KR20140037089A - 동력 전달을 위한 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 일정한 속도를 갖는 구동 어셈블리(2)에 연결되는 인풋 샤프트(4)로부터 가변 속도를 갖는 공작 기계(3)에 연결되는 아웃풋 샤프트(6)까지 동력을 전달하며, 유체역학적 트랜스듀서(20); 및 유성 기어 유닛(11)으로서 설치되며, 링 기어(12), 썬 휠(13) 및 상기 유성 기어 유닛의 요소들로서 복수의 유성 기어들(15)을 갖는 유성 운반체(14)를 포함하는 차동 변속기를 구비하는 장치(1)에 관한 것이다. 본 발명은 상기 유체역학적 트랜스듀서가 역 운동 트랜스듀서로서 설치되고, 상기 인풋 샤프트가 상기 유체역학적 트랜스듀서의 펌프 휠 및 상기 유성 기어 유닛(11)의 제1 요소(13)에 직접 연결되며, 상기 유체역학적 트랜스듀서의 터빈 휠(10)이 상기 유성 기어 유닛(11)의 제2 요소(13)에 직접 연결되고, 상기 아웃풋 샤프트(6)가 상기 유성 기어 유닛(11)의 제3 요소에 적어도 간접적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

Description

동력 전달을 위한 장치{DEVICE FOR TRANSMITTING FORCE}
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 보다 상세하게 정의된 형태에 따른 동력 전달을 위한 장치에 관한 것이다.
가변 속도 공작 기계를 구동시키는 동력 전달 어셈블리는 DE 3441 877(A1)에서 알려져 있다. 이러한 동력 전달 어셈블리는 유성 기어링들(planetary gearings)을 갖는 변속기(transmission)로 구성되며, 전력 분기는 기계적 전력 분기 및 유체역학적(hydrodynamic) 전력 분기로 나누어진다. 상기 유체역학적 전력 분기는 유체역학적 컨버터를 통해 연장되며 상기 컨버터에 의해 그 속도가 가변적이다. 비록 인풋 샤프트(input shaft)에서 상기 동력 전달 어셈블리를 구동시키는 상기 구동 어셈블리가 일정한 속도로 동작할지라도, 이는 유성 기어링 내에서 기계적으로 전달되는 전력 분기와 다시 통합되고, 이에 따라 원하는 속도로 상기 공작 기계를 구동시킨다. 언급한 독일 공개 문헌에 기재된 동심으로 동작하는 샤프트들을 갖는 구조가 동심으로 동작하지 않는 샤프트들을 갖는 구조들에 대하여 비교적 공간을 절약하는 방식으로 구현된다. 그러나, 이는 커플링 슬리브(coupling sleeve) 또는 중공형 샤프트와 전력 분기들을 분열시키기 위한 고정 변속기도 요구한다. 이는 상기 구조를 비교적 무겁게 하며, 특히 유성 기어링의 비교적 큰 직경의 링 기어를 갖는 상기 커플링 슬리브의 사용은 상기 구조를 상대적으로 비싸게 만든다. 또한, 상기 동력 전달 어셈블리의 대다수가 이러한 커플링 슬리브의 내부에 설치되어야함에 따라, 손상이나 이와 유사한 것을 수리하기 위한 목적을 위해서는 접근성이 매우 불량하다.
이러한 구조에 기초하여, DE 10 2008 034 607에는 상기 중공형 샤프트를 상기 동력 전달 어셈블리의 중심축에 대해 평행하게 연장되는 커플링 샤프트들로 대체하는 유사한 구조가 기재되어 있다. 이에 따라 상기 복잡하고, 비싸며 매우 무거운 커플링 슬리브가 생략될 수 있다. 그러나, 상기 구조는 여전히 비교적 크며, 메인 샤프트에 대해 적합한 기어들을 통해 연결되어야 하는 외부의 평행한 변속기 샤프트로 인해 비교적 복잡하며, 여러 가지의 개별 구성 요소들을 요구한다. 이는 생산과 설치가 비싸며 복잡하게 만든다.
더욱이, 기준이 자동차 관련 기술 분야에서 구동렬들(drive trains)에 대해 만들어진다. 유성 기어링들과 결합하여 반전하는 컨버터들은, 예를 들면, DE 41 02 493(A1) 또는 EP 2 101 084(A2)에 기재되어 있다. 여기에 기술된 대상이 완전히 다르기 때문에, 즉 적절한 기어 스텝/전송율의 요구 사항들에 따라 가변 입력 속도를 변환시키기 때문에 이에 따라 상기 구성은 복잡하다. 가변적으로 제어되는 출력 속도는 여기서 역할을 하지 않는다.
이에 따라 본 발명의 목적은 간단하며, 작고, 가벼우며, 또한 생산하고 설치하기에 비용 측면에서 효과적인, 일정한 속도로 동작하는 구동 어셈블리로부터 가변적인 속도로 동작하는 공작 기계로 동력을 전달하는 장치를 특정화하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 제1항의 특징부에 언급된 특징들에 의한 본 발명에 따라 구현된다. 다른 유리한 실시예들 및 바람직한 실시예들은 그 종속항들에 기재된다.
본 발명에 따른 장치는 이전에는 통상적인 유체역학적인 동기화된 컨버터(hydrodynamic synchronized converter) 대신에 유체역학적인 역회전하는 컨버터(hydrodynamic counter rotating converter)를 사용한다. 효율에 관하여 동기화된 컨버터 보다 어느 정도 나쁘지만, 상기 장치의 매우 간단하고 간결한 구성이 가능해진다. 동력의 특정 부분이 상기 유체역학적 컨버터를 통해 전달되고, 상기 동력의 보다 큰 부분이 어떤 경우에도 직접 기계적으로 전달되기 때문에, 동기화된 컨버터에 대하여 상기 역회전하는 컨버터의 효율의 단점에서 주목할 만한 제한이 없게 된다. 본 발명에 따른 장치는 오히려 간단하고 간결하게 구성될 수 있다. 상기 간결한 구성의 가능성은 특히 유성 기어링들(planetary gearings)의 대응하는 요소들에 대한 터빈 휠 및 또한 펌프 휠 모두의 직접적인 부착을 야기한다. 본 발명에서 정의되는 바와 같이 직접적인 부착은 클러치들, 변속기 요소들 또는 이와 유사한 것들과 같은 개재되는 구성 요소들이 없이 직접적인 기계적 부착을 의미하는 것으로 이해된다.
본 발명에 따른 장치의 하나의 유리한 실시예에 따르면, 제1 요소가 상기 유성 기어링의 유성 운반체인 반면, 제2 요소가 상기 유성 기어링의 썬 휠이고 제3 요소가 상기 유성 기어링의 링 기어인 점이 제공된다. 상기 링 기어가 상기 아웃풋 샤프트에 직접적으로 또는 다른 기어링, 바람직하게는 스퍼 기어링(spur gearing)을 통해 연결되고, 유체역학적 동력 분기가 상기 썬 휠을 통해 도입되는 이러한 구조는 상기 유성 기어링이 바람직한 속도들의 결과로서 매우 간결하게 구현될 수 있는 중요한 이점을 가진다.
상기 장치는 이에 따라 미우 간결한 구조를 제공하며, 이는 커플링 슬리브(coupling sleeve)를 생략할 수 있다. 또한, 이는 유성 기어링들 형태의 추가적인 고정 변속기를 생략할 수 있으며, 이에 따라 작은 수의 구성 요소들을 갖는 매우 간단하고 간결하고 이에 따라 간단하고 비용 측면에서 효과적으로 생산 및 설치되는 바와 같이 구현될 수 있다. 유리한 실시예에 따르면, 상기 구조가 정확하게 하나의 유성 기어링을 가지고 설치될 수 있으므로, 다른 비교적으로 복잡한 유성 기어링들이 생략될 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 유리한 실시예에 따르면, 상기 유체역학적인 역회전하는 컨버터의 터빈이 중공형 샤프트를 통해 상기 유성 기어링의 썬 휠에 연결되고, 상기 중공형 축을 통해 연장되는 상기 인풋 샤프트가 상기 유체역학적인 역회전하는 컨버터로부터 멀어지게 마주하는 측부 상에서 상기 유성 운반체에 연결되는 점이 더 제공된다. 이는 매우 공간 절약적인 방식으로 설치될 수 있는 매우 간결한 구성을 가능하게 한다. 이러한 구조에 따른 중공형 샤프트는 이 경우에 비교적 작은 직경이며, 예를 들면, 종래 기술에 따른 구조 내의 커플링 슬리브와 같이 너무 크고 무거우며 복잡하지 않다.
특히 바람직한 실시예에 있어서, 상기 유성 기어링의 링 기어가 상기 유체역학적인 역회전하는 컨버터로부터 멀어지게 마주하는 측부 상에서 상기 아웃풋 샤프트에 적어도 간접적으로 연결되는 점이 제공된다. 상기 구성은 또한 매우 간단하고 간결하게 구현될 수 있고, 여기서 상기 유성 기어링 또는 이의 요소들 중의 하나의 장착이 각기 구현될 수 있으므로, 상기 유성 기어링의 요소들에 영향을 미치는 어떤 또는 어떠한 주목할만한 축 방향의 힘들이 없다. 대응되는 유리한 개선에 있어서, 따라서 이는 상기 유성 기어링의 요소들이 단일의 헬리컬적 기어화되는 것으로서 설치되는 점을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 다른 유리한 실시예들은 하기 종속항들로부터 추가적으로 유래되며, 이하에서 도면들 참조하여 보다 상세하게 설명되는 예시적인 실시예를 바탕으로 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 개략적인 예시이다.
본 발명에 따른 장치의 개략적인 예시가 하나의 첨부된 도면에 도시된다.
상기 하나의 첨부된 도면에 있어서, 동력 전달을 위한 장치(1)가 도시되며, 이는 구동 어셈블리(drive assembly)(2) 및 공작 기계(work machine)(3) 서로 연결한다. 상기 구동 어셈블리(2)는 특히 엔진으로서, 특히 바람직하게는 전기 모터로서 구현될 수 있다. 여기에 도시한 구조에 있어서, 이러한 구동 어셈블리는 통상적으로 이에 직접적으로 연결되거나, 또한 선택적으로는 변속기 스테이지(transmission stage)(도시되지 않음)를 통해 연결되는 인풋 샤프트(input shaft)(4)를 구동시킴에 의해 일정한 속도를 전달한다. 가변 속도를 갖는 공작 기계(3)로서 구현되는 상기 공작 기계(3)가 상기 장치(1)를 통해 구동된다. 상기 공작 기계(3)는 특정 압축기(compressor), 원심 펌프(centrifugal pump) 또는 이와 유사한 것들이 될 수 있다. 여기에 도시한 예시적인 실시예에 있어서, 이는 스퍼 기어링(spur gearing)(5)을 통해 아웃풋 샤프트(output shaft)(6)에 간접적으로 연결된다. 유성 기어링(planetary gearing), 베벨 기어링(bevel gearing) 또는 이와 유사한 것들을 통한 연결도 고려된다. 상기 동력 전달을 위한 장치(1)는 자체가 그 펌프 휠(pump whee)(l7)이 상기 인풋 샤프트(4)에 간접적으로 연결되는 유체역학적인 역회전하는 컨버터(hydrodynamic counter rotating converter)(20)로 구성된다. 역회전하는 컨버터(20)를 위해 통상적인 바와 같이, 동작 매체의 흐름이 화살표(9)로 나타낸 바와 같이 터빈 휠(10) 상으로 조절 가능하게 설치되는 스테이터(8)를 통해 상기 펌프 휠(7)로부터 야기된다. 이에 대해 평행하게, 동력이 상기 인풋 샤프트(4)를 통해 직접 기계적으로 전달된다. 상기 2개의 전력 분기들은 이후에 유성 기어링(11)에 의해 다시 함께 가이드되고, 상기 아웃풋 샤프트(6)의 영역에 공동으로 도달한다.
상기 유성 기어링(11)은 이러한 목적을 위해 이른 바 "D 변속기"로 구현된다. 이는 링 기어(12), 썬 휠(sun wheel)(13), 그리고 유성 운반체(planet carrier)(14) 상에 정렬되는 복수의 유성 기어들(15)을 가진다. 여기에 도시한 구조에 있어서, 상기 유체역학적인 역회전하는 컨버터(20)의 터빈 휠(10)은 중공형 샤프트(16)를 거쳐 상기 유성 기어링(11)의 썬 휠(13)에 직접 연결된다. 상기 인풋 샤프트(4)는 상기 역회전하는 컨버터(20)로부터 멀어지게 마주하는 상기 유성 기어링(11)의 측부 상에서 상기 중공형 샤프트(16)를 통해 상기 유성 운반체(14)에 연결되고, 이에 따라 개개의 회전하는 유성 기어들(15)에 연결된다. 상기 아웃풋 샤프트(6)는 차례로 상기 유성 기어링(11)의 중공형 휠(12)에 연결된다.
상기 아웃풋 샤프트(6)의 원하는 속도에 따라, 상기 스테이터(8)의 설정 및/또는 상기 유체역학적인 역회전하는 컨버터(20)를 동작 매체로 채우는 정도에 의해, 대응되는 동력 전달이 상기 유체역학적 전력 분기 내에 이루어지며, 이에 따라 상기 썬 휠(13)의 인풋 샤프트(4)로부터 구현된다. 상기 유체역학적 전력 분기를 거쳐 전달되는 이러한 동력은 이후에 상기 유성 운반체(14)를 통해 직접 기계적으로 전송되는 동력의 주요 부분에 추가되며, 상기 링 기어(14)를 통한 결합 동력으로서 상기 아웃풋 샤프트(6)에 도달한다. 여기에 도시한 경우에 있어서, 상기 공작 기계(3)는 이후에 상기 스퍼 기어링(5)을 통해 일정한 전송율로 구동된다. 상기 공작 기계(3)의 영역 내의 원하는 순간 속도에 따라, 상기 유체역학적인 역회전하는 컨버터( 20)가 상기 스테이터(8)의 조절 및/또는 상기 유체역학적인 역회전하는 컨버터(20) 내의 작동 매체의 양의 변화에 의해 따라서 조절된다. 따라서 원하는 속도 값에 대한 출력 속도의 매우 우수한 가변성이 구현된다.
고정 변속기가 요구되지 않고, 커플링 슬리브(coupling sleeve)가 사용되지 않아야 하기 때문에 그리고 매우 바람직한 속도들로 인하여 비교적 작은 유성 기어링(11)이 사용될 수 있기 때문에 상기 구조는 대단히 간결하고 이에 따라 가벼운 방식으로 구현될 수 있다. 특히 상기 아웃풋 샤프트(6) 상에 상기 인풋 샤프트(4)를 장착하는 가능성들로 인하여, 구조는 상기 유성 기어링(11)의 개별 요소들(12, 13, 15) 상의 축 방향으로 어떠한 또는 어떤 현저한 힘들을 야기하지 않는 결과를 가져온다. 따라서, 단일 헬리컬 기어링 내에 상기 유성 기어링(11)의 개별 요소들(12, 13, 15)을 구현하는 것이 가능하므로, 이들의 구조적인 크기분만 아니라 오히려 이들의 구성으로 인하여 이들은 비교적 간단하고 비용 측면에서 효과적으로 구현될 수 있다.
상기 구조는 전체적으로 매우 간결하고, 가벼우며 비교적 작은 수의 개별 요소들로 인하여 간단하고 비용 측면에서 효과적으로 생산될 수 있다.

Claims (9)

  1. 일정한 속도를 갖는 구동 어셈블리(2)에 적어도 간접적으로 연결되는 인풋 샤프트(input shaft)(4)로부터 가변 속도를 갖는 공작 기계(3)에 적어도 간접적으로 연결되는 아웃풋 샤프트(output shaft)(6)까지 동력을 전달하기 위한 장치(1)로서,
    유체역학적 컨버터(hydrodynamic converter)(20); 및
    유성 기어링(planetary gearing)(11)으로서 설치되며, 링 기어(12), 썬 휠(sun wheel)(13) 및 상기 유성 기어링(11)의 요소들로서 복수의 유성 기어들(15)을 갖는 유성 운반체(planet carrier)(14)를 포함하는 중첩된 변속기(superimposed transmission)를 구비하며,
    상기 유체역학적 컨버터(20)가 역회전하는 컨버터(counter rotating converter)로 설치되고,
    상기 인풋 샤프트(4)가 상기 유체역학적 컨버터(20)의 펌프 휠(7) 및 상기 유성 기어링(11)의 제1 요소(13)에 직접 연결되며,
    상기 유체역학적 컨버터(20)의 터빈 휠(10)이 상기 유성 기어링(11)의 제2 요소(13)에 직접 연결되고,
    상기 아웃풋 샤프트(6)가 상기 유성 기어링(11)의 제3 요소에 연결되는 것을 특징으로 하는 동력 전달을 위한 장치(1).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 요소가 상기 유성 기어링(11)의 상기 유선 운반체(14)이고, 상기 제2 요소가 상기 유성 기어링(11)의 상기 썬 휠(13)이며, 상기 제3 요소가 상기 유성 기어링(11)의 상기 링 기어(12)인 것을 특징으로 하는 장치(1).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 정확하게 하나의 유성 기어링(11)이 제공되는 것을 특징으로 하는 장치(1).
  4. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 유성 기어링(11)과 상기 공작 기계(3) 사이에 기어링(5)이 제공되는 것을 특징으로 하는 장치(1).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 터빈 휠(10)이 중공형 샤프트(16)를 통해 상기 썬 휠(13)에 연결되고, 상기 중공형 샤프트(16)를 통해 연장되는 상기 인풋 샤프트(6)가 상기 유체역학적 컨버터(20)로부터 멀어져 마주하는 상기 유성 기어링(11)의 측부 상에서 상기 유성 운반체(14)에 연결되는 것을 특징으로 하는 장치(1).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 링 기어(12)가 상기 유체역학적 컨버터(20)로부터 멀어지게 마주하는 상기 유성 기어링의 측부 상에서 상기 아웃풋 샤프트(6)에 적어도 간접적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 장치(1).
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 링 기어(12), 상기 유성 기어들(15) 및 상기 썬 휠(13)은 단일의 헬리컬적 기어로서 설치되는 것을 특징으로 하는 장치(1).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구동 어셈블리(2)가 전기 모터로서 구비되는 것을 특징으로 하는 장치(1).
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공작 기계(3)는 유체를 위한 컨베이어 기구로서, 특히 압축기, 펌프 또는 원심 펌프로서 구비되는 것을 특징으로 하는 장치(1).
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