KR20070043971A - 구형 디스크-형상의 엔벨로핑 기어 시스템, 상기 엔벨로핑기어 시스템의 제조 방법, 그리고 상기 엔벨로핑 기어시스템을 구비한 차량 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구동측 및 피동측 구형 디스크 쌍 및 토크를 전달하기 위한 엔벨로핑 수단을 구비한 구형 디스크-형상의 엔벨로핑 기어 시스템의 형태로 된 자동 트랜스미션에 관한 것으로, 이 경우 배리에이터는 강도 측면에서 최적화된 방식으로 구현되어 있다.

엔벨로핑 기어, 트랜스미션, 배리에이터

Description

구형 디스크-형상의 엔벨로핑 기어 시스템, 상기 엔벨로핑 기어 시스템의 제조 방법, 그리고 상기 엔벨로핑 기어 시스템을 구비한 차량 {SPHERICAL DISK-SHAPED ENVELOPING GEAR SYSTEM, METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF, AND VEHICLE COMPRISING SUCH A GEAR SYSTEM}

본 발명은 예를 들어 독일 특허 출원서 제 10 2004 015 215호 및 다른 공개문들에 공지된 바와 같은 구형 디스크-형상의 엔벨로핑 기어 시스템, 그리고 상기 엔벨로핑 기어 시스템을 제조하기 위한 방법 및 상기 엔벨로핑 기어 시스템이 장착된 차량에 관한 것이다.

넓은 의미에서의 자동 트랜스미션은 엔진 특성 변환기를 의미하는데, 상기 엔진 특성 변환기의 순간 변속비는 예를 들어 부분 하중, 위치 변동과 같은 순간적인 또는 예상 가능한 작동 상태들, 예를 들어 온도, 기압, 공기 중 습도와 같은 주변 파라미터에 따라서 자동으로, 단계적으로 변동되거나 또는 단계 없이 연속적으로 변동된다. 전기, 압축 공기, 유체 동역학, 유체 정역학 원리를 토대로 하거나 또는 상기 원리들이 혼합된 원리를 토대로 하는 엔진 특성 변환기들이 상기 엔진 특성 변환기에 속한다.

자동화는 예를 들어 시동, 변속 선택, 다양한 작동 상태에서의 변속비 변경 방식과 같은 매우 다양한 기능들과 관련이 있으며, 이 경우 변속비 변경 방식이란 예를 들어 소수의 단을 차례로 스위칭하는 것, 여러 개의 스위칭 단을 뛰어 넘는 것 그리고 설정 속도로 이해될 수 있다.

안락감, 안전성 그리고 합리적인 제조 비용에 대한 바램은 자동화 정도, 즉 얼마나 많은 기능들이 자동으로 진행하는지를 결정한다.

운전자는 일반적으로 자동 출발 동작에 수동으로 결합할 수 있거나 또는 상기 자동 출발 동작을 소수의 기능들을 위해 제한할 수 있다.

근래에 특히 차량 제조시에 사용되는 것과 같은 좁은 의미에서의 자동 트랜스미션은 일반적으로 아래와 같은 구조를 갖는다:

트랜스미션의 구동측에는 예를 들어 습식 또는 건식 마찰 클러치, 유체 동역학적 클러치 또는 유체 동역학적 변환기와 같이 조절이 가능한 클러치의 형태로 된 시동 유닛이 존재한다.

유체 동역학적 변환기에는 브리징 클러치가 펌프부 및 터빈부와 평행하게 접속되는 경우가 많이 있는데, 상기 브리징 클러치는 직접적인 파워 전달에 의해서 효율을 높여주고, 임계 회전수에서 규정된 슬립(slip) 작용에 의해서 진동을 감쇠시킨다.

상기 시동 유닛은 전방-/후방 주행 유닛, 메인 그룹, 부분 그룹, 분리 그룹 및/또는 배리에이터(variator)를 포함할 수 있는 변속 트랜스미션을 기계적으로, 단계적으로 또는 단계 없이 연속적으로 구동시킨다. 조용한 주행, 공간 비율 및 파워 전달 가능성에 대한 요구 조건에 따라, 톱니 휠 트랜스미션 그룹은 직선으로 또는 비스듬하게 톱니가 맞물리는 톱니 장치 구조 또는 유성 구조로 설계된다.

기계식 트랜스미션의 출발 부재, 즉 샤프트 또는 톱니 휠은 직접적으로 또는 중간 샤프트 혹은 중간 단을 통해 간접적으로, 차동 트랜스미션까지 일정한 변속비로 이동하며, 상기 차동 트랜스미션은 별도의 트랜스미션으로서 형성될 수 있거나 또는 자동 트랜스미션에 통합된 구성 부품이다. 기본적으로 상기 트랜스미션은 차량 내부에 세로 방향 및 가로 방향으로 장착하기에 적합하다.

기계식 트랜스미션에서 변속비를 조절하기 위하여 유체 정역학적, 압축 공기식 및/또는 전기식 조정 부재가 제공된다. 변위 원칙에 따라 동작하는 유압 펌프는 시동 유닛, 특히 유체 동역학적 유닛을 위해서, 기계식 트랜스미션의 유체 정역학적 조정 수단을 위해서 그리고 시스템의 윤활 및 냉각을 위해서 압축 오일을 공급한다. 필요한 압력 및 이송 부피에 따라 톱니 휠 펌프, 나사 펌프, 베인-셀(vane-cell) 펌프 및 피스톤 펌프가 언급되는데, 상기 피스톤 펌프는 대부분 방사형 구조를 갖는다. 실제로는 톱니 휠 펌프 및 방사형 피스톤 펌프가 상기 목적을 위해 보급되었는데, 이 경우 상기 톱니 휠 펌프는 자체 제조 비용이 저렴하다는 이유 때문에 장점이 되고, 상기 방사형 피스톤 펌프는 압력 레벨이 높고 조절 가능성이 개선된다는 이유 때문에 장점이 된다.

유압 펌프는 트랜스미션의 임의의 장소에서, 계속적으로 구동 유닛에 의해 구동되는 메인 샤프트 또는 보조 샤프트 상에 배치될 수 있다.

시동 유닛, 전방-/후방 주행 유닛으로서의 기능을 하는 유성 전환 기어, 유압 펌프, 배리에이터, 중간 샤프트 및 차동 장치로 구성된 무단의 자동 트랜스미션 이 공지되어 있다. 배리에이터는 재차 두 쌍의 구형 디스크 및 하나의 엔벨로핑 수단으로 구성된다. 각각의 구형 디스크 쌍은 축 방향으로 이동 가능한 제2 구형 디스크로 이루어진다. 상기 구형 디스크 쌍들 사이로는 엔벨로핑 수단, 예컨대 추진 링크 컨베이어(thrust link conveyor), 인장 체인 또는 벨트가 통과한다. 상기 제2 구형 디스크의 조정을 통해 상기 엔벨로핑 수단의 주행 반경이 변동되며, 그에 따라 상기 무단 자동 트랜스미션의 변속비도 변동된다.

배리에이터의 구형 디스크를 모든 작동점에서 원하는 속도로 조정할 수 있기 위하여 그리고 또한 충분한 베이스 압착력으로 대체로 마모 없이 토크(torque)를 전달하기 위하여, 상기 무단의 자동 트랜스미션은 높은 압력 레벨을 필요로 한다.

자동차에서는 특별히 음향 측면에서도 일반적으로 안락감에 대한 요구 레벨이 매우 높다. 차량 운전자 및 탑승자는 특히 개선된 카테고리의 자동차에서는 자동차 장치들의 작동으로부터 형성되는 방해 잡음을 전혀 원하지 않는다. 그러나 내연 기관 및 트랜스미션과 같은 다른 장치들은 대체로 방해가 되는 것으로 느낄 수 있는 잡음들을 발생시킨다. 따라서, 예를 들어 무단으로 조절이 가능한 트랜스미션의 경우에는 브래킷 체인을 사용할 때 잡음이 발생할 수 있는데, 그 이유는 상기와 같은 브래킷 체인은 브래킷 및 볼트를 구비한 자체 구조로 인하여, 트랜스미션의 작동 중에 볼트가 트랜스미션의 구형 디스크에 충돌함으로써 반복적으로 나타나는 충격을 발생시키기 때문이다. 음향적인 효과들은 CVT-트랜스미션의 경우에 일반적으로 상기 임팩트(impact)를 여기 상태로서 간주된다. 이와 같은 음향적인 여기 상태는 트랜스미션 하우징(FE-모드) 또는 샤프트(토션 모드, 휨 모드)의 고유 주파수에서 공진을 발생시킨다.

추가의 음향적 효과는 CVT-체인으로부터 시작되는데, 상기 체인은 하나의 면과 같은 인장된 라인 또는 드럼에서 진동할 수 있으며, 이와 같은 동작은 예를 들어 활주 레일에 의해서 방해를 받을 수 있다. 비틀림 마찰 진동은 예를 들어 클러치로부터 유래하는 10 Hz 주파수의 삐거덕거리는 소리로서 알려져 있다. 마찰값이 떨어지도록 마찰값 진행 곡선이 슬립 변동하에 있으면, 삐거덕거리는 소리가 여기된다. 이 경우 자동 트랜스미션에서는 우선 강철-종이-마찰값이 관련이 있다.

본 발명의 부분적인 목적은, 상기와 같은 트랜스미션의 음향을 개선함으로써 안락감, 특히 상기와 같은 트랜스미션이 장착된 차량의 잡음에 대한 안락감을 개선하는 것이다. 본 발명의 추가의 부분적인 목적은, 고주파의 강력한 CVT-진동 및 그와 연관된 상응하는 작용 메커니즘의 울림을 분석한 결과에 따라, 주로 400-600 Hz의 음향적 크기 범위에 있는 상기 진동들을 최소화하거나 또는 가급적 저지하기 하기 위한 적합한 대응 조치들을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 부분적인 목적은, 부품의 작동 강도를 높임으로써 상기와 같은 자동 트랜스미션의 수명을 연장하는 것이다. 본 발명의 추가의 부분적인 목적은, 상기와 같은 유형의 트랜스미션의 토크 전달 능력을 높이는 것 그리고 더 큰 파워들이 트랜스미션의 부품들을 통해 전달될 수 있도록 하는 것이다. 그밖에 추가의 부분적인 목적은 상기와 같은 유형의 트랜스미션을 경제적으로 제조할 수 있도록 하는 것이다.

상기 목적들은 청구의 범위에 기술된 그리고 상세한 설명에서 도면과 관련하여 설명된 개선예들을 갖는 본 발명에 의해서 달성된다.

분석 결과에 따르면, 진동 형태의 유형은 시뮬레이팅 방식을 통해 이해될 수 있는데, 이 경우에는 제거 가능한 개별 디스크들의 기울어짐 및/또는 휨과 연관된 엔벨로핑에서의 체인의 동작이 다루어진다. 진동 주파수에 대해서는, 우선 체인의 질량 그리고 제거 가능한 디스크의 전체 기울기- 및 휨 강도가 결정적이다. 상기 강도는 디스크 자체의 휨, 디스크의 기울어짐, 샤프트의 탄성으로 인한 상기 샤프트의 휨 그리고 상이한 지지 강도로 인한 상기 샤프트의 기울어진 위치를 포함하는 것으로 이해된다. 또한 마찰값 레벨 및 마찰값 파형 그리고 회전수 및 변속비도 주파수를 결정한다.

상기와 같은 인식들은 놀랄만한 것들인데, 그 이유는 엔벨로핑 아아크에서의 체인의 진동, 다시 말해서 디스크 세트 내에 체인이 고정되는 동안에 발생되는 체인의 진동이 지금까지는 기술되지 않았고, 구형 디스크에 대한 마찰 콘택의 아아크 내에서는 상기와 같은 진동이 저지된다는 지금까지의 견해에 위배되기 때문이다.

상기와 같은 마찰 진동에 미치는 CVT-오일의 영향도 지금까지는 기술되지 않았기 때문에, 결과적으로 상기 오일은 지금까지 단지 높고 시간적으로 안정적인 마찰값 그리고 낮은 마모도 측면에서만 개발되었다.

이동 가능한 CVT-구형 디스크(제거 가능한 디스크)에서는 샤프트와 제거 가능한 디스크 사이의 경사 유격이 효율에 영향을 미쳤다는 사실이 공지되어 있기는 하지만, 지금까지는 상기 제거 가능한 디스크의 진동하는 휨 동작, 기울어짐 동작 또는 흔들림 동작이 전혀 기술되지 않았다.

전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해서는, 영향을 미칠 수 있는 하나 이상의 파라미터를 고려하여 예를 들어 오일의 특정한 특성들을 특정한 기계적 설계와 조합하는 작업이 필요할 수 있다.

상기 목적은 본 발명에 따라 피동측 및 구동측 구형 디스크 쌍들을 구비한 구형 디스크-형상의 엔벨로핑 기어 시스템에 의해서 달성되며, 상기 구형 디스크 쌍들은 각각 하나의 고정 디스크 및 제거 가능한 디스크를 포함하고, 상기 디스크들은 각각 구동측 및 피동측 샤프트에 배치되어 토크를 전달할 목적으로 엔벨로핑 수단을 통해 연결될 수 있으며, 아래와 같은 팩터들 중에서 적어도 하나의 팩터가 트랜스미션의 음향과 관련하여 최적화된다:

- 오일의 형태로 된 점성 또는 유압 매체,

- 구형 디스크와 엔벨로핑 수단 사이에 있는 콘택 영역의 표면 상태,

- 적어도 하나의 구형 디스크의 구조,

- 적어도 하나의 구형 디스크의 감쇠,

- 적어도 하나의 구형 디스크의 가이드.

이 경우에는 마찰 속도에 민감하지 않은 마찰값을 갖는 오일을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 구형 디스크와 엔벨로핑 수단 사이의 콘택면을 예를 들어 상기 콘택면의 토포그래피(topography)와 관련하여 최적화하는 것도 바람직할 수 있다.

강도가 최적화된 적어도 하나의 구형 디스크 및/또는 적어도 하나의 감쇠된 구형 디스크를 제공하는 것도 또한 장점이 될 수 있다. 방사 방향 외부에서 가이드 되는 구형 디스크를 트랜스미션 내부에 통합하는 것도 또한 바람직한 것으로 증명될 수 있다.

또한 본 발명은 본 발명에 따른 트랜스미션을 구비한 차량과도 관련이 있다.

본 발명은 예를 들어 추가의 세부 내용이 도시된 개략적인 도면을 참조하여 아래에서 설명된다.

도 1은 구형 디스크-형상의 엔벨로핑 기어 시스템의 부분 사시도.

도 2는 실제로 도 1에 상응하는 추가의 한 실시예의 개략도.

도 3 및 도 4는 마찰값 상관 관계에 대한 다이아그램.

도 5 및 도 6은 제거 가능한 디스크들의 개략적인 실시예들을 나타낸 도면들.

도 1은 구형 디스크-형상의 엔벨로핑 기어 시스템의 단 일부분, 즉 예를 들어 내연 기관과 같은 구동 모터에 의해서 구동되는 구형 디스크-형상의 엔벨로핑 기어 시스템(1)의 구동측 부분 또는 입력측 부분만을 보여준다. 완전하게 구현된 구형 디스크-형상의 엔벨로핑 기어 시스템에서는, 무단으로 조절 가능한 구형 디스크-형상의 엔벨로핑 기어 시스템의 보완적으로 형성된 피동측 부분이 상기 입력측 부분에 할당되어 있으며, 이 경우 상기 두 개의 부분들은 예를 들어 브래킷 체인(2)의 형태로 된 엔벨로핑 수단을 통해 토크를 전달할 목적으로 서로 연결되어 있다. 구형 디스크-형상의 엔벨로핑 기어 시스템(1)은 입력측에 샤프트(3)를 포함 하고, 상기 샤프트는 도시된 실시예에서 고정된 구형 디스크 혹은 고정 디스크(4)와 일체로 형성되어 있다. 축방향으로 고정되는 상기 구형 디스크(4)는 상기 샤프트(3)의 종축 방향에서 볼 때, 축방향으로 변위 가능한 구형 디스크 혹은 제거 가능한 디스크(5)에 이웃하여 마주 놓여 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 브래킷 체인(2)이 구동측 구형 디스크 쌍(4, 5)에서 방사 방향 외부 위치에 도시되어 있으며, 상기 방사 방향 외부 위치는 상기 축방향으로 변위 가능한 구형 디스크(5)가 도면에서 우측 방향으로 변위되고 그리고 축방향으로 변위 가능한 구형 디스크(5)의 이와 같은 변위 동작이 브래킷 체인(2)의 방사 방향 외부로의 이동을 야기함으로써 나타나며, 그럼으로써 트랜스미션의 변속비는 고속으로 변경된다.

상기 축방향으로 변위 가능한 구형 디스크(5)는 공지된 방식으로 도면 평면에서 좌측으로도 변위될 수 있으며, 이와 같은 상태에서는 브래킷 체인(2)이 방사 방향 내부 위치에 있으며(도면 부호 (2a)로 표기됨), 이 위치에서는 구형 디스크-형상의 엔벨로핑 기어 시스템(1)의 변속비가 저속으로 나타난다.

상세하게 도시되지 않은 구동 모터로부터 제공되는 토크는 샤프트(3) 상에 지지된 톱니 휠(6)을 통해 도 1에 도시된 구형 디스크-형상의 엔벨로핑 기어 시스템의 구동측 부분 내부로 도입되며, 상기 톱니 휠은 축방향 파워 및 방사 방향 파워를 수용하는 볼 베어링(7)의 형태로 된 롤링 베어링을 통해 샤프트(3) 상에 지지되어 있고, 상기 볼 베어링은 디스크(8) 및 샤프트 너트(9)를 통해 샤프트(3) 상에 고정된다. 상기 톱니 휠(6)과 상기 축방향으로 변위 가능한 구형 디스크(5) 사이 에는 토크 센서(10)가 배치되어 있으며, 축방향으로 고정되는 확장 디스크(11) 및 축방향으로 변위 가능한 확장 디스크(12)를 구비한 확장 디스크 구성부(13)가 할당되어 있다. 상기 두 개의 확장 디스크(11, 12) 사이에는 예를 들어 도시된 볼(14)의 형태로 된 롤링 바디가 배치되어 있다.

톱니 휠(6)을 통해 도입된 토크는 축방향으로 고정되는 확장 디스크(11)와 축방향으로 변위 가능한 확장 디스크(12) 사이에서 회전각의 형성을 유도하며, 이와 같은 사실은 상기 확장 디스크(12)의 축방향 변위를 야기하고, 특히 상기 디스크 상에 배치된 활주용 램프(ramp)(볼(14)이 상기 램프 상에서 활주함)로 인하여 상기 확장 디스크들 상호 간의 축방향 오프셋(offset)을 야기한다.

상기 토크 센서(10)는 두 개의 압력 챔버(15, 16)를 구비하고, 상기 압력 챔버들 중에서 제1 압력 챔버(15)는 상기 도입된 토크에 따라 압력 수단을 작동시키기 위하여 제공되었으며, 제2 압력 챔버(16)는 트랜스미션의 변속비에 따라 압력 수단을 제공한다.

축방향으로 고정되는 구형 디스크(4)와 축방향으로 변위 가능한 구형 디스크(5) 사이에 있는 브래킷 체인(2)에 수직력을 제공하는 압착력을 발생하기 위하여, 두 개의 압력 챔버(18, 19)를 구비한 피스톤/실린더 유닛(17)이 제공된다. 상기 제1 압력 챔버(18)는 브래킷 체인(2)의 동작을 변속비에 따라 변경하기 위해서 이용되고, 제2 압력 챔버(19)는 토크에 따라 제어되는 상기 토크 센서(10)의 압력 챔버(15)와 함께, 상기 구형 디스크(4, 5)들 사이에 있는 브래킷 체인(2)을 작동시키는 압착력을 높이거나 줄이기 위해서 이용된다.

샤프트(3)는 압력 챔버에 압력 수단을 제공하기 위하여 세 개의 채널(20)을 구비하며, 상기 채널을 통하여 도시되지 않은 펌프로부터 압력 수단이 압력 챔버 내부로 공급된다. 배출구측 채널(21)을 통해서는 압력 수단이 샤프트(3)로부터 배출되어 다시 순환계에 제공될 수 있다.

압력 챔버(15, 16, 18, 19)들의 작동은 축방향으로 이동 가능한 구형 디스크(5)가 샤프트(3) 상에서 변속비에 따라 이동하도록 만든다. 샤프트(3)는 변위 가능한 구형 디스크(5)를 수용하기 위하여 센터링 면(22)을 구비하고, 상기 센터링 면은 상기 변위 가능한 구형 디스크(5)를 위한 이동용 시트로서 이용된다.

도 1을 참조하여 쉽게 알 수 있는 바와 같이, 구형 디스크-형상의 엔벨로핑 기어 시스템(1)은 샤프트(3) 상에 있는 구형 디스크(5)의 지지 위치 영역에 각각 하나의 잡음 감쇠 장치(23)를 구비한다. 상기 잡음 감쇠 장치는 링형 바디 및 감쇠 설비를 포함하거나 또는 단지 감쇠 설비 하나만으로 이루어질 수 있다.

도 1에 사용된 도면 부호는 다른 도면들에서 실제로 대등한 특징부들과도 관련이 있다. 따라서 도면들은 유닛으로서 간주되어야 한다. 개관을 명확하게 할 목적으로, 다른 도면들에서는 단지 도 1의 도면 부호를 벗어나는 부호들만 사용되었다.

도 2에서는 세 개의 채널(20) 중에서 중간 채널이 도 1에 비해 변형된 형태로 형성되어 있다. 도면에서는 중앙 채널(20)을 형성하는 보어(24)를 볼 수 있는데, 상기 보어는 도 1 및 도 2의 우측에 도시된 면에서는 팩 홀 보어로서 도시되었고, 도 1에서보다 훨씬 더 짧게 구현되었다. 상기와 같은 팩 홀 보어는 제조가 복 잡하고, 제조시 매우 높은 정확도를 요구한다. 프로세스 안전과 관련된 제조 복잡성 그리고 요구 사항들은 길이에 대해 과도비율적으로(disproportionately) 증가한다. 상기와 같은 보어의 길이를 단축하는 것은 예를 들어 제조 비용과 관련하여 유리하게 작용한다.

상기 보어(24)의 베이스 영역에서는 가로 보어(25)가 분기되는데, 다수의 가로 보어들이 둘레에 분배 배치될 수 있다. 도시된 예에서 상기 가로 보어(25)는 방사형 보어로서 도시되어 있다; 그러나 상기 가로 보어는 다른 각도에서는 비스듬한 보어로서 제조될 수도 있다. 상기 보어(25)는 작동 상태, 즉 예를 들어 설정된 변속비에 따라, 상기 제거 가능한 디스크(5)에 의해서 계속적으로 커버되는 영역에 있는 위치에서 상기 샤프트(3)의 외부면을 관통한다.

가로 보어(25)를 상기 제거 가능한 디스크(5)의 커버 영역으로 옮김으로써, 샤프트(3)는 축방향으로 더 짧게 구현될 수 있고, 그럼으로써 설치 공간이 절약될 수 있다. 또한 샤프트(3)의 길이를 단축함으로써도 하중이 줄어들 수 있다.

채널 및 가로 보어(25)의 입구는 예를 들어 샤프트의 센터링 면(22)에 이웃하는 연장부(26) 영역에 배치될 수 있다. 이와 같은 배열 상태는 특히, 제거 가능한 디스크(5)를 축방향으로 이동시킬 수 있으나 샤프트(3)와는 고정적으로 연결하는 톱니부(27)가 예를 들어 토크 전달에 의해서 높은 하중을 받는 경우에 바람직할 수 있다.

그러나 다수의 경우에는 상기 톱니부(27)의 하중이 가장 중요한 설계 기준이 될 수 없기 때문에, 결과적으로 상기 보어(25)의 입구는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 톱니부 영역 내부에 연결될 수 있다. 연장부(26) 대신에 톱니부(27)에 가로 보어(25)를 배치하면, 보다 큰 저항 토크가 존재하게 된다는 장점을 얻을 수 있으며, 그에 따라 에지 섬유에서의 휨 응력이 줄어든다. 또한 상기 위치에서의 표면 지지 토크도 더 커지는 한편, 가로 보어(25)에 의해서 방해를 받은 임계 섬유는 대략 동일한 반경으로 유지된다. 그럼으로써, 톱니부(27)의 톱니들 사이에 있는 가로 보어(25)의 입구 주변의 임계 영역에서는 응력이 확연하게 줄어든다. 유압 유체의 제공 방식은 도 1 및 도 2에서 동일한데, 그 이유는 압력 챔버(15 및 19)가 서로 연결되어 있고, 상기 제거 가능한 디스크(5)가 톱니부(27)를 압력 챔버(19)와 연결하는 연결 보어(28)를 구비하기 때문이다. 도면에서 제거 가능한 디스크(5)들은 시동 변속비 또는 언더 드라이브(Underdrive)에 상응하는 최외곽 좌측 위치에 도시되어 있다. 상기 제거 가능한 디스크(5)가 우측으로 고정 디스크(4)의 방향으로 이동하면, 공동부 또는 챔버(29)의 일부분이 계속해서 가로 보어 또는 채널(25)의 입구 위에 있게 됨으로써, 필요한 유체 공급도 도 1에서와 마찬가지로 계속적으로 보장된다. 도 1에서도, 제거 가능한 디스크(5)의 축방향 위치에 의존하는 두 가지 스위칭 상태들이 압력 챔버(16)를 위해 존재한다. 도시된 상태에서는 제어 보어(30)가 노출됨으로써, 상기 보어에 연결되고 마개(31)에 의해서 축방향으로 밀폐된 채널(20) 및 도시되지 않은 채널을 통해 상기 채널(20)과 연결되는 압력 챔버(16)는 무압력 상태이며, 다만 대기압만을 갖게 된다. 제거 가능한 디스크(5)가 고정 디스크(4) 상으로 이동하면, 상기 제거 가능한 디스크는 제어 보어(30)를 통과하게 되며, 이 경우 특정 경로부터는 상기 챔버(29)가 제어 보어(30)의 입구 위 에 배치될 수 있다. 그러나 챔버(29) 내부는 토크에 의존하는 높은 압력이 주도하고, 상기 압력이 제어 보어(30) 및 채널(20)을 통해 상기 압력 챔버(16) 내부로도 이송됨으로써, 상기 압력 챔버(16) 내부에도 역시 높은 압력이 인가된다. 이와 같은 방식으로, 압착력을 변속비에 따라 제어하는 두 가지 스위칭 상태들이 구현된다.

또한 도 2에는 디스크 스프링이 제공되어 있고, 상기 디스크 스프링은 구형 디스크-형상의 엔벨로핑 기어 시스템의 무압력 상태에서 상기 제거 가능한 디스크(5)를 예정된 축방향 위치로 보내며, 그럼으로써 예를 들어 차량 견인시에 나타나는 과도한 하중을 저지할 수 있는 구형 디스크-형상의 엔벨로핑 기어 시스템(1)의 변속비가 설정될 수 있다.

도 3에는 콘택 프레싱에 의존하는 마찰값을 슬라이딩 속도와 관련하여 보여주는 두 개의 다이아그램이 도시되어 있다. 이 경우 횡좌표에는 슬라이딩 속도가 도시되어 있고, 종좌표에는 마찰값이 도시되어 있다. 파선은 기준값으로서 간주되어야 하고, 예를 들어 μ = 0.12일 수 있는 마찰값을 나타낸다. 두 개의 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 마찰값은 슬라이딩 속도의 함수이며, 이 경우 상기 마찰값은 슬라이딩 속도가 증가함에 따라 편향적으로 감소한다.

전술된 바와 같이, 예를 들어 클러치의 경우에는 슬라이딩 속도가 증가함에 따라 감소하는 마찰값이 미끄러짐을 야기하고, 그에 따라 안락감을 떨어뜨린다. 그렇기 때문에, 상기와 같은 마찰값 감소를 속도에 대하여 가급적 작게 유지하도록 노력해야만 한다.

도 3에 도시된 파형은 체인의 중량 압력 부재 그리고 상기 부재와 상호 작용하는 구형 디스크들의 콘택면 사이에 있는 콘택 장소에서 발생한다. 이 경우 체인 또는 엔벨로핑 수단은 전달될 토크에 의해서 주행 방향으로 하중을 받을 뿐만 아니라, 주로 압착력에 의해서 주행 방향에 대해 횡으로도 하중을 받는다. 이 경우 상기 압착력은, 전달될 토크가 미끄러짐에 대한 충분한 안전도로 추가의 디스크 세트 상으로 보내질 수 있도록 선택되어야 한다.

종좌표 방향에 있는 곡선들의 개별 간격은 압착 또는 콘택 프레싱에 의존하는 마찰값의 분산 폭을 나타낸다. 이 경우 아래 선은 낮은 콘택 프레싱을 의미하고, 윗선은 높은 콘택 프레싱을 의미한다.

위에 있는 다이아그램에 따른 지금까지의 실시예와 아래에 있는 다이아그램에 따른 본 발명에 따른 실시예를 비교해보면, 우선 각각 두 개의 곡선에 의해 형성되는 분산 영역이 더 작다는 사실이 눈에 띄며, 그 결과로서 상기 인가되는 콘택 프레싱 및 압착에 대한 마찰값의 의존도는 더 낮아진다. 달리 표현하자면, 본 발명에 따른 실시예(아래의 다이아그램)는 콘택 프레싱 변동에 대하여 덜 민감하다.

도 3에서 더 알 수 있는 것은, 아래 다이아그램의 곡선들이 더 평탄하게 진행하다는 것이며, 그 결과로서 슬라이딩 속도에 대한 마찰값 의존도는 더 낮아진다. 이와 같이 마찰값이 슬라이딩 속도에 대하여 보다 평탄한 음의 기울기를 가짐으로써, 마찰값의 안정적인 특성이 얻어진다. 이 경우 상기 곡선들이 거의 평행하게 위로부터 아래로 또는 그 반대로 이동하는 것은, 상기 곡선들의 경사도가 변동되는 것보다 큰 문제가 되지 않는데, 그 이유는 각각의 경사도 변동이 슬라이딩 속 도에 대한 마찰값의 더 큰 의존도를 나타내기 때문이다.

상기와 같은 방식으로 명확하게 규정된, 슬라이딩 속도 및 콘택 프레싱에 대한 마찰값 파형은, 도 3의 아래 다이아그램에 도시된 바와 같이, 밴드 혹은 체인과 구형 디스크 사이의 강철-강철-콘택의 마찰값 파형에 의해서 야기되는 진동을 억제한다. 상기와 같은 마찰값 파형을 갖는 상응하는 오일을 사용함으로써, 진동은 이 진동이 형성되는 장소에서 직접 감쇠될 수 있다.

도 4의 다이아그램은 실제로는 도 3의 다이아그램과 동일하게 구성되어 있으나, 사용된 오일에 대한 의존성을 나타내지 않고, 오히려 표면 특성값에 대한 의존성을 나타낸다. 해석(interpretation) 및 개선 측면에서 도 3과 연관하여 기술된 내용은 도 4에도 적용되는데, 다시 말하자면 아래 다이아그램은 상황의 중대한 개선을 증명해준다.

도 4의 위에 있는 다이아그램은 연마된(polished) 표면 상태를 보여주는 한편, 아래의 다이아그램은 본 발명에 따른 표면 특성값에서 슬라이딩 속도 및 콘택 프레싱에 의존하는 마찰값을 보여준다. 상기 표면 특성값은 예를 들어 마무리(Finishing) 공정에 의해서 제조될 수 있으며, 이 경우 마찰 파라미터들은 올바른 파형을 갖고, 상기 올바른 파형을 장기간의 주행 시간에 걸쳐서 유지한다. 따라서, 표면이 매끈한 경우에는 예를 들어 잡음 현상이 즉시 나타나는 한편, 표면이 거친 경우에는 잡음 현상이 나중에 나타나거나, 가장 유리한 경우에는 전혀 나타나지 않는다. 잡음 특성과 관련한 이와 같은 개선은 압착력 및 콘택 프레싱을 줄임으로써도 성취될 수 있다.

시뮬레이션 및 측정에 의한 검사들은, 축방향으로 이동 가능한 디스크 또는 제거 가능한 디스크의 기울어짐에 대한 내구성이 상승함으로써, 진동 특성 및 그와 더불어 잡음 특성이 긍정적인 영향을 받게 된다는 사실을 보여주며, 이와 같은 사실은 특히, 그러나 예외없이, 제거 가능한 피동측 디스크와 관련이 있다. 일반적으로는 구형 디스크, 특히 피동측 구형 디스크 세트가 벌어지는(open) 현상을 감소시키는 상승된 휨 강도가 나타나고, 이와 같은 휨 강도는 잡음과 관련한 진동 진폭을 상당히 줄여준다. 이에 필적할만한 효과는 상기 장소에서의 감쇠 능력을 높임으로써 달성될 수 있다.

도 5 및 도 6에는 각각 하나의 제거 가능한 디스크의 개략적인 프로파일이 도시되어 있으며, 도면에는 단지 회전 대칭 프로파일의 상부 절반만이 도시되어 있다.

도 5는 개략적인 실시예 a) 내지 e)에서 디스크 자체의 보강 상태를 각각 보여준다. 도 5 및 도 6에서는 축방향으로 이동 가능한 피동측 디스크 및 제거 가능한 디스크(33)가 각각 개략적으로 도시되어 있으며, 이와 대등한 형성예는 상기 제거 가능한 피동측 디스크(5)에도 적용될 수 있다.

도 5a에 도시된 제거 가능한 디스크(33)는 엔벨로핑 수단(2)으로부터 떨어져서 마주 놓인 영역에서, 둘레에 분배 배치된 다수의 보강 리브(34)를 포함하며, 상기 보강 리브는 방사 방향 외부로 돌출하는 상기 디스크(33)의 부분이 축방향 하중을 받아 밀리는 동작을 줄이거나 또는 가장 유리한 경우에는 억제하며, 그럼으로써 디스크 쌍이 벌어지는 현상이 저지된다.

도 5b에 따른 제거 가능한 디스크(33)는, 상기 디스크(33)의 방사 방향 외부로 돌출하는 영역의 벽두께가 방사 방향 외부로 가면서 증가하는 형상을 갖는다. 이와 같은 형상은 엔벨로핑 수단(2)으로부터 떨어져서 마주 놓인 상기 디스크의 외부 윤곽을 상응하는 형성함으로써 얻어진다. 도면에 도시된 상기 외부 윤곽의 파형은 벽두께가 여러 개의 단계로 증가하는 방식으로 변형될 수 있다.

상기 제거 가능한 디스크(33)를 축방향으로 보강하기 위하여, 도 5c에 도시된 바와 같이 방사 방향 외부에도 보강용 칼라(35)가 설치될 수 있다. 도 5d는 방사 방향 외부에 배치된 보강용 칼라(35)에 추가하여 추가의 보강용 칼라(36)를 보여주며, 상기 보강용 칼라(36)는 상기 칼라(35)보다 방사 방향으로 더 내부에 배치되어 있고, 경우에 따라서는 두 개의 압력 챔버 사이를 분리하는 분리부로서도 이용될 수 있다.

도 5c 및 도 5d에서는 보강용 칼라(35 및 36)가 상기 제거 가능한 디스크(33)와 연결될 수 있는 별도의 부품 또는 원형 링으로서 도시되어 있다. 도 5e는 보강용 칼라(35) 및/또는 보강용 칼라(36)가 상기 제거 가능한 디스크(33)와 일체로 구현될 수 있는 한 가지 가능성을 보여주며, 이 경우에는 바람직하게 제조에 적합한 형상이 고려될 수 있다.

도 5f 및 도 5g에는 디스크를 샤프트에 연결하는 보강 방식이 도시되어 있다. 이 경우에는 우선 상기 제거 가능한 디스크(33)의 허브(37)(hub)가 보강용 링(38)을 통해 방사 방향 외부로 돌출하는 상기 디스크(33)의 부분과 연결됨으로써, 상기 영역의 변형이 적어도 감소된다. 또한, 한편으로는 보강용 링(38)과 연 결되고 다른 한편으로는 상기 제거 가능한 디스크(33)의 허브(37)와 연결된 보강 리브(34)도 제공된다.

도 6a 내지 6e에는, 축방향으로 이동 가능한 피동측 디스크 또는 상기 제거 가능한 디스크(33)를 위한, 그러나 축방향으로 이동 가능한 구동측 디스크 또는 제거 가능한 디스크(5)에도 적용될 수 있는 기본적인 감쇠 가능성들이 도시되어 있다.

도 6a는 우선 소수의 박층으로 형성된 상기 허브(37)의 하부를 보여주며, 이 경우 상기 박층 패킷은 유압 매체를 통해 제공되는 압착력에 의해서 압축되어 감쇠 작용한다.

도 6b에서는 추가로 상기 보강용 칼라(35)가 박층 패킷으로서 구현되었으며, 상기 박층 패킷은 재차 압착력에 의해서 압축된다. 도 6c에 따르면, 방사 방향으로 더 내부에 있는 보강용 칼라(36)도 또한 박층 패킷으로서 구현될 수 있으며, 이 경우에는 상기 보강용 칼라(36)가 재차 상이한 압력 챔버들 사이를 분리하는 분리부로서 이용될 수 있다. 대안적으로는, 도 6c에 따른 실시예에서도 허브(37)는 재차 소수의 박층으로 세분될 수 있다.

도 6d 및 도 6e에는 각각 스프링(39)이 도시되어 있는데, 상기 스프링이 추가의 방사 방향 압착에 의해서 소수의 박층 실린더 간의 마찰을 증가시킴으로써, 그와 동시에 감쇠 작용도 상승하게 된다. 도 6e에서도 또한 허브(37)를 박층 패킷으로서 구현하는 것이 가능하다.

도 6f 및 도 6g에는 제거 가능한 디스크의 기울어지는 방향을 변동시키는 다 른 해결 조치가 도시되어 있다. 상기 제거 가능한 디스크를 상기 디스크의 방사 방향 내부 영역 위로 또는 허브(37) 위로 가이드 하는 통상적인 가이드 방식에서는, 상기 제거 가능한 디스크의 방사 방향 외부 영역이 기울어지는 방향으로 가장 큰 곡률을 보인다. 이와 같은 상황에 매칭시키기 위하여 기본적으로 상기 제거 가능한 디스크를 외부에서 가이드 하는 것이 가능함으로써, 상기 제거 가능한 디스크의 방사 방향 외부 영역은 외부 가이드부(40)에 인접하게 되고, 그곳에서 빠져나갈 수 없게 된다. 그때 상기 제거 가능한 디스크(33)의 방사 방향 내부 영역이 기울어지는 상황에 대해서는 재차 전술된 바와 같은 조치들이 취해질 수 있다. 그러나 이 경우에는, 가이드부 사이에서 발생하는 상기 제거 가능한 디스크(33)의 비틀림 및 변형이 회피되도록 주의를 기울여야 한다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1: 구형 디스크-형상의 엔벨로핑 기어 시스템

2: 브래킷 체인

2a: 브래킷 체인의 방사 방향 내부 위치

3: 구동측 샤프트

4: 고정된 구형 디스크 혹은 고정 디스크

5: 축방향으로 변위 가능한 구형 디스크 혹은 제거 가능한 디스크

6: 톱니 휠 7: 볼 베어링

8: 디스크 9: 샤프트 너트

10: 토크 센서 11: 고정식 확장 디스크

12: 변위 가능한 확장 디스크

13: 확장 디스크 구성부 14: 볼

15: 제1 압력 챔버 16: 제2 압력 챔버

17: 피스톤/실린더 유닛 18: 제1 압력 챔버

19: 제2 압력 챔버 20: 채널

21: 배출구측 채널 22: 센터링 면

23: 잡음 감쇠 장치 24: 보어

25: 가로 보어 26: 연장부

27: 톱니부 28: 연결 보어

29: 챔버 30: 제어 보어

31: 마개 32: 디스크 스프링

33: 제거 가능한 디스크 34: 보강 리브

35, 36: 보강용 칼라 37: 허브(hub)

38: 보강용 링 39: 스프링

40: 외부 가이드부

Claims (7)

1. 구동측 및 피동측 구형 디스크 쌍들을 구비하고, 상기 디스크 쌍들이 각각 하나의 고정 디스크(4) 및 하나의 제거 가능한 디스크(5, 33)를 포함하며, 상기 디스크들이 각각 구동측 및 피동측 샤프트(3)에 배치되어 있고, 토크를 전달하기 위한 엔벨로핑 수단(2)을 통해 연결되어 있는, 구형 디스크-형상의 엔벨로핑 기어 시스템(1)으로서,

   - 오일의 형태로 된 점성 또는 유압 매체,

   - 구형 디스크와 엔벨로핑 수단 사이에 있는 콘택 영역의 표면 상태,

   - 적어도 하나의 구형 디스크의 구조,

   - 적어도 하나의 구형 디스크의 감쇠,

   - 적어도 하나의 구형 디스크의 가이드와 같은 팩터들 중에서 적어도 하나의 팩터가 상기 트랜스미션의 음향 측면에서 최적화된 구형 디스크-형상의 엔벨로핑 기어 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   마찰 속도에 민감하지 않은 마찰값을 갖는 오일이 공급되는 것을 특징으로 하는 구형 디스크-형상의 엔벨로핑 기어 시스템.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   구형 디스크와 엔벨로핑 수단 사이에 최적화된 콘택면을 구비하는 것을 특징으로 하는 구형 디스크-형상의 엔벨로핑 기어 시스템.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   강도 측면에서 최적화된 적어도 하나의 구형 디스크를 구비하는 것을 특징으로 하는 구형 디스크-형상의 엔벨로핑 기어 시스템.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   적어도 하나의 감쇠된 구형 디스크를 구비하는 것을 특징으로 하는 구형 디스크-형상의 엔벨로핑 기어 시스템.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   방사 방향 외부에서 가이드 되는 적어도 하나의 구형 디스크를 구비하는 것을 특징으로 하는 구형 디스크-형상의 엔벨로핑 기어 시스템.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 기어 시스템을 구비하는 것을 특징으로 하는 차량.

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