KR20120117851A

KR20120117851A - 동력 분기부를 구비한 변속기 장치

Info

Publication number: KR20120117851A
Application number: KR1020127020818A
Authority: KR
Inventors: 롤란트 피셔; 로베르트 모리슨; 미햐엘 지버
Original assignee: 젯트에프 프리드리히스하펜 아게
Priority date: 2010-02-09
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2012-10-24
Also published as: US8608606B2; KR101751563B1; CN102762895A; US20120302389A1; EP2534395B1; EP2534395A1; DE102010001698A1; CN102762895B; WO2011098180A1

Abstract

본 발명은 동력 분기부를 포함하는 변속기 장치(1)에 관한 것이다. 제1 운전 영역에서 기계식 동력 분기(5)는 토크를 링 기어(25)로부터 고정 기어(26)를 통해 추가의 고정 기어(27)로 전달한다. 여기서 링 기어(25)의 분기가 개시된다. 유정압 동력 분기(3)는 제2 선 기어(22)로부터 분기된다. 이 경우 유정압 동력 분기는 동력을 제1 유압 유닛(10)으로부터 제2 유압 유닛(11)으로 전달한다. 제1 유압 유닛(10)은 펌프로서 작동하고 제2 유압 유닛(11)은 모터로서 작동한다. 유정압 샤프트들(28) 중 하나에서는 기계 동력과 유정압 동력이 합산되고 고정 기어(36)를 통해 출력부로 안내된다. 제2 운전 영역에서는 유성 캐리어(24)에서 비롯되는 동력이 부분적으로 링 기어(25)로 분기되고 기어들(26, 27)을 통해서는 제2 유압 유닛(11)으로 향하는 유정압 샤프트(28)로 안내된다. 추가의 운전 영역을 형성하기 위해 제공되는 카운터 샤프트(16)는, 기어(37)를 통해서, 동력 분기 장치(9)의 샤프트(25)와 작동 연결되는 고정 기어(26)와 연결될 수 있다.

Description

동력 분기부를 구비한 변속기 장치{TRANSMISSION DEVICE HAVING POWER SPLITTING}

본 발명은, 특허 청구항 제1항의 전제부에 더욱 상세하게 정의되는 유형에 따르는, 동력 분기부를 구비한 변속기 장치에 관한 것이다.

특히 예를 들어 휠 로더와 같은 작업 기계를 위한 동력 분기식 변속기는 DE 10 2007 047 194 A1로부터 공지되었으며 유정압 동력 분기와 기계식 동력 분기를 포함하여 형성된다. 동력 분기들은 합산 기어부를 통해 합산되고, 합산 기어부의 전방에는 역전 기어부(reversing gearing)가 연결되며, 합산 기어부의 후방에는 변속 기어부가 연결된다.

동력 분기식 변속기를 통해서는 각각 전진 주행 및 후진 주행을 위한 2개의 운전 영역이 형성될 수 있으며, 이들 운전 영역 이내에서 동력 분기식 변속기의 변속비가 유정압 장치를 통해 무단으로 변경될 수 있다. 운전 영역들은 연결된 시프팅 부재의 분리에 의해, 그리고 분리된 시프팅 부재의 연결에 의해 교체될 수 있다.

바람직하지 못한 점으로서 동력 분기식 변속기의 제2 운전 영역을 형성하기 위해 제공되는 시프팅 부재는 유정압 장치의 유정압 샤프트 상에 배치되며, 그로 인해 기계식 동력 분기로의 유정압 샤프트의 결합은 구조적으로 복잡하다. 이는 특히, 유정압 장치가 진동 감쇠를 위해 통상적으로 탄성 고무 베어링 장치를 통해 지지됨으로 인해 유정압 장치와 기계식 동력 분기 사이의 연결 영역에서 작동 중에 변동하는 축 오프셋이, 관절형으로 형성된 대응하는 연결 장치를 통해 보상되어야 한다는 사실에서 비롯된다. 그러나 상기 영구적인 보상은 추가의 구조적인 조치 없이 다시 유정압 샤프트 상에 배치된 시프팅 부재의 영역에서 원하지 않은 범위로 진동이 여기되게 하고 요동 경향이 상승되게 한다.

또한, 동력 분기식 변속기는 시프팅 부재가 유정압 샤프트 상에 배치됨으로 인해 장착 공간 수요가 높다는 특징이 있는데, 그 이유는 유정압 샤프트 상에 시프팅 부재를 장착하기 위해 필요한 장착 공간을 제공할 수 있도록 하기 위해 유정압 장치의 두 유정압 샤프트가 상호 간에 소정의 간격으로 이격되어 배치되기 때문이다.

그러므로 본 발명의 과제는, 동력 분기부를 포함하면서 장착 공간이 절약되고 구조적으로 간단한 변속기 장치를 제공하는 것이다.

상기 과제는 본 발명에 따라 특허 청구항 제1항의 특징들을 포함하는 변속기 장치에 의해 해결된다.

동력 분기부를 구비한 상기 변속기 장치의 경우, 제1 동력 분기에서 인가되는 토크의 일측 부분은 적어도 2개 이상의 유정압 샤프트를 포함하는 유정압 장치를 통해 안내될 수 있고, 토크의 타측 부분은 동력 분기 장치를 통해 제1 동력 분기와 연결되는 제2 동력 분기를 통해, 바람직하게는 변속기 입력부와 변속기 출력부 사이에 복수의 카운터 샤프트를 포함하는 기계 장치를 통해 안내될 수 있다. 이 경우, 각각 전진 및 후진 주행을 위해 2개 이상의 운전 영역이 제공되며, 이들 운전 영역은 각각 하나 이상의 분리되는 시프팅 부재와 하나 이상의 연결되는 시프팅 부재를 통해 전환될 수 있다.

본 발명에 따라 시프팅 부재들 각각은 개개의 카운터 샤프트에 배치되고, 추가의 운전 영역을 형성하기 위해 제공되는 카운터 샤프트는 기어를 통해서, 동력 분기 장치의 샤프트와 작동 연결된 고정 기어와 연결될 수 있다.

시프팅 부재들 모두가 각각 개개의 샤프트 상에 배치되고, 특히 유정압 장치의 유정압 샤프트 상에는 배치되지 않음으로써, 유정압 샤프트는 구조적으로 간단하게 변속기 출력 샤프트와 작동 연결될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 변속기 장치는 장착 공간 수요가 적다는 특징이 있는데, 그 이유는 유정압 장치의 유정압 샤프트들이 종래 기술로부터 공지된 동력 분기식 변속기에 비해서 상호 간에 작은 간격으로 이격되어 배치될 수 있기 때문이다.

추가로 변속기 장치는, 추가의 운전 영역이 연동되는 경우, 동적 하중을 받는 아이들러 기어 없이, 고정 기어를 통해서 동력 분기 장치와 연결될 수 있는 추가의 카운터 샤프트에 의해, 그리고 이 추가의 카운터 샤프트를 통해서 안내되는 동력 흐름에 의해 작동될 수 있다. 그 외에도, 본 발명에 따른 변속기 장치에서 추가의 운전 영역을 연결 및 분리하기 위해 바람직하게 할당된 시프팅 부재를 포함하는 추가의 카운터 샤프트가, 동력 분기 장치의 영역에서 실질적으로 직접적인 동력 인출을 토대로, 적어도 부분적으로 변속기 오일 팬의 외부에 배치될 수 있으며, 그에 따라 처닝 손실(churning loss)이 적어도 감소될 수 있다.

인가되는 토크 중 동력 분기들을 통해서 안내될 수 있는 부분을 동력 분기하고 합산하기 위해 제공되는 동력 분기 장치는, 본 발명에 따른 변속기 장치의 추가의 바람직한 실시예의 경우, 유성 기어부로서 형성되고 2개의 선 기어를 포함하는 기어 유닛이며, 상기 선 기어들은 공통 이중 유성 기어들과 치합되고, 이 이중 유성 기어들은 다시 링 기어와 치합된다. 반경 방향으로 작은 장착 공간을 포함하는 유성 기어 장치는 동축으로 배치되는 추가의 기어들 옆에 간단하게 배치될 수 있으며, 상기 추가의 기어들은 평행하게 배치되는 카운터 샤프트들 상에 장착된 추가의 기어들과 치합된다. 반경 방향으로의 장착 공간 수요가 적음으로써 다양한 기어 쌍들이 축 방향으로 장착 공간에 바람직하게 배치될 수 있으며, 그에 따라 변속기 장치는 전체적으로 축 방향 장착 공간을 덜 필요로 한다.

추가의 운전 영역을 형성하기 위해 제공되는 카운터 샤프트의 기어가 동력 분기 부재의 링 기어와 고정 연결된 고정 기어와 치합되거나, 상기 고정 기어와 치합된 고정 기어와 치합된다면, 추가의 운전 영역이 연결된 경우, 동적 하중을 받는 아이들러 기어는 구조적으로 간단하게 회피된다.

본 발명에 따른 변속기 장치의 추가의 바람직한 실시예의 경우, 시프팅 부재의 연결된 작동 상태에서 제1 운전 영역이 형성될 수 있게끔 하는 제1 시프팅 부재의 시프팅 부재 반부이면서 할당된 카운터 샤프트와 연결되는 상기 시프팅 부재 반부, 바람직하게는 내부 디스크 캐리어는 카운터 샤프트의 기어를 통해서 변속기 출력 샤프트와 작동 연결된다. 그럼으로써, 구조적으로 간단하게, 높은 주행 속도에서 제1 시프팅 부재의 영역에는 낮은 요동 경향이 존재하고 그 결과로 제1 시프팅 부재의 영역에서 발생하는, 변속기 장치의 효율을 악화시키는 드래그 토크가 감소되거나, 클러치의 열적 파손이 방지되는 점이 달성된다.

본 발명에 따른 변속기 장치의 구조적으로 간단한 추가의 실시예의 경우, 제1 시프팅 부재를 통해서 할당된 카운터 샤프트와 회전 고정 방식으로 연결될 수 있는 기어가 변속기 출력 샤프트와 작동 연결되고, 카운터 샤프트의 고정 기어는 유정압 장치에 할당된 유정압 샤프트의 고정 기어와 치합된다.

제1 시프팅 부재의 외부 디스크 캐리어는 카운터 샤프트와 연결되고, 내부 디스크 캐리어는, 제1 시프팅 부재를 통해서 할당된 카운터 샤프트와 연결될 수 있는 기어와 연결된다.

제2 시프팅 부재의 연결된 작동 상태에서 제2 운전 영역이 형성될 수 있게끔 하는 제2 시프팅 부재를 통해서 할당된 카운터 샤프트와 회전 고정 방식으로 연결될 수 있는 아이들러 기어는, 본 발명에 따른 변속기 장치의 추가의 바람직한 실시예의 경우, 기어 유닛의 제1 선 기어와 회전 고정 방식으로 연결되는 고정 기어와 치합되고, 카운터 샤프트의 고정 기어는 제1 시프팅 부재에 할당된 카운터 샤프트의 기어와 작동 연결되며, 그럼으로써 제2 운전 영역은 기계 장치의 영역 내에 적은 개수의 치합으로 구현될 수 있게 된다.

본 발명에 따른 변속기 장치의 바람직한 개선 실시예의 경우, 제3 운전 영역을 형성하기 위해, 바람직하게 기계식인 제2 동력 분기의 추가의 카운터 샤프트 상에 배치되는 추가의 시프팅 부재가 제공되며, 상기 시프팅 부재는 복잡한 구조적인 조치 없이 본 발명에 따른 변속기 장치의 기존 개념에 통합될 수 있으며, 그럼으로써 본 발명에 따른 변속기 장치는 높은 모듈성을 특징으로 하고 간단하게 다양한 적용 사례에 적합하게 형성될 수 있다.

제3 시프팅 부재의 연결된 작동 상태에서 제3 운전 영역이 형성될 수 있게끔 하는 제3 시프팅 부재를 통해서 할당된 카운터 샤프트와 회전 고정 방식으로 연결될 수 있는 아이들러 기어는, 본 발명에 따른 변속기 장치의 추가의 바람직한 실시예의 경우, 유정압 장치에 할당된 유정압 샤프트의 추가의 고정 기어와 치합되며, 카운터 샤프트의 고정 기어는 변속기 출력 샤프트와 작동 연결되며, 그럼으로써 제3 운전 영역도 마찬가지로 기계 장치의 영역에서 가능한 한 적은 개수의 치합으로 구현될 수 있다.

변속기 장치의 제1 및 제3 운전 영역에서, 두 동력 분기의 동력은 유정압 장치와 연결된 샤프트를 통해 합산될 수 있다.

변속기 입력부의 고정 기어는 추가의 카운터 샤프트의 고정 기어를 통해서 제1 유압 작동 시스템의 유압 펌프와 연결될 수 있고 추가의 카운터 샤프트의 고정 기어를 통해서는 제2 유압 작동 시스템의 유압 펌프와 연결될 수 있으며, 유압 펌프들은 변속기 입력 샤프트의 고정 기어와 추가의 카운터 샤프트들의 고정 기어들 사이의 변속비에 따라 각각 동일한 속도나 서로 상이한 속도로 구동될 수 있다.

본 발명에 따른 변속기 장치에 대한 구조적으로 간단하면서 용이하게 작동될 수 있는 한 구현예는, 변속기 입력부가 주행 방향 시프팅 부재들을 통해서 유성 기어부의 유성 캐리어와 작동 연결될 수 있는 것을 특징으로 한다.

추가의 바람직한 실시예의 경우, 변속기 입력부와 기어 유닛 내지 유성 기어부 사이에 배치되는 주행 방향 시프팅 부재들을 통해서, 전진 주행을 위한 모드와 후진 주행을 위한 모드 간의 전환이 이루어질 수 있다. 그에 따라 본 발명에 따른 변속기 장치를 장착하여 형성되는 차량은 복잡도가 덜한 구조 및 개루프/폐루프 제어로써 전진 주행 방향뿐 아니라 후진 주행 방향으로 작동될 수 있다.

본 발명에 따른 변속기 장치를 구조적으로 간단하게 차량에 존재하는 장착 공간에 적합하게 형성할 수 있도록 하기 위해, 고정 기어들이 주행 방향 시프팅 부재들과 변속기 입력부 사이에 배치되거나, 주행 방향 시프팅 부재들이 고정 기어들과 변속기 입력부 사이에 배치된다.

복잡도가 낮은 개루프/폐루프 제어로 작동될 수 있는 변속기 장치의 한 실시예는 제1 동력 분기의 유정압 장치의 영역에 펌프로서, 그리고 모터로서 작동될 수 있는 하나 이상의 제1 유압 유닛과, 유압 회로를 통해서 상기 제1 유압 유닛과 작동 연결되고 마찬가지로 모터로서, 그리고 펌프로서 작동될 수 있는 하나 이상의 제2 유압 유닛을 포함하여 형성되며, 상기 두 유압 유닛은 조정될 수 있고 바람직하게는 경사축 유압 유닛(inclined-axis hydraulic unit)으로서 형성된다.

운전 영역 내부뿐만 아니라 모든 운전 영역에 걸쳐서 본 발명에 따른 변속기 장치의 변속비를 무단으로 변경시킬 수 있도록 하기 위해, 유압 유닛들의 흡수 용적 및 송출 용적은, 변속기 장치의 바람직한 실시예의 경우, 0% 내지 100%의 영역에서 가변될 수 있으며, 발생하는 토크는 일측 유압 유닛의 흡수 용적이 최대이고 타측 유압 유닛의 송출 용적이 최소인 경우 유정압 장치를 포함하는 제1 동력 분기를 통해 완전하게 안내되고, 일측 유압 유닛의 흡수 용적이 최소이고 타측 유압 유닛의 송출 용적이 최대인 경우에는 기계식 유닛을 포함하는 제2 동력 분기를 통해서 완전하게 안내된다.

본 발명에 따른 변속기 장치의 구조적으로 간단하게 형성된 개선 실시예의 경우, 유정압 장치의 제1 유압 유닛은 기어 유닛의 선 기어들 중 하나와 연결된다.

인가되는 토크의 적어도 일부분은, 본 발명에 따른 변속기 장치의 구조적으로 간단하게 형성된 추가 실시예의 경우, 기어 유닛의 선 기어들 중 하나를 통해, 또는 링 기어를 통해 바람직하게 기계식인 장치를 포함하는 제2 동력 분기 내로 유도될 수 있다.

본 발명에 따른 변속기 장치에서 운전 영역 교체가 동기 실행될 수 있다면, 운전 영역들 간의 전환을 위해 각각 제공되는 시프팅 부재들은 마찰 시프팅 부재로서 형성되는 경우 작은 치수로 치수화될 수 있는데, 그 이유는 운전 영역들 간의 전환 과정 동안 시프팅 부재들의 영역에 적은 마찰일(friction work)만이 실행되며, 그로 인해 시프팅 부재들의 영역에서는 약간의 마찰력만이 발생하기 때문이다.

특허청구범위에 명시된 특징들뿐 아니라, 본 발명에 따른 변속기 장치의 하기 실시예에서 명시된 특징들은 각각 독자적으로 또는 서로 임의로 조합되어 본 발명에 따른 대상을 개량하기에 적합하다. 각각의 특징 조합들은 본 발명에 따른 대상의 개선 실시예와 관련하여 제한을 나타내는 것이 아니라, 실질적으로 예시로서의 특성만을 나타낸다.

본 발명에 따른 변속기 장치의 추가의 장점 및 바람직한 실시예들은 특허청구범위와, 하기에서 도면과 관련하여 원리에 따라 기재되는 실시예로부터 제시된다.

도면은 동기식 영역 교체가 이루어지는 동력 분기부를 포함한 본 발명에 따른 변속기 장치의 실시예를 도시한 변속기 선도이다.

도면에는 동력 분기부와 동기식 영역 교체부를 포함하는 변속기 장치(1)의 제1 실시예가 기어 도안으로 도시되어 있다. 구동 엔진(2)에 의해 인가되는 토크의 일측 부분은 제1 동력 분기(3) 내에서 유정압 장치(4)를 통해 안내될 수 있고, 상기 토크의 타측 부분은 제2 동력 분기(5) 내에서 변속기 입력부 또는 변속기 입력 샤프트(7)와 변속기 출력부 또는 변속기 출력 샤프트(8) 사이의 기계 장치(6)를 통해 안내될 수 있다. 두 동력 분기(3 및 5)는 본원에서 유성 기어부로서 형성된 기어 유닛(9)을 통해 작동 연결된다.

엔진 출력 샤프트(2A)와 변속기 입력 샤프트(7) 사이에는 이른바 진동 댐퍼(2B)가 배치되며, 이 진동 댐퍼에 의해 구동 엔진(2)의 영역에서 회전 주기적 변동률(rotating cyclic irregularity)이 감쇠되고, 약간의 부분만이 차량 내지 건설 차량의 변속기 장치(1)와 파워 트레인의 나머지 부분으로 유도된다.

변속기 장치(1)는 전진 및 후진 주행을 위한 3개의 운전 영역을 포함하여 형성되며, 상기 운전 영역들은 각각 분리되는 시프팅 부재(K1, K2 또는 K3)를 통해, 그리고 하나 이상의 연결되는 시프팅 부재(K1, K2 또는 K3)를 통해 전환될 수 있다.

제1 동력 분기(3)의 유정압 장치(4)는 제1 유압 유닛(10)과, 도면에 상세하게 도시되어 있지 않은 유압 회로를 통해 제1 유압 유닛과 작동 연결되는 제2 유압 유닛(11)을 포함하며, 이들 유압 유닛은 공동의 요크를 통해 조정되고 경사축 유압 유닛으로서 형성된다. 두 유압 유닛(10 및 11)은 각각 펌프로서, 그리고 모터로서 작동될 수 있으며, 작동 모드는 변속기 장치(1)에서 연동되는 운전 영역에 따라 이후 설명되는 방식으로 교체된다.

추가로 변속기 장치(1)는 서로 이격되어 있는 복수의 카운터 샤프트(12 내지 16)를 포함하는 카운터 샤프트 변속기로서 형성되며, 그럼으로써 변속기 장치(1)는 축 방향으로 적은 장착 공간을 필요로 하고 반경 방향 또는 장착 길이에서 높이 방향으로는 큰 장착 공간을 필요로 하며, 이러한 필요 장착 공간은 구동 엔진(2)의 엔진 출력 샤프트(2A)와 변속기 출력 샤프트(8) 사이의 축간 거리뿐 아니라, 본원에서 휠 로더로서 형성되는 차량의 구동 축들 사이의 축간 거리를 브리징 하기 위해 제공된다.

변속기 입력부(7)와 유성 기어부(9) 사이에는 2개의 주행 방향 시프팅 부재(KR 및 KV)가 제공되며, 이들 주행 방향 시프팅 부재에 의해서는 전진 주행을 위한 모드와 후진 주행을 위한 모드 간의 전환이 이루어질 수 있다. 후진 주행을 위한 주행 방향 시프팅 부재(KR)에 할당된 카운터 샤프트(13)의 영역에는 제1 유압 작동 시스템의 유압 펌프가 연결될 수 있고 카운터 샤프트(12)의 영역에서는 제2 유압 작동 시스템의 유압 펌프가 연결될 수 있으며, 상기 유압 펌프들은 구동 엔진(2)을 통해 구동될 수 있다. 이를 위해 변속기 입력 샤프트(7)의 고정 기어(39)는 추가의 카운터 샤프트(13)의 고정 기어(40)와, 그리고 추가의 카운터 샤프트(12)의 고정 기어(41)와 치합된다. 변속기 입력 샤프트(7)의 영역에는 구동 엔진(2)에 의해 직접 구동되는 기어 펌프(17)가 배치된다.

기어 펌프(17)를 통해서는, 폐쇄된 회로로서 형성되어 유정압 장치(4)의 두 유정압 유닛(10 및 11)을 서로 연결하는 유압 회로 외에도, 변속기 장치(1)의 윤활 및 냉각 회로에도 유압액을 공급할 수 있다. 추가로 시프팅 부재들(K1 내지 K3)뿐 아니라 주행 방향 시프팅 부재들(KR 및 KV)은 기어 펌프(17)를 통해 유압 작동 압력을 공급받을 수 있으며, 실질적으로 개방된 작동 상태로부터 실질적으로 완전하게 체결된 작동 상태로 전환될 수 있다.

시프팅 부재들(K1 내지 K3)뿐 아니라 주행 방향 시프팅 부재들(KR 및 KV)은 마찰 결합식 파워 시프트 부재로서 형성되며, 그럼으로써 동기식 영역 교체 동안 그럼에도 시프팅 부재들(K1 내지 K3)과 주행 방향 시프팅 부재들(KR 및 KV)의 영역에서 경우에 따라 존재하는 회전 속도 차이가 보상될 수 있게 된다.

유성 기어부(9)는 본원에서 공동의 이중 유성 기어들(23)로 치합되는 2개의 선 기어(21, 22)를 포함하며, 상기 이중 유성 기어들은 다시 유성 캐리어(24) 상에 회전 가능하게 장착된다. 변속기 입력 샤프트(7)는, 주행 방향 시프팅 부재들(KV 및 KR)을 통해, 그리고 주행 방향 시프팅 부재(KR)를 통해서 카운터 샤프트(13)와 회전 고정 방식으로 연결될 수 있는 아이들러 기어(19)와 치합되거나, 주행 방향 시프팅 부재(KV)를 통해서 변속기 입력 샤프트(7)와 회전 고정 방식으로 연결될 수 있는 추가의 아이들러 기어(20)와 치합되는 기어(18)를 통해, 유성 캐리어(24)와 작동 연결될 수 있다. 추가로 이중 유성 기어들(23)은 링 기어(25)와 치합되며, 이 링 기어는 고정 기어(26)를 통해서, 제2 유압 유닛(11)과 작동 연결된 유정압 장치(4)의 유정압 샤프트(28)의 추가의 고정 기어(27)와 치합된다.

제1 유정압 유닛(10)은 본원에서 추가의 유정압 샤프트(29)를 통해서 유성 기어부(9)의 제2 선 기어(22)와 회전 고정 방식으로 연결된다.

제1 유압 유닛(10) 또는 제2 유압 유닛(11)의 흡수 용적과 제2 유압 유닛(11) 또는 제1 유압 유닛(10)의 송출 용적에 따라, 제2 운전 영역에서는, 각각 구동 엔진(2)으로부터 인가되는 토크의 적어도 일부분이 유성 기어부(9)의 유성 캐리어(24)와, 이중 유성 기어들(23)과, 링 기어(25)를 통해, 또는 유성 기어부(9)의 제1 선 기어(21) 및 이 선 기어와 회전 고정 방식으로 연결된 고정 기어(30)를 통해, 기계 장치(6)를 포함하는 제2 동력 분기(5) 내로 유도될 수 있다.

기본적으로 구동 엔진(2)의 구동은 도 1에 도시된 변속기 장치(1)의 실시예의 경우 주행 방향 시프팅 부재(KR 또는 KV)를 통해 유성 기어부(9)의 유성 캐리어(24) 내로 유도된다. 유성 캐리어(24)로부터 출발하여, 구동 엔진(2)의 구동 토크 중에서 유정압 장치(4)의 작동 상태에 따르는 부분은, 변속기 장치(1) 내에서 제1 운전 영역이 연동될 수 있게끔 하는 제1 시프팅 부재(K1)가 체결된 경우, 이중 유성 기어들(23)과 제2 선 기어(22)를 통해 제1 유압 유닛(10) 내로 유도되며, 이 제1 유압 유닛은 제1 운전 영역이 연동된 경우 펌프로서 작동된다. 그런 다음, 기계적 구동은, 링 기어(25)를 통해, 그리고 이 링 기어와 회전 고정 방식으로 연결되고 제1 유정압 샤프트(28)의 고정 기어(27)와 치합되는 고정 기어(26)를 통해 이루어진다.

제1 시프팅 부재(K1)를 통해서는 아이들러 기어(33)가 카운터 샤프트(14)와 회전 고정 방식으로 연결될 수 있으며, 그럼으로써 구동 엔진(2)의 구동 토크는, 고정 기어(35)와 치합되는 유정압 샤프트(28)의 추가의 고정 기어(36)로부터 카운터 샤프트(14)의 아이들러 기어(33)로, 그리고 이 아이들러 기어와 치합되는 변속기 출력 샤프트(8)의 고정 기어(34)로 안내될 수 있다.

그런 다음 모터로서 작동되는 제2 유압 유닛(11)이 정지하고 펌프로서 작동되는 제1 유정압 유닛(10)이 최대 회전수로 작동하면, 제2 유정압 유닛(11)의 흡수 용적이 최대인 반면, 제1 유정압 유닛의 송출 용적은 바로 영(0)이다. 그런 다음 구동 엔진(2)의 구동 동력은 완전하게 유정압 방식으로 변속기 장치(1)를 통해 전달되며, 이는 제1 운전 영역의 제1 한계에 상응한다.

시프팅 부재(K1)를 통해 조정될 수 있는 제1 운전 영역의 제2 한계는, 펌프로서 작동되는 제1 유압 유닛(10)이 정지하고 모터로서 작동되는 제2 유압 유닛(11)의 회전수가 최대일 때 존재하며, 그에 따라 제2 유압 유닛(11)의 흡수 용적은 바로 영이 되고 제1 유압 유닛(10)의 송출 용적은 최댓값을 갖는다. 유정압 장치(4)의 상기 작동 상태에서 구동 엔진(2)의 구동 동력은 변속기 장치(1)를 통해 변속기 입력 샤프트(7)와 변속기 출력 샤프트(8) 사이에서 완전히 기계식으로 전달된다.

변속기 장치(1) 내에서 제2 운전 영역을 연동하기 위한 상응하는 요구가 있을 경우, 제2 시프팅 부재(K2)가 실질적으로 동기식 작동 상태가 될 때까지, 두 유압 유닛(10 및 11)은 회동된다. 이어서 시프팅 부재(K2)가 체결되고, 그와 동시에 제1 시프팅 부재(K1)는 개방된다. 제2 운전 영역이 연동된 경우, 제1 유압 유닛(10)은 모터로서 작동되고 제2 유압 유닛(11)은 펌프로서 작동되며, 그럼으로써 구동 엔진(2)의 구동 토크는, 유성 캐리어(24), 이중 유성 기어들(23), 링 기어(25), 고정 기어(26), 추가의 고정 기어(27) 및 유정압 샤프트(28)를 통해 적어도 부분적으로 제2 유정압 유닛(11) 내로 유도된다.

두 유정압 유닛(10 및 11)의 회동 위치에 따라, 구동 엔진(2)의 구동 토크의 대응하는 비율은 제1 유정압 유닛(10)으로 전달되고 유정압 샤프트(29)와 제2 선 기어(22)를 통해서는 이중 유성 기어들(23)로 전달된다. 마찬가지로 이중 유성 기어들(23)과 치합되는 제2 선 기어(21)는 고정 기어(30)를 통해서, 제2 시프팅 부재(K2)가 체결된 작동 상태에서 카운터 샤프트(15)와 회전 고정 방식으로 연결되는 아이들러 기어(31)와 치합된다. 구동 엔진(2)의 구동 토크는 카운터 샤프트(15)의 고정 기어(32)를 통해 이 고정 기어와 치합되는 카운터 샤프트(14)의 아이들러 기어(33)로, 그리고 이 아이들러 기어와 다시 치합되어 있는 변속기 출력 샤프트(8)의 고정 기어(34)로 전달된다.

다시 제2 운전 영역으로부터 출발하여 제3 운전 영역으로 운전 영역 교체에 대한 요구가 있을 경우, 제2 시프팅 부재(K2)가 여전히 체결된 조건에서 제3 시프팅 부재(K3)를 동기식 작동 상태로 전환하기 위해 유정압 장치(4)는 그에 상응하게 조정된다. 제3 시프팅 부재(K3)가 적어도 거의 동기식 작동 상태로 존재한다면, 상기 제3 시프팅 부재는 체결되고 제2 시프팅 부재(K2)는 개방된 작동 상태로 전환되며, 제3 시프팅 부재(K3)의 체결을 통해서는, 링 기어(25)와 연결된 고정 기어(26)와 치합되는 아이들러 기어(37)가 카운터 샤프트(16)와 회전 고정 방식으로 연결된다. 토크는 카운터 샤프트(16)의 고정 기어(38)로부터 이 고정 기어와 치합되는 카운터 샤프트(14)의 아이들러 기어(33)로, 그리고 다시 상기 아이들러 기어와 치합되는 변속기 출력 샤프트(8)의 고정 기어(34)로 안내된다. 제2 유압 유닛(11)은 제3 운전 영역이 연동된 조건에서 다시 모터로서 작동되고, 그에 반해 제1 유압 유닛(10)은 제1 운전 영역이 연동된 경우처럼 펌프 작동 모드로 전환된다.

제1 시프팅 부재(K1)를 통해 연결될 수 있는 제1 운전 영역에서 변속기 장치(1)에 최대 변속비가 설정될 수 있으며, 그에 반해 제2 시프팅 부재(K2)를 통해 연결될 수 있는 제2 운전 영역에서는 변속기 장치(1)에 평균 변속비 범위가 설정될 수 있고, 제3 시프팅 부재(K2)를 통해 연결될 수 있는 제3 운전 영역에서는 변속기 장치(1)에 최소 변속비 범위가 설정될 수 있다. 3개의 운전 영역은, 제1 운전 영역 또는 변속비 범위와 제2 변속비 범위가 중첩되고, 제2 변속비 범위와 제3 변속비 범위가 중첩되며, 변속기 장치(1)의 변속비가 제1 운전 영역의 변속비의 하한값으로부터 제3 운전 영역의 변속비의 상한값까지 연장되는 변속기 장치(1)의 변속비 범위 전체에 걸쳐서 무단으로, 변속기 장치가 장착된 차량의 운전자가 인지하지 못하게, 구동력의 중단 없이 변경될 수 있도록 구성된다.

건설 기계 분야에서 이용될 수 있는 변속기 장치(1)는 바람직하게는 최대 40km/h까지의 높은 구동력 및 주행 속도가 실현될 수 있게 하는 무단 가변형 변속기이다. 모든 시프팅 부재(K1 내지 K3)는 개개의 카운터 샤프트들(14, 15 및 16) 상에 배치되며, 그럼으로써 구동력 요구가 상대적으로 적은 건설 기계 분야에서 변속기 장치(1)를 적용하는 경우 변속기 장치는 간단하게 이중 영역 변속기로서 형성될 수 있으며, 그에 따라 이중 영역 변속기는 제3 시프팅 부재(K3), 카운터 샤프트(16), 고정 기어(38) 및 아이들러 기어(37) 없이 형성된다. 그에 따라 변속기 장치(1)는 높은 모듈성을 제공하면서 변속기의 하우징 및 변속기 출력 샤프트(8)의 연결부들의 변형 없이 필요 장착 공간이 동일한 조건에서 삼중 영역 변속기로서도 제공될 수 있고, 이중 영역 변속기로서도 제공될 수 있다.

운전 영역들 간의 3회의 영역 전환은 각각 시프팅 부재들(K1 내지 K3)의 동기식 작동 상태에서, 다시 말하면 3개의 운전 영역 간의 업시프팅 및 다운시프팅에서 동기 실행될 수 있기 때문에, 간단하게 더욱 낮은 출력을 갖는 시프팅 부재(K1 내지 K3)를 형성하고 설계할 수 있는데, 그 이유는 각각 시프팅 부재들(K1 내지 K3)이 담당하는 마찰일이 많지 않아서 시프팅 부재들(K1 내지 K3)의 비동기식 영역 교체에 비해 각각 크게 감소된 마찰력만 흡수되면 되기 때문이다.

시프팅 부재들(K1 내지 K3)이 개개의 카운터 샤프트들(14 내지 16) 상에 배치되고, 실제로 공지된 변속기 장치에서처럼 유정압 장치(4)의 유정압 샤프트(28) 상에는 배치되지 않음에 따라, 특히 제3 운전 영역이 연동되는 경우 동력을 안내하는 부품들에 더욱 낮은 회전수가 인가되며, 그럼으로써 상기 부품들의 하중은 감소하게 된다.

또한, 본원의 경우, 제1 시프팅 부재(K1)의 내부 디스크 캐리어(43)는 출력부 또는 변속기 출력 샤프트(8)와 연결될 수 있는 한편, 외부 디스크 캐리어(42)는 카운터 샤프트(14)와 회전 고정 방식으로 연결된다.

변속기 장치(1) 내에서 제1 운전 영역이 연동되는 경우, 기계식 동력 분기(5)는 토크를 링 기어(25)로부터 고정 기어(26)를 통해 추가의 고정 기어(27)로 전달한다. 이런 경우 분기는 링 기어(25)에 의해 개시된다. 유정압 동력 분기(3)는 제2 선 기어(22)로부터 분기된다. 이런 경우 유정압 동력 분기는 동력을 제1 유압 유닛(10)으로부터 제2 유압 유닛(11)으로 전달한다. 이런 경우 제1 유압 유닛(10)은 펌프로서 작동하고 제2 유압 유닛은 모터로서 작동한다. 제1 유정압 샤프트(28) 상에서는 기계 동력과 유정압 동력이 합산되어 고정 기어(36)를 통해 출력부 쪽으로 안내된다. 제2 운전 영역에서는 유성 캐리어(24)로부터 비롯되는 동력이 부분적으로 링 기어(25)로 분기되고 기어들(26 및 27)을 통해 제2 유압 유닛(11)으로 향하는 제1 유정압 샤프트(28)로 안내된다. 제2 유압 유닛(11)으로부터 유압 동력은 제1 유압 유닛(10)으로 안내된다. 이런 경우 제1 유압 유닛(10)은 모터로서 작동하고 제2 유압 유닛은 펌프로서 작동한다. 그런 다음 동력은 제2 선 기어(22)로부터 이중 유성 기어(23)로 안내되고 그곳에서 합산된다. 총 동력은 제1 선 기어(21)로부터 안내된 다음, 기어(30)로부터 출력부로 안내된다. 제3 운전 영역에서 동력은 제1 운전 영역에서와 같이 안내되며, 총 동력은 기어(26)로부터 출력부로 안내된다.

고정 기어들(39, 40 및 41)은 도면에 도시된 변속기 장치(1)의 실시예와는 반대로 변속기 입력부(7)와 주행 방향 시프팅 부재들(KR 및 KV) 사이에도 배치됨으로써, 변속기 장치(1)는 간단하게 차량 내 가용 장착 공간에 적합하게 형성될 수 있다.

고정 기어들(39 내지 41)로 구성되는 고정 기어 체인의 엔진 측 배치로 인해, 간단하게 기존의 차량 내 장착 공간에 카운터 샤프트(12)와 연결될 수 있는 제2 동력 인출 장치가 장착될 수 있다. 특히 휠 로더 차량 프레임에 변속기 장치(1)를 배치하는 경우 다른 차량 컴포넌트들과의 충돌이 최소화됨으로써 상당한 장점이 제공된다.

기어들(36 및 35) 간의 기어쌍 맞물림 영역에서의 변속비는, 변속기 장치(1)를 이중 영역 변속기로 형성할지 아니면 삼중 영역 변속기로서 형성할지와는 상관없이, 제2 운전 영역 또는 제3 운전 영역을 형성하는 동안 개방된 작동 상태에서 제1 시프팅 부재(K1)의 시프팅 부재 반부들 간의 회전수 차이를 가능한 한 작게 유지하기 위해, 각각 동일하게 형성될 수 있다.

이런 경우 제1 시프팅 부재(K1)의 전달 성능은, 기어들(36 및 35) 간의 기어쌍 맞물림부의 변속비를 가능한 한 크게 제공할 수 있고 제2 및 제3 운전 영역이 실행되는 동안 제1 시프팅 부재(K1)의 영역에서 역회전 회전수가 가능한 한 작게 유지될 수 있을 정도로 제공된다.

기본적으로 시프팅 부재들(K1 내지 K3)의 영역에 제공되는 기어들(35, 33, 31, 32, 37 및 38)은 각각 본원의 적용 사례에 따라 아이들러 기어로서, 또는 고정 기어로서 형성될 수 있다. 또한, 제3 시프팅 부재(K3)의 영역에 배치되는 카운터 샤프트(16)의 기어들(37 및 38)과 제1 시프팅 부재(K1)의 영역에 배치되는 카운터 샤프트(14)의 기어들(35 및 33)은 기어(26)와 고정 치합될 수 있거나, 상기 기어(26)와 치합되거나 연결되는 기어, 다시 말하면 본원의 경우 기어(27) 또는 기어(36)와 고정 치합될 수 있다.

1: 변속기 장치
2: 구동 엔진
2A: 엔진 출력 샤프트
2B: 진동 댐퍼
3: 제1 동력 분기
4: 유정압 장치
5: 제2 동력 분기
6: 기계 장치
7: 변속기 입력 샤프트
8: 변속기 출력 샤프트
9: 기어 유닛
10: 제1 유압 유닛
11: 제2 유압 유닛
12 내지 16: 카운터 샤프트
17: 기어 펌프
18: 기어
19: 아이들러 기어
20: 아이들러 기어
21: 제1 선 기어
22: 제2 선 기어
23: 이중 유성 기어
24: 유성 캐리어
25: 링 기어
26: 고정 기어
27: 추가의 고정 기어
28: 제1 유정압 샤프트
29: 제2 유정압 샤프트
30: 고정 기어
31: 아이들러 기어
32: 고정 기어
33: 고정 기어
34: 고정 기어
35: 아이들러 기어
36: 고정 기어
37: 아이들러 기어
38: 아이들러 기어
39: 고정 기어
40: 고정 기어
41: 고정 기어
42: 외부 디스크 캐리어
43: 내부 디스크 캐리어
K1 내지 K3: 시프팅 부재
KR, KV: 주행 방향 시프팅 부재

Claims

2개 이상의 유정압 샤프트(28, 29)를 구비한 유정압 장치(4)를 포함하는 하나 이상의 제1 동력 분기(3)와, 동력 분기 장치를 통해서 상기 제1 동력 분기와 작동 연결되는 제2 동력 분기(5)를 포함하는 동력 분기부를 구비한 변속기 장치(1)이며, 전진 주행 및 후진 주행을 위한 2개 이상의 운전 영역이 각각 제공되고, 이들 운전 영역은 각각 하나 이상의 분리되는 시프팅 부재(K1 내지 K3)와 하나 이상의 연결되는 시프팅 부재(K1 내지 K3)를 통해 전환될 수 있는, 변속기 장치에 있어서,
상기 시프팅 부재들(K1 내지 K3) 각각은 개개의 카운터 샤프트(14, 15, 16) 상에 배치되며, 추가의 운전 영역을 형성하기 위해 제공되는 카운터 샤프트(16)가 기어(37)를 통해서, 동력 분기 장치(9)의 샤프트(25)와 작동 연결된 고정 기어(26)와 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는, 변속기 장치(1).
제1항에 있어서, 인가된 토크 중 동력 분기들을 통해 안내될 수 있는 부분을 동력 분기하고 합산하기 위해 제공되는 동력 분기 장치(9)는, 유성 기어부로서 형성되고 2개의 선 기어(21, 22)를 포함하는 기어 유닛이며, 상기 선 기어들은 공통 이중 유성 기어들(23)과 치합되고, 상기 이중 유성 기어들은 다시 링 기어(25)와 치합되는 것을 특징으로 하는, 변속기 장치.
제2항에 있어서, 추가의 운전 영역을 형성하기 위해 제공되는 카운터 샤프트(16)의 기어(37)는 상기 동력 분기 장치(9)의 링 기어(25)와 연결된 기어(26)와 치합되거나, 상기 기어(26)와 치합된 고정 기어와 치합되는 것을 특징으로 하는, 변속기 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 시프팅 부재(K1)의 연결된 작동 상태에서 제1 운전 영역이 형성될 수 있게끔 하는 제1 시프팅 부재(K1)의 시프팅 부재 반부(42)가, 카운터 샤프트(14)의 기어(33)를 통해서, 변속기 출력 샤프트(8)와 작동 연결되고, 상기 제1 시프팅 부재(K1)의 추가의 시프팅 부재 반부(43)는, 상기 카운터 샤프트(14)의 추가의 기어(35)를 통해서, 유정압 장치(4)와 연결된 샤프트(28)와 작동 연결되는 것을 특징으로 하는, 변속기 장치.
제4항에 있어서, 상기 제1 시프팅 부재(K1)를 통해서, 상기 할당된 카운터 샤프트(14)와 회전 고정 방식으로 연결될 수 있는 기어(33)는 변속기 출력 샤프트(8)와 작동 연결되고, 카운터 샤프트(14)의 고정 기어(35)는 유정압 장치(4)에 할당된 유정압 샤프트(28)의 고정 기어(36)와 치합되는 것을 특징으로 하는, 변속기 장치.
제4항 또는 제5항에 있어서, 제1 시프팅 부재(K1)의 외부 디스크 캐리어(42)는 제1 시프팅 부재(K1)에 할당된 카운터 샤프트(14)와 연결되는 한편, 내부 디스크 캐리어(43)는 카운터 샤프트(14) 상에 장착된 아이들러 기어(33)와 연결되는 것을 특징으로 하는, 변속기 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 시프팅 부재(K2)의 연결된 작동 상태에서 제2 운전 영역이 형성될 수 있게끔 하는 제2 시프팅 부재(K2)를 통해서, 할당된 카운터 샤프트(15)와 회전 고정 방식으로 연결될 수 있는 아이들러 기어(31)는, 기어 유닛(9)의 제1 선 기어(21)와 회전 고정 방식으로 연결된 고정 기어(30)와 치합되고, 상기 카운터 샤프트(15)의 고정 기어(32)는 제1 시프팅 부재(K1)에 할당된 카운터 샤프트(14)의 기어들(33) 중 하나와 작동 연결되는 것을 특징으로 하는, 변속기 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 제3 운전 영역을 형성하기 위해, 추가의 카운터 샤프트(16) 상에 배치되는 추가의 시프팅 부재(K3)가 제공되는 것을 특징으로 하는, 변속기 장치.
제8항에 있어서, 제3 시프팅 부재(K3)의 연결된 작동 상태에서 제3 운전 영역이 형성될 수 있게끔 하는 제3 시프팅 부재(K3)를 통해서 상기 할당된 카운터 샤프트(16)와 회전 고정 방식으로 연결될 수 있는 아이들러 기어(37)가 유정압 장치(4)에 할당된 유정압 샤프트(28)의 추가의 고정 기어(27)와 작동 연결되고, 상기 카운터 샤프트(16)의 고정 기어(38)는 변속기 출력 샤프트(8)와 작동 연결되는 것을 특징으로 하는, 변속기 장치.
제8항 또는 제9항에 있어서, 제1 및 제3 운전 영역에서 두 동력 분기(3, 5)의 동력은 유정압 장치(4)와 연결된 샤프트(28)를 통해 합산되는 것을 특징으로 하는, 변속기 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 변속기 입력부(7)의 고정 기어(39)가 추가의 카운터 샤프트(13)의 고정 기어(40)를 통해서 제1 유압 작동 시스템의 유압 펌프와 연결될 수 있고, 추가의 카운터 샤프트(12)의 고정 기어(41)를 통해서는 제2 유압 작동 시스템의 유압 펌프와 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는, 변속기 장치.
제10항 또는 제11항에 있어서, 변속기 입력부(7)는 주행 방향 시프팅 부재들(KR, KV)을 통해서 유성 기어부(9)의 유성 캐리어(24)와 작동 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는, 변속기 장치.
제12항에 있어서, 고정 기어들(39, 40, 41)이 주행 방향 시프팅 부재들(KR, KV)과 변속기 입력부(7) 사이에 배치되거나, 주행 방향 시프팅 부재들(KR, KV)이 고정 기어들(39, 40, 41)과 변속기 입력부(7) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는, 변속기 장치.