KR101485976B1 - 인접한 레인지 기어박스를 구비한 제1 기어박스를 포함하는 기어박스 장치 - Google Patents

인접한 레인지 기어박스를 구비한 제1 기어박스를 포함하는 기어박스 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이중 기어박스(21)와 인접한 레인지 기어박스(22)를 포함하는 기어박스 장치에 관한 것이다. 이중 기어박스(21)는, 레인지 기어박스(22)를 사용하지 않고 일차 기어(I 내지 IV)로부터 출력 샤프트(41)로 회전 운동을 전달하게 구성된 추가 운동 전달 연결부(s1, H1, 40, 44)를 포함하고, 이에 의해 기어박스 장치는 적어도 하나의 일차 기어(I 내지 IV)의 추가 기어(9 내지 12)를 제공한다. 추가 기어(9 내지 12)는 레인지 기어박스(22) 내에서 저변속비를 갖는 일차 기어(I 내지 IV)에 의해 달성되는 기어(1 내지 8)보다 변속비가 높고 레인지 기어박스(22) 내에서 고변속비를 갖는 일차 기어(I 내지 IV)에 의해 달성되는 기어(17 내지 20)보다 변속비가 낮도록 그 크기가 정해진다.

Description

인접한 레인지 기어박스를 구비한 제1 기어박스를 포함하는 기어박스 장치{GEARBOX ARRANGEMENT WHICH COMPRISES A FIRST GEARBOX WITH AN ADJOINING RANGE GEARBOX}
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 인접한 레인지 기어박스를 구비한 제1 기어박스를 포함하는 기어박스 장치에 관한 것이다.
제1 기어박스는 유리하게는 이중 클러치 기어박스이다. 이중 클러치 기어박스는 제1 기계식 기어박스의 부품들에 실질적으로 상응하는 제1 세트의 부품들과 제2 기계식 기어박스의 부품들에 실질적으로 상응하는 제2 세트의 부품들을 포함한다. 제1 세트의 부품들은 이중 클러치 기어박스의 모든 홀수 번 기어들을 담당하고, 제2 세트의 부품들은 모든 짝수 번 기어들을 담당한다. 두 세트의 부품들 간의 전환은 각 세트들의 부품들의 계합과 분리를 가능하게 하는 클러치 장치를 이용하는 것과 관련이 있다. 두 세트들의 부품들이 교대로 사용된다는 점으로 인해 이중 클러치 장치에서 토크 차단 없이 계단식 상향 및 하향 기어 변경을 실시할 수 있다.
많은 대형 자동차들은 흔히 이른바 레인지 기어박스에 연결되는 제1 기어박스를 구비한다. 레인지 기어박스는 일반적으로 제1 기어박스에 있는 각 일차 기어에 각각의 고변속비와 저변속비를 제공할 수 있는 유성 기어를 포함한다. 레인지 기어박스를 조작하기 위해, 운전자는 운전실 내의 기어 레버 둘레에 고정될 수 있는 조작 수단을 레인지 기어박스의 희망하는 기어 위치를 표시하는 위치로 이동시킬 수 있다. 운전자가 조작 수단을 희망하는 위치로 이동시키면 일반적으로는 압축 공기에 의해 제어되고 레인지 기어박스의 링 기어를 각각의 고변속비 위치와 저변속비 위치 사이에서 이동시키는 조작 실린더가 작동된다. 대안적으로는, 기어 변경은 자동 시스템에 의해 표시될 수 있다. 링 기어가 저변속비 위치에서 고정식 클러치 콘(clutch cone)에 연결되고 고변속비 위치에서 회전 샤프트 상의 클러치 콘에 연결됨에 따라, 링 기어가 두 위치 사이에서 이동할 수 있게 되기 전에 링 기어의 속도를 동기화시키기 위하여 레인지 기어박스에서의 기어 변경 과정에서 토크 차단이 이루어져야 한다.
본 발명의 목적은 적어도 레인지 기어박스에서 토크 차단 없이 기어 변경이 행해질 수 있도록 인접한 레인지 기어박스를 구비한 제1 기어박스를 포함하는 기어박스 장치를 제공하는 데 있다.
상기의 목적은 청구항 제1항의 특징부에 개시된 특징들에 의해 차별화되는 본 발명의 명세서의 도입부에서 언급한 종류의 기어박스를 이용하여 달성된다. 레인지 기어박스의 저변속비와 고변속비 간에 기어를 변경하는 데에는 레인지 기어박스에서 토크를 차단할 필요가 있다. 본 발명에 따르면, 제1 기어박스는 레인지 기어박스를 사용하지 않고 일차 기어로부터 출력 샤프트로 회전 운동을 전달하게 구성된 추가 운동 전달 연결부를 포함한다. 이에 따라 제1 기어박스의 일차 기어는 추가 변속비를 제공할 수 있고, 기어 박스장치는 추가 기어를 제공할 수 있다. 추가 기어는 레인지 기어박스 내에서 저변속비를 갖는 일차 기어에 의해 달성되는 기어보다 변속비가 높고 레인지 기어박스 내에서 고변속비를 갖는 일차 기어보다 변속비가 낮도록 그 크기가 정해진다. 이에 따라 추가 기어는 계단식 상향 변속 및 하향 변속 도중에 중간 기어가 된다. 이러한 중간 기어로 인해 레인지 기어박스가 저변속비와 고변속비 사이에서 바로 전환될 필요가 없어진다. 추가 기어가 작동되면, 레인지 기어박스에 부하가 가해지지 않는다. 이러한 무부하 상태에서, 레인지 기어박스의 클러치 요소는 희망하는 위치로 이동될 수 있다. 이 추가 기어에서부터 레인지 기어박스에서 고변속비 또는 저변속비를 갖는 기어로 기어 변경이 이루어지려 할 때, 클러치 요소는 그에 앞서서 희망하는 위치로 이동될 수 있다. 이에 따라 레인지 기어박스에서의 기어 변경 과정은 토크 차단 없이 일어날 수 있다. 제1 기어박스는 일반적으로 수 개의 일차 기어들을 포함한다. 제1 기어박스의 하나 이상의 일차 기어를 위한 추가 기어를 생성하고 이 추가 기어들에 적당한 변속비를 부여하면 계단식 상향 변속 또는 하향 변속 도중에 레인지 기어박스의 저변속비가 레인지 기어박스의 고변속비를 갖는 기어와 인접하게 되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 기어박스가 운동 전달 연결부들을 거쳐서 레인지 기어박스의 각각의 저변속비와 고변속비에 연결될 수 있는 수 개의 일차 기어들을 포함하고, 일차 기어들은 레인지 기어박스에서 저변속비를 갖는 기어들 전부가 레인지 기어박스에서 고변속비를 갖는 기어들 전부보다 낮은 변속비를 갖도록 그 크기가 정해진다. 이 경우, 레인지 기어박스에서의 기어 변경은 레인지 기어박스에서 저변속비를 갖는 최고 기어와 레인지 기어박스에서 고변속비를 갖는 최저 기어 간에서만 필요하다. 이 경우, 상기 기어들 사이의 변속비를 갖는 추가 기어를 생성하면 레인지 기어박스에서 저변속비를 갖는 기어가 레인지 기어박스에서 고변속비를 갖는 기어와 바로 인접하는 것을 충분히 방지할 수 있다. 그러나, 레인지 기어박스에서 저변속비를 갖는 하나 이상의 기어가 레인지 기어박스에서 고변속비를 갖는 하나 이상의 기어들보다 높은 기어비를 가지는 것도 가능하다. 이 경우, 레인지 기어박스에서 저변속비를 갖는 기어가 레인지 기어박스에서 고변속비를 갖는 기어와 인접하는 것을 방지하는 수 개의 추가 중간 기어들을 생성할 필요가 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1 기어박스는 수 개의 추가 기어들이 생성되도록 추가 운동 전달 연결부에 의해 연결될 수 있는 수 개의 일차 기어들을 포함하며, 상기 수 개의 추가 기어들은 레인지 기어박스 내에서 저변속비를 갖는 기어와 레인지 기어박스 내에서 고변속비를 갖는 기어 사이의 변속비를 갖도록 그 크기가 정해진 적어도 두 개의 추가 기어들을 포함한다. 이에 따라 레인지 기어박스 내에서 저변속비를 갖는 기어를 고변속비를 갖는 기어와 분리시키는 수 개의 추가 중간 기어들이 생성된다. 이에 따라 계단식 기어 변경 도중에 레인지 기어박스에서 기어 변경을 준비하기 위한 추가 시간이 제공된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 레인지 기어박스는 저변속비 위치와 고변속비 위치 사이에서 이동 가능한 클러치 요소를 구비한 유성 기어를 포함한다. 이러한 클러치 요소는 링 기어일 수 있다. 저변속비 위치에서 링 기어는 일반적으로 고정식 클러치 콘과 결합되고, 고변속비 위치에서 링 기어는 일반적으로 회전 샤프트 상의 클러치 콘과 결합된다. 링 기어가 두 개의 클러치 위치들 사이에서 이동하기 위해서는, 링 기어는 각각의 클러치 콘들과 동일한 속도로 회전해야 한다. 이와 같은 링 기어 속도의 동기화 과정에는 레인지 기어박스에서 토크를 차단할 필요가 있다. 본 발명에 따르면, 링 기어가 두 개의 클러치 위치들 사이에서 이동하는 동안 추가 기어가 중간 기어로서 사용되면 기어박스 장치에서 토크를 차단할 필요가 없다. 클러치 요소는 링 기어일 필요는 없고, 임의의 희망하는 구성을 갖되 상기 기능을 발휘할 수 있는 구성을 갖는 클러치 요소일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 추가 운동 전달 연결부는 레인지 기어박스를 통과하여 출력 샤프트까지 연장되는 요소를 포함한다. 레인지 기어박스는 일반적으로 태양 휠과, 유성 휠들과, 유성 휠 캐리어를 포함하는 유성 기어를 포함한다. 유성 휠 캐리어에는 일반적으로 구멍들이 마련된다. 이에 따라 이러한 요소는 캐리어의 구멍들 중 적어도 한 구멍을 통과해서 연장될 수 있고 토크를 출력 샤프트로 전달할 수 있다. 대안적으로, 추가 운동 전달 연결부는 유성 기어 및 레인지 기어박스와 나란하게 출력 샤프트로 이어지는 길이(extent)를 갖는 요소를 구비할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1 기어박스는 이중 클러치 기어박스이다. 이중 클러치 기어박스는 실질적으로, 계단식 상향 변속 또는 하향 변속 도중에 교대로 사용되는, 병렬로 연결된 두 개의 기어박스들을 포함한다. 두 개의 병렬 기어박스들이 교대함으로써 기어 변경 과정이 토크 차단 없이 이루어질 수 있다. 이에 따라 본 발명에 따른 인접한 레인지 기어박스를 구비한 이중 클러치 기어박스를 포함하는 기어박스 장치는 토크 차단이 전혀 없는 계단식 상향 변속 또는 하향 변속용으로 사용될 수 있다. 이중 클러치 기어박스는 제1 클러치 장치에 의해 계합될 수 있는 제1 입력 샤프트와 제2 클러치 장치에 의해 계합될 수 있는 제2 입력 샤프트를 포함할 수 있다. 이와 같은 클러치 장치들과 입력 샤프트들에 의해서 병렬로 연결된 두 개의 기어박스들을 신속하게 계합시키고 분리시킬 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기어박스 장치는 두 개의 인접한 기어들 간의 계단식 기어 변경이 항상 클러치 장치들이 상기 입력 샤프트들을 교대로 계합시키는 것을 포함하도록 구성된다. 이에 의해 기어 변경의 모든 단계가 토크 차단 없이 일어나는 것을 보장할 수 있게 된다. 바람직하게는, 이중 클러치 기어박스는 제1 중간 샤프트, 제2 중간 샤프트, 제1 입력 샤프트를 제1 중간 샤프트에 연결하는 적어도 하나의 일차 기어, 제2 입력 샤프트를 제2 중간 샤프트에 연결하는 적어도 하나의 일차 기어, 제1 입력 샤프트를 제2 중간 샤프트에 연결하는 적어도 하나의 일차 기어 및 제2 입력 샤프트를 제1 중간 샤프트에 연결하는 적어도 하나의 일차 기어를 포함한다. 이 경우 일차 기어들의 수는 적어도 네 개이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 이중 클러치 기어박스는 레인지 기어박스에 연결되는 주 샤프트와, 제1 중간 샤프트를 주샤프트에 연결하는 적어도 하나의 기어와, 제2 중간 샤프트를 주샤프트에 연결하는 적어도 하나의 기어를 포함한다. 상기 기어들에 의해, 제1 중간 샤프트와 제2 중간 샤프트가 주 샤프트에 그리고 결국은 레이지 기어박스에 교대로 연결될 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하면서 예시적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기어박스 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 기어박스 장치로 달성되는 기어들을 도시한 도면이다.
도 1에는 본 발명의 실시예에 따른 기어박스 장치가 도시되어 있다. 이 실시예에서 기어박스 장치는 차량을 전방으로 추진시키는 20개의 기어(1 내지 20)와 차량을 후방으로 추진시키는 네 개의 기어(R1 내지 R4)를 구비한다. 기어박스 장치는 이중 클러치 기어박스(21)와 인접한 레인지 기어박스(22)를 포함한다. 이중 클러치 기어박스(21)는 제1 입력 샤프트(a1)와 이 제1 입력 샤프트(a1) 둘레에 배치된 제2 입력 샤프트(a2)를 포함한다. 제1 입력 샤프트(a1)는 제1 클러치 장치(24)에 의해 계합 및 분리 가능하고, 제2 입력 샤프트(a2)는 제2 클러치 장치(26)에 의해 계합 및 분리 가능하다. 입력 샤프트(a1, a2)들은 도시하지 않은 엔진의 구동 샤프트에 교대로 연결될 수 있다. 입력 샤프트(a1, a2)들은 이중 클러치 기어박스(21)까지 연장되고, 여기서 제1 중간 샤프트(countershaft)(s1)와 제2 중간 샤프트(s2)에 교대로 연결될 수 있다. 입력 샤프트(a1, a2)들과 중간 샤프트(s1, s2)들 간의 교대 연결은 가변 변속비를 갖는 여덟 개의 일차 스퍼 기어(I 내지 VIII)에 의해 행해진다. 스퍼 기어(I 내지 VIII)들은 동기화 클러치(29 내지 32)들에 의해 계합된다. 상기 동기화 클러치 중 제1 동기화 클러치(29)는 두 개의 일차 스퍼 기어(I, III)에 의해 제1 입력 샤프트(a1)를 제1 중간 샤프트(s1)에 연결하도록 구성된다. 제2 동기화 클러치(30)는 두 개의 일차 스퍼 기어(II, IV)에 의해 제2 입력 샤프트(a2)를 제1 중간 샤프트(s1)에 연결하도록 구성된다. 제3 동기화 클러치(31)는 두 개의 일차 스퍼 기어(V, VII)에 의해 제1 입력 샤프트(a1)를 제2 중간 샤프트(s2)에 연결하도록 구성된다. 제4 동기화 클러치(32)는 두 개의 일차 스퍼 기어(VI, VIII)에 의해 제2 입력 샤프트(a2)를 제2 중간 샤프트(s2)에 연결하도록 구성된다.
이중 클러치 기어박스(21)는 기어박스를 위에서 설명한 부품들을 실질적으로 포함하는 제1 공간(34)과 제2 공간(35)으로 구획하는 벽 요소(33)를 포함한다. 두 개의 중간 샤프트(s1, s2)는 제1 공간(34)으로부터 벽 요소(33)의 구멍들을 통해 제2 공간(35)으로 연장된다. 제2 공간(35)에서, 제1 중간 샤프트(s1)와 제2 중간 샤프트(s2)는 주 샤프트(36)에 연결 가능한 수 개의 추가 스퍼 기어들을 포함한다. 제1 중간 샤프트(s1)는 두 개의 스퍼 기어(L1, H3)를 포함하며, 이 기어들에 의해 제1 중간 샤프트(s1)는 주 샤프트(36)에 연결될 수 있다. 마찬가지로, 제2 중간 샤프트(s2)도 두 개의 스퍼 기어(R, H2, L2)를 포함하며, 이 기어들에 의해 제2 중간 샤프트(s2)는 주 샤프트(36)에 연결될 수 있다. 제5 동기화 클러치(37)는 스퍼 기어(L1)에 의해 제1 중간 샤프트(s1)를 주 샤프트(36)에 연결하도록 구성된다. 대안적으로 제5 동기화 클러치(37)는 스퍼 기어(R)에 의해 제2 중간 샤프트(s2)를 주 샤프트(36)에 연결하도록 구성된다. 스퍼 기어(R)는 주 샤프트(36)를 반대 방향으로 회전시키고 이에 따라 역방향 기어로 사용된다. 제6 동기화 클러치(38)는 스퍼 기어(L2, H2)에 의해 제2 중간 샤프트(s2)를 주 샤프트(36)에 연결하도록 구성된다. 여기서, 스퍼 기어 변속기(L2, H2)는, 레인지 기어박스(22)가 고변속비를 가지는 경우와 저변속비를 가지는 경우 모두에서 사용되기 때문에, 두 개의 도면 부호를 갖는다. 제7 동기화 클러치(39)는 스퍼 기어(H3)에 의해 제1 중간 샤프트(s1)를 주 샤프트(36)에 연결하도록 구성된다. 또한, 제7 동기화 클러치(39)는 스퍼 기어(H1)에 의해 제1 중간 샤프트(s1)를 추가 샤프트(40)에 연결하도록 구성된다.
이중 클러치 기어박스의 주 샤프트(36)는 레인지 기어박스(22)를 거쳐서 기어박스 장치의 출력 샤프트(41)에 연결된다. 레인지 기어박스(22)는 태양 휠과, 다수의 유성 휠과 유성 휠 캐리어를 통상적인 방식으로 포함하는 유성 기어(42)를 포함한다. 레인지 기어박스(22)에서의 기어 변경은 레인지 기어박스(22)에서 저변속비를 발생시키는 위치(LR)와 레인지 기어박스(22)에서 고변속비를 발생시키는 위치(HR) 사이에서 이동되는 링 기어(43) 형태의 클러치 요소와 관련이 있다. 링 기어(43)가 도 1에서 저변속비 위치(LR)로 이동되면, 링 기어는 고정식 클러치 콘에 연결된다. 고정식 클러치 콘에 연결된 위치에서, 링 기어는 움직이지 않는다. 이 경우, 주 샤프트(36)의 움직임은 태양 휠과 유성 휠과 유성 휠 캐리어를 거쳐서 출력 샤프트(41)에 전달된다. 여기서 주 샤프트(36)의 회전 속도는 하향 변속(downshift)되어 출력 샤프트(41)에 전달된다. 이 경우 레인지 기어박스(22)는 저변속비를 제공한다. 링 기어(43)가 도 1에서 고변속비 위치(HR)로 이동되면, 링 기어는 주 샤프트(36)의 클러치 콘을 유성 휠들에 연결한다. 이 경우, 주 샤프트(36)의 움직임은 클러치 콘과, 링 기어와, 유성 휠들과, 유성 휠 캐리어를 거쳐서 출력 샤프트(41)에 전달된다. 여기서, 주 샤프트(36)의 회전 속도가 변화 없이 출력 샤프트(41)에 전달되도록 링 기어(43)와 함께 유성 기어 전체가 하나의 유닛으로서 회전한다. 이 경우 레인지 기어박스(22)는 고변속비를 제공한다. 이에 따라 이중 클러치 기어박스(21)에서 이루어질 수 있는 일차 기어들은 레인지 기어 박스(22)에서의 저변속비 또는 고변속비를 제공한다. 레인지 기어박스는 이중 클러치 기어박스보다 두 배 많은 기어들을 기어박스 장치에 제공한다.
또한, 제7 동기화 클러치(39)는 스퍼 기어(H1)에 의해 제1 중간 샤프트(s1)를 추가 샤프트(40)에 연결하도록 구성된다. 추가 샤프트(40)는 개략적으로 도시된 연결 요소(44)를 거쳐서 출력 샤프트(41)에 견고하게 연결된다. 이 경우, 연결 요소(44)는 유성 휠 캐리어의 적어도 하나의 구멍을 통해 연장된다. 따라서, 추가 샤프트(40)는 항상 출력 샤프트(41)와 동일한 속도로 회전한다. 이에 따라 샤프트(40)와 연결 요소(44)에 의해 제공되는 변속비는 레인지 기어박스(22)에서 고변속비가 사용되는 경우에 상응한다. 이 때문에, 샤프트(40)에 연결된 스퍼 기어는 H1로 지시된다.
클러치 장치(24, 26)들은 토크 차단 없이 입력 샤프트(a1, a2)들에 교대로 계합 및 분리될 수 있는 특성을 갖는다. 동기화 클러치(29 내지 32, 37 내지 39)들이 일차 스퍼 기어(I 내지 VIII)들을 계합하고 분리하는 데 사용되는 경우에는, 관련된 부품들의 속도를 동기화시키기 위하여 토크 차단이 필요하다. 링 기어(43)가 레인지 기어박스(22)를 저변속비 위치(LR)와 고변속비 위치(HR) 사이에서 전환시키는 데 사용되면, 링 기어(43)의 속도는 동기화되어야 하고, 마찬가지로 토크 차단이 요구된다. 레인지 기어박스(22)에서의 링 기어(43)를 이용한 기어 변경 조작은 일반적으로 이중 클러치 기어박스(21)에서의 동기화 클러치(29 내지 32, 37 내지 39)들을 이용한 기어 변경보다 긴 토크 차단이 필요하다.
도 2는 기어박스 장치의 기어(1 내지 20, R1 내지 R4)들과 그 토크 전달 경로를 나타낸 표이다. 차량이 운전 중으로 설정되는 단계에서, 일반적으로는 처음에 기어(1)를 계합시키는 것이 바람직하다. 희망하는 기어는 차량 운전실 내의 기어 변경 제어기를 이용하여 운전자에 의해 표시된다. 대안적으로, 이는 자동 장치에 의해 행해질 수 있는데, 이 경우 제1 동기화 클러치(29)가 그 자신이 일차 스퍼 기어(I)에 의해 제1 입력 샤프트(a1)를 제1 중간 샤프트(s1)에 연결시키는 위치로 이동된다. 동시에, 제5 동기화 클러치(37)가 그 자신이 스퍼 기어(L1)에 의해 제1 중간 샤프트(s1)를 주 샤프트(36)에 연결시키는 위치로 이동된다. 마지막으로, 레인지 기어박스(22)가 저변속비를 제공하도록 링 기어(43)가 저변속비 위치(LR)로 이동된다. 이와 같은 조작이 행해진 후에, 제1 클러치 장치(24)는 엔진의 구동 샤프트를 제1 입력 샤프트(a1)에 연결한다. 이에 따라 기어(1)에 상응하는 토크 전달 경로가 기어박스 장치를 통해 확립된다. 기어(1)가 계합되면, 출력 샤프트(41)는 적당한 비율(factor)로 엔진 속도의 하향 변속을 실시한다.
그 후에는 일반적으로 기어(2)를 계합하는 것이 바람직하다. 운전자 또는 자동 장치에 의해 기어(2)의 계합이 개시되면, 제2 동기화 클러치(30)가 그 자신이 일차 스퍼 기어(II)에 의해 제2 입력 샤프트(a2)를 제1 중간 샤프트(s1)에 연결하는 위치로 이동된다. 이러한 연결이 확립되면, 제1 입력 샤프트(a1)가 분리되고 동시에 제2 입력 샤프트(a2)가 계합되어 엔진의 구동 샤프트에 연결되도록 클러치 장치(24, 26)들이 작동된다. 클러치 장치(24, 26)들이 기어(1)에서 기어(2)로 변경하는 데에 사용되므로, 변경은 토크 차단 없이 일어날 수 있다. 후속하는 기어(3) 및 기어(4)의 계합은 후속해서 일차 스퍼 기어(III, IV)를 작동시키는 동기화 클러치(29, 30)들에 의해 행해진다. 입력 샤프트(a1, a2)들이 교대로 사용되므로, 이전 스퍼 기어가 여전히 계합되어 있는 동안 다른 스퍼 기어가 계합될 수 있다. 그리고 나서 클러치 장치(24, 26)들은 기어 변경이 토크 차단 없이 일어나도록 기어를 변경시키기 위해 사용된다. 제1 중간 샤프트(s1), 스퍼 기어(L1) 및 레인지 기어박스(22)의 저변속비 위치(LR)를 포함하는 토크 전달 경로가 기어(1 내지 4)들 모두에 대해 사용된다.
기어(5)를 계합시키고자 하는 경우에는, 동기화 클러치(31)가 그 자신이 일차 스퍼 기어(V)에 의해 제1 입력 샤프트(a1)를 이차 중간 샤프트(s1)에 연결하는 위치로 이동된다. 동시에 동기화 클러치(38)가 그 자신이 스퍼 기어(L2)에 의해 제2 중간 샤프트(s2)를 주 샤프트(36)에 연결하는 위치로 이동된다. 이는 기어(4)가 여전히 계합되어 있는 상태에서 행해진다. 기어(4)용의 토크 전달 경로는 제2 입력 샤프트(a2)를 사용하는 반면, 기어(5)용의 토크 전달 경로는 제1 입력 샤프트(a1)를 사용한다. 여기서도 마찬가지로, 기어(4)와 기어(5) 간의 변경을 행하는 데에 클러치 장치(24, 26)들을 사용할 수 있다. 이에 따라 역시 토크 차단 없는 기어 변경이 이루어진다. 그리고 나서, 제5단 내지 제8단의 기어 범위에서는 제1 중간 샤프트(s1) 대신 제2 중간 샤프트(s2)가 사용된다는 점을 제외하고는 기어(1)에서부터 기어(4)까지의 상향 변속과 유사한 방법으로 기어(5)에서부터 기어(8)까지의 계단식 상향 변속이 일어날 수 있다.
기어(1 내지 8) 범위에서는, 링 기어(43)가 항상 레인지 기어박스(22)의 저변속비 위치(LR)에 있다. 기어 변경이 기어(1 내지 8) 범위 내에서 일어나면, 기어박스 장치는 여덟 개의 기어를 갖는 이중 클러치 기어박스처럼 작동하고, 이에 따라 기어(1 내지 8) 범위 내에서의 기어 변경은 토크 차단 없이 행해질 수 있다. 문제는 이중 클러치 기어박스(21)의 여덟 개의 기어들이 레인지 기어박스(22)에서 고변속비를 가질 때 발생한다. 그러면 링 기어(43)는 레인지 기어박스(22)의 고변속비 위치(HR)로 이동되어야 한다. 그 전에 링 기어(43)가 정지 상태에서 주 샤프트(36)의 클러치 콘에 연결될 수 있는 속도까지 가속되는 것이 먼저 이루어져야 한다. 기어(8)에서부터 기어(9)로 변경할 때 토크 차단을 방지하기 위해, 동기화 클러치(39)가 스퍼 기어(H1)에 의해 제1 중간 샤프트(s1)를 추가 샤프트(40)에 연결하는 위치로 동기화 클러치(39)가 이동된다. 이에 따라 제1 중간 샤프트(s1)는 스퍼 기어(H1), 추가 샤프트(40) 및 연결 요소(44)를 거쳐서 출력 샤프트(41)에 연결된다. 이는 기어(8)가 계합된 상태에서 행해질 수 있고, 이에 따라 제2 중간 샤프트(s2)와 주 샤프트(36)를 이용한다. 동시에, 동기화 클러치(29)는, 이 동기화 클러치(29)가 일차 스퍼 기어(I)에 의해 제1 중간 샤프트(s1)를 제1 입력 샤프트(a1)에 연결하게 되는 위치로, 이동된다. 이러한 이동이 이루어지면, 클러치 장치(24, 26)들이 기어(8)와 기어(9) 간의 변경을 행하는 데 사용될 수 있다. 이에 따라 기어(8)와 기어(9) 간의 변경 역시 토크 차단 없이 행해질 수 있다. 또한, 기어(9 내지 12) 범위 내에서의 계단식 상향 변속은 일차 스퍼 기어(I 내지 IV)들이 제1 중간 샤프트(s1)를 제1 입력 샤프트(a1)와 제2 입력 샤프트(a2)에 교대로 연결함으로써 행해진다.
기어 변경이 기어(9 내지 12) 범위 내에서 행해지면, 레인지 기어박스(22)는 사용되지 않고 이에 따라 링 기어(43) 어떠한 부하도 가해지지 않는다. 따라서, 링 기어(43)를 레인지 기어박스(22)의 고변속비 위치(HR)로 이동시키는 시간은 충분하다. 기어(12)에서 기어(13)로의 변경이 일어나면, 링 기어(43)는 고변속비 위치(HR)로 이미 이동되어 있는 상태이다. 동기화 클러치(38) 역시 동기화 클러치(38)가 스퍼 기어(H2)에 의해 제2 중간 샤프트(s2)를 주 샤프트(36)에 연결시키는 위치로 이동되어 있다. 이러한 상태가 이루어진 때에, 기어(13)로의 변경은 클러치 장치(24, 26)들이 제2 입력 샤프트(a2)를 분리시키고 제1 입력 샤프트(a1)를 계합시키는 것에 의해 행해진다. 이에 따라, 기어(12)와 기어(13) 사이에서도 역시 토크 차단 없는 기어 변경이 행해질 수 있다. 기어(13 내지 20) 범위 내에서의 임의의 추가적인 상향 변경은 레인지 기어박스(22)의 고변속비 위치(HR)에서 링 기어(43)에 의해 행해진다. 이와 같은 기어(13 내지 20) 범위 내에서 기어 변경이 일어날 때, 기어박스 장치는 여덟 개의 기어들을 갖는 이중 클러치 기어박스처럼 작동하고, 이에 따라 기어(13 내지 20) 범위 내에서의 기어 변경 역시 토크 차단 없이 행해질 수 있다. 여기서, 스퍼 기어(H3)의 계합과 관련이 되는 가장 높은 기어(17 내지 20)들이 사용되면, 동기화 클러치(31, 32, 37, 38)들을 중립 상태에 놓는 것에 의해 제2 중간 샤프트(s2)가 분리될 수 있다. 제2 중간 샤프트(s2)의 이러한 분리에 의해 스퍼 기어(R)가 정지되는데, 만일 분리되지 않을 경우에는 스퍼 기어가 주 샤프트(36)와 반대 방향으로 회전함으로써 비교적 큰 손실이 초래될 수 있다. 가장 높은 기어(17 내지 20)들이 사용되는 경우에는 제2 중간 샤프트(s2)의 분리는 임의의 희망하는 시점에 행해질 수 있다.
네 개의 기어R1 내지 R4들은 차량을 후진시키는 데에 사용될 수 있다. 이 경우, 입력 샤프트(a1, a2)들은 네 개의 스퍼 기어(V 내지 VIII)들에 의해 제2 중간 샤프트(s2)에 교대로 연결될 수 있다. 이 경우, 제2 중간 샤프트(s2)는 스퍼 기어(R)에 의해 주 샤프트(36)에 연결된다. 후진 중에, 레인지 기어박스(22)는 일정하게 저변속비 위치(LR)에 있고, 이에 따라 후진 기어(R1 내지 R4)들이 변속될 때 어떠한 토크 차단도 일어나지 않는다. 이에 따라, 이 경우에는 차량의 후진을 일으키는 스퍼 기어(R)와 가장 낮은 기어(1 내지 4)를 이용한 전진을 일으키는 스퍼 기어(L1)는 서로 다른 중간 샤프트(s1, s2)에 배치된다. 따라서, 클러치 장치(24, 26)들은 차량의 전진 구동과 후진 구동 간을 전환하는 데 사용될 수 있다. 이 기능은 차량이 움직일 수 없어서 자유롭게 "요동(rock)"되어야 할 필요가 있는 상황에서 유용하다.
이러한 예시적인 실시예에서, 이중 클러치 기어박스(21)의 여덟 개의 일차 스퍼 기어(I 내지 VIII)들은 레인지 기어박스가 저변속비 위치(LR)와 고변속비 위치(HR)에 있을 때 레인지 기어박스(22)에 연결될 수 있다. 이중 클러치 기어박스(21)의 일차 스퍼 기어(I 내지 VIII)들은 레인지 기어박스(22)의 고변속비로 달성되는 기어(13 내지 20)들 전부가 레인지 기어박스(22)의 저변속비로 달성되는 기어(1 내지 8)들 전부보다 더욱 높은 변속비를 갖도록 그 크기가 정해진다. 이에 따라 레인지 기어박스(22) 내의 링 기어(43)는 중간의 기어(9 내지 12) 범위에서 변속시켜야만 할 필요가 있다. 중간의 기어(9 내지 12) 범위가 네 개의 기어 수단을 포함한다는 것은 저변속비 위치(LR)와 고변속비 위치(HR) 사이에서 레인지 기어박스(22)를 변속시키는 시간이 충분하다는 것을 뜻한다.
본 발명은 위에서 설명한 실시예에만 한정되지 않고, 특허청구범위에서 청구된 범위 내에서 자유롭게 변경될 수 있다. 도 1에 도시된 동기화 클러치(29 내지 33, 37 내지 39)들은 일반적인 종류의 것이지만, 스퍼 기어들을 여러 샤프트들에 동기화시키고 연결하기 위해 일반적인 동기화 클러치들 대신 디스크 브레이크들을 사용할 수 있다. 위에서 설명한 예시적인 실시예에서는, 기어박스 장치가 전진 구동용으로 20개의 기어와 후진 구동용으로 4개의 기어를 구비한다. 물론 기어의 수는 더 많을 수도 있고 더 적을 수도 있다.

Claims (9)

  1. 제1 기어박스(21)와 인접한 레인지 기어박스(22)를 포함하며,
    제1 기어박스는 적어도 하나의 제1 입력 샤프트(a1, a2)와 적어도 하나의 제1 중간 샤프트(s1, s2)와, 상기 샤프트들 각각에 배치되고 함께 입력 샤프트(a1, a2)의 제1 변속비를 제공하는 적어도 하나의 일차 기어(I 내지 VIII)를 형성하는 적어도 하나의 기어휠과, 출력 샤프트(41)에 이르기 전에 저변속비 또는 고변속비를 제공하도록 일차 기어(I 내지 VIII)로부터 레인지 기어박스(22)로 회전 운동을 전달하게 구성된 적어도 하나의 운동 전달 연결부(s1, s2, L1, L2, H2, H3, 36)를 포함하며, 레인지 기어박스(22) 내에서 저변속비를 갖는 일차 기어(I 내지 IV)에 의해 달성되는 기어(1 내지 8)보다 변속비가 높고 레인지 기어박스(22) 내에서 고변속비를 갖는 일차 기어(I 내지 IV)에 의해 달성되는 기어(17 내지 20)보다 변속비가 낮도록 그 크기가 정해지는 추가 기어(9 내지 12)가 일차 기어(I 내지 IV)용으로 마련되도록 제1 기어박스(21)가 레인지 기어박스(22)를 사용하지 않고 일차 기어(I 내지 IV)로부터 출력 샤프트(41)로 회전 운동을 전달하게 구성된 추가 운동 전달 연결부(s1, H1, 40, 44)를 포함하는 기어박스 장치에 있어서,
    제1 기어박스는 수 개의 추가 기어(9 내지 12)들이 생성되도록 상기 추가 운동 전달 연결부(s1, H1, 40, 44)에 의해 연결될 수 있는 수 개의 일차 기어(I 내지 IV)들을 포함하며, 상기 수 개의 추가 기어들은 레인지 기어박스(22) 내에서 저변속비를 갖는 기어(1 내지 8)와 레인지 기어박스(22) 내에서 고변속비를 갖는 기어(13 내지 20) 사이의 변속비를 갖도록 그 크기가 정해진 적어도 두 개의 추가 기어(9 내지 12)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 기어박스 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 기어박스가 운동 전달 연결부(s1, s2, L1, L2, H2, H3, 36)들을 거쳐서 레인지 기어박스의 각각의 저변속비와 고변속비에 연결될 수 있는 수 개의 일차 기어(I 내지 VIII)들을 포함하고, 일차 기어(I 내지 VIII)들은 레인지 기어박스(22)에서 저변속비를 갖는 기어(1 내지 8)들 전부가 레인지 기어박스(22)에서 고변속비를 갖는 기어(13 내지 20)들 전부보다 낮은 변속비를 갖도록 그 크기가 정해진 것을 특징으로 하는 기어박스 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    레인지 기어박스는 저변속비 위치(LR)와 고변속비 위치(HR) 사이에서 이동 가능한 클러치 요소(43)를 구비한 유성 기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 기어박스 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    추가 운동 전달 연결부는 레인지 기어박스(22)를 통과하여 출력 샤프트(41)까지 연장되는 요소(44)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기어박스 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    제1 기어박스는 이중 클러치 기어박스(21)인 것을 특징으로 하는 기어박스 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    이중 클러치 기어박스(21)는 제1 클러치 장치(24)에 의해 계합되거나 혹은 분리될 수 있는 제1 입력 샤프트(a1)와 제2 클러치 장치(26)에 의해 계합되거나 혹은 분리될 수 있는 제2 입력 샤프트(a2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기어박스 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    두 개의 인접한 기어들 간의 계단식 기어 변경이 항상 클러치 장치(24, 26)들이 상기 입력 샤프트(a1, a2)들을 교대로 계합시키는 것을 의미하는 것을 특징으로 하는 기어박스 장치.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    이중 클러치 기어박스(21)는 제1 중간 샤프트(s1), 제2 중간 샤프트(s2), 제1 입력 샤프트(a1)를 제1 중간 샤프트(s1)에 연결하는 적어도 하나의 일차 기어(I, III), 제2 입력 샤프트(a2)를 제2 중간 샤프트(s2)에 연결하는 적어도 하나의 일차 기어(V, VII), 제1 입력 샤프트(a1)를 제2 중간 샤프트(s2)에 연결하는 적어도 하나의 일차 기어(II, IV) 및 제2 입력 샤프트(a2)를 제1 중간 샤프트(s1)에 연결하는 적어도 하나의 일차 기어(VI, VII)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기어박스 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    이중 클러치 기어박스는 주 샤프트(36)를 포함하되, 상기 주 샤프트는 제1 중간 샤프트(s1)가 적어도 하나의 기어(L1, H3)에 의해 주 샤프트(36)에 연결될 수 있고 제2 중간 샤프트(s2)가 적어도 하나의 기어(L2, H2, R)에 의해 주 샤프트(36)에 연결될 수 있게 레인지 기어박스(22)에 연결되는 것을 특징으로 하는 기어박스 장치.
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