KR101925509B1 - 샤프트 브레이크와 통합된 pto 클러치를 구비하는 기어박스 - Google Patents

샤프트 브레이크와 통합된 pto 클러치를 구비하는 기어박스 Download PDF

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다니엘 헤그스트렘
피어 노르베르그
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스카니아 씨브이 악티에볼라그
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Abstract

본 발명은 메인샤프트(10), 카운터샤프트(5), 각각이 카운터샤프트(5) 위에 배치되어 있는 1차 기어휠(7-9)들과 메인샤프트(10) 위에 배치되어 있는 2차 기어휠(11-13)들 및 PTO 샤프트(24)를 포함하는 기어박스(2)용 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 PTO 샤프트가 카운터샤프트(5)로부터 분리되어 회전하지 않는 상태인 제1 위치, PTO 샤프트가 카운터샤프트(5)에 회전 가능하게 고정 연결되는 제2 위치, 및 PTO 샤프트(24)가 회전 가능한 상태에 있는 카운터샤프트(5)로부터 분리되어 있는 중립 위치로 이동할 수 있게 배치되어 있는 스위치 기구(40)를 포함한다. 상기 장치는, 스위치 기구가 제1 위치와 중립 위치에 있을 때, 카운터샤프트(5)와 PTO 샤프트(24) 사이에 클러치 연결을 제공할 수 있는 클러치 기구(27)를 추가로 포함한다.

Description

샤프트 브레이크와 통합된 PTO 클러치를 구비하는 기어박스{A GEARBOX WITH A PTO CLUTCH WITH INTEGRATED SHAFT BRAKE}
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 기어박스용 장치에 관한 것이다.
통상적인 기어박스는 메인샤프트, 카운터샤프트, 각각이 상기 카운터샤프트 위에 고정 배치되어 있는 1차 기어휠과 상기 메인샤프트 위에 회전가능하게 배치되어 있는 2차 기어휠을 포함하는 복수의 기어휠 쌍들을 포함한다. 기어휠 쌍들의 1차 기어휠과 2차 기어휠은 계속해서 서로 물림 체결되어 있다. 메인샤프트는 각 기어휠 쌍들의 2차 기어휠들 근방에 배치되어 있는 동기화 유닛을 지지할 수 있다. 동기화 유닛들은, 기어박스 내에서 기어가 체결될 때 메인샤프트 위의 2차 기어휠을 동기화시키고 고정시키는 데에 사용될 수 있다. 동기화 유닛들은, 2차 기어휠의 속도가 메인샤프트의 속도와 동기화될 때 이동하여 서로 맞닿는 마찰 면들을 포함한다. 동기화 유닛들의 마찰 면들은 중부하(heavy load)에 노출되어 마모될 위험이 있다.
동기화 유닛에 대한 대안으로, 업쉬프트 과정에서 카운터샤프트의 속도를 줄이는 브레이크를 사용할 수 있다. 이러한 브레이크는, 잠금 유닛이 메인샤프트 위의 2차 기어휠에 회전 잠금을 제공할 때 2차 기어휠이 메인샤프트와 동기화 속도를 받아들일 때까지 카운터샤프트의 속도를 감소시킨다. 다운쉬프트 과정에서, 잠금 유닛이 메인샤프트 위의 2차 기어휠에 회전 잠금을 제공할 때 2차 기어휠이 메인샤프트와의 동기화 속도를 받아들일 때까지 구동 모터는 기어박스의 입력 샤프트를 통해 카운터샤프트를 가속시킨다.
중대형 차량의 기어박스들에는 종종 PTO(Power Take-Off)가 제공된다. PTO는 한쪽 단부가 기어박스 내에서 카운터샤프트에 연결될 수 있는 샤프트를 포함할 수 있다. PTO 샤프트의 타 단부는 기어박스의 출력 샤프트와 동일한 측의 기어박스의 측에 통상 배치되어 있는 동력 인출 연결부에 결합되어 있다. 차량이 이동할 때 PTO를 사용하여야 하는 경우가 많이 있다. 그러나, PTO가 카운터샤프트에 연결될 때 체결된 PTO의 과도한 토크 또는 관성으로 인해 기어박스 내에서 기어를 쉬프트할 수 없다. 간단한 형태의 PTO에서, 차량이 정지할 때 PTO 샤프트가 카운터샤프트에 연결되게 된다. 이러한 종류의 PTO에서는, 기어박스에서 스타트 기어와 함께 PTO를 사용할 수 있을 뿐이다. 보다 선진화된 PTO에서, PTO가 사용되는 속도로 차량을 가속시킬 수 있다. 그런 다음, PTO 샤프트가 카운터샤프트에 연결될 때, PTO 샤프트와 카운터샤프트의 속도가 일부 형태의 동기화 유닛에 의해 동기화된다. 이 경우, 기어박스 내에서 PTO를 고단 기어와 함께 사용할 수 있다.
본 발명의 목적은, PTO용의 별개의 카운터샤프트 브레이크 및 별개의 커플링 유닛보다 더 적은 컴포넌트를 포함하며, PTO용 동기화 유닛으로 뿐만 아니라 카운터샤프트 브레이크로 작용하도록 구성된 기어박스용 장치를 제공하는 것이다.
전술한 본 발명의 목적은 청구항 제1항의 특징부에 규정되어 있는 장치에 의해 달성된다. 이 장치는 제1 위치, 제2 위치 및 중립 위치로 설정될 수 있는 스위치 기구와 클러치 기구를 포함하며, 클러치 기구에 의해 카운터샤프트와 PTO 사이에 클러치 연결을 제공할 수 있게 된다. 스위치 기구가 제1 위치로 설정되면, PTO 샤프트가 논-회전 상태로 잠겨진다. 제1 위치에서, PTO는 작동하지 않는 상태에 있게 된다. 클러치 기구가 제1 위치에서 작동하여 카운터샤프트와 PTO 샤프트 사이를 클러치 연결하는 경우, 카운터샤프트의 회전 속도가 정지된 PTO 샤프트에 의해 제동되게 된다. 그 결과, 클러치 기구를, 기어박스에서 업쉬프트 하는 중에 카운터샤프트의 속도를 감속시키는 카운터샤프트 브레이크로 사용할 수 있게 된다.
스위치 기구가 제2 위치로 설정되면, PTO 샤프트가 카운터샤프트와 동일한 속도로 구동되도록 PTO 샤프트와 카운터샤프트 사이에 회전가능하게 고정된 결합을 제공하게 된다. 제2 위치에서, PTO는 작동 상태에 있게 된다. 스위치 기구는 중립 위치로도 설정될 수 있다. 중립 위치에서, PTO 샤프트는 카운터샤프트에 대해 자유롭게 회전할 수 있다. 클러치 기구가 중립 위치에서 작동되어 카운터샤프트와 PTO 샤프트 사이에 클러치 연결을 설정하는 경우, PTO 샤프트는 카운터샤프트에 의해 가속되게 된다. PTO 샤프트의 속도가 카운터샤프트와의 동기화 속도에 도달하면, 스위치 기구를 제2 위치로 이동시킬 수 있다. 제2 위치에서 PTO 샤프트와 카운터샤프트는 서로 잠긴 상태로 회전할 수 있다.
이에 따라, 동일한 클러치 기구를, 스위치 기구가 제1 위치에 있을 때 카운터샤프트 브레이크로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 스위치 기구가 제1 위치에 있을 때 PTO 샤프트의 속도를 카운터샤프트의 속도와 동기화 시키는 동기화 유닛으로도 사용할 수 있다. 클러치 기구가 듀얼 기능을 하기 때문에, 이 장치는 PTO용의 별개의 동기화 및 커플링 유닛, 및 별개의 카운터샤프트보다 적은 수량의 컴포넌트를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 이 장치는 카운터샤프트의 말단부와 PTO 샤프트의 말단부 근방 영역에 배치된다. 카운터샤프트와 PTO 샤프트 사이에 클러치 연결을 확립하기 위해, 카운터샤프트의 일부분에 근접하고 PTO 샤프트의 일부분에 근접한 영역에 클러치 기구를 배치할 필요가 있다. 카운터샤프트의 말단부와 PTO 샤프트의 말단부는 종종 기어박스 내에서 서로의 근방 영역에 배치된다. 이에 따라 이 장치를 그러한 영역에 배치하기에 적합하다. 이 장치는 기어박스 내에서 동축인 PTO와 카운터샤프트의 말단부들 근방 영역에 배치될 수 있다. 그러한 영역에서, 스위치 기구와 클러치 기구가 비교적 작은 공간을 차지하게 설계할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 클러치 기구는 카운터샤프트에 회전 가능하게 고정 연결되어 있는 적어도 하나의 1차 마찰 디스크와 PTO 샤프트에 회전 가능하게 고정 연결되어 있는 적어도 하나의 2차 마찰 디스크, 및 1차 마찰 디스크와 2차 마찰 디스크를 서로에 대해 이동하도록 구성된 클러치 액추에이터를 포함한다. 그러한 클러치 기구의 디자인은 상대적으로 단순하다. 바람직하기로는, 1차 마찰 디스크 및/또는 2차 마찰 디스크는 이들의 각 축선에 대해 축 방향으로 이동 가능하게 배치된다. 이 경우, 마찰 디스크들이 서로 접촉하게 이동시키기가 용이해진다. 클러치 기구는 복수 개의 1차 마찰 디스크들과 복수 개의 2차 마찰 디스크들을 포함할 수 있다. 1차 마찰 디스크들과 2차 마찰 디스크들은 열로 평행하게 배치될 수 있는데, 열에서 모든 다른 마찰 디스크는 1차 마찰 디스크이고 모든 다른 마찰 디스크는 2차 마찰 디스크이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 스위치 기구는 축 방향으로 배치되어서 상기 3개의 위치들로 이동할 수 있는 커플링 슬리브를 포함한다. 커플링 슬리브는 제어 유닛에 의해 제어되는 공압식 액추에이터에 의해 상기 3개의 위치들로 이동될 수 있다. 상기 커플링 슬리브는 제1 컴포넌트에 의해서 상기 PTO 샤프트에 회전 가능하게 고정 연결될 수 있다. 이에 따라 커플링 슬리브는 PTO 샤프트와 동일한 속도로 회전한다. 상기 제1 컴포넌트는 PTO 샤프트에 회전 가능하게 고정 연결되어 있는 커플링 디스크일 수 있으며, 제1 컴포넌트의 외부 둘레부에 커플링 슬리브의 치형부와 체결되는 치형부가 제공될 수 있다. 커플링 슬리브의 치형부와 커플링 디스크의 치형부는 커플링 슬리브가 PTO 샤프트에 대해 축 방향으로 이동할 수 있도록 축 방향으로 되어 있는 치형(teeth)을 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 제1 위치에서, 상기 커플링 슬리브는 기어 박스 내에서 상기 제1 컴포넌트와 제2 정지 컴포넌트 사이에 회전 가능한 고정 연결을 제공할 수 있다. 이에 따라, 커플링 슬리브는 PTO 샤프트를 제1 컴포넌트를 거쳐 기어박스 내의 정지 컴포넌트로 연결한다. 기어박스 내에서 PTO 샤프트와 정지 컴포넌트가 회전 가능하게 고정됨에 따라, 스위치 기구가 제1 위치에 있을 때 PTO 샤프트가 회전 이동하는 것을 방지하게 된다. 이에 따라, PTO가 제1 위치에서 작동하지 않는 상태에 있게 된다. 이 정지 컴포넌트는, 커플링 슬리브의 치형부와 체결되는 치형부가 제공되어 있는 기어박스 내의 정지 벽(stationary wall)일 수 있다. 이러한 정지 치형부에 의해, PTO 샤프트와 정지 벽 사이에 회전 가능한 고정 연결을 쉽게 설정할 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 커플링 슬리브는, 상기 제2 위치에서, 제1 컴포넌트와 상기 카운터샤프트에 회전 가능하게 고정 연결되어 있는 제3 컴포넌트 사이에 회전 가능한 고정 연결을 제공한다. 이에 따라 커플링 슬리브는 상기 컴포넌트들에 의해 PTO 샤프트와 카운터샤프트 사이에 회전 가능한 고정 연결을 설정한다. 제3 컴포넌트는 커플링 슬리브의 치형부와 체결될 수 있게 외부 둘레부에 치형부가 제공되어 있는 1차 마찰 디스크용 지지 부재일 수 있다. 바람직하기로는, 제1 컴포넌트, 제2 컴포넌트 및 제3 컴포넌트의 치형부들이 PTO 샤프트의 회전축으로부터 반경 방향으로 동일한 거리에 배치되어 있다. 이에 의해, 제1 위치, 제2 위치 및 중립 위치에서 적절하게 조합하는 방식으로 제1, 제2 및 제3 컴포넌트들의 치형부들과 체결되게 이들 중 하나와 커플링 슬리브의 동일한 치형부를 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 커플링 슬리브는, 중립 위치에서, PTO 샤프트와 회전 가능하게 고정 연결되고, 카운터샤프트와 정지 컴포넌트로부터는 분리된다. 이에 따라, PTO 샤프트는 클러치 기구가 작동하지 않는 상태에 있는 한은 정지 컴포넌트와 카운터샤프트에 대해 자유롭게 회전할 수 있다. 클러치 기구가 작동하는 경우, 마찰 디스크들은 PTO 샤프트와 카운터샤프트 사이에 클러치 연결을 한다. 카운터샤프트가 PTO 샤프트의 속도를 가속시킨다. 이들이 동기화 속도에 도달하면, 커플링 슬리브는 PTO 샤프트와 카운터샤프트 사이에 회전 가능한 고정 연결이 확립되는 제2 위치로 이동한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 제1 컴포넌트는 기어박스 내의 상기 제2 정지 컴포넌트와 상기 제3 컴포넌트 사이에 배치되어 있다. 이 경우, 커플링 슬리브는, 상기 커플링 슬리브가 제1 컴포넌트와 제2 정지 컴포넌트 사이에 회전 가능한 고정 연결을 설정하는 제1 위치에 대응하는 축방향 단부 위치로 이동 가능하게 배치될 수 있다. 마지막으로, 커플링 슬리브가 중간 위치로 이동할 수 있다. 중간 위치에서는 커플링 슬리브만이 제1 컴포넌트와 체결되어 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 커플링 슬리브가 마찰 디스크들과 클러치 액추에이터 사이에 배치되어 있다. 이 경우, 클러치 액추에이터는 커플링 슬리브를 통해 마찰 디스크들로 전달되는 죽 방향 이동을 제공한다. 이에 따라, 커플링 슬리브가 PTO 샤프트 위에서 축 방향으로 이동 가능하게 배치되게 된다. PTO 샤프트에 회전 가능하게 고정 연결되어 있는 커플링 디스크는, 카운터샤프트의 1차 마찰 디스크와 접촉하는 2차 마찰 디스크로 설계될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 장치를 포함하는 기어박스를 도시하는 도면이다.
도 2는 스위치 기구가 제1 위치에 있을 때의 장치를 설명하는 도면이다.
도 3은 스위치 기구가 중립 위치에 있을 때의 장치를 설명하는 도면이다.
도 4는 스위치 기구가 제2 위치에 있을 때의 장치를 설명하는 도면이다.
이하에서, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 하나의 예로 설명한다.
도 1은 차량(1) 내의 기어박스(2)를 도시하고 있다. 차량(1)은 중대형 차량일 수 있다. 기어박스(2)는 하우징과 도시되어 있지 않은 엔진에 의해 구동되는 입력 샤프트(3)를 포함한다. 기어박스(2)의 내부에서 입력 샤프트(3)에는 기어휠(4)이 제공되어 있다. 기어박스(2)는 크기가 다른 복수의 기어휠들(6-9)이 제공되어 있는 카운터샤프트(5)를 포함한다. 입력 샤프트(3)의 기어휠(4)은 기어박스(2) 내에서 카운터샤프트(5)의 기어휠(6)과 계속해서 물림 체결하고 있다. 기어휠들(6-9)은 카운터샤프트(5) 위에 고정 장착되어 있다. 기어박스(2)는 크기가 다른 복수의 기어휠들(11-13)이 제공되어 있는 메인샤프트(10)를 포함한다. 카운터샤프트(5) 위의 각 기어휠들(7-9)과 메인샤프트(10) 위의 기어휠들(11-13)이 기어박스(2) 내에서 복수의 기어휠 쌍들을 형성하도록, 카운터샤프트(5) 위의 각 기어휠들(7-9)이 메인샤프트(10) 위의 기어휠들(11-13)과 일정한 물림 체결을 하고 있다. 각 기어휠 쌍은 카운터샤프트(5) 위에 고정 부착되어 있는 1차 기어휠들(7-9)과 메인샤프트(10) 상에 회전 가능하게 배치되어 있는 2차 기어휠들(11-13)을 포함한다.
제1 잠금 유닛(14)은 제2 기어휠(13)과 메인샤프트(10)가 회전 가능하게 고정 연결될 수 있도록 한다. 이 연결이 이루어지면, 기어박스(2) 내에서 제1 기어에 대응하는 비율을 규정하는 기어휠 쌍(9, 13)을 통해 기어박스 내의 토크가 전달된다. 제2 이중-작용 잠금 유닛(15)은 제2 기어휠(12)과 메인샤프트(10) 사이에 회전 가능한 고정 연결이 이루어질 수 있게 한다. 이 연결이 이루어지면, 기어박스 내에서 토크가 기어박스(2) 내에서 제2 기어에 대응하는 비율을 규정하는 기어휠 쌍(8, 12)을 거쳐 전달된다. 제2 잠금 유닛(15)은 기어휠(11)과 메인샤프트(10) 사이에도 회전 가능한 고정 연결이 이루어질 수 있게 한다. 이 연결이 이루어지면, 기어박스 내에서 토크가 기어박스(2) 내에서 제3 기어에 대응하는 비율을 규정하는 기어휠 쌍(7, 11)을 거쳐 전달된다. 제3 잠금 유닛은 입력 샤프트(3)와 메인샤프트(10) 사이에 회전 가능한 고정 연결이 이루어질 수 있게 한다. 이 경우, 입력 샤프트(3)와 메인샤프트(10)가 직접 연결되어서 입력 샤프트(3)의 속도가 그대로 메인샤프트(10)로 전달된다. 이러한 직접-기어는 기어박스에서 제4 기어에 대응한다.
기어박스(2)에는 유성 기어 형태의 레인지 기어(17)가 제공되어 있다. 메인샤프트(10)에는 외부 치형을 구비하는 커플링 부재(18)와 썬 기어(19)가 제공되어 있다. 썬 기어(19)는 복수의 치형이 있는 유성 휠(20)과 물림 체결하는 외부 치형을 구비한다. 유성 휠(20)들은 유성 캐리어(21)에 의해 지지되어 있다. 기어박스(2)의 정지 벽에는 외부 치형이 제공되어 있으며 도시되어 있지 않은 제2 커플링 부재가 배치되어 있다. 내부 치형이 있는 커플링 링(22)이 동력 액추에이터에 의해 축 방향으로 이동하도록 배치되어 있다. 유성 캐리어(21)가 기어박스(2)로부터 출력 샤프트(23) 위에 고정 배치되어 있다. 레인지 기어(17)에 의해, 기어박스(2) 매의 모든 통상의 기어들에게 고단 레인지 기어 또는 저단 레인지 기어가 제공될 수 있다. 이에 따라, 레인지 기어(17)가 기어박스(2)에 2배의 기어들을 제공하게 된다. 기어박스(2)에는 PTO(Power Take-Off)가 제공되어 있다. PTO는 카운터샤프트(5)에 대해 동심으로 배치되어 있는 PTO 샤프트(24)를 포함한다. 카운터샤프트(5)와 PTO 샤프트(24)는 공통 회전 축(26) 주위를 회전한다. 본 발명에 따른 장치(25)가 카운터샤프트(5)의 일 단부 그리고 PTO 샤프트(24)의 일 단부 근방에 위치하는 영역에 배치되어 있다. PTO 샤프트(24)는 예컨대 구현하는 기계 또는 별개의 기계에 부착되어 있는 것과 같은 장치를 구동하는 유압식 펌프에 연결될 수 있는 커플링 판(24a)을 타 단부에 포함한다.
도 2 내지 도 4는 장치(25)를 좀 더 상세하게 도시하고 있다. 이 장치(25)는 기어박스(2) 내에서 카운터샤프트(5)의 일 단부와 PTO 샤프트(24)의 일 단부의 근방 영역에 배치되어 있다. 장치(25)는 클러치 기구(27)를 포함한다. 클러치 기구(27)는 카운터샤프트(5)에 연결되어 있는 마찰 디스크들(29)의 1차 세트와 PTO 샤프트(24)에 연결되어 있는 마찰 디스크들(31)의 2차 세트를 포함한다. 마찰 디스크들(29, 31)은, 모든 다른 마찰 디스크가 1차 세트의 일부를 형성하고, 모든 2차 마찰 디스크가 2차 세트의 일부를 형성하도록 배치되어 있다. 1차 세트의 마찰 디스크들(29)은, 외부 둘레부에, 고리모양의 지지 부재(30)의 축 방향 그루브들과 체결되는 축 방향 안내 부분을 포함한다. 지지 부재(30)는 카운터샤프트(5)에 고정되게 결합되어 있다. 이에 의해, 1차 세트의 마찰 디스크들(29)이 카운터샤프트(5)에 회전 가능하게 잠기게 된다. 그렇지만, 1차 세트의 마찰 디스크들(29)은 지지 부재(30)와 카운터샤프트(5)에 대해 축 방향으로 이동 가능하게 배치된다. 2차 세트의 마찰 디스크들(31)은, 내부 둘레부에, PTO 샤프트(24)의 축 방향 그루브들과 체결되는 축 방향 안내 부분을 포함한다. 이에 의해, 2차 세트의 마찰 디스크들(31)이 PTO 샤프트(24)에 회전 가능하게 잠기게 된다. 그렇지만, 2차 세트의 마찰 디스크들(31)은 PTO 샤프트(24)에 대해 축 방향으로 이동 가능하게 배치된다. 이에 따라, 1차 세트의 마찰 디스크들(29)은 카운터샤프트(5)의 회전 속도와 동일한 속도로 회전하고, 2차 세트의 마찰 디스크들(31)은 PTO 샤프트(24)의 회전 속도와 동일한 속도로 회전한다.
클러치 기구(27)는 공압식으로 작동하는 클러치 액추에이터(32)를 포함한다. 클러치 액추에이터(32)는 대응되는 형상의 피스톤(34)을 포함하는 고리모양의 하우징(33)을 포함한다. 피스톤(34)은 하우징(33)에 회전 가능하게 고정된다. 피스톤(34)의 외부 면에는 고정되게 배치되는 라이닝(35)이 제공되어 있다. 또는, 라이닝(35)이 피스톤(34)과 별개의 부품일 수도 있다. 이 경우, 라이닝(35)은 회전 가능하게 고정된다. 라이닝(35)은 회전 가능하게 고정되는 디스크 형상의 부재일 수 있다. 적어도 하나의 압축 공기 라인(36)에 의해 하우징(33)의 내부 공간으로 압축 공기기 공급된다. 압축 공기 라인(36)은 3방 밸브(37)를 포함하며, 이 3방 밸브에 의해 하우징(33)의 내부 공간이 압축 공기 공급원(38) 혹은 주변 공기에 연결될 수 있다. 제어 유닛(39)이 3방 밸브(37)를 제어하여, 클러치 액추에이터(32)로 압축 공기가 공급을 제어한다.
장치(25)는 스위치 기구(40)를 추가로 포함한다. 스위치 기구(40)는 내부 둘레부에 치형부(42)가 있는 고리모양의 커플링 슬리브(41)를 포함한다. 스위치 기구(40)는 외부 둘레부에서 커플링 슬리브(41)의 치형부(42)와 일정하게 체결되는 치형부(44)를 포함하는 커플링 디스크(43)를 포함한다. 치형부들(42, 44)은 공통 회전축(26)에 대해 축 방향으로 치형을 포함한다. 이에 따라, 커플링 슬리브(41)는 커플링 디스크(43)에 대해 축 방향으로 이동 가능하게 배치된다. 커플링 디스크(43)는 내부 둘레부에 PTO 샤프트(24)의 축 방향 그루브들과 체결되는 축 방향 안내 부분을 포함한다. 이에 의해, 커플링 디스크(43)는 PTO 샤프트(24)에 회전 가능하게 고정되지만, PTO 샤프트(24)에 대해 축 방향으로 이동 가능하게 배치된다. 그 결과, 커플링 슬리브(41), 커플링 디스크(43) 및 PTO 샤프트(24)가 동일한 속도로 회전하게 된다.
커플링 슬리브(41)는 외부 둘레부에 안내 요소(45)를 수용하도록 구성된 원형 리세스를 포함한다. 공압식 스위치 액추에이터(46)는 PTO 샤프트(24)에 대해 축 방향으로 안내 요소(45)를 이에 따라 커플링 슬리브(41)를 이동시키도록 구성되어 있다. 커플링 슬리브(41)의 치형부(42)의 폭은, 축 방향으로 이동하는 중에 커플링 디스크(43)의 치형부(44)와의 체결이 해제되지 않도록 하는 크기이다. 제어 유닛(39)은 스위치 액추에이터(46)를 제어한다. PTO 샤프트(24)는 기어박스(2) 내의 정지 벽(47) 내에 형성되어 있는 개구를 관통하여 연장한다. 정지 벽(47)은 고리모양의 치형부(48)를 포함한다. 지지 부재(30)에도 치형부(49)가 제공되어 있다. 커플링 디스크(43)의 치형부(44), 정지 벽(47)의 치형부(48) 및 지지 부재(30)의 치형부(49)가 회전축(26)으로부터 커플링 슬리브(41)의 치형부(42)와 대응되는 반경 방향 거리에 배치되어 있다. 제어 유닛(39)이 제1 센서(50)로부터 메인샤프트(10)의 속도에 관한 정보를, 제2 센서(51)로부터 카운터샤프트(5)의 속도에 관한 정보를 그리고 제3 센서(53)로부터 PTO 샤프트(24)에 관한 정보를 수신한다. 또는, 제어 유닛(39)은 PTO 샤프트(24)의 제동 시간에 관해 저장된 정보에 접근할 수 있다. 이 경우, 제3 센서(52)는 배제될 수 있다.
도 2는, 커플링 슬리브(41)가 축 방향으로 제1 위치로 이동하였을 때의 스위치 기구(40)를 도시하고 있다. 제1 위치에서, 커플링 슬리브(41)의 치형부(42)는 정지 벽(47)의 치형부(48)에 회전 가능한 고정 연결을 제공한다. 이에 따라, 커플링 슬리브(41)는 PTO 샤프트(24)와 제1 위치에 고정되게 된다. 커플링 슬리브(41)의 치형부(42)는 지지 부재(30)의 치형부(49)로부터 축 방향으로 이격되어 위치한다. 이에 따라 카운터샤프트(5)는 고정되어 있는 커플링 슬리브(41)와 고정되어 있는 PTO 샤프트(24)에 대해 자유롭게 회전할 수 있다. 제1 위치에서, 차량(1)은 PTO가 작동하지 않는 상태로 구동된다.
기어박스(2)에서 업쉬프트 과정이 수행되면, 체결되는 기어휠 쌍에서 2차 기어휠이 메인샤프트(10)보다 더 빠른 속도로 회전하기 때문에, 카운터샤프트(5)의 속도가 제동되어야 한다. 제어 유닛(39)은 압축 공기가 압축 공기 공급원(38)으로부터 압축 공기 라인(36)을 거쳐 클러치 액추에이터(32)로 공급되는 위치로 3방 밸브(37)를 설정한다. 공급된 압축 공기는 피스톤(34)과 라이닝(35)을 이동시킨다. 라이닝(35)이 커플링 디스크(43)의 측면과 접촉하게 된다. 피스톤(34)과 라이닝(35)이 축 방향으로 계속해서 이동함으로써 커플링 디스크(43)를 마찰 디스크들(29, 31)을 향해 축 방향으로 이동시키게 된다. 피스톤(34)과 라이닝(35)이 축 방향 이동은 마찰 디스크들(29, 31)이 서로 압박될 때까지 계속된다. PTO 샤프트(24)가 회전 가능하게 고정되어 있기 때문에, 마찰 디스크들(31)은 회전할 수 없는 상태에 있다. 그 결과, 정지 디스크들(31)이 카운터샤프트(5)와 동일한 속도로 회전하는 마찰 디스크들(29)에게 제동 작용을 제공하게 된다. 제어 유닛(39)은 제1 센서(50)로부터 메인샤프트(10)의 속도에 관한 정보를, 제2 센서(51)로부터 카운터샤프트(5)의 속도에 관한 정보를 거의 계속해서 수신한다. 카운터샤프트(5)의 속도가, 체결되는 기어휠 쌍의 2차 기어휠들(11-13)이 메인샤프트(10)와 거의 동기적 속도로 회전하는 속도에 도달하면, 제어 유닛(39)은 클러치 액추에이터(32)가 주변 공기에 연결되는 위치로 3방 밸브(37)를 설정한다. 피스톤(34)이 후퇴하고고, 마찰 디스크들(29, 31)이 축 방향으로 이동하여 서로 간의 체결이 해제된다. 제어 유닛(39)이, 메인샤프트(10) 위의 상기 2차 기어휠들(11-13)이 회전 고정되게 하는 대응 잠금 유닛(14-16)을 작동시킨다. 기어박스(2) 내에서 다운쉬프트 과정이 수행될 때, 체결될 기어휠 쌍에서 2차 기어휠(11-13)이 메인샤프트(10)보다 낮은 속도로 회전하기 때문에, 카운터샤프트(5)의 속도가 가속되어야 한다. 이 경우, 잠금 유닛(14-16)이 메인샤프트(10) 위의 상기 2차 기어휠(11-13)의 회전 잠금을 제공할 때, 제어 유닛(39)은 체결되는 2차 기어휠(11-13)이 메인샤프트(10)과 동기적 속도를 수용할 때까지 카운터샤프트(5)를 가속시키도록 엔진을 작동시킨다.
PTO를 작동시키고자 할 때, 차량(1)이 PTO가 사용되는 속도까지 가속된다. 그런 다음, 커플링 슬리브(41)가 제1 위치로부터 도 3에 도시되어 있는 중립 위치로 이동하도록, 제어 유닛(39)이 스위치 액추에이터(46)를 작동시킨다. 커플링 슬리브(41)의 치형부(42)가 정지 벽(47)의 치형부(48)와의 체결이 해제되게 이동한다. 이제 커플링 디스크(43)와 PTO 샤프트(24)가 회전할 수 있게 된다. 제어 유닛(39)은, 압축 공기 공급원(38)으로부터 압축 공기 라인(36)을 거쳐 클러치 액추에이터(32)로 압축 공기가 공급되도록 3방 밸브(37)를 설정한다. 압축 공기의 공급에 의해 피스톤(34)과 라이닝(35)이 축 방향으로 이동하고, 이에 의해 1차 세트 및 2차 세트의 마찰 디스크들(29, 31)이 함께 이동한다. 1차 세트의 마찰 디스크들(29)은 카운터샤프트(5)의 속도로 회전하고, 2차 세트의 마찰 디스크들(31)과 PTO 샤프트(24)는 초기에는 정지되어 있다. 마찰 디스크들(29, 31)이 접촉하면 2차 세트의 마찰 디스크들(31)과 PTO 샤프트(24)가 1차 세트의 마찰 디스크들(29)과 카운터샤프트(5)의 동기적 속도까지 가속된다. 제어 유닛(39)은 제2 센서(51)로부터 메인샤프트(10)의 속도에 관한 정보를, 제3 센서(52)로부터 PTO 샤프트(24)의 속도에 관한 정보를 실질적으로 연속적으로 수신한다.
PTO 샤프트(24)가 카운터샤프트(5)와 동기적 속도에 도달하면, 안내 요소(45)와 커플링 슬리브(41)가 도 4에 도시되어 있는 제2 위치로 이동하도록, 제어 유닛(39)은 스위치 액추에이터(46)를 작동시킨다. 제2 위치에서, 커플링 슬리브(41)는 커플링 디스크(43)와 지지 요소(28) 사이에 회전 가능한 고정 결합을 제공한다. 커플링 디스크(43)가 PTO 샤프트(24)에 회전 가능하게 고정 연결되어 있고, 지지 요소(28)는 카운터샤프트(5)에 회전 가능하게 고정 연결되어 있기 때문에, 커플링 슬리브(41)는, 제2 위치에서, 카운터샤프트(5)와 PTO 샤프트(24) 사이에 회전 가능한 고정 연결을 제공한다. 제2 위치에서, PTO 샤프트(24)는 카운터샤프트(5)에 의해 구동된다. 커플링 슬리브(41)가 제2 위치로 이동되는 것과 동시에 또는 바로 직전에, 피스톤(34)이 축 방향으로 이동하여 마찰 디스크들(29, 31)이 축 방향으로 이동하여 서로 간의 체결로부터 해제되도록, 제어 유닛(39)이 클러치 액추에이터(32)를 주변 공기로 연결한다.
PTO를 작동시키지 않을 때, 제어 유닛(39)은, 안내 요소(45)와 커플링 디스크(43)가 제2 위치로부터 중립 위치로 이동하도록, 스위치 액추에이터(45)를 작동시킨다. 이제 PTO 샤프트(24)가 카운터샤프트(5)로부터 분리된다. PTO 샤프트(24)의 속도는 드래그 손실에 의해 점진적으로 감소된다. 제어 유닛(39)은 제2 센서(52)로부터 PTO 샤프트(24)의 속도에 관한 정보를 수신한다. PTO 샤프트(24)의 속도가 정지되면, 커플링 슬리브(41)를 제1 위치로 이동하도록 스위치 액추에이터(45)가 작동된다. 또는, 라이닝(35)이 상기 라이닝이 커플링 디스크(43)와는 접촉하는 위치로 이동하지만, 마찰 디스크들(29, 31)이 서로 압박되지 않는 위치로 이동하도록 제어 유닛(39)이 클러치 액추에이터(32)를 작동시킨다. 이 경우, 클러치 액추에이터(32)가 커플링 디스크(43)와 PTO 샤프트(24)의 회전 속도를 정지시키게 된다. PTO 샤프트(24)의 회전 이동이 정지되면, 커플링 슬리브(41)이 제1 위치로 이동하도록 제어 유닛(39)이 스위치 액추에이터(46)를 작동시킨다. 다른 변형 예에 따르면, 커플링 슬리브(41)의 치형부(42)와 정지 벽(47)의 치형부(48)에는 치형부들(42, 48)이 잔류 속도 차이로 체결될 수 있도록 하는 치형이 제공된다. 이 경우, PTO 샤프트(24)의 회전 속도가 소정 값 미만의 속도로 감소될 때, 스위치 액추에이터(46)가 커플링 슬리브(41)를 제1 위치로 이동시킨다.
본 발명은 전술한 실시형태로 한정되는 것이 아니고, 특허청구범위의 범위 내에서 자유로이 변형될 수 있다.

Claims (17)

  1. 메인샤프트(10), 카운터샤프트(5), 각각이 카운터샤프트(5) 위에 배치되어 있는 1차 기어휠(7-9)들과 메인샤프트(10) 위에 배치되어 있는 2차 기어휠(11-13)들 및 PTO 샤프트(24)를 포함하는 PTO용 동기화 유닛으로 뿐만 아니라 카운터샤프트 브레이크로 작용하도록 구성된 기어박스(2)용 장치로, 상기 장치는 PTO 샤프트가 카운터샤프트(5)로부터 분리되어 회전하지 않는 상태인 제1 위치 및 PTO 샤프트가 카운터샤프트(5)에 회전 가능하게 고정 연결되는 제2 위치로 이동 가능하게 배치되어 있는 PTO용 동기화 유닛으로 뿐만 아니라 카운터샤프트 브레이크로 작용하도록 구성된 기어박스용 장치에 있어서,
    스위치 기구(40)가, PTO 샤프트(24)가 회전 가능한 상태에 있는 카운터샤프트(5)로부터 분리되어 있는 중립 위치로 이동할 수 있게 배치되어 있고, 상기 장치는, 스위치 기구가 제1 위치와 중립 위치에 있을 때, 카운터샤프트(5)와 PTO 샤프트(24) 사이에 클러치 연결을 제공할 수 있는 클러치 기구(27)를 포함하는 것을 특징으로 하는 PTO용 동기화 유닛으로 뿐만 아니라 카운터샤프트 브레이크로 작용하도록 구성된 기어박스용 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    장치(25)가 카운터샤프트(5)의 일 단부 및 PTO 샤프트(24)의 일 단부 근방 영역에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 PTO용 동기화 유닛으로 뿐만 아니라 카운터샤프트 브레이크로 작용하도록 구성된 기어박스용 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    장치(25)가 기어박스(2) 내에서 동축으로 배치되어 있는 카운터샤프트(5)와 PTO 샤프트(24)의 단부들 근방 영역에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 PTO용 동기화 유닛으로 뿐만 아니라 카운터샤프트 브레이크로 작용하도록 구성된 기어박스용 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    클러치 기구(27)는, 카운터샤프트(5)에 회전 가능하게 고정 연결되어 있는 적어도 하나의 1차 마찰 디스크(29), PTO 샤프트(24)에 회전 가능하게 고정 연결되어 있는 적어도 하나의 2차 마찰 디스크(31) 및 카운터샤프트(5)와 PTO 샤프트(24) 사이에 클러치 연결을 이루기 위해 1차 마찰 디스크(29)와 2차 마찰 디스크(31)를 서로에 대해 이동시키도록 구성된 클러치 액추에이터(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는 PTO용 동기화 유닛으로 뿐만 아니라 카운터샤프트 브레이크로 작용하도록 구성된 기어박스용 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    1차 마찰 디스크(29) 및 2차 마찰 디스크(31) 중 적어도 하나가 그들 각각의 축(5, 24)에 대해 축 방향으로 이동할 수 있도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 PTO용 동기화 유닛으로 뿐만 아니라 카운터샤프트 브레이크로 작용하도록 구성된 기어박스용 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    스위치 기구(40)가 제1 위치, 제2 위치 및 중립 위치로 이동할 수 있도록 배치되어 있는 커플링 슬리브(41)를 포함하는 것을 특징으로 하는 PTO용 동기화 유닛으로 뿐만 아니라 카운터샤프트 브레이크로 작용하도록 구성된 기어박스용 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    커플링 슬리브(41)가 제1 컴포넌트(43)에 의해 PTO 샤프트(24)에 회전 가능하게 고정 연결되는 것을 특징으로 하는 PTO용 동기화 유닛으로 뿐만 아니라 카운터샤프트 브레이크로 작용하도록 구성된 기어박스용 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 컴포넌트(43)는 PTO 샤프트(24)에 회전 가능하게 연결되는 커플링 디스크(43)이고, 제1 컴포넌트의 외부 둘레부에는 커플링 슬리브(41)의 치형부(42)와 일정한 체결을 하기 위한 치형부(44)가 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 PTO용 동기화 유닛으로 뿐만 아니라 카운터샤프트 브레이크로 작용하도록 구성된 기어박스용 장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    커플링 슬리브(41)는, 제1 위치에서, 기어박스(2) 내에 상기 제1 컴포넌트(43)와 제2 정지 컴포넌트(47) 사이에 회전 가능한 고정 연결을 이루도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 PTO용 동기화 유닛으로 뿐만 아니라 카운터샤프트 브레이크로 작용하도록 구성된 기어박스용 장치.
  10. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 커플링 슬리브(41)는, 제2 위치에서, 상기 제1 컴포넌트(43)와 카운터샤프트(5)에 회전 가능하게 고정 연결되어 있는 제3 컴포넌트(30) 사이에 회전 가능한 고정 연결을 이룰 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 PTO용 동기화 유닛으로 뿐만 아니라 카운터샤프트 브레이크로 작용하도록 구성된 기어박스용 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    제3 컴포넌트는 1차 마찰 디스크(29)용 지지 부재(30)이고, 상기 지지 부재(30)의 외부 둘레부에 커플링 슬리브(41)의 치형부(42)와 체결될 수 있는 치형부(49)가 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 PTO용 동기화 유닛으로 뿐만 아니라 카운터샤프트 브레이크로 작용하도록 구성된 기어박스용 장치.
  12. 제6항에 있어서,
    중립 위치에서, 상기 커플링 슬리브(41)는 PTO 샤프트(24)에 회전 가능하게 고정 연결되어 있고, 카운터샤프트(5) 및 정지 벽(47)로부터는 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 PTO용 동기화 유닛으로 뿐만 아니라 카운터샤프트 브레이크로 작용하도록 구성된 기어박스용 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    커플링 디스크(43)가 마찰 디스크들(29, 31)과 클러치 액추에이터(32) 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 PTO용 동기화 유닛으로 뿐만 아니라 카운터샤프트 브레이크로 작용하도록 구성된 기어박스용 장치.
  14. 제1항 또는 제2항에 따른 장치를 포함하는 기어박스.
  15. 제14항에 따른 기어박스를 포함하는 차량.
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