 본 실시예에서는 축방향 조절 장치가 상응하게 작동함으로써 복귀가 실행된다.
도 8에는 본 발명에 따른 클러치 장치(28)의 또 다른 실시예가 원리도로서 도시되어 있다. 상기 실시예는 도 5에 따른 실시예에 전반적으로 상응하므로, 공통점과 관련해서는 전술한 상세한 설명이 참조된다. 이 경우 동일하거나 서로 상응하는 부품들에는 아래 첨자 "8"을 갖는 동일한 도면 부호를 부여하였다.
도 8에 따른 클러치 장치(28)의 특수성은, 형태 결합식 시프팅 클러치(418, 418) 외에 추가로 동기화 유닛(51)이 제공되는 데 있으며, 동기화 유닛은 클러치 출력부(88)와 차동 기어 장치(48)의 캐리어 요소(158) 사이의 동력 흐름에 배치된다. 본 실시예에서 상응하는 부품(88, 158)에 대한 마찰면 쌍의 형태로 구성된 동기화 유닛(51)은 시프팅 클러치(418)가 체결되기 전 캐리어 요소(158)와 클러치 출력부(88) 사이의 회전수를 조정하는 기능을 갖는다. 이 경우 동기화 유닛(51)은 마찬가지로 압력 플레이트(108)를 거쳐 축방향 조절 장치(98)에 의해 작동한다. 축방향 조절 장치가 작동할 경우, 축방향으로 압력 플레이트(108)는 클러치 출력부(88) 또는 디스크 패킷(118)의 방향으로 작용을 받으며, 이는 도 8a에서 알 수 있다. 클러치 출력부(88)에 형성되거나, 상기 클러치 출력부에 연결된 부품에 형성되는 마찰면(52)은, 캐리어 요소(158)에 형성되거나 상기 캐리어 요소에 연결된 부품에 형성되는, 대향 배치된 제2 마찰면(53)과 토크 전달을 위해 마찰 접촉한다. 상기의 방식으로 클러치 출력부(88)의 회전수는 마찰 결합에 의해 캐리어 요소(158)의 회전수에 맞게 조정된다. 이러한 상태는 도 8b에 도시되어 있다. 클러치 출력부(88)의 회전수가 캐리어 요소(158)의 회전수에 맞게 적어도 부분적으로 조정된 다음, 클러치 출력부(88)가 축방향 조절 장치에 의해 계속적으로 작용을 받을 경우, 클러치 출력부(88)와 차동 기어 장치(48)의 캐리어 요소(158) 사이의 토크 전달을 위해 형태 결합식 시프팅 클러치(418)가 체결되며, 이는 도 8c에 도시되어 있다. 상기 상태에서 구동축은 클러치 출력부(88)와 함께 공통으로 회전하므로, 축방향 조절 장치(98)가 상응하게 작동함으로써 소정의 토크를 구동축에 전달하기 위해 필요에 따라 마찰 클러치(38)가 작동할 수 있다.
도 8에 따라 동기화 유닛(51)을 구비한 본 실시예의 장점은, 개방 상태로부터 시작해서 축방향 조절 장치의 작동 시 동기화 유닛(51)에 의해 먼저 클러치 출력부(88)와 캐리어 요소(158) 사이에 마찰 결합이 형성되는 데 있다. 상기의 방식으로, 클러치 출력부(88) 및 상기 클러치 출력부에 회전 불가능하게 연결되는 내측 디스크의 질량이 캐리어 요소(158)의 회전수에 맞춰지는데 즉, 동기화되거나 조절 속도에 따라 부분 동기화된다. 이로써, 도 5 및 도 6에 따른 실시예와 달리, 제1 및 제2 클러치 부분이 맞물리는 중에 형태 결합식 시프팅 클러치(418)의 후속 시프팅 과정에서의 소음 및 마모 문제가 뚜렷이 감소한다. 기술적으로 요구되는 한, 시프팅 클러치(418)가 시프팅되기 전 클러치 출력부(88)가 캐리어 요소(158)와 완전히 동기화되도록 축방향 조절 장치가 세팅될 수 있다. 상기의 방식으로, 소음 또는 마모 문제가 거의 방지된다. 언급한 실시예의 경우 형태 결합식 시프팅 클러치(418)가 맞물린 이후에야 비로소 마찰 클러치(38)가 작동할 수 있다. 이는 시프팅 시의 동기화 작용뿐만 아니라 시프팅 클러치에도 큰 질량 관성이 방해가 되지 않는다는 장점을 갖는다. 이로써 더 높은 차동 기어 회전수를 갖는 작동 상태일 때 심한 소음 발생 없이도 마모가 감소된 시프팅이 가능하다.
도 9에는 도 8에 기초하여 설명된 원리에 따라 기능하는 본 발명에 따른 클러치 장치(29)의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 이 경우, 구조 및 기능 방식과 관련해서는 도 8에 대해 전술한 상세한 설명이 참조된다. 더욱이, 본 실시예는 도 6의 실시예에도 전반적으로 상응하므로, 상기 도면의 상세한 설명이 마찬가지로 참조된다. 이 경우 동일하거나 서로 상응하는 부품들에는 아래 첨자 "9"을 갖는 동일한 도면 부호를 부여하였다. 이하에서는 상이한 점들이 실질적으로 설명된다.
도 9에 따른 실시예에서 동기화 유닛(519)은, 2개의 부품들(89, 159) 중 하나에 회전 불가능하게 연결되며 2개의 부품들(89, 159) 중 다른 하나에 대해서는 축방향으로 변위될 수 있는 별도의 마찰 요소(54)를 포함한다. 바람직하게, 마찰 요소(54)는 원추형 마찰면을 갖는 링의 형태로 구성된다. 마찰 요소(54)는 클러치 출력부(89)의 내부 리세스 내에 안착되며, 이때 상기 마찰 요소는 스프링 수단(479)에 의해 클러치 출력부(89)의 반경 방향면에 대해 축방향으로 지지된다.
도 10에는 본 발명에 따른 클러치 장치(210)의 또 다른 실시예가 원리도로서 도시되어 있다. 상기 실시예는 도 5에 따른 실시예에 전반적으로 상응하므로, 공통점과 관련해서는 전술한 상세한 설명이 참조된다. 이 경우 동일하거나 서로 상응하는 부품들에는 아래 첨자 "10"을 갖는 동일한 도면 부호를 부여하였다.
본 클러치 장치(210)는, 지지 플레이트(1410)와 캐리어 요소(1510) 사이 또는 상기 캐리어 요소에 고정 연결된 부품 사이에 형태 결합식 시프팅 클러치(4110)가 형성되는 것을 특징으로 한다. 지지 플레이트(1410)는 회전 불가능하게 그리고 축방향으로 변위되게 클러치 출력부(810)에 연결되며, 축방향 조절 장치(910)의 작동 시 축방향으로 캐리어 요소(1510)의 방향으로 변위될 수 있다. 본 실시예에서 형태 결합식 시프팅 클러치(4110)는 종방향 치형부를 구비한 치형 클러치의 형태로 구성된다.
마찰 클러치(310)가 개방된 경우, 클러치 출력부(810)는 클러치 입력부(610)와 함께 공통으로 회전하므로, 멀티 패킷에서의 드래그 손실이 방지된다. 본 실시예의 특수성은, 형태 결합식 시프팅 클러치(4110)와 마찰 클러치(310)가 서두에 언급한 실시예와 비교할 때 일렬로 액추에이팅되는 데 있다. 형태 결합식 시프팅 클러치(4110)에 작용하는 힘은 마찰 클러치(310)의 디스크 패킷에 작용하는 힘에 상응한다. 축방향 조절 장치(910)에 의해 마찰 클러치(310)에 가해진 축방향 힘이 지지 플레이트에 전달되므로, 지지 플레이트의 치형부는 캐리어 요소(1510)의 상응하는 대응 치형부와 치형 맞물림된다. 이때 시프팅 클러치(4110)로부터의 축방향 저항력과, 시프팅 클러치 및 치면 마찰부의 리턴 스프링력이 합해진다. 마찰 클러치(310)의 디스크 패킷에도 인가되는 압축력은 마찰 클러치에 소정의 클러치 토크를 유도하므로, 링 기어(710)가 고정되어 있는 하우징과 강제 결합된다. 이로써 형태 결합식 시프팅 클러치는 클러치 입력부(610) 뿐만 아니라 종방향 샤프트의 질량 관성도 극복하기 때문에, 본 실시예는 특히 회전수 차가 작은 경우에만 시프팅이 요구되는 사용예에 적합하다.
도 11에는 구조 및 기능 원리와 관련해서 도 10에 따른 실시예에 상응하는, 본 발명에 따른 클러치 장치(211)의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 이 경우, 도 10에 대해 전술한 상세한 설명이 참조된다. 더욱이, 본 실시예는 도 2의 실시예에도 전반적으로 상응하므로, 상기 도면의 상세한 설명이 마찬가지로 참조된다. 이 경우 동일하거나 서로 상응하는 부품들에는 아래 첨자 "11"을 갖는 동일한 도면 부호를 부여하였다. 이하에서는 상이한 점들이 실질적으로 설명된다.
도 11에 따른 실시예의 경우, 형태 결합식 시프팅 클러치(4111)는 스퍼 치형부를 갖는 치형 클러치의 형태로 구성된다. 지지 플레이트(1411)와 캐리어 요소(1511) 사이에서는, 축방향 조절 장치가 작동하지 않을 때 축방향으로 지지 플레이트(1411)에 압력 플레이트(1011)의 방향으로 작용하는 제2 스프링 수단(4611)이 작용하므로, 시프팅 클러치(4111)가 개방된다. 스프링 수단(4611)은 정지 디스크(49) 및 축방향 베어링(4511)에 의해 지지 플레이트(1411)에 대해 회전 가능하게 축방향으로 지지된다. 바람직하게 지지 플레이트(1411)의 단부면에는 축방향 베어링(4511) 및 정지 디스크(49)가 수용되는 리세스가 있다.
도 12에 따른 실시예는 도 8에 따른 실시예에 전반적으로 상응하므로, 공통점과 관련해서는 상기 도면의 상세한 설명이 참조된다. 이 경우 동일하거나 서로 상응하는 부품들에는 아래 첨자를 갖는 동일한 도면 부호를 부여하였다. 본 실시예는 클러치 출력부(812)가 축방향으로 변위되지 않는 것을 특징으로 한다. 압력 플레이트(1012)는 제1 스프링 수단(4612)을 거쳐 슬라이딩 슬리브(39)에 작용하며, 슬라이딩 슬리브는 클러치 출력부(812)에 대해 축방향으로 운동 가능하고 회전 불가능하게 유지된다. 이로써 슬라이딩 슬리브(39)는 조절 기능을 구현하며 즉, 첫 번째로 동기화 유닛(5112)을 이용하여 캐리어 요소(1512)에 대해 클러치 출력부(812)의 회전수를 동기화하는 기능과, 두 번째로 시프팅 클러치(4112)를 이용하여 캐리어 요소(1512)에 대한 회전 불가능한 연결을 실행할 기능을 구현한다. 본 실시예의 장점은, 클러치 출력부(812)가 축방향으로 변위되지 않도록 클러치 장치(212) 내에 유지될 수 있다는 것이다.
앞서 언급한 모든 실시예들은, 본 발명에 따른 클러치 장치에 의해 연결될 수 있는 구동축이 마찰 클러치의 개방에 의해 파워 트레인으로부터 디커플링될 수 있다는 장점을 갖는다. 이러한 상태에서 차동 기어 장치의 부품들은 구동축과 함께 무부하로 회전한다. 클러치 입력부, 경우에 따라서 클러치 출력부와, 토크 흐름에서 마찰 클러치 전방에 놓이는 전체 구동 부품들이 구동축으로부터 디커플링되므로, 견인 토크와 마찰 손실이 감소한다. 따라서 2차 구동축이 구동되지 않는 경우 연비가 감소하게 된다.
도 13에는 도 1에 따른 본 발명의 클러치 장치를 구비한 다축 구동 자동차를 위한 본 발명에 따른 파워 트레인 장치가 개략적으로 도시되어 있다. 자동차(71)로부터는, 구동 유닛(72)과, 제1 구동축(74)을 구동하기 위한 제1 파워 트레인(73)과, 제2 구동축(76)을 구동하기 위한 제2 파워 트레인(75)을 볼 수 있다. 구동 유닛(72)은 내연 기관(77)과, 클러치(78)와, 제1 및 제2 파워 트레인(73, 75)으로 토크를 도입하는 시프팅 변속기(79)를 포함한다. 구동 유닛은 임의의 다른 구동 장치, 예컨대 전기 모터일 수도 있다. 제1 파워 트레인(73)은 제1 파워 트레인(73) 및 제2 파워 트레인(75)에 토크를 분할하는 트랜스퍼 케이스(81)를 포함한다. 트랜스퍼 케이스(81)는 도입된 토크를 전방 측면 샤프트(82, 83)를 거쳐 해당 휠(84, 85)에 전달하는 축 차동 장치(81)를 포함한다. 축 차동 장치(81)의 차동 장치 하우징 내로의 토크 도입을 위해, 시프팅 변속기(79)에 의해 회전 구동되는 환형 기어가 제공된다.
제2 파워 트레인(75)은 토크 전달을 위해 서로 구동 연결되는 일렬의 이하 어셈블리들 즉, 제1 커플링 수단(86)과, 제1 앵글 드라이브(87)와, 종방향 구동 샤프트(88)와, 제2 앵글 드라이브(89)와, 제2 축(79)의 구동에 사용되는 본 발명에 따른 클러치 장치(2)를 포함한다. 전술한 어셈블리들의 순서는 필수적인 것은 아니다. 예컨대 제1 커플링 수단은 토크 흐름에서 원리적으로 제1 앵글 드라이브의 후방에 배치될 수도 있다.
본원에서 커플링 수단(86)은 형태 결합식 시프팅 클러치의 형태로 구성되며, 이 경우 예컨대 마찰 클러치와 같은 다른 클러치 형태도 사용될 수 있다. 시프팅 클러치는 트랜스퍼 케이스(81)에 의해 구동되는 입력부(91)와, 입력부(91)에 대해 연결되고 분리될 수 있는 출력부(92)를 포함한다. 출력부(92)는 제2 구동축(76)을 구동하기 위해 앵글 드라이브(87) 내로 토크가 도입되도록, 앵글 드라이브(87)의 입력 샤프트에 연결된다. 이 경우, 앵글 드라이브(87)의 입력 샤프트는 회전축(C)에 대해 동축으로 배치되며 차동 기어 캐리어도 상기 회전축을 중심으로 회전한다. 이때 입력 샤프트는 중공 샤프트로서 구성되며 회전 가능하게 측면 샤프트(82)에 배치된다. 입력 샤프트는 다시 링 기어에 회전 불가능하게 연결되며, 링 기어는 종방향 구동 샤프트(88)를 회전 방식으로 구동하기 위해 베벨 기어에 치형 맞물림된다. 제1 앵글 드라이브(87)의 입력 샤프트는 제1 및 제2 베어링 수단(93, 93')에 의해 회전축(C)을 중심으로 회전 가능하게 지지된다. 바람직하게, 베어링 수단(93, 93')은 롤링 베어링의 형태로 구성되며, 이 경우 슬라이드 베어링과 같은 다른 베어링 형태도 고려된다. "파워 테이크오프 유닛(PTU)"으로도 지칭되는 앵글 드라이브(87)는 제1 구동축(74)에 대해 평행한 회전축에 배치될 수도 있다.
본원에서 개략적으로만 도시되어 있는 종방향 구동 샤프트(88)는, 제1 샤프트 섹션(56) 및 상기 샤프트 섹션에 회전 불가능하게 연결된 제2 샤프트 섹션(94)을 포함하는 다부재 샤프트의 형태로 바람직하게 구성된다. 종방향 구동 샤프트(88)의 길이에 따라 본원에 도시되지 않은 중간 조인트와 중간 베어링이 제공될 수 있다. 이 경우 전방 샤프트 섹션(56)이 2개의 베어링 수단(95, 95')에 의해 회전 가능하게 지지되고, 후방 샤프트 섹션(94)은 또 다른 베어링 수단(96, 96')에 의해 회전축(D)을 중심으로 회전 가능하게 지지되는 것을 알 수 있다.
제2 앵글 드라이브(89)는 구동 피니언 및, 출력부로서 상기 구동 피니언과 연동하는 링 기어(7)를 포함한다. 링 기어(7)는 클러치 장치(2)의 클러치 입력부(6)에 회전 불가능하게 연결된다. 클러치 입력부(6) 또는 상기 클러치 입력부에 연결된 하우징(20)은 베어링 수단(97, 97')에 의해 회전축(A)을 중심으로 회전 가능하도록 지지된다. 본 실시예에서도, 베어링 수단(97, 97')은 바람직하게 롤링 베어링의 형태로 구성되며, 이때 슬라이드 베어링과 같은 다른 베어링 수단도 고려될 수 있다.
본 발명에 따른 파워 트레인 장치의 특수성은, 클러치(86, 3)의 개방 시에 커플링 수단(86) 및 클러치 장치(2)에 의해 전방 앵글 드라이브(87), 종방향 구동 샤프트(88) 및 후방 앵글 드라이브(89)가 분리될 수 있다는 데 있다. 이러한 비활성화 상태에서, 언급한 어셈블리 및 해당 부품들이 정지해 있으므로, 견인 토크 및 마찰로 인한 출력 손실이 줄어든다. 특히, 구동 시에 회전하는 부품들이 정지함으로써, 상기 부품들이 회전 가능하게 지지되어 있는 해당 베어링도 정지하게 된다. 이로써, 제1 구동축(74)만이 구동되고 제2 구동축(76)은 토크 없이 함께 구동되는 주행 상태의 경우 전체적으로 연비가 재차 감소하게 된다.
구조와 관련해서 볼 때, 클러치 장치(2)는 클러치 출력부(8)가 차동 기어 장치(4)의 입력부(15)에 직접 고정 연결되는 도 1 또는 도 2 내지 도 4에 따른 실시예에 상응한다. 그러나, 제공된 클러치 장치 대신에 도 5 내지 도 12에 따른 실시예 중 임의의 다른 실시예도 사용될 수 있는 점은 따로 말하지 않아도 분명하다.
2 : 클러치 장치
3 : 마찰 클러치
4 : 차동 기어 장치
5
6 : 클러치 입력부
7 : 링 기어
8 : 클러치 출력부
9 : 축방향 조절 장치
10 : 압력 플레이트
11 : 디스크 패킷
12 : 외측 디스크
13 : 내측 디스크
14 : 지지 플레이트
15 : 입력 요소/캐리어 요소
16 : 측면 샤프트 기어
17 : 차동 기어
18 : 저널
19 : 종방향 치형부
20 : 하우징
22 : 지지 디스크
23 : 와셔 디스크
24 : 볼 그루브
25 : 볼 그루브
26 : 케이지
27 : 축방향 베어링
28 : 압력 디스크
29 : 압력 요소
30 : 스프링 수단
32 : 제1 하우징 부분
33 : 제2 하우징 부분
34 : 정지 디스크
35 : 정지 디스크
36 : 반경 방향 섹션
37 : 슬리브 섹션
38 : 롤링 베어링
39 : 슬라이딩 슬리브
41 : 시프팅 클러치
42 : 제1 클러치 부분
43 : 제2 클러치 부분
44 : 압력 플레이트
45 : 축방향 베어링
46 : 스프링 수단
47 : 스프링 수단
48 : 축방향 베어링
49 : 정지 디스크
51 : 동기화 유닛
52 : 제1 마찰면
53 : 제2 마찰면
54 : 마찰 요소
55 : 리세스
56 : 제1 샤프트 섹션
61 : 중간 샤프트
62 : 베어링 수단
63 : 베어링 수단
64 : 기어 장치 하우징
65 : 종방향 치형부
66 : 롤링 베어링
67 : 롤링 베어링
68 : 밀봉 수단
69 : 밀봉 수단
71 : 자동차
72 : 구동 유닛
73 : 제1 파워 트레인
74 : 제1 구동축
75 : 제2 파워 트레인
76 : 제2 구동축
77 : 내연 기관
78 : 클러치
79 : 시프팅 변속기
81 : 축 차동 장치
82 : 측면 샤프트
83 : 측면 샤프트
84 : 휠
85 : 휠
86 : 커플링 수단
87 : 제1 앵글 드라이브
88 : 종방향 구동 샤프트
89 : 제2 앵글 드라이브
91 : 입력부
92 : 출력부
93 : 베어링 수단
94 : 제2 샤프트 섹션
95 : 베어링 수단
96 : 베어링 수단
97 : 베어링 수단
A : 회전축
B : 축
C : 회전축
YO : 차량 중앙 평면

Claims (20)

  1. 다축 구동 자동차에서 구동축을 연결하기 위한 클러치 장치이며,
    상기 클러치 장치는,
    회전축(A)을 중심으로 회전 구동될 수 있는 클러치 입력부(6) 및 클러치 출력부(8)를 구비한 외부 제어 가능한 마찰 클러치(3)와,
    입력 요소(15) 및 상기 입력 요소(15)에 구동 연결된 2개의 출력 요소를 구비한 차동 기어 장치(4)를 포함하며,
    차동 기어 장치(4)의 입력 요소(15)는 클러치 출력부(8)에 대해 동축으로 배치되고 토크 전달을 위해 클러치 출력부(8)에 구동 가능하게 연결되고,
    시프팅 클러치(41)는 마찰 클러치(3)와 차동 기어 장치(4) 사이에 일렬로 제공되며, 시프팅 클러치(41)는 클러치 출력부(8)에 고정 연결되는 제1 클러치 부분(42)과, 차동 기어 장치(4)의 입력 요소(15)에 고정 연결되는 제2 클러치 부분(43)을 포함하는 것을 특징으로 하는 클러치 장치.
  2. 제1항에 있어서, 마찰 클러치(3)는 멀티 디스크 클러치로서 구성되며, 마찰 클러치는 외측 디스크(12)가 회전 불가능하게 그리고 축방향으로 변위될 수 있게 연결된 외측 디스크 캐리어와, 내측 디스크(13)가 회전 불가능하게 그리고 축방향으로 변위될 수 있게 연결된 내측 디스크 캐리어를 포함하는 것을 특징으로 하는 클러치 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 마찰 클러치(3)는 외측 디스크(12)와 내측 디스크(13)로 구성되는 디스크 패킷에 작용하기 위한 제1 압력 플레이트(10)를 포함하며, 제1 압력 플레이트(10)는 외부 제어 가능한 축방향 조절 장치(9)에 의해 축방향으로 작용할 수 있는 것을 특징으로 하는 클러치 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 차동 기어 장치(4)의 입력 요소(15)는 캐리어 요소의 형태로 구성되며, 차동 기어 장치(4)는, 회전 가능하게 캐리어 요소 내에 유지되어 캐리어 요소와 공통으로 회전축(A)을 중심으로 회전하는 차동 기어(17)와, 회전축(A)에 대해 동축으로 회전 가능하게 캐리어 요소 내에 유지되어 차동 기어(17)와 치형 맞물림되는 2개의 측면 샤프트 기어(16)를 포함하는 것을 특징으로 하는 클러치 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 차동 기어 장치(4)의 입력 요소(15)는 회전축(A)을 중심으로 회전 가능하게 클러치 입력부(6) 내에 지지되는 것을 특징으로 하는 클러치 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 시프팅 클러치(41)는 형태 결합식 시프팅 클러치이며, 제1 클러치 부분(42)과 제2 클러치 부분(43)은 토크 전달을 위해 서로 형태 결합식으로 맞물릴 수 있는 것을 특징으로 하는 클러치 장치.
  9. 제1항에 있어서, 클러치 출력부(8)는 축방향으로 변위될 수 있으며 제1 압력 플레이트(10)에 의해 입력 요소(15)의 방향으로 축방향으로 작용할 수 있는 것을 특징으로 하는 클러치 장치.
  10. 제1항에 있어서, 클러치 출력부(8)는 압력 플레이트(10)의 작용을 통해 축방향으로 변위되며, 시프팅 클러치(41)는 토크 전달을 위해 체결되는 것을 특징으로 하는 클러치 장치.
  11. 제1항에 있어서, 압력 플레이트(10)와 클러치 출력부(8) 사이에 스프링 수단(30)이 제공되며, 상기 스프링 수단은 압력 플레이트(10)와 클러치 출력부(8)가 축방향으로 서로 멀어지도록 작용하는 것을 특징으로 하는 클러치 장치.
  12. 제1항에 있어서, 압력 플레이트(10)와 클러치 출력부(8) 사이에 축방향 베어링(27)이 제공되는 것을 특징으로 하는 클러치 장치.
  13. 제1항에 있어서, 회전 불가능하게 그리고 축방향으로 변위될 수 있게 클러치 출력부(8)에 연결된 제2 압력 플레이트(14)가 제공되며, 디스크 패킷은 제1 및 제2 압력 플레이트(10, 14) 사이에 축방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 클러치 장치.
  14. 제13항에 있어서, 시프팅 클러치(41)는 제2 압력 플레이트(14)와 차동 기어 장치(4)의 입력 요소(15) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 클러치 장치.
  15. 제13항에 있어서, 제2 압력 플레이트(14)와 차동 기어 장치(4)의 입력 요소(15) 사이에는 제2 스프링 수단(46)이 배치되며, 상기 제2 스프링 수단은 제1 압력 플레이트(10)의 방향으로 제2 압력 플레이트(14)에 축방향으로 작용하는 것을 특징으로 하는 클러치 장치.
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서, 클러치 출력부(8)와 차동 기어 장치(4)의 입력 요소(15) 사이에는 동기화 유닛(51)이 제공되는 것을 특징으로 하는 클러치 장치.
  17. 제16항에 있어서, 동기화 유닛(51)은 마찰면 쌍을 포함하는 것을 특징으로 하는 클러치 장치.
  18. 제16항에 있어서, 동기화 유닛(51) 및 시프팅 클러치(41)는 클러치 출력부(8)와 차동 기어 장치(4)의 입력 요소(15) 사이에 기능적으로 평행하게 배치되며, 클러치 출력부(8)가 축방향으로 변위될 때에야 비로소 동기화 유닛(51)이 적어도 부분적으로 회전수를 조정한 다음, 시프팅 클러치(41)는 클러치 출력부(8)와 차동 기어 장치(4)의 입력 요소(15) 사이에 토크를 전달하는 것을 특징으로 하는 클러치 장치.
  19. 제3항에 있어서, 클러치 출력부(8)에 회전 불가능하게 연결되고 클러치 출력부에 대해 축방향으로 변위될 수 있는 슬라이딩 슬리브가 제공되며, 슬라이딩 슬리브는 제1 압력 플레이트(10)의 작동 시 클러치 출력부(8)로부터 차동 기어 장치(4)의 입력 요소(15)로 토크를 전달하기 위해 시프팅 클러치(41)를 체결하는 것을 특징으로 하는 클러치 장치.
  20. 구동 유닛을 구비한 다축 구동 자동차를 위한 파워 트레인 장치이며,
    파워 트레인 장치는, 제1 구동축(74)에 토크를 전달하기 위해 구동 유닛(72)에 의해 지속적으로 구동될 수 있는 제1 파워 트레인(73)과, 제2 구동축(76)을 구동시키기 위한 토크를 전달하기 위해 연결 가능한 방식으로 구동 유닛(72)에 연결될 수 있는 제2 파워 트레인(75)을 포함하며, 제2 파워 트레인(75)은, 구동 유닛(72)에 의해 구동되는 트랜스퍼 케이스와 제2 구동축(76) 사이의 토크 흐름 내에 배치된 종방향 구동 샤프트(88)를 포함하며, 트랜스퍼 케이스에 대해 종방향 구동 샤프트(88)를 커플링 및 디커플링하기 위해 커플링 수단(86)이 제공되는, 다축 구동 자동차용 파워 트레인 장치에 있어서,
    제2 파워 트레인(75)은 제1항 또는 제2항에 따른 클러치 장치(2)를 포함하며, 클러치 입력부(6)는 종방향 구동 샤프트(88)에 구동 연결되는 것을 특징으로 하는, 다축 구동 자동차용 파워 트레인 장치.
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