KR20130032291A - 기어유닛의 윤활을 제어하는 방법 및 기어유닛 - Google Patents

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Abstract

기어유닛의 윤활을 제어하는 방법으로서, 본 방법은 기어유닛의 윤활채널 내에서 순환하는 윤활유체의 온도를 측정하고, 윤활유체의 온도는 기어유닛의 적어도 두 개의 위치에서 측정하되, 적어도 두 개의 위치 중 더 따뜻한 곳으로 더 많은 양의 윤활유체가 공급되고, 적어도 두 개의 위치 중 더 차가운 곳으로 더 적은 양의 윤활유체가 공급된다. 본 발명은 이러한 기어유닛도 포함한다.

Description

기어유닛의 윤활을 제어하는 방법 및 기어유닛{A method for controlling lubrication of a gear unit and a gear unit}
본 발명은 윤활유 채널 내에 위치하는 하나 이상의 제어밸브를 이용하여 기어 내의 윤활유체를 순환 제어하는 방법에 관한 것이다.
본 명세서에서 톱니가 부착된 기어휠, 회전기계부품의 용어를 사용한다. 둘 이상의 맞물리는 기어휠은 기어 스테이지를 구성한다. 본 명세서에서 기어라는 용어는 제1샤프트와 제2샤프트를 구비하는 기계 시스템을 의미하며, 하나 이상의 기어스테이지 사이에서 속도와 토크 변환 및/또는 방향 또는 회전축의 변환을 제공한다. 기어유닛은 적절한 기어를 포함하며, 기기장치, 제어기 및 윤활부품과 같은 보조 확장 시스템을 포함할 수 있다.
기어의 서로 다른 부품의 적절한 윤활은 기어의 적절한 성능 및 수명을 위해서 매우 중요하다. 윤활효과 뿐만 아니라, 윤활유체 및 때때로 윤활유와 같은 윤활매개품은 작동 중에 기어의 온도를 낮추는데 이용되기도 한다.
다만, 기어유닛이 복잡해지고 기어유닛의 적용처도 많아짐에 따라, 기어 시스템을 윤활하기 위하여 알려진 방식들이 기어 시스템 부품의 윤활 및/또는 냉각하기에 필요한 수준을 항상 달성하는 것은 아니다.
종래의 기어 윤활방식에서 중요한 문제점 중 하나는 윤활유체의 전체적인 유량을 증가시키는 것 외에는 기어유닛 내에서 국부적으로 온도가 상승하는 경우에 대응할 방법이 없다는 것이다. 그러나, 유량을 증가하는 방법으로 국부 고온 현상에 대응하는 경우에는 윤활유체의 유량이 상한점에 쉽게 도달할 수 있다.
국부 고온 현상은 윤활유체의 점도를 변화시키고, 점도의 변화는 유동분포에 변화를 발생시킨다.
공보 DE 199 12 328 A1 은 자동차 내의 오일을 제어하는 장치를 개시하고 있으며, 여기서는 서로 다른 한 쌍의 기어들 쪽으로의 윤활유 이송 적어도 일부는 측정되는 윤활유의 온도에 기반한다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 윤활유체의 온도정보에 기반하여 윤활유체의 공급량을 제어하는 기어유닛의 윤활을 제어하는 방법 및 기어유닛이 제공된다.
본 발명에서, 기어 유닛의 서로 다른 부품에 제공되는 윤활유체의 비율은 기어유닛의 서로 다른 부품에서 윤활유체로부터 측정되는 온도 값에 기반하여 제어된다. 이러한 방식으로, 기어 시스템의 서로 다른 부품은 서로 다른 양으로 공급되는 윤활유체로부터 냉각될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서, 기어유닛의 윤활유체 내에서 윤활유체의 온도는 기어유닛의 적어도 두 개의 위치에서 측정되며, 적어도 두 개의 위치 중 더 따뜻한 곳으로 더 많은 양의 윤활유체가 제공되며 이에 대응되도록 적어도 두 개의 위치 중 더 차가운 곳으로 더 적은 양의 윤활유체가 제공된다.
윤활유체의 공급비율은 적어도 하나의 밸브 및/또는 윤활유체펌프의 회전속도에 의하여 적어도 일부 제어되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 기어는:
- 외부 기계 시스템과 연결되는 제1샤프트와 제2샤프트,
- 상기 제1 및 제2샤프트 사이에 마련되는 적어도 하나의 기어 스테이지,
- 윤활유체가 상기 적어도 하나의 기어 스테이지와 상기 기어유닛의 베어링을 통과하여 유동하도록 안내하는 채널,
- 상기 기어유닛의 적어도 두 개의 위치로부터 상기 윤활 유체의 온도를 측정하여 이들의 온도 대표신호를 적어도 두 개 제공하는 두 개 이상의 온도센서,
- 상기 채널은 채널의 분기점 사이에서 상기 윤활유체의 유동의 분포를 변경하는 제어밸브를 적어도 하나 포함하고,
- 상기 기어유닛은 상기 적어도 두 개의 온도신호에 기반하여 상기 적어도 하나의 제어밸브를 제어하는 제어부를 포함함으로써 상기 기어의 적어도 두 개의 위치 중 더 따뜻한 곳으로 제공되는 윤활유체의 양을 증가시키고, 이에 대응하여 상기 기어 유닛의 적어도 두 개의 위치 중 더 차가운 곳으로 제공되는 윤활유체의 양을 감소시킨다.
본 발명에서 윤활유체는 윤활유가 이용되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 방식에 의하면, 기어유닛 내에서 국부적으로 윤활유체 증가를 이용한 우수한 열제거(heat removal)효과 뿐만 아니라 윤활성능의 개선도 가능하다.
청구항 제1항은 본 발명에 따른 방법에 대하여 상세하게 개시하고, 청구항 제4항에서는 본 발명에 따른 기어유닛의 특징에 대하여 사세하게 개시한다. 다른 유리한 특징에 대해서는 종속항에서 개시된다.
본 발명에 따른 방식에 의하면, 기어유닛 내에서 국부적으로 윤활유체 증가를 이용한 우수한 열제거(heat removal)효과 뿐만 아니라 윤활성능의 개선도 가능하다.
본 발명의 실시예 및 유리한 효과는 예시들과 함께 도시된 도면을 참조하여 상세하게 후술한다.
도 1은 본 발명에 따른 기어유닛의 개략적인 단면도이고,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기어유닛의 개략적인 단면도이다.
도 1은 본 발명의 유리한 실시예에 따른 기어유닛의 개략적인 단면도이다.
도 1에 도시된 기어유닛은 두 개의 유성기어 스테이지를 포함하는 유성-기어(planet-gear)이다. 제1유성-기어 스테이지(planet-gear stage)는 제1유성-휠 캐리어(101)와, 기어링(102)과, 유성휠(103)과, 선기어샤프트(104)를 포함한다. 제2유성-기어 스테이지는 유성-휠 캐리어(105)와, 기어링(106)과, 유성휠(107)과, 선기어샤프트(108)를 포함한다. 제1유성-기어 스테이지의 유성-휠 캐리어(101)는 적절한 주이동체로부터 기계식 동력을 제공받도록 마련되는 기계식 인터페이스 구조물의 일부를 구성한다. 따라서, 제1유성-기어 스테이지의 유성-휠 캐리어(101)는 주이동체에 의하여 회전한다. 기어링(102)는 고정된다. 제1유성-기어 스테이지의 선기어샤프트(104)는 제2유성-기어 스테이지의 유성-휠 캐리어(105)과 연결된다. 따라서, 제2유성-기어 스테이지의 유성-휠 캐리어(105)는 제1유성-기어 스테이지의 선기어샤프트(104)에 의하여 회전한다. 기어링(106)은 고정된다. 제2유성-기어 스테이지의 선기어샤프트(108)는 예를 들면, 제너레이터의 로터와 연결될 수 있다. 도 1에 도시된 기어유닛에서, 제2유성-기어 스테이지의 선기어샤프트(108)는 제2유성-기어 스테이지의 유성-휠(107)에 지지되어 부유한다. 제1유성-기어 스테이지의 선기어샤프트(104)는 제1유성-기어 스테이지의 유성-휠(104)과 제2유성-기어 스테이지의 유성-휠 캐리어(105)에 지지되어 부유한다. 다만, 선기어샤프트 어느 하나 또는 둘 다 베어링에 지지되는 것도 가능하다.
도 1의 실시예에서, 고정 기어링(102)는 제1기어스테이지의 프레임 일부를 형성하고, 고정 기어링(106)은 제2기어스테이지의 프레임 일부를 형성한다. 본 발명의 맥락상 고정 기어링(102, 106)은 기어 스테이지의 프레임 내에 밀폐될 수 있거나, 또는, 이러한 기어링 들이 회전할 수 있도록 구성되어 프레임 내에 밀폐되어야만 할 수도 있음을 주의하여야 한다. 따라서, 도 1의 실시예에서 기어링(102, 106)에 프레임 푸품(111, 112, 113)이 추가되는 기어유닛의 프레임은, 예를 들면, 한번에 단일체로 성형될 수 있다. 이러한 종류의 기어유닛용 싱글 프레임 부품은 프레임의 내구성을 향상시키고 기어유닛의 내부에서부터 유닛의 프레임까지 그리고 적절한 외부 기계식 결합 구조물 까지 힘이 잘 전달될 수 있게 한다.
도 1의 기어유닛은 베어링(109, 110)과 기어 스테이지의 기어들을 윤활하기 위한 윤활시스템 역시 구비한다. 도 1의 실시예에서, 윤활시스템은 본 경우에는 윤활유탱크(121)인 윤활유체탱크, 윤활펌프(122), 기어유닛 내부로 윤활유를 이송하기 위한 윤활유 채널(123-126), 기어유닛으로 이송되는 윤활유의 양을 제어하는 제어밸브(127-130), 기어유닛으로부터 윤활유를 드레인하기 위한 윤활유 채널(131, 132), 윤활유 냉각부재(123) 및 윤활유 필터부재(134)를 포함한다. 기어유닛의 윤활 시스템은 윤활유 예열부재와 같은 다른 부품 및 요소를 포함할 수도 있다.
기어유닛은 온도센서(A-D)도 포함한다. 온도센서(A)는 베어링(109)의 온도를 측정하고, 온도센서(B)는 베어링(110)의 온도를 측정하고, 온도센서(C)는 제2기어 스테이지를 윤활하는데 이용되는 윤활유의 온도를 측정하고, 온도센서(D)는 제1기어 스테이지를 윤활하는데 이용되는 윤활유의 온도를 측정한다.
제어밸브(127-130)는 온도센서(A-D)로부터 측정되는 온도정보에 기반하여 제어됨으로써 제어밸브(127-130)를 통과하는 윤활유의 부피가 증가 또는 감소한다. 이러한 방식에 의하여, 고온의 기어 스테이지 및/또는 베어링에는 더 많은 양의 윤활유가 이송되고, 저온의 기어 스테이지 및/또는 베어링에는 더 적은 양의 윤활유가 이송된다. 제어밸브(127-130)의 제어는 자동 제어 시스템에 의하여 수행되는 것이 바람직하다.
도 2의 기어유닛은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 윤활 시스템이 장착된 유성기어유닛이다.
도 2의 방식에서는, 개방 및 차단의 오직 두 개의 위치만을 갖는 on/off-형 밸브로 구성되는 두 개의 별도 밸브 그룹을 이용하여 기어유닛의 서로 다른 부품에 제공되는 윤활유의 비율을 제어하는 방식이 구현된다. 오일펌프(201)는 윤활채널(213)을 통하여 제1밸브그룹(207-209)과 제2밸브그룹(210-212)에 윤활유를 이송한다. 밸브(207-209)로 구성되는 제1밸브그룹은, 윤활채널(203, 204)를 통하여 기어유닛의 제1 및 제2기어 스테이지로 제공되는 윤활유의 비율을 조절한다. 밸브(210-212)로 구성되는 제2밸브그룹은, 윤활채널(205, 206)을 통하여 기어유닛의 베어링(109, 110)에 제공되는 윤활유의 비율을 조절한다.
도 2의 실시예에서는, 밸브(207-212) 중 일부를 차단함으로써 전체 윤활시스템에 영향을 준다. 예를 들면, 밸브(207)를 차단하면 채널(213, 203) 내에서의 압력차가 증가하여 윤활채널(205, 206)에서의 윤활유체 유동량을 증가시킨다.
on/off-형 밸브(207-209, 210-212)는 온도센서(A-D)로부터의 온도 측정 데이터에 기반하여 개방 또는 차단된다. 온도센서(A, B)로부터의 온도 데이터는 제1밸브그룹의 밸브들(207-209)을 개폐함으로써 더 높은 온도의 베어링에 더 많은 양의 윤활유를 제공하는데 이용된다. 비슷한 방식으로, 온도센서(C, D)로부터의 온도 데이터는 제2밸브그룹의 밸브들(210-212)을 개폐함으로써 더 높은 온도의 기어 스테이지에 더 많은 양의 윤활유를 제공하는데 이용된다. 측정온도에 기반한 on/off 밸브들(207-209, 210-212)의 제어방식은 자동 제어 시스템에 의하여 수행되는 것이 바람직하다.
도 2의 윤활시스템에서, 윤활유펌프(201)는 전기모터, 오일펌프의 회전속도를 제어하는 주파수제어기(202)를 구비하는 오일펌프를 포함한다. 이러한 방식으로 윤활 시스템 내에서의 오일 압력은 바뀔 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 기어유닛의 서로 다른 부품에 제공되는 윤활오일의 비율을 제어하는 방식은 윤활 채널 내에 초커(choker)를 배열함과 동시에 제어가능한 회전 오일펌프를 사용함으로써 구현될 수 있다. 이러한 특징은 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에 포함될 수도 있다.
도면 내에서 본 발명은 유성 기어 유닛에 적용되는 것으로 도시되었으나, 본 발명은 순환윤활을 이용하는 기어유닛이라면 어떠한 종류에도 이용될 수 있다. 이러한 종류의 기어유닛은 제한되지는 않으나, 예를들면, 다른형태의 유성기어유닛과 다른형태의 베벨기어유닛을 포함한다.

Claims (8)

  1. 기어유닛의 윤활을 제어하는 방법으로서,
    기어유닛의 윤활채널 내에서 순환하는 윤활유체의 온도가 측정되고, 상기 기어유닛의 적어도 두 개의 위치에서 윤활유체의 온도가 측정되며,
    적어도 두 개의 위치 중 더 따뜻한 곳으로 더 많은 양의 윤활유체가 제공되고, 이에 대응하여 적어도 두 개의 위치 중 더 차가운 곳으로 더 적은 양의 윤활유체 제공되는 것을 특징으로 하는 기어유닛의 윤활을 제어하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    서로 다른 위치로 제공되는 상기 윤활유체의 비율은 적어도 하나의 밸브에 의하여 적어도 일부가 제어되는 것을 특징으로 하는 기어유닛의 윤활을 제어하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    서로 다른 위치로 제공되는 상기 윤활유체의 비율은 윤활 유체 펌프의 회전 속도에 의하여 적어도 일부가 제어되는 것을 특징으로 하는 기어유닛의 윤활을 제어하는 방법.
  4. - 외부 기계 시스템과 연결되는 제1샤프트와 제2샤프트,
    - 상기 제1 및 제2샤프트 사이에 마련되는 적어도 하나의 기어 스테이지,
    - 윤활유체가 상기 적어도 하나의 기어 스테이지와 상기 기어유닛의 베어링을 통과하여 유동하도록 안내하는 채널,
    - 상기 기어유닛의 적어도 두 개의 위치로부터 상기 윤활 유체의 온도를 측정하여 이들의 온도 대표신호를 적어도 두 개 제공하는 두 개 이상의 온도센서를 포함하며,
    상기 채널은 채널의 분기점 사이에서 상기 윤활유체의 유동의 분포를 변경하는 제어밸브를 적어도 하나 포함하고, 상기 기어유닛은 상기 적어도 두 개의 온도신호에 기반하여 상기 적어도 하나의 제어밸브를 제어하는 제어부를 포함함으로써 상기 기어의 적어도 두 개의 위치 중 더 따뜻한 곳으로 제공되는 윤활유체의 양을 증가시키고, 이에 대응하여 상기 기어 유닛의 적어도 두 개의 위치 중 더 차가운 곳으로 제공되는 윤활유체의 양을 감소시키는 것을 특징으로 하는 기어유닛.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어밸브는 개방 및 폐쇄의 작동위치 두 개만을 가지는 디지털 밸브인 것을 특징으로 하는 기어유닛.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어밸브는 각각이 개방 및 폐쇄의 작동위치 두 개만을 가지는 두 개 이상이 평행 연결된 디지털 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 기어유닛.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어밸브 각각은 전기적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 기어유닛.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 기어유닛은 채널 내 윤활유체의 유동을 발생시키는 윤활유체펌프와 상기 적어도 하나의 제어밸브의 작동위치에 적어도 일부 기반하여 상기 윤활유체펌프의 회전속도를 제어하도록 마련되는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기어유닛.
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