KR20120135317A

KR20120135317A - 결합 배열체

Info

Publication number: KR20120135317A
Application number: KR1020127026600A
Authority: KR
Inventors: 클라우스 에더; 마르쿠스 콜뵉; 요하네스 쿠에헨베르거; 라인하르트 바인가르트쇼퍼
Original assignee: 마그나 파워트레인 아게 운트 코 카게
Priority date: 2010-04-12
Filing date: 2011-04-08
Publication date: 2012-12-12
Also published as: US8997957B2; DE102010045898A1; JP2013524133A; US20130199884A1; WO2011128273A1; CN102939473A; EP2558739B1; CA2795865A1; JP5616521B2; EP2558739A1; CN102939473B; KR101400562B1

Abstract

본 발명에 따른 자동차의 구동렬을 위한 결합 배열체는 구동렬의 구동 요소와 선택적으로 회전 샤프트를 결합시키도록 회전 샤프트 상에 배열되는 적어도 1개의 클러치를 포함하고, 구동 요소와 회전 샤프트를 결합시키기 위해, 제1 클러치 부분 및 제2 클러치 부분이 회전 샤프트의 축을 따라 클러치 부분들 중 하나를 이동시킴으로써 서로와 맞춤 결합될 수 있다. 구동렬 내의 저크 및 진동을 방지하기 위해, 제1 클러치 부분과 제2 클러치 부분 사이에서 작용하는 유압 감쇠 장치가 제공된다.

Description

결합 배열체{COUPLING ARRANGEMENT}

본 발명은, 자동차의 구동렬(drive train)을 위한 결합 배열체로서, 이 때에 적어도 1개의 클러치가 구동렬의 구동 요소와 선택적으로 회전 샤프트를 결합시키도록 회전 샤프트 상에 배열되고, 구동 요소와 회전 샤프트를 결합시키기 위해, 제1 클러치 부분 및 제2 클러치 부분이 회전 샤프트의 축을 따라 클러치 부분들 중 하나를 이동시킴으로써 서로와 맞춤 결합(form-fit engagement)될 수 있는, 결합 배열체에 관한 것이다.

회전 샤프트에 결합될 구동렬의 구동 요소는 추가 샤프트 또는 기어 요소일 수 있다. 예컨대, 클러치의 작동 시에, 맞춤 연결이 첫째로 회전 샤프트와 둘째로 입력 샤프트, 출력 샤프트, 하우징 또는 차동 기어(differential gear)의 플레이트 휠(plate wheel), 또는 각도 기어(angular gear)의 기어휠(gearwheel) 사이에 제공될 수 있다.

이러한 장치는 선택 가능한 전륜 구동부와 자동차 내의 구동렬의 일부를 결합 해제하여 2륜 구동부에서 일측 상의 1차 축 또는 구동 유닛과 타측 상의 2차 축 사이의 연결이 적어도 부분적으로 분리될 수 있도록 예컨대 소위 연결 해제 시스템의 형태로 사용될 수 있다. 이와 같이, 클러치를 해제함으로써 영구 2륜 구동 모드에서 요구되지 않는 구동렬의 일부 특히 불필요한 부품의 관련된 이동을 방지하기 위해, 제2 축으로 이어지는 토크 전달 세그먼트가 중단될 수 있다. 대체예에서, 이러한 형태의 결합 배열체가 내연 기관으로부터 주 변속기를 분리하여 동력 손실을 방지하고 소음을 최소화하도록 전기 동작 모드 중에 하이브리드 구동부를 갖는 차량에서 또한 사용될 수 있다. 전기 구동부를 위한 구동렬 결합 해제가 제2 축 상에 또한 제공될 수 있다. 공지된 시스템에서, 클러치는 유압 또는 공압 작동기에 의해 또는 전기 모터에 의해 중 어느 한쪽에 의해 작동, 즉 개방 또는 폐쇄된다. 일반적으로, 토크 전달은 입력 요소로서의 회전 샤프트로부터 출력 샤프트로서의 구동렬의 구동 요소로 또는 반대 방향으로 일어날 수 있다.

일반적인 형태의 결합 배열체가 제DE 10 2009 049 013 A1호에 개시되어 있다. 이러한 시스템에서, 전기 모터가 개방 방향으로 클러치 스위치 요소를 이동시키도록 제공되고, 한편 폐쇄 방향으로의 스위치 요소의 이동은 스프링 요소에 의해 성취된다.

공지된 출원에서, 그 목적은 비교적 높은 속도로 맞춤 결합 예컨대 클로-형태 클러치(claw-type clutch)의 원리를 기초로 하여 클러치를 결합시키는 것이다. 그러나, 이것은 구동렬 내의 충격, 진동 및 소음으로 이어질 수 있는데, 이는 차량의 운전자에게 불쾌한 것으로서 지각된다.

본 발명의 목적은 이러한 관점에서 이러한 형태의 결합 배열체를 개선하는 것이다.

이 목적은, 구동렬의 구동 요소와 선택적으로 회전 샤프트를 결합시키도록 회전 샤프트 상에 배열되는 적어도 1개의 클러치를 갖는 결합 배열체로서, 구동 요소와 회전 샤프트를 결합시키기 위해, 제1 클러치 부분 및 제2 클러치 부분이 회전 샤프트의 축을 따라 클러치 부분들 중 하나를 이동시킴으로써 서로와 맞춤 결합될 수 있는, 결합 배열체에 의해 성취된다. 본 발명에 따르면, 제1 클러치 부분과 제2 클러치 부분 사이에서 작용하는 유압 감쇠 장치가 제공된다. 유압 감쇠 장치는 제2 클러치 부분에 대한 제1 클러치 부분의 축 방향 이동 시에 유체가 압축 및/또는 변위되고 그에 따라 클러치 부분의 이동이 제어 방식으로 지연되는 원리를 기초로 하여 작용한다. 이러한 방식으로, 신속한 결합에도 불구하고, 바람직하지 않는 구동렬 내의 저크(jerk) 및 소음이 방지된다.

본 발명과 관련되는 방향 용어["축 방향(axial)" 및 "반경 방향(radial)"]는 항상 회전 샤프트의 축과 관련된다.

본 발명의 개선 사항이 종속 청구항, 상세한 설명 및 첨부된 도면 내에 주어져 있다.

바람직하게는, 유압 감쇠 장치는 서로에 대해 이동 가능하고 클러치 부분들 중 하나와 각각 결합되는 2개의 벽 세그먼트를 갖고 유압 유체를 수용하는 감쇠 챔버를 포함하고, 적어도 1개의 유출 개구가 감쇠 챔버로부터의 유체의 탈출을 가능케 한다. 벽 세그먼트는 원칙적으로 각각의 클러치 부분 상에 직접적으로 형성될 수 있다. 그러나, 이들은 여러 개의 전달 요소를 통해 적용 가능한 클러치 부분과 기계 연결되는 별개의 구성 요소에 또한 속할 수 있다. 벽 세그먼트가 클러치 부분과 기계 연결되기 때문에, 서로를 향한 클러치 부분의 이동 시에, 감쇠 챔버가 더 작아지고, 유압 유체가 결국 유출 개구를 통해 감쇠 챔버로부터 방출된다. 감쇠 챔버로부터 추가 수용 영역 내로의 유체의 초킹 유동(choked flow) 때문에, 벽 세그먼트 그에 따라 클러치 부분의 이동이 기계 저항에 반대되고, 이것은 최종적으로 결합 이동의 감쇠로 이어진다. 감쇠 챔버로부터의 유체 탈출의 초킹의 정도는 여러 개의 유출 개구의 제공을 통해 적용 가능한 유출 개구의 크기 및 형태를 통해 조정될 수 있다.

결합 배열체는 클러치를 위한 작동기 장치를 포함할 수 있고, 감쇠 챔버는 작동기 장치의 2개의 작동기 사이에 형성된다. 이러한 방식으로, 예컨대 임의의 경우에 2개의 작동기 사이에 존재하는 공동이 감쇠 챔버로서 유리하게 사용될 수 있다.

감쇠 챔버는 구체적으로 작동기 장치의 2개의 환형 또는 슬리브형 작동기와 클러치 하우징 사이에 형성될 수 있다. 하나의 실시예에 따르면, 감쇠 챔버는 예컨대 중심 샤프트 주위에 형성되는 환형 챔버일 수 있다.

본 발명의 추가 실시예에 따르면, 2개의 클러치 구성 요소 사이의 적어도 1개의 공차-유도 간극이 유출 개구로서 작용한다. 이것은 이러한 경우에 별개의 유출 개구가 감쇠 챔버의 벽 내에 제공될 것이 필요하지 않으므로 특히 간단하고 경제적인 구성을 가능케 한다.

클러치의 해제 상태에서, 감쇠 챔버는 유체로 단지 부분적으로 충전될 수 있다. 그 다음에, 공기 또는 가스 쿠션이 유체 레벨 위에 형성될 수 있다. 클러치의 결합 그리고 감쇠 챔버의 크기의 관련된 감소 시에, 대응하여 위치되는 유출 개구로써, 우선, 공기 쿠션으로부터의 공기가 비교적 낮은 저항으로 감쇠 챔버로부터 방출된다. 공기 쿠션이 소모된 직후에, 증가된 저항으로 인해 유압 유체의 유출 시에 클러치 부분 이동의 비교적 강력한 감쇠가 성취된다. 이러한 방식으로, 결합 또는 해제 과정 중의 감쇠의 전개가 더 정확하게 조정될 수 있다.

본 발명의 추가 실시예에 따르면, 클러치의 해제 상태에서의 감쇠 챔버는 연결 개구를 통해 균형화 챔버와 연결된다. 연결 개구는 감쇠 챔버로부터 균형화 챔버 내로의 비교적 가볍게 초킹된 유체 탈출을 가능케 하여 감쇠의 정도를 감소시키도록 구성될 수 있다.

감쇠 챔버의 벽 세그먼트들 중 하나 상에는 하나의 클러치 부분이 결합 방향으로의 축 방향 이동 시에 미리 결정된 위치에 도달하자마자 연결 개구의 폐쇄를 유발하는 제어 세그먼트가 또한 제공될 수 있다. 이와 같이, 미리 결정된 위치는 전체 감쇠력이 가해지는 지점을 한정한다. 그러므로, 연결 개구를 폐쇄하는 이러한 제어 세그먼트로써, 감쇠 특성이 더 정확하게 조정될 수 있다.

나아가, 2개의 클러치 부분 사이에서 작용하는 탄성 요소 구체적으로 고무 버퍼가 제공될 수 있다. 이러한 탄성 요소는 감쇠 특성의 추가 조정을 위해 사용될 수 있다. 구체적으로, 탄성 요소는 제2 클러치 부분에 대한 제1 클러치 부분의 축 방향 이동을 최종적으로 정지시키도록 작용할 수 있다.

본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 감쇠 장치는 클러치의 결합 시의 클러치 부분의 표면들 사이의 접촉이 직접적으로 방지되도록 형성된다. 이것은 특히 부드럽고 조용한 결합을 가능케 한다.

본 발명의 추가 실시예에 따르면, 2개의 클러치 부분은 결합 방향으로 서로에 대해 예비-인장된다. 클러치의 결합 시에 "치형부-상의-치형부(tooth-on-tooth)" 위치가 일어날 때에, 예컨대 스프링 요소에 의해 제공되는 연속 작용 예비-인장력은 2개의 클러치 요소 사이의 상대적인 비틀림의 존재 시에 클러치 부분이 서로에 정확하게 배향되자마자 결합이 일어나는 것을 보증할 수 있다. 신속한 결합을 보증하기 위해, 여기에서, 일반적으로, 비교적 큰 예비-인장력이 요구된다. 그러나, 불가피하게 관련되는 저크 및 진동 위험성이 본 발명에 따른 감쇠 장치에 의해 피해질 수 있다.

본 발명이 도면을 참조하여 예로서 아래에서 설명될 것이다.
도1은 본 발명에 따른 결합 배열체의 단면도이다.
도2는 전방으로부터 도1에 따른 결합 배열체를 도시하는 분해도이다.
도3은 후방으로부터 도1에 따른 결합 배열체를 도시하는 분해도이다.
도4는 도1에 따른 결합 배열체의 배면도이다.
도5는 결합 상태의 결합 배열체의 클러치를 도시하는 도1에 따른 결합 배열체의 부분도이다.
도6은 해제 상태의 클러치를 도시하는 도1에 따른 결합 배열체의 부분도이다.
도7은 결합 과정 중의 클러치를 도시하고 감쇠 챔버의 위치를 도시하는 도1에 따른 결합 배열체의 부분도이다.
도8은 도1에 따른 결합 배열체의 작동기 장치의 램프 기구(ramp mechanism)의 분해도이다.
도9a-도9d는 다양한 동작 상태의 도8에 따른 램프 기구를 도시하고 있다.
도10은 도8에 따른 램프 기구의 일부를 형성하는 램프 링의 정면도이다.
도11은 도10에 따른 램프 링의 배면도이다.
도12는 도8에 따른 램프 기구의 일부를 형성하는 웜 기어휠(worm gearwheel)의 정면도이다.
도13은 도12에 따른 램프 웜 기어휠의 배면도이다.
도14는 웜 기어휠과 정지 핀 사이의 협력을 도시하는 도1에 따른 결합 배열체의 단면도이다.
도15는 도1에 따른 결합 배열체의 동기기 장치(synchronizer device)의 스프링 링의 배면도이다.
도16은 도15의 스프링 링의 정면도이다.

도1-도3은 구동렬의 2개의 구성 요소를 선택적으로 함께 결합시키도록 자동차의 구동렬 내의 다양한 위치에 설치될 수 있는 본 발명에 따른 결합 배열체를 도시하고 있다.

구체적으로, 결합 배열체는 수동으로 또는 자동으로 선택 가능한 전륜 구동부를 갖는 자동차 내의 길이 방향 또는 횡단 방향 연결 해제 시스템을 형성할 수 있다.

원칙적으로, 차량이 2차 축 상의 전기 모터에 의해 이동 또는 구동될 때에 수동 또는 자동 변속기 등의 구동렬 구성 요소의 계속된 회전으로부터 기인하는 손실을 감소시키도록 1차 구동렬로부터 내연 기관을 결합 해제하는 것이 결합 배열체에 의해 또한 가능할 수 있다. 결합 배열체는 요구되지 않을 때에 또는 과도한 속도 상승이 방지되어야 하면 구동렬로부터 전기 모터를 결합 해제하도록 2차 축 상의 전기 모터에 위한 구동부를 갖는 하이브리드 차량에서 또한 사용될 수 있다.

결합 배열체는 공통 하우징(15) 내에 수용되는 클로-형태 클러치(11) 및 작동기 장치(13)를 포함한다. 작동기 장치(13)는 도시되지 않은 전자 제어 유닛에 의해 제어될 수 있다.

클로-형태 클러치(11)는 클로-형태 클러치(11)를 폐쇄하도록 맞춤 결합될 수 있는 제1 클러치 부분(20) 및 제2 클러치 부분(21)을 포함한다. 제1 클러치 부분(20)은 회전 축(R)에 대해 회전되고 결국 예컨대 자동차의 전방 축 차동부와 결합되는 입력 절반-샤프트(input half-shaft)(23)와 결합된다. 제2 클러치 부분(21)은 결국 예컨대 자동차의 후방 축 차동부와 결합되는 출력 절반-샤프트(output half-shaft)(25)와 결합된다. 2개의 클러치 부분(20, 21)이 맞춤 결합될 때에, 클로-형태 클러치(11)가 결합되고, 토크가 입력 절반-샤프트(23)로부터 출력 절반-샤프트(25)로, 즉 구동렬의 전방 축으로부터 후방 축으로 전달된다. 그러나, 2개의 클러치 부분(20, 21)이 결합되지 않을 때에, 클로-형태 클러치(11)가 개방되고, 입력 절반-샤프트(23)가 출력 절반-샤프트(25)로부터 분리된다. 클로-형태 클러치(11)는 제2 클러치 부분(21)이 제1 클러치 부분(20)에 대해 회전 축(R)을 따라 이동될 때에 개방 및 폐쇄된다.

회전 속도 센서(27)가 출력 절반-샤프트(25)의 순간 회전 속도를 검출하도록 제공된다. 회전 속도 센서(27)는 별개로 제공되는 마커 휠(marker wheel)에 의해 또는 실제 결합 배열체의 구성 요소의 맞물림(toothing)으로부터 중 어느 한쪽으로 회전 속도를 결정할 수 있다. 구체적으로, ABS 센서가 사용될 수 있다.

스프링(29) 이러한 실시예에서 접시 스프링(Belleville spring)에 의해, 제2 클러치 부분(21)이 클로-형태 클러치(11)의 결합 또는 폐쇄 방향(K1)으로 예비-인장된다. 스프링(29)은 제2 클러치 부분(21)이 해제 또는 개방 방향(K2)으로의 스프링력에 대해 이동될 때에 클로-형태 클러치(11)의 각각의 해제 또는 개방 시에 인장된다.

도2 및 도3의 분해도로부터 분명한 것과 같이, 클러치 부분(20, 21)은 슬리브형으로 형성하고, 그 표면 상에는 치형 클로(30)를 각각 갖는다. 입력 절반-샤프트(23) 및 출력 절반-샤프트(25)의 회전 속도를 균형화하기 위해, 스프링 링(33) 그리고 여러 개의 동기기 링(35)을 포함하는 동기화 장치(31)가 클로-형태 클러치(11) 내에 일체화된다. 클로-형태 클러치(11)의 작동기 장치(13)는 웜(37), 웜(37)과 결합되는 웜 기어휠(39), 핑거(finger)(42)를 갖는 제어 링(41) 그리고 램프 링(43)을 포함한다. 웜 기어휠(39)의 내경부 상에는 도4를 추가로 참조하여 아래에서 더 상세하게 설명되는 것과 같이 웜 기어휠(39)이 회전 축(R)에 대해 회전될 때에 램프 링(43)의 외경부 상의 스위치 램프(47) 내에 결합되어 양쪽 축 방향(K1, K2)으로 램프 링(43)을 이동시킬 수 있는 2개의 스위치 돌출부(45)가 제공된다.

회전 축(R)을 중심으로 램프 링(43)에 대한 웜 기어휠(39)의 비틀림 시에, 스위치 돌출부(45) 및 스위치 램프(47)의 협력 때문에, 램프 링(43)의 축 방향 변위가 회전 축(R)을 따라 일어난다. 웜 기어휠(39)과 램프 링(43) 사이의 이러한 상대적인 비틀림을 성취하기 위해, 웜 기어휠(39)과 결합되는 웜(37)이 전기 모터(49)에 의해 구동될 수 있다. 그러므로, 클로-형태 클러치(11)를 개방하기 위해, 웜 기어휠(39)은 전기 모터(49)에 의해 회전이 설정되고, 결국 스프링(29)의 힘에 대해 램프 링(43)을 축 방향으로 변위시킨다. 제2 클러치 부분(21)은 램프 링(43)과 활주 결합을 통해 또한 이동된다.

웜 기어휠(39)은 비틀림 중에 어떤 축 방향 이동도 실행하지 않도록 장착된다. 대조적으로, 램프 링(43)은 축 방향으로 변위 가능하고, 램프 링(43)의 외경부 상에 제공되는 핑거(51)가 램프 링(43)의 자동-회전을 방지하도록 하우징(15)의 (도시되지 않은) 대응 홈 내에 활주 상태로 보유된다.

스프링(29)은 제2 클러치 부분(21)에 대해 폐쇄 방향(K1)으로 램프 링(43)을 가압한다. 첫째로, 이것은 동기화 과정 중에 동기기 링(35)에 필요한 축 방향 힘을 가할 때에 전기 모터(49)를 지지한다. 그러므로, 원칙적으로 블록 또는 핀으로서 형성될 수 있는 램프 링(43) 그리고 그와 협력하는 스위치 돌출부(45)는 전기 모터(49)의 힘 그리고 스프링(29)의 힘이 제2 클러치 부분(21) 상에 조합하여 가해지도록 형성된다. 둘째로, 스프링(29)은 동기화 과정 후의 실제 결합 과정을 위한 힘 축적기로서 작용한다. 즉 클로-형태 클러치(11)가 동기화 과정 후에 결합되어야 하면, 클러치 부분(20, 21)의 "치형부-상의-치형부(tooth-on-tooth)" 위치의 존재가 가능하다. 클로-형태 클러치(11)는 이러한 경우에 결합될 수 없다. 결국, 상대적인 비틀림이 최종적으로 결합을 가능케 하도록 제1 클러치 부분(20)과 제2 클러치 부분(21) 사이에서 요구된다. 스프링(29)은 여기에서 클러치 부분(20, 21)이 정확한 위치[간극-상의-치형부("tooth-on-gap")]에 도달할 때까지 에너지 축적기로서 작용한다.

동기화 과정 중에, 도5 및 도6에 따르면, 제2 클러치 부분(21)은 슬리브형 기부 본체(53) 그리고 여러 개의 스냅 핑거(snap finger)(55)를 포함하는 스프링 링(33)에 대해 가압된다. 슬리브형 기부 본체(53)의 내주연부는 동기화 장치(31)의 외부 마찰 원뿔부를 형성한다. 동기화 과정의 출발 단계에서, 스프링 링(33)의 스냅 핑거(55)는 제2 클러치 부분(21)의 외주연부 상에 형성되는 홈(60)과 결합된다. 한정된 힘이 홈(60)의 외부로 스프링 링(33)의 스냅 핑거(55)를 가압하는 데 필요하다. 이러한 힘은 동기기 링(35)의 마찰 원뿔부를 결합시키는 최대 힘과 동일하다.

스프링 링(33) 상에 정확한 힘을 가하기 위해, 전기 모터(49)가 그에 따라 제어된다. 적용 분야에 따라, 제어 방법은 위치-기반형, 전류-기반형, 2차 구동렬의 회전 속도-기반형 또는 이들 원리로부터 조합되는 제어 전략일 수 있다.

동기화 과정의 출발 단계가 종료되고 출력 절반-샤프트(23)의 회전 속도가 입력 절반부-샤프트(25)의 회전 속도에 적어도 실질적으로 도달하자마자, 클로-형태 클러치(11)의 결합이 시작될 수 있다. 램프 링(43) 상의 축 방향 힘은 스프링 링(33)이 제2 클러치 부분(21)의 홈(60)의 외부로 가압되도록 증가된다. 램프 링(43)은 클로-형태 클러치(11)의 폐쇄 방향(K1)으로 회전 축 R을 따라 더욱 전방으로 제2 클러치 부분(21)을 가압한다. 제1 클러치 부분(20) 및 제2 클러치 부분(21)의 클로(30)의 순간 상대 위치에 따라, 클로-형태 클러치(11)는 2개의 클러치 부분(20, 21)의 추가 상대 회전 직후에 또는 비교적 짧은 시간 후에 중 어느 한쪽의 시기에 폐쇄된다. 이러한 상태가 도5에 도시되어 있다. 재차 클로-형태 클러치(11)를 개방하기 위해, 웜 기어휠(39)은 스위치 돌출부(45)가 도6에 도시된 해제 위치로 램프 링(43)을 이동시키도록 추가로 회전된다. 완전 개방 위치에서, 스프링 링(33)은 제2 클러치 부분(21)의 홈(60) 내로 재차 스냅 결합된다.

과도하게 급격한 결합 그리고 구체적으로 2개의 클러치 부분(20, 21) 사이의 접촉을 피하기 위해, 제1 클러치 부분(20)과 제2 클러치 부분(21) 사이에서 작용하는 유압 감쇠 장치(65)가 제공되고, 이것은 도7을 참조하여 아래에서 더 상세하게 설명될 것이다.

감쇠 장치(65)는 클로-형태 클러치(11)의 해제 상태에서 공기 쿠션이 유체 레벨 위에 형성되도록 유압 유체로 부분적으로 충전되는 감쇠 챔버(67)를 포함한다. 유체는 구체적으로 유압 오일일 수 있다. 감쇠 챔버(67)는 제어 링(41), 램프 링(43) 및 하우징(15) 사이에 형성되고, 그에 따라 회전 축(R) 주위에 중심을 갖는 환형 챔버를 형성한다. 가압되면, 유체가 개별 구성 요소들 사이의 공차-유도 간극(69)을 통해 감쇠 챔버(67)의 외부로 유동될 수 있다. 나아가, 클로-형태 클러치(11)가 해제 상태에 있을 때에 감쇠 챔버(67)가 균형화 챔버(73)와 연결되게 하는 연결 개구(71)가 제공된다. 도7에 도시된 클로-형태 클러치(11)의 부분 결합 위치에서, 연결 개구(71)는 제어 링(41)으로부터 축 방향으로 돌출되는 제어 벽 세그먼트(75)에 의해 폐쇄되고, 감쇠 챔버(67)는 유체로 완전히 충전된다.

감쇠 챔버(67)는 램프 링(43) 및 하우징(15)의 고정 벽 세그먼트에 의해 반경 방향으로, 그리고 제어 링(41)의 표면 벽 세그먼트(76)에 의해 그리고 램프 링(43)의 표면 벽 세그먼트(77)에 의해 축 방향으로 제한된다. 클로-형태 클러치(11)의 폐쇄 방향(K1)으로의 램프 링(43)의 축 방향 이동 시에, 램프 링(43)의 표면 벽 세그먼트(77)는 감쇠 챔버(67)의 체적이 더 작아지도록 제어 링(41)의 표면 벽 세그먼트(76)를 향해 이동된다. 이것은 우선 유체 레벨 위의 공기가 비교적 낮은 저항으로 간극(69)을 통해 감쇠 챔버(67)로부터 방출되는 것으로 이어진다. 공기 쿠션으로부터의 공기가 소모되고 감쇠 챔버(67)가 도7에서와 같이 유체로 완전히 충전되자마자, 유체가 감쇠 챔버(67)의 외부로 초킹 방식으로 유동되고, 이것은 기계 저항으로의 감쇠 링(43)의 이동에 반대된다. 유출을 위해 이용 가능한 개방 영역은 웜 기어휠(39), 제어 링(41), 감쇠 링(43) 및 하우징(15) 사이의 공차에 의해 한정된다. 감쇠 특성은 램프 링(43)의 핑거(51)(도2)를 위한 전술된 축 방향 홈, 램프 링(43) 자체의 핑거(51) 그리고 제어 링(41)의 핑거(42)의 형상에 의해 또한 조정될 수 있다.

제어 링(41)의 제어 벽 세그먼트(75)의 길이는 연결 개구(71)가 폐쇄되고 그에 따라 실제 유압 감쇠 효과가 시작되는 지점을 한정한다. 클로-형태 클러치(11)의 폐쇄 방향(K1)으로의 제2 클러치 부분(21)의 축 방향 이동 중에 미리 결정된 위치에 도달할 때에, 제어 벽 세그먼트(75)가 감쇠 챔버(67)와 균형화 챔버(73) 사이의 연결을 중단시킨다.

유압 감쇠 장치(65)에 추가하여, 탄성 감쇠 요소가 축 방향 고정 웜 기어휠(39)과 램프 링(43) 사이에 위치되는 고무 버퍼(80)의 형태로 또한 제공된다. 고무 버퍼(80)는 여기에서 폐쇄 방향(K1)으로의 램프 링(43)의 축 방향 이동을 종료하는 데 사용된다. 2개의 감쇠 기구, 즉 유압 감쇠 장치(65) 및 고무 버퍼(80)의 조합은 결합 시에 클러치 부분(20, 21) 사이의 직접적인 결합을 방지하도록 작용한다. 그러므로, 결합 이동은 축 방향으로의 클러치 부분(20, 21)의 직접적인 접촉 그에 따라 바람직하지 않은 충격이 방지되도록 클러치 부분(20, 21)이 접촉되기 직전에 정지된다.

도8 내지 도13을 참조하여, 이제부터, 스위치 돌출부(45) 및 스위치 램프(47)의 협력에 의해 형성되는 램프 기구가 더 상세하게 설명될 것이다. 도8은 클로-형태 클러치(11)의 결합 위치에서의 램프 링(43)의 스위치 램프(47)의 분해도이다. 단지 180˚의 스위치 램프(47)가 도시되어 있다는 것이 주목되어야 한다. 대칭력을 가하기 위해, 2개의 스위치 돌출부(45)가 제공되고, 스위치 램프(47)의 제어 곡선은 180˚ 후에 반복된다. 그러나, 스위치 돌출부(45)의 개수는 일반적으로 2개로 제한되지 않는다. 클로-형태 클러치(11)의 결합 중의 램프 링(43)은 축 방향으로 이동된다. 램프 링(43)이 도8에 따라 위로 이동될 때에, 클로-형태 클러치(11)가 폐쇄되고, 램프 링(43)이 도8에 따라 아래로 이동될 때에, 클로-형태 클러치(11)가 개방된다. 위에서 언급된 것과 같이, 스위치 돌출부(45)를 갖는 웜 기어휠(39)은 회전 축(R)에 대해 회전되지만, 축 방향으로 이동되지 않는다. 헤르츠 응력(Hertzian stress)을 감소시키기 위해, 평탄한 표면 또는 큰 곡률 반경의 표면을 갖는 스위치 돌출부(45)가 사용된다. 스위치 돌출부(45)는 결합 배열체의 최소 가능 설계를 성취하도록 웜 기어휠(39) 아래에 배열된다. 동일한 목적으로, 제2 클러치 부분(21)은 램프 링(43) 및 웜 기어휠(39) 아래에 배열된다.

도9a-도9d를 참조하여, 이제부터, 램프 기구의 다양한 동작 상태가 설명될 것이다. 도9a는 2개의 클러치 부분(20, 21)의 "치형부-상의-치형부" 위치에서의 램프 기구를 도시하고 있다. 램프 링(43)은 폐쇄 위치로 스프링(29)에 의해 가압되지만, 클러치 부분(20, 21)에 의해 폐쇄 방향(K1)으로의 추가 이동이 방지된다. 스위치 램프(47)는 스위치 돌출부(45)가 지지되지 않도록 설계된다. 이와 같이, 램프 링(43) 및 제2 클러치 부분(21)은 클러치 부분(20, 21)이 "간극-상의-치형부" 위치에 도달될 때에 최대한 신속하게 이동될 수 있다.

도9b는 동기화 과정 중의 램프 기구를 도시하고 있다. 램프 링(43)은 폐쇄 방향(K1)으로 스프링(29)에 의해 가압되고, 저항력에 따라, 스프링 링(33)에 의해 멀어지게 또한 가압된다. 이것은 스위치 램프(47)의 상부(81)가 요구되는 유일한 위치이다. 램프 링(43)은 웜 기어휠(39)에 의해 직접적으로 강제-위치된다. 홈(60)의 외부로 스프링 링(33)을 가압하는 데 필요한 힘을 성취하기 위해, 스프링 링(33) 및 스프링(29)의 스프링력의 크기는 동일한 정도의 크기로 되어 있다.

도9c는 클로-형태 클러치(11)의 개방 위치에서의 램프 기구를 도시하고 있다. 스위치 돌출부(45)는 스위치 램프(47)의 최고 지점에 있다. 동기화기 링(35)의 마찰 원뿔부에 의해 한정되는 필요한 간극을 통과하여 더 신속하게 동기화 위치에 도달하기 위해, 스위치 램프(47)의 짧은 세그먼트가 더 급격한 형상을 가질 수 있다.

도9d는 클로-형태 클러치(11)의 개방 중의 램프 기구를 도시하고 있다. 램프 링(43)은 클로-형태 클러치(11)의 개방 방향(K2)으로 스프링(29)의 힘에 대해 이동된다. 스프링(29)이 다음 동기화 과정을 위해 인장되는 이러한 단계는 결합 과정과 대조적으로 시간-의존적이지 않다.

도10 및 도11에 따른 램프 링(43)의 도면으로부터 분명한 것과 같이, 스위치 램프(47)는 웜 기어휠(39)의 스위치 돌출부(45)가 스위치 램프(47) 내에 용이하게 삽입될 수 있도록 설치 목적을 위한 2개의 개구(83)를 갖는다.

전기 모터(49)(도4)는 웜 기어휠(39)의 위치를 제어하는 데 (도시되지 않은) 홀 효과 센서(Hall effect sensor)를 사용한다. 이와 같이, 홀 효과 센서는 단지 위치 변화를 검출할 수 있고, 관련된 제어 유닛의 초기화 시에 0 지점 또는 출발 수치를 한정하는 조치가 제공되어야 한다. 도12 내지 도14를 참조하여, 이제부터, 홀 효과 센서를 위한 초기 수치를 찾는 보정 기구(calibration mechanism)가 설명될 것이다. 보정을 수행하는 2개의 상이한 원리가 가능하다.

첫째로, 웜 기어휠(39)이 클로-형태 클러치(11)의 해제에 대응하여 재차 비틀릴 때에 웜 기어휠(39)의 회전 운동을 정지시키는 고정 정지부(fixed stop)가 제공될 수 있다. 도시된 실시예에서, 스프링-인장 핀(85)(도14)은 웜 기어휠(39)이 재차 비틀릴 때에 리세스(87) 내로 진입하고 그 최종 한계에 도달 시에 웜 기어휠(39)의 추가 회전을 차단하는 정지부로서 사용된다. 그러나, 클로-형태 클러치(11)의 재결합을 위한 반대 방향으로의 웜 기어휠(39)의 회전이 리세스(87)의 설계 때문에 가능하다.

둘째로, 도시되지 않은 실시예에 따르면, 전류 피크로서 관련된 제어 유닛에 의해 검출될 수 있는 전기 모터(49)에서 약간의 토크 펄스를 유발하도록 스위치 돌출부(45) 및/또는 스위치 램프(47)의 활주 표면 상에 포획 노치(catch notch)가 제공될 수 있다. 이들 전류 피크는 웜 기어휠(39)의 실제 위치를 계산하도록 제어 논리에 의해 평가될 수 있다.

도15 및 도16을 참조하여, 이제부터, 스프링 링(33)의 설계가 더 상세하게 설명될 것이다. 홈(60) 내에 결합되도록 제공되는 스냅 핑거(55)는 그 단면 형태에 따라 홈(60)의 외부로 가압될 수 있도록 스프링 작용을 갖는다. 여러 개의 스냅 핑거(55)의 제공은 더 큰 전체 힘을 가능케 한다. 2차 구동렬을 가속시키도록 작용하는 기부 본체(53)의 외부 마찰 원뿔부 상에서 일어나는 동기화 토크는 제2 클러치 부분(21)의 클로(30) 사이에 존재하는 스냅 핑거(55)의 출발 세그먼트(88)에 의해 지지된다. 스냅 핑거(55)는 우선 재료 응력이 스냅 핑거(55)의 길이에 걸쳐 일정하도록 각각의 단부 세그먼트(89)를 향해 그 높이 및/또는 폭에 대해 테이퍼형이다. 그러나, 스냅 핑거(55) 자체의 단부 세그먼트(89)는 접촉 하중이 감소하도록 재차 확장된다. 홈(60)(도5)의 단면은 한정된 축 방향 힘을 발생시켜 홈(60)의 외부로 스냅 핑거(55)를 가압하도록 미리 결정된 각도, 도시된 예에서 60˚를 갖는 V자형 형상을 갖는다. 스프링 링(33)은 약 90˚의 굽힘부로 펀칭 및 굽힘 가공에 의해 1회의 스탬핑으로부터 용이하게 제조될 수 있도록 설계된다. 홈(60)은 동기화 장치(31)에서 항력 손실을 방지하도록 클로-형태 클러치의 개방 위치에서 또한 스프링 링(33)의 외부 마찰 원뿔부를 고정한다. 축 방향 힘이 축 방향으로 스프링 링(33)을 이동시키는 데 직접적으로 이용 가능하도록, 스프링 링(33)은 홈(60) 내에 있을 때에 대응 예비-인장을 갖는다.

전체적으로, 작동기 장치(13)는 동축 구성을 갖고, 그에 의해 매우 소형이다. 구체적으로, 선택기 포크(selector fork) 또는 유사한 구성 요소가 대개 수동 변속기, 자동 변속기 또는 토크 변환기에서 제공되는 것과 같이 요구되지 않는다. 스프링 링(33)은 램프 링(43) 아래에 놓이고, 램프 링(43)은 웜 기어휠(39) 아래에 놓인다. 이와 같이, 전체 배열체의 축 방향 길이가 비교적 작다. 전체 시스템은 웜(37) 및 전기 모터(49)를 제외하면 튜브 형태를 갖는다. 이와 같이, 본 발명은 특히 소형 구성 그리고 구동렬 내의 결합 배열체에 대한 낮은 제조 비용을 가능케 한다.

11: 클로-형태 클러치
13: 작동기 장치
15: 하우징
20: 제1 클러치 부분
21: 제2 클러치 부분
23: 입력 절반-샤프트
25: 출력 절반-샤프트
27: 회전 속도 센서
29: 스프링
30: 클로
31: 동기화 장치
33: 스프링 링
35: 동기화기 링
37: 웜
39: 웜 기어휠
41: 제어 링
42: 핑거
43: 램프 링
45: 스위치 돌출부
47: 스위치 램프
49: 전기 모터
82: 정지 핀
51: 핑거
53: 기부 본체
55: 스냅 핑거
60: 홈
65: 감쇠 장치
67: 감쇠 챔버
69: 간극
71: 연결 개구
73: 균형화 챔버
75: 제어 벽 세그먼트
76: 제어 링의 표면 벽 세그먼트
77: 램프 링의 표면 벽 세그먼트
80: 고무 버퍼
81: 스위치 램프의 상부
83: 개구
85: 핀
87: 리세스
88: 출발 세그먼트
89: 단부 세그먼트
R: 회전 축
K1: 폐쇄 방향
K2: 개방 방향

Claims

구동렬의 구동 요소(25)와 선택적으로 회전 샤프트(23)를 결합시키도록 회전 샤프트(23) 상에 배열되는 적어도 1개의 클러치(11)를 갖는 자동차의 구동렬을 위한 결합 배열체로서, 구동 요소(25)와 회전 샤프트(23)를 결합시키기 위해, 제1 클러치 부분(20) 및 제2 클러치 부분(21)이 회전 샤프트(23)의 축(R)을 따라 클러치 부분(20, 21) 중 하나를 이동시킴으로써 서로와 맞춤 결합될 수 있는, 결합 배열체에 있어서,
제1 클러치 부분(20)과 제2 클러치 부분(21) 사이에서 작용하는 유압 감쇠 장치(65)가 제공되는 것을 특징으로 하는 결합 배열체.
제1항에 있어서, 유압 감쇠 장치(65)는 서로에 대해 이동 가능하고 클러치 부분(20, 21) 중 하나와 각각 결합되는 2개의 벽 세그먼트(76, 77)를 갖고 유압 유체를 수용하는 감쇠 챔버(67)를 포함하고, 적어도 1개의 유출 개구가 감쇠 챔버(67)로부터의 유체의 탈출을 가능케 하는 것을 특징으로 하는 결합 배열체.
제2항에 있어서, 결합 배열체는 클러치(11)를 위한 작동기 장치(13)를 포함하고, 감쇠 챔버(67)는 작동기 장치(13)의 2개의 작동기(39, 43) 사이에 형성되는, 것을 특징으로 하는 결합 배열체.
제3항에 있어서, 감쇠 챔버(67)는 작동기 장치(13)의 2개의 환형 또는 슬리브형 작동기(39, 43)와 클러치 하우징(15) 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 결합 배열체.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 2개의 클러치 구성 요소 사이의 적어도 1개의 공차-유도 간극이 유출 개구로서 작용하는 것을 특징으로 하는 결합 배열체.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 클러치(11)의 해제 상태에서, 감쇠 챔버(67)는 유체로 단지 부분적으로 충전되는 것을 특징으로 하는 결합 배열체.
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 클러치(11)의 해제 상태에서, 감쇠 챔버(67)는 연결 개구(71)를 통해 균형화 챔버(73)와 연결되는 것을 특징으로 하는 결합 배열체.
제7항에 있어서, 감쇠 챔버(67)의 벽 세그먼트(76, 77) 중 하나 상에는 하나의 클러치 부분(21)이 결합 방향(K1)으로의 축 방향 이동에서 미리 결정된 위치에 도달하자마자 연결 개구(71)의 폐쇄를 유발하는 제어 세그먼트(75)가 제공되는 것을 특징으로 하는 결합 배열체.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 2개의 클러치 부분(20, 21) 사이에서 작용하는 탄성 요소(80), 구체적으로 고무 버퍼가 추가로 제공되는 것을 특징으로 하는 결합 배열체.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 감쇠 장치(65)는 클러치(11)의 결합 시의 클러치 부분(20, 21)의 표면들 사이의 접촉이 직접적으로 방지되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 결합 배열체.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 2개의 클러치 부분(20, 21)은 결합 방향으로 서로에 대해 예비-인장되는 것을 특징으로 하는 결합 배열체.