KR101698223B1 - 하나 이상의 도그 클러치를 구비한 장치 - Google Patents

하나 이상의 도그 클러치를 구비한 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 변속기의 하나 이상의 부품에 연결될 수 있는 하나 이상의 도그 클러치를 구비한 장치에 관한 것이며, 이 경우 도그 클러치는 실질적으로 변속기의 베어링 캐리어(1) 내부에 배치된다.

Description

하나 이상의 도그 클러치를 구비한 장치{ARRANGEMENT COMPRISING AT LEAST ONE DOG CLUTCH}
본 발명은 제1항의 전제부에 더 상세하게 규정된 유형에 따른 하나 이상의 도그 클러치를 구비한 장치에 관한 것이다.
차량 기술에는 변속기의 샤프트를 하나의 부품에 연결하기 위한 시프팅 요소로서 하나 이상의 도그 클러치를 구비한 장치가 공지되어 있다. 예를 들어 문헌 GB 2 368 102 A호에는 차량의 파워 트레인으로부터 변속기를 디커플링하기 위한 장치를 구비한 자동 변속기가 설명되어 있다. 상기 디커플링 장치는 샤프트의 내부에 배치된 작동 피스톤에 의해 유압식으로 작동하는 도그 클러치로서 형성된다. 작동 피스톤의 하나의 측면에는 리턴 스프링에 대항해 이동하도록 압력이 가해진다. 작동 피스톤에 커플링되고 샤프트의 리세스를 통해 안내되는 시프팅 핑거가 시프팅 도그의 작동에 사용된다.
또한 문헌 US 5 667 330 A호에는 시프팅 요소로서 도그 클러치를 구비한 또 다른 장치가 공지되어 있다. 공지된 장치의 경우, 트랙터의 변속기 출력 샤프트에 동력 인출 샤프트를 연결하기 위해 도그 클러치가 사용된다. 이를 위해 출력 샤프트 내부에서 작동 피스톤의 하나의 측면에는 리턴 스프링에 대항해 유압식으로 압력이 제공되며, 시프팅 도그는 출력 샤프트의 리세스를 통해 작동 피스톤으로부터 시프팅 도그까지 안내되는 핀에 의해 작동한다. 이로써, 전술한 공지된 장치들의 경우 도그 클러치의 작동은 샤프트 내부에서 구현될 수 있다.
마지막으로, 문헌 US 6 079 539 A호에는 커플링 슬리브에 의해 제1 구동 샤프트가 제2 구동 샤프트 부품에 커플링되거나 서로 디커플링될 수 있는 축 디커플링 장치가 공개되어 있다. 커플링 슬리브는 구동 샤프트 부품에 회전 불가능하게 지지되며 커플링 또는 디커플링을 위해 시프팅 포크에 의해 축방향으로 변위될 수 있다. 이러한 유형의 장치에서는 상당한 공간이 요구된다.
본 발명의 과제는 가급적 공간을 덜 차지하도록 도그 클러치를 변속기 내에 배치하는 것이다.
상기 과제는 본 발명에 따라 제1항의 특징부에 의해 해결된다. 추가의 바람직한 실시예들은 도면 및 종속항들에 제시되어 있다.
이에 따라 변속기의 하나 이상의 부품에 연결될 수 있는 하나 이상의 도그 클러치 등을 구비한, 변속기 내 장치가 제안되며, 이때 도그 클러치는 변속기의 베어링 캐리어 등의 내부에 실질적으로 반경 방향으로 배치된다. 상기의 방식으로 가급적 공간을 덜 차지하는 도그 시프팅 요소는, 바람직하게 유성 기어 세트를 기초로 하는 자동 변속기를 위해 특별히 구현된다. 그러나, 제안된 장치는 다른 변속기에서도 사용될 수 있다. 상기 도그 클러치가 베어링 캐리어 영역 내에 배치되기 때문에, 변속기 하우징 내의 기존 공간이 최적으로 활용될 수 있다.
제안된 장치의 경우, 하나 이상의 측면에서 유압식으로 작동하는 도그 클러치의 시프팅 도그는 공통 부품으로서 작동 피스톤도 바람직하게 형성할 수 있으며, 이때 유압식 작용을 위해 또는 도그 클러치의 작동을 위해 실린더가 하우징에 고정되어 배치된다. 시프팅 도그와 작동 피스톤이 하나의 공통 부품으로서 형성되기 때문에, 필요한 부품들의 개수가 줄어들 수 있다.
더욱이, 제안된 장치의 경우 시프팅 도그는 축방향으로 변위될 수 있도록 변속기의 샤프트(예를 들어, 구동 샤프트) 등에 반경 방향 외측으로 배치될 수 있다.
본 발명의 범주에서 시프팅 도그는 변속기의 하나의 부품의 고정을 위해, 하우징에 고정된 예컨대 스퍼 기어 등의 베어링 캐리어에 회전 불가능하게 고정될 수 있다. 이로써, 변속기의 임의의 기어 세트 요소가 시프팅 도그에 의해 고정될 수 있다. 바람직하게, 예컨대 유성 기어 세트의 하나의 부품(예를 들어, 선 기어 등) 역시 시프팅 도그에 의해 하우징에 연결될 수 있다.
이를 위해 예를 들어, 시프팅 도그는 체결 위치에서 예컨대 크라운 기어 치형부, 스플라인(spline) 등에 의해 고정될 부품(예를 들어, 선 기어)에 연결될 수 있다.
본 발명의 가능한 개선예에 따라, 베어링 캐리어와 실린더는 도그 클러치의 작동을 위해 별도의 부품으로서 구현된다. 베어링 캐리어와 실린더가 하나의 공통 부품으로서 구현되는 것도 고려될 수 있다. 예컨대, 베어링 캐리어는 작동 피스톤을 위한 또는 작동 피스톤으로서 형성된 시프팅 도그를 위한 소위 압력 챔버 또는 실린더 챔버를 형성하는 상응하는 리세스를 포함할 수 있다.
본 발명의 추가의 실시예의 범주에서, 변위 가능한 시프팅 도그는 축방향으로 회전 가능하게 구현될 수 있다. 상기 실시예에서 바람직하게, 시프팅 도그는 변속기의 2개 이상의 부품들의 연결을 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 다음 개선예에 따라, 시프팅 도그 예를 들어, 스퍼 기어는 변속기의 유성 기어 캐리어에 연결될 수 있다. 이를 위해, 시프팅 도그는 스플라인 등에 의해 예컨대 지속적으로 스퍼 기어에 연결될 수 있으며, 이 경우 시프팅 도그는 체결 위치에서 크라운 기어 치형부 등에 의해 변속기의 유성 기어 세트의 유성 기어 캐리어에 연결된다.
그러나, 변속기의 유성 기어 세트의 2개의 부품들을 블로킹하기 위해 시프팅 도그가 사용되는 것도 가능하다. 예컨대, 유성 기어 세트의 유성 기어 캐리어와 선 기어가 블로킹될 부품으로서 서로 연결될 수 있다. 그러나, 다른 부품들도 도그 클러치에 의해 서로 블로킹될 수 있다. 시프팅 도그는 블로킹을 위해 유성 기어 캐리어에 예컨대 지속적으로 연결될 수 있으며, 이때 시프팅 도그는 체결 위치에서 크라운 치형부 등에 의해 유성 기어 세트의 선 기어에 연결된다. 상기의 방식으로, 유성 기어 세트는 필요에 따라 블로킹될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들와 무관하게, 시프팅 도그는 체결 위치로의 이동을 위해 예컨대 유압식으로 작동할 수 있으며, 이 경우 시프팅 도그를 개방 위치에 유지시키기 위한 리턴 스프링이 사용된다. 그러나, 리턴 스프링이 필요하지 않고도, 시프팅 도그가 양측에서 유압식으로 작동하는 것도 가능하다.
바람직하게, 시프팅 도그와 이에 대응하는 대응 부재는 예컨대 하나의 공통 크라운 기어 치형부에 의해 또는 하나의 공통 스플라인 등에 의해서도 연결될 부품에 연결될 수 있다.
바람직한 개선예에 따라, 시프팅 도그 절반부의 크라운 기어 치형부 또는 스플라인 역시 볼 형태 및/또는 콘 형태로 구현되거나, 언더컷을 갖는 형태 및/또는 모따기부 또는 반경을 단부 측에 갖는 형태 및/또는 중심 설정 콘을 갖는 형태로 구현될 수 있다.
바람직하게, 유성 기어 세트의 부품인 링 기어도 시프팅 도그에 커플링될 수 있다. 그러나, 기어 세트 또는 유성 기어 세트의 다른 부품들도 시프팅 도그에 연결될 수 있다.
또한, 시프팅 도그가 스플라인에 의해 회전 불가능하게 구동 샤프트에 연결될 뿐만 아니라 이로써 중심 설정되는 것도 가능하다. 연결될 부품에 대응하는 시프팅 도그의 대응 부재는 바람직하게 미끄럼 베어링 등에 의해 샤프트에 지지될 수 있다.
유압식 작동이 양측에서 구현될 경우, 본 발명에 따른 장치에는 무압 상태에서 작동 피스톤의 사전 위치 설정을 가능하게 하는 예컨대 스프링 요소가 제공될 수 있다. 예컨대, 시프팅 도그의 개방 상태 또는 시프팅 도그의 체결 상태를 위해 피스톤 챔버 내 압축 스프링이 사용될 수 있다.
본 발명은 도면을 기초로 이하에서 계속해서 설명된다.
도 1은 유성 기어 구조의 자동 변속기에서 도그 클러치를 구비한 본 발명에 따른 장치의 가능한 제1 변형예의 개략적 부분 단면도이다.
도 2는 도그 클러치를 구비한 장치의 가능한 제2 변형예의 개략적 부분 단면도이다.
도 3은 도그 클러치를 구비한 장치의 가능한 제3 변형예의 개략적 부분 단면도이다.
도 4는 도그 클러치를 구비한 장치의 가능한 제4 변형예의 개략적 부분 단면도이다.
도 5는 도그 클러치를 구비한 장치의 가능한 제5 변형예의 개략적 부분 단면도이다.
도면들에는 유성 기어 구조의 자동 변속기에서 도그 클러치를 구비한 본 발명에 따른 장치의 다양한 변형예들이 예시적으로 도시되어 있으며, 이때 시프팅 도그는 변속기의 하나 이상의 부품에 연결될 수 있다. 상이한 도면들에서, 동일한 부품들은 동일한 도면 부호로 표시되어 있다.
본 발명에 따라, 공간을 덜 차지하면서 도그 클러치가 자동 변속기 내에 배치되도록, 상기 도그 클러치는 실질적으로, 예컨대 스퍼 기어(2)의 베어링 캐리어(1)의 내부에 배치된다. 하나 이상의 측면에서 유압식으로 작동하는 도그 클러치의 시프팅 도그(3)는 동시에 작동 피스톤으로도 구현되므로, 하나의 부품이 생략될 수 있다. 또한, 도그 클러치의 실린더(4)는 각각의 변형예들과 무관하게 하우징에 고정되어 베어링 캐리어(1)에 의해 유지된다. 또한, 시프팅 도그(3)는 축방향으로 변위될 수 있도록 스플라인(13, 21, 24) 내에 반경 방향으로 지지된다.
본 발명에 따른 장치의 제1 변형예가 도 1에 따라 도시되어 있다. 상기 변형예에서 시프팅 도그(3)는 공통의 부품 형태를 갖는 도그 클러치의 작동 피스톤으로도 동시에 구현된다. 시프팅 도그(3)는 스플라인(13)에 의해 스퍼 기어(2)의 베어링 캐리어(1)에 회전 불가능하게 연결되므로 하우징에 고정된다. 시프팅 도그(3)의 축방향 이동을 위해 실린더(4)가 제공되며, 실린더는 베어링 캐리어(1)를 통해 연장되는 압력 수단 공급 채널(6)을 통해 압력 수단을 제공받을 수 있다. 상응하는 가압 시, 시프팅 도그(3)는 도면 평면에서 우측으로 즉, 상기 시프팅 도그의 체결 위치로 이동하며, 이때 상기 이동은 리턴 스프링(7)의 힘에 대항해서 실행된다. 따라서, 가압이 종료된 후에는 리턴 스프링(7)에 의해 시프팅 도그의 개방 위치로 즉, 도면 평면에서 좌측으로 시프팅 도그(3)가 다시 이동할 수 있다.
제1 변형예에서 시프팅 도그(3)는 자동 변속기의 유성 기어 세트(9)의 선 기어(8)를 하우징 고정 방식으로 세팅하는 데 사용된다. 이를 위해, 시프팅 도그(3)는 유성 기어 세트(9)의 선 기어(8)와 함께 공통의 크라운 기어 치형부(10)를 포함한다. 시프팅 도그(3)는 공통의 스플라인(13)에 의해 베어링 캐리어(1)에 중심 설정된다. 시프팅 도그(3)의 영역에서 압력 챔버는 직사각형 링 등에 의해 밀폐될 수 있다. 실린더(4)와 시프팅 도그(3) 사이의 유격이 상응하게 적음으로써 밀봉 요소 없이 밀폐가 가능할 수도 있다.
도 2에는 시프팅 도그(3A)가 양측에서 유압식으로 작동함으로써 제1 변형예와 달리 리턴 스프링(7)이 필요하지 않는, 상기 장치의 가능한 제2 변형예가 도시되어 있다. 또한 바람직하게, 시프팅 도그(3A)가 양측에서 유압식으로 작동하므로 연결 상태에서 유지 압력이 낮을 수 있으며 압력 또는 상당한 압력 없이도 연결 또는 분리 상태가 시스템에서 유지될 수 있다. 또한, 시프팅 도그(3A)의 반응 속도는 능동적인 개방 또는 체결에 의해 뚜렷이 증가할 수 있는데, 이는 상기 압력들이 시프팅 도그(3A)의 체결 및 개방을 위해 상응하게 높게 설계될 수 있기 때문이다.
제1 변형예와 달리 제2 변형예에서는 베어링판 또는 베어링 캐리어(1)가 유압 작동을 위해 시프팅 도그(3A)용의 실린더도 형성한다. 상기의 방식으로, 하나의 부품이 생략될 수 있다. 베어링 캐리어(1)는 시프팅 도그(3A)를 위한 압력 챔버로서 리세스를 형성하며, 상기 압력 챔버에는 압력 수단 공급 채널(6)을 통해 압력 수단이 공급된다. 시프팅 도그(3A)를 개방 위치로 복귀시키기 위한 추가의 압력 챔버에는 추가의 압력 수단 공급 채널(11)을 통해 압력 수단이 공급된다. 압력 수단은 베어링 캐리어(1)와 시프팅 코일(3A) 사이의 공통의 스플라인(13)을 통해 안내된다. 이 경우, 관류 개선을 위해서는 개별 톱니들이 스플라인(13)에서 생략되는 것이 바람직하다.
제2 변형예의 경우에도, 시프팅 도그(3A)는 하우징에 고정되어 스플라인(13)에 의해 베어링 캐리어(1)에 연결되며, 상기 시프팅 도그의 체결 위치에서 공통의 크라운 기어 치형부(10)에 의해 유성 기어 세트(9)의 선 기어(8)에 연결될 수 있으므로 선 기어(8)는 연결 상태에 있는 시프팅 도그(3A)에 의해 하우징에 고정되어 세팅된다.
도 3에 따라, 상기 장치의 가능한 제3 변형예가 도시된다. 제3 변형예에서도 시프팅 도그(3B)가 양측에서 유압식으로 작동할 수 있다. 제2 변형예와 상이하게, 시프팅 도그(3B)와 자동 변속기의 유성 기어 세트(9)의 선 기어(8) 사이의 연결은 공통의 스플라인(12)에 의해 구현된다. 이로써 제3 변형예의 경우에서도, 선 기어(8)는 시프팅 도그(3B)가 도면 평면에서 우측에 위치하더라도 시프팅 도그(3B)의 체결 위치에서 하우징에 고정되어 세팅된다.
도 4에는 유성 기어 구조의 자동 변속기에서 도그 클러치를 구비한 본 발명에 따른 장치의 가능한 제4 변형예가 도시되어 있다. 상기 변형예에서도 작동 피스톤과 시프팅 도그(3C)는 하나의 공통 부품으로서 구현된다. 3개의 제1 변형예들과 달리, 제4 변형예의 경우 시프팅 도그(3C)는 하우징에 고정된 캐리어(선 기어)(14)에 회전 가능하게 또는 회전되는 방식으로 지지된다. 외측에 대한 압력 챔버의 밀폐는 직사각형 링 등에 의해 실행된다. 그러나 밀폐는, 실린더로서 기능하는 부품과 시프팅 도그(3C) 사이의 유격이 상응하게 조정됨으로써도 생략될 수 있다.
상기 변형예에서, 시프팅 도그(3C)의 축방향 작동은 하나의 측면에서 리턴 스프링(7A)에 대해 유압식으로 실행된다. 리턴 스프링(7A)의 스프링력에 대항해서 시프팅 도그(3C)가 체결 위치로 이동하도록, 압력 수단 공급 채널 또는 압력 오일 공급 채널(15)에 의해 압력 오일이 압력 챔버(16) 내에 도달할 수 있다.
제4 변형예에서 시프팅 도그(3C)는 공통의 스플라인(24)에 의해 스퍼 기어(2)에 회전 불가능하게 연결되므로, 시프팅 도그(3C)는 스퍼 기어(2)와 함께 회전한다. 시프팅 도그(3C)의 체결 위치에서, 시프팅 도그는 공통의 크라운 기어 치형부(17)에 의해 유성 기어 세트(9)의 유성 기어 캐리어(18)에 연결된다.
도 5에 따라, 상기 장치의 가능한 제5 변형예가 도시되어 있다. 특히, 제5 변형예는 시프팅 도그(3D)가 양측에서 유압식으로 작동한다는 점에서 제4 변형예와 상이하다. 시프팅 도그(3D)의 체결을 위해, 시프팅 도그는 베어링 캐리어(1)에 제공된 압력 수단 공급 채널(19)을 통해 압력 수단을 제공받는다. 시프팅 도그(3D)가 개방 위치로 오도록, 시프팅 도그(3D)는 공급 채널(20)을 통해 압력 수단을 공급받는다. 회전하는 시프팅 도그(3D)는 간극 밀봉부에 의해 베어링 캐리어(1)에 대해 밀폐될 수 있다.
제5 변형예의 경우 시프팅 도그(3D)는 스플라인(21)에 의해 유성 기어 캐리어(18)의 지지부(22)에 연결되며, 유성 기어 캐리어는 종동부(23)에 의해 지지부(22)에 커플링된다. 유성 기어 세트(9)의 블로킹이 구현되도록, 시프팅 도그(3D)는 체결 위치에서 공통의 크라운 기어 치형부(17)에 의해 유성 기어 세트(9)의 선 기어(8)에 연결될 수 있다.
도 1 내지 도 5에는 각각 개방 위치에 있는 시프팅 도그들(3, 3A, 3B, 3C 및 3D)이 각각의 변형예들과 무관하게 도시되어 있다.
1: 베어링 캐리어
2 : 스퍼 기어
3, 3A, 3B, 3C, 3D : 시프팅 도그
4 : 실린더
5 : 샤프트
6 : 공급 채널
7, 7A : 리턴 스프링
8 : 선 기어
9 : 유성 기어 세트
10 : 시프팅 도그와 선 기어 사이의 크라운 기어 치형부
11 : 공급 채널
12 : 시프팅 도그와 선 기어 사이의 스플라인
13 : 시프팅 도그와 베어링 캐리어 사이의 스플라인
14 : 선 기어 캐리어
15 : 공급 채널
16 : 압력 챔버
17 : 시프팅 도그와 유성 기어 캐리어 사이의 크라운 기어 치형부
18 : 유성 기어 캐리어
19, 20 : 공급 채널
21 : 시프팅 도그와 유성 기어 캐리어의 지지부 사이의 스플라인
22 : 유성 기어 캐리어의 지지부
23 : 종동부
24 : 시프팅 도그와 스퍼 기어 사이의 스플라인

Claims (16)

  1. 하나 이상의 도그 클러치를 구비한, 변속기 내 장치이며, 상기 장치는 변속기의 하나 이상의 부품에 연결될 수 있고, 하나 이상의 측면에서 유압식으로 작동하는 도그 클러치는 실질적으로 변속기의 베어링 캐리어(1) 내부에 배치되며, 도그 클러치는 공통 부품으로서 작동 피스톤도 형성하는 시프팅 도그(3, 3A, 3B, 3C, 3D)를 포함하고, 도그 클러치의 작동을 위해 실린더(4)가 하우징에 고정되는, 하나 이상의 도그 클러치를 구비한 장치에 있어서,
    시프팅 도그(3, 3A, 3B)는 축방향으로 변위될 수 있도록 샤프트(5)에 반경 방향 외측으로 배치되며 변속기의 하나의 부품의 고정을 위해, 하우징에 고정된 베어링 캐리어(1)에 회전 불가능하게 고정되는 것을 특징으로 하는, 하나 이상의 도그 클러치를 구비한 장치.
  2. 제1항에 있어서, 시프팅 도그(3, 3A)는 체결 위치에서 크라운 기어 치형부(10)에 의해 자동 변속기의 유성 기어 세트(9)의 선 기어(8)에 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는, 하나 이상의 도그 클러치를 구비한 장치.
  3. 제1항에 있어서, 시프팅 도그(3B)는 체결 위치에서 스플라인(12)에 의해 자동 변속기의 유성 기어 세트(9)의 선 기어(8)에 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는, 하나 이상의 도그 클러치를 구비한 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 베어링 캐리어(1)와 실린더(4)는 도그 클러치의 작동을 위해 별도의 부품으로서 구현되는 것을 특징으로 하는, 하나 이상의 도그 클러치를 구비한 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 베어링 캐리어(1)와 실린더(4)는 도그 클러치의 작동을 위해 하나의 공통 부품으로서 구현되는 것을 특징으로 하는, 하나 이상의 도그 클러치를 구비한 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 시프팅 도그(3, 3C)는 체결 위치로의 이동을 위해 유압식으로 작동할 수 있으며, 이 경우 시프팅 도그(3, 3C)를 개방 위치에 유지시키기 위한 리턴 스프링(7, 7A)이 제공되는 것을 특징으로 하는, 하나 이상의 도그 클러치를 구비한 장치.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 시프팅 도그(3A, 3B, 3D)는 양측에서 유압식으로 작동할 수 있는 것을 특징으로 하는, 하나 이상의 도그 클러치를 구비한 장치.
  8. 제2항 또는 제3항에 있어서, 크라운 기어 치형부(10, 17) 또는 스플라인(12, 13, 21, 24)은 볼 형태 또는 콘 형태로 구현되거나, 언더컷을 갖는 형태로 또는 모따기부 또는 반경을 단부 측에 갖는 형태로 또는 중심 설정 콘을 갖는 형태로 구현되는 것을 특징으로 하는, 하나 이상의 도그 클러치를 구비한 장치.
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