KR20080011410A

KR20080011410A - 제어식 마찰 커플링을 포함하는 자동차용 동력 분할기

Info

Publication number: KR20080011410A
Application number: KR1020077027607A
Authority: KR
Inventors: 에리히 볼프스예거; 디이트마르 갈; 마르쿠스 프리이틀; 마르쿠스 크로게르
Original assignee: 마그나 파워트레인 아게 운트 코 카게
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2006-04-27
Publication date: 2008-02-04
Also published as: AT8636U1; RU2007140972A; EP1875109B1; US20100012455A1; WO2006128533A1; RU2398993C2; US8091451B2; DE502006008182D1; EP1875109A1

Abstract

본 발명은 자동차용 트랜스퍼 케이스(transfer case)로서, 하우징(1), 제1 구동 액슬에 구동 연결되는 제1 샤프트(2), 제어식 마찰 클러치(4), 및 제2 구동 액슬의 구동을 위한 오프셋 드라이브를 포함하고, 상기 오프셋 드라이브는, 상기 마찰 클러치(4)에 의해 제어 가능하게 구동되는 제1 기어(6), 제2 기어(7), 및 제3 기어(8)를 포함하고, 상기 마찰 클러치(4)는 서로에 대하여 회전 가능한 2개의 램프 링(ramp ring)(15, 16)에 의해 작동 가능하며, 각각의 상기 램프 링(15, 16)은 외측 단부가 제어 곡면 상에 놓이는 연결식 잭(articulated jack)을 가지며, 상기 제어 곡면은 서로 오프셋되는 2개의 제어 캠 트랙(35, 36)을 가지며 상기 제1 샤프트(2)의 축과 평행한 축 둘레에서 회전 가능한 제어 캠(25) 상에 형성되며, 상기 제어 캠(25)은 상기 제2 기어(7) 또는 상기 제2 기어의 샤프트(9) 상에 회전 가능하게 지지된다.

Description

제어식 마찰 커플링을 포함하는 자동차용 동력 분할기 {POWER DIVIDER FOR MOTOR VEHICLES COMPRISING A CONTROLLED FRICTION COUPLING}

본 발명은 자동차용 트랜스퍼 케이스(transfer case)에 관한 것으로, 하우징, 제1 구동 액슬에 구동 연결되는 제1 샤프트, 제어식 마찰 클러치, 및 제2 구동 액슬의 구동을 위한 오프셋 드라이브를 포함하고, 상기 오프셋 드라이브는, 상기 마찰 클러치에 의해 제어 가능하게 구동되는 제1 기어, 상기 제1 기어와 맞물리는 제2 기어, 및 상기 제2 기어와 맞물리는 제3 기어를 포함하고, 상기 마찰 클러치는 서로에 대하여 회전 가능한 2개의 램프 링(ramp ring)에 의해 작동 가능하며, 각각의 상기 램프 링은 외측 단부가 제어 곡면 상에 놓이는 연결식 잭(articulated jack)을 갖는다.

트랜스퍼 케이스는 여러 가지 형태로 사용된다. 이들 케이스는 중앙 차동장치를 가지거나 가지지 않을 수 있고, 차동 로크 또는 제2 구동 액슬의 스위치식 드라이브를 가질 수 있으며, 스텝다운(step-down) 스테이지를 가지거나 가지지 않을 수 있다. 이들은 일반적으로 길이방향으로 설치된다. 마찰 클러치를 사용하면 일반적인 클러치 결합 외에, 전달되는 토크를 연속적으로 제어할 수 있다. 이것은 가능한 정확하고 신속하게 작동해야 한다.

일반적인 트랜스퍼 케이스는 WO 01/59331 A1에 기재되어 있으며, 그 오프셋 드라이브는 치열 체인을 가지며 그 연결식 잭은 제1 샤프트에 가로방향으로 배치되는 축 둘레에서 회전 가능한 드럼 형상의 링크와 상호 작용한다. 이것은, 특히 연결식 잭이 드럼 형상의 링크 상에서 원형 경로를 이루기 때문에 무엇보다도 운동역학적으로 바람직하지 않다. 또한 드럼 형상의 링크는 제어 드라이브의 위치가 트랜스퍼 케이스의 공간 요구에 바람직하지 않은 영향을 끼치게 하며, 이것은 무엇보다도 트랜스퍼 케이스가 차동장치 및/또는 구성 길이가 짧은 오프로드(off-road) 기어 스테이지를 가지지 않도록 한다. 마지막으로, 연결식 잭은, 중간 기어의 샤프트와 충돌하기 때문에 오프셋 드라이브를 휠 드라이브로 설계할 수 없게 한다. 휠 드라이브는 복수의(일반적으로 3개이지만 2개 또는 4개도 가능함) 상호 맞물리는 기어를 포함하며, 체인 드라이브에 대하여 특별한 장점을 갖는다.

따라서 본 발명의 목적은, 구성요소가 연결식 잭을 작동시키도록 배치되고 그 오프셋 드라이브가 기어로 실행될 수 있도록 함으로써, 바람직한 설치 크기를 가지는 트랜스퍼 케이스를 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따라, 제어 곡면이 둘레방향에서 서로 오프셋되는 2개의 제어 캠 트랙을 가지며 상기 제1 샤프트의 축과 평행한 축 둘레에서 회전 가능한 제어 캠 상에 배치되고, 상기 제어 캠이 상기 제2 기어 또는 그 샤프트 상에 회전 가능하게 지지되는 것에 의해 달성된다. 2개의 캠 트랙을 가지며 그 회전축이 평행하게 정렬되는 제어 캠은 운동역학적으로 이상적이며 트랜스퍼 케이스가 그 제어 드라이브와 함께 바람직한 크기로 설치되도록 한다. 중간 기어가 제어 캠을 지지하면 충돌 문제가 해결되며, 제어 부재의 필요 공간을 최소화시키며, 제어 캠이 커다란 직경에서 정확하게 지지되도록 한다. 또한 제어 캠 트랙이 하나의 평면에 배치되는 경우(청구항 2), 공간 절약이 보다 양호해지며 제어 캠은 특히 간단한 구성요소로 된다. 캠 트랙이 반경방향으로 상승하기 때문에, 제어 캠의 전체 둘레를 2개의 캠 트랙을 위해 이용할 수 있다. 캠 트랙의 반경방향 범위를 크게 함으로써(중간 기어에 지지함으로써) 캠 트랙 자체에 대하여 커다란 경로를 이용할 수 있으며, 이로 인해 클러치를 민감하게 제어할 수 있다.

제어 캠 트랙이 제2 기어의 회전방향과 반대로 상승하는 경우, 본질적인 안전성이 크게 고려되어야 한다(청구항 3). 즉, 제어 캠 트랙의 회전의 개방 방향이 제2 기어의 회전방향과 동일하거나, 회전의 공급 방향이 그 반대이다. 따라서 제어 캠은, 예를 들어 제어 캠과 제2 캠 사이의 베어링에 결함이 발생하거나 작동 불능이 되는 경우에, 클러치의 개방을 따라 이루어진다. 따라서 구동 안전성에 대한 제2 구동 액슬의 경직된 커플링이 방지된다.

본 발명의 또 다른 개선에 의해 달성되는 제어 캠의 매우 간단한 드라이브는, 전동식 기어 모터의 기동 기어와 맞물리는 제4 기어와 회전 가능하게 고정 연결되거나 일체로 된다(청구항 4).

이하, 본 발명을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 트랜스퍼 케이스의 단면도이다.

도 2는 상기 트랜스퍼 케이스의 전방 사시도이다.

도 3은 상기 트랜스퍼 케이스의 후방 사시도이다.

도 1에서 트랜스퍼 케이스의 하우징을 참조부호 1로 표시하였다. 하우징(1)은, 제1 샤프트(2), 제2 샤프트(3), 액추에이터를 가지는 마찰 클러치(4), 및 오프셋 드라이브를 포함한다. 제1 샤프트(2)는 도면의 좌측에서 구동원, 예를 들어 자동차의 수동 변속기(도시하지 않음)에 연결되며, 도면의 우측에서 플랜지(5)를 통해 제1 구동 액슬(도시하지 않음)에 연결된다. 클러치(4) 및 오프셋 드라이브의 제1 기어(6)는 제1 샤프트(2)에 위치된다. 제1 기어(6)는 중간 샤프트(9)에 배치되는 제2 기어(7)와 맞물린다. 제2 기어(7)는 다시 제3 기어(8)와 맞물리고, 제3 기어(8)는 제2 샤프트(3)에 회전 가능하게 고정 연결되며, 이를 통해 자동차의 제2 액슬이 구동된다. 제1 샤프트(2), 제2 샤프트(3), 및 중간 샤프트(9)는 하우징(1) 내에서 유사한 방식으로 지지되고 밀봉된다. 여기서 샤프트의 개수 및 배치는 이해를 돕기 위한 예시일 뿐이다.

클러치(4)는 디스크 클러치이며, 외측 부분(11)이 제1 샤프트(2)에 회전 가능하게 고정 연결되고, 내측 부분(12)은 제1 기어(6)에 회전 가능하게 고정 연결된다. 디스크 패키지(13)는 2개의 클러치 부분(11, 12) 사이에 있으며 그 디스크들은 교대로 한쪽 클러치 부분(11) 또는 다른 쪽 클러치 부분(12)에 회전 가능하게 고정 연결된다. 램프 링 유닛에 의해 작동될 수 있는 압력 플레이트(14)는 디스크 패키지(13)에 인접한다.

램프 링 유닛은, 압력 플레이트(14) 쪽에 제1 램프 링(15)을 포함하고, 제1 기어(6) 쪽에 제2 램프 링(16)을 포함하며, 그 사이의 둘레에 걸쳐서 분포되는 구(sphere)(17)를 포함한다. 램프 링은 클러치의 작동을 위해서만 회전되지만 회전 부품 상에 안착되기 때문에, 베어링이 제공되며, 특히 니들 베어링(18) 또한 축방향 힘을 흡수한다. 도시한 실시예에서, 구는 둘레방향으로 상승된 그루브(도시하지 않음)와 상호 작용한다. 그러나 다른 유형의 구성도 가능하다. 중요한 것은, 양쪽의 2개의 램프 링(15, 16)의 회전이 서로를 축방향으로 이격되도록 구동시킨다는 것이다.

각각의 연결식 잭(19, 20)은 램프 링(15, 16)에 부착되거나 일체로 형성되며, 제2 연결식 잭(20)은 도 2 및 도 3에서 볼 수 있다. 연결식 잭(19, 20)의 단부는, 니들 베어링(26)에 의해 제2 기어(7)의 중간 샤프트(9)에 지지되는 제어 캠(25) 상에 놓인다. 제2 기어(7)가 중간 샤프트(9)와 일체이기 때문에, 제어 캠(25)은 실질적으로 제2 기어(7) 상에 지지된다. 제4 기어(27)는 제어 캠(25)에 고정 연결되거나 일체로 형성되며, 전동 기어 모터(31)의 출력 기어(30)와 맞물린다.

클러치(4)의 액추에이터 기구는 도 2 및 3에 2개의 상이한 방향에서 본 도면에 도시되어 있으며, 하우징 및 오프셋 드라이브는 생략되었다. 연결식 잭(19, 20)은 2개의 램프 링(15, 16)으로부터 연장되며 각각의 단부에 제어 캠과 접촉하는 롤(33, 34)을 갖는다. 제어 캠은 중심 대칭인 2개의 제어 캠 트랙(35, 36)에 의해 형성되는 윤곽을 가지는 두꺼운 플레이트이며, 이들 제어 캠 트랙(35, 36)은 반원 상에서 서로 오프셋되고, 제어 캠(25)이 회전하면 롤(33, 34)이 이들 제어 캠 트랙(35, 36) 상에서 구르고, 이에 따라 연결식 잭(19, 20)이 양쪽으로 피벗된다. 따라서 램프 링(15, 16)은 마찬가지로 양쪽으로 회전되고 이에 따라 디스크 클러치(4)와 소정의 각도로 결합한다. 클러치는 연결식 잭(19, 20)의 도시된 위치에서 분리된다. 도 2의 제어 캠(25)이 시계방향으로 회전하면 클러치가 결합된다. 화살표(37)는 제어 캠(25)을 지지하는 중간 샤프트(9)의 회전방향을 나타낸다. 니들 베어링에 결함이 발생하거나 작동 불능이 되는 경우, 제어 캠(25)은 시계반대방향으로 회전하여 클러치를 도 2에 도시한 위치로 이동시켜서 더 이상 토크가 전달되지 않도록 한다. 따라서 결함이 발생한 경우에 자동으로 가장 안전한 상태로 이동된다.

Claims

자동차용 트랜스퍼 케이스(transfer case)에 있어서,

하우징(1), 제1 구동 액슬에 구동 연결되는 제1 샤프트(2), 제어식 마찰 클러치(4), 및 제2 구동 액슬의 구동을 위한 오프셋 드라이브를 포함하고,

상기 오프셋 드라이브는, 상기 마찰 클러치(4)에 의해 제어 가능하게 구동되는 제1 기어(6), 제2 기어(7), 및 제3 기어(8)를 포함하고, 상기 마찰 클러치(4)는 서로에 대하여 회전 가능한 2개의 램프 링(ramp ring)(15, 16)에 의해 작동 가능하며, 각각의 상기 램프 링(15, 16)은 외측 단부가 제어 곡면 상에 놓이는 연결식 잭(articulated jack)을 가지며,

상기 제어 곡면은 서로 오프셋되는 2개의 제어 캠 트랙(35, 36)을 가지며 상기 제1 샤프트(2)의 축과 평행한 축 둘레에서 회전 가능한 제어 캠(25) 상에 형성되며,

상기 제어 캠(25)은 상기 제2 기어(7) 또는 상기 제2 기어의 샤프트(9) 상에 회전 가능하게 지지되는,

트랜스퍼 케이스.
제1항에 있어서,

상기 제어 캠 트랙(35, 36)이 하나의 평면에 놓이는, 트랜스퍼 케이스.
제1항에 있어서,

상기 제어 캠 트랙(35, 36)이 상기 제2 기어(7)의 회전방향(37)과 반대의 회전방향으로 상승하는, 트랜스퍼 케이스.
제1항에 있어서,

전동식 기어 모터(31)의 기동 기어(30)와 맞물리는 제4 기어(27)에 회전 가능하게 고정 연결되는, 트랜스퍼 케이스.