KR20160037193A - 자동차용 변속기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 변속기, 특히 차량용 다단 변속기에 관한 것이며, 상기 변속기는 하우징, 구동 샤프트, 피동 샤프트 및 4개 이상의 유성 기어 세트를 포함하며, 유성 기어 세트는 각각 썬 기어, 하나 이상의 유성 기어, 유성 기어 캐리어 및 링 기어를 포함하며, 4개 이상의 클러치 형태의 복수의 시프팅 요소 및 2개 이상의 브레이크를 포함하며, 2개 이상의 유성 기어 세트의 썬 기어, 특히 제1 및 제2 유성 기어 세트의 썬 기어는 제1 브레이크를 통해 하우징과 연결될 수 있다.
Description
본 발명은 변속기, 특히 자동차용 다단 변속기에 관한 것이며, 변속기는 하우징, 구동 샤프트, 피동 샤프트 및 적어도 4개의 유성 기어 세트를 포함하며, 유성 기어 세트는 각각 썬 기어, 유성 기어, 유성 캐리어 및 링 기어를 포함하며, 4개 이상의 클러치 및 2개 이상의 브레이크 형태의 복수의 시프팅 요소를 포함한다.
이러한 유형의 변속기는 예를 들어 WO 2012/052284 A1에 공지되어 있다. WO 2012/0522841에는 4개의 유성 기어 세트, 회전 가능한 7개의 샤프트 및 5개의 시프팅 요소를 포함하며 6개의 전진 변속단 및 하나의 후진 변속단을 갖는 다단 변속기가 설명되며, 제1 유성 기어 세트의 썬 기어는 제1 브레이크를 통해 변속기의 하우징에 결합 가능한 제6 샤프트와 연결되며, 제1 유성 기어 세트의 웨브는, 제2 유성 기어 세트의 썬 기어와 연결되고 제2 브레이크를 통해 하우징에 결합 가능한 제5 샤프트와 연결되며, 구동 샤프트는 제1 유성 기어 세트의 링 기어 및 제3 유성 기어 세트의 썬 기어와 연결되고 클러치를 통해 제3 유성 기어 세트의 웨브 및 제4 유성 기어 세트의 링 기어와 연결된 제7 샤프트와 해제 가능한 방식으로 연결될 수 있으며, 제4 샤프트는 제3 유성 기어 세트의 링 기어 및 제2 유성 기어 세트의 웨브와 연결되고 제3 브레이크를 통해 하우징에 결합될 수 있으며, 구동 샤프트는 제2 유성 기어 세트의 링 기어 및 제4 유성 기어 세트의 웨브와 연결되며, 제4 유성 기어 세트의 썬 기어는, 제4 브레이크를 통해 하우징에 결합 가능한 제3 샤프트와 연결된다.
이 경우에, 높은 수의 변속단을 갖는 변속기에서 구조 복잡성이 상당히 증가한다는 단점이 있다. 많은 수의 시프팅 요소, 베어링 등은 높은 변속단 수의 장점을 저하시킨다. 변속단 제공 시에, 해제되고 드래그하는 많은 수의 클러치가 존재하는 경우, 이는 높은 내부적 효율 손실을 야기한다.
본 발명의 과제는 자동차를 위한 대안적인 변속기를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 가능한 과제는, 높은 수의 변속단 및 낮은 구조 복잡성 그리고 이로 인한 낮은 비용 및 낮은 중량을 포함하는 자동차용 변속기를 제공하는 것이다. 또한, 가능한 과제는, 변속기를 통한 양호한 배치열, 낮은 절대 회전수 및 상대 회전수, 그리고 변속기에서 낮은 유성 기어 세트 토크 및 시프팅 요소 토크를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 가능한 과제는, 양호한 기어링 효율 및 낮은 드래그 토크를 제공하는 것이다.
하나 이상의 상기 과제는 청구항 제1항에 따른 변속기, 청구항 제8항에 따른 방법 및 청구항 제10항에 따른 사용에 의해 해결된다.
바람직한 실시예는 종속 청구항에 명시된다.
특히, 하나 이상의 상술된 과제가 적어도 부분적으로 변속기, 특히 자동차용 다단 변속기에 의해 해결될 수 있으며, 변속기는 하우징, 구동 샤프트, 피동 샤프트 및 4개 이상의 유성 기어 세트를 포함하며, 유성 기어 세트는 하나 이상의 썬 기어, 하나 이상의 유성 기어, 하나 이상의 유성 캐리어 및 하나 이상의 링 기어를 포함한다. 또한, 변속기는 4개 이상의 클러치 및 2개 이상의 브레이크 형태의 복수의 시프팅 요소를 포함하며, 이때
- 구동 샤프트는 제2 유성 기어 세트의 유성 캐리어와 연결되며,
- 구동 샤프트는, 제1 클러치를 통해 제4 유성 기어 세트의 썬 기어와 연결 가능하며, 제1 및 제3 클러치를 통해 제3 유성 기어 세트의 링 기어와 연결 가능하며, 제1, 제3 및 제2 클러치를 통해 제3 유성 기어 세트의 썬 기어 및 제2 유성 기어 세트의 링 기어와 연결 가능하며,
- 제1 유성 기어 세트의 썬 기어는 제2 유성 기어 세트의 썬 기어 및 제1 브레이크와 연결되며,
- 제1 유성 기어 세트의 유성 캐리어는 제4 유성 기어 세트의 링 기어와 연결되고 제4 클러치를 통해 제3 유성 기어 세트의 유성 캐리어와 연결될 수 있으며,
- 제1 유성 기어 세트의 링 기어는 제2 브레이크와 연결되며,
- 제4 유성 기어 세트의 유성 캐리어는 피동 샤프트와 연결된다.
특히, 변속기는 4개 이상의 유성 기어 세트 또는 유성 기어 세트에 추가로 스퍼 기어 세트 또는 체인 등과 같은 기어 세트를 포함할 수 있다. 그러나 바람직하게는, 변속기는 기어 세트로서 단지 유성 기어 세트만을 포함한다. 변속기가 정확히 4개의 유성 기어 세트를 포함하는 것은 더 바람직하다.
하나 이상의 상기 과제는 상술된 바와 같은 변속기의 작동 방법에 의해 해결될 수 있다. 특히, 하나 이상의 상기 과제는 적어도 부분적으로 청구항 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 변속기의 작동 방법에 의해 해결될 수 있다. 또한, 하나 이상의 상기 과제는 적어도 부분적으로, 2개 이상의 브레이크 및 4개 이상의 클러치를 갖는 변속기의 작동 방법에 의해 해결되며,
- 제1 변속단은 체결된 제1 브레이크, 체결된 제2 브레이크, 체결된 제1 클러치, 체결된 제3 클러치에 의해 구성되며, 그리고/또는 체결된 제1 브레이크, 체결된 제2 브레이크, 체결된 제1 클러치 및 체결된 제4 클러치에 의해 구성되며, 그리고/또는 체결된 제1 브레이크, 체결된 제2 브레이크, 체결된 제1 클러치 및 체결된 제2 클러치에 의해 구성되며,
- 제2 변속단은 체결된 제1 브레이크, 체결된 제2 브레이크, 체결된 제2 클러치, 체결된 제3 클러치에 의해 구성되며,
- 제3 변속단은 체결된 제2 브레이크, 체결된 제1 클러치, 체결된 제2 클러치 및 체결된 제3 클러치에 의해 구성되며,
- 제4 변속단은 체결된 제2 브레이크, 체결된 제2 클러치, 체결된 제3 클러치 및 체결된 제4 클러치에 의해 구성되며,
- 제5 변속단은 체결된 제2 브레이크, 체결된 제1 클러치, 체결된 제2 클러치 및 체결된 제4 클러치에 의해 구성되며,
- 제6 변속단은 체결된 제2 브레이크, 체결된 제1 클러치, 체결된 제3 클러치 및 체결된 제4 클러치에 의해 구성되며,
- 제7 변속단은 체결된 제1 클러치, 체결된 제2 클러치, 체결된 제3 클러치 및 체결된 제4 클러치에 의해 구성되며,
- 제8 변속단은 체결된 제1 브레이크, 체결된 제1 클러치, 체결된 제3 클러치 및 체결된 제4 클러치에 의해 구성되며,
- 제9 변속단은 체결된 제1 브레이크, 체결된 제1 클러치, 체결된 제2 클러치 및 체결된 제4 클러치에 의해 구성되며,
- 제10 변속단은 체결된 제1 브레이크, 체결된 제2 클러치, 체결된 제3 클러치 및 체결된 제4 클러치에 의해 구성되며,
- 후진 변속단은 체결된 제1 브레이크, 체결된 제2 브레이크, 체결된 제3 클러치, 체결된 제4 클러치에 의해 구성된다.
상기 방법 및/또는 변속기를 통해 높은 수의 변속단, 낮은 구조 복잡성, 및낮은 절대 회전수 및 상대 회전수에서의 양호한 변속비가 제공될 수 있다. 다른 장점은 낮은 유성 기어 세트 토크 및 시프팅 요소 토크, 양호한 기어링 효율 및 낮은 드래그 토크가 가능하다는 것이다.
차량 구동부와 같은 구동 유닛의 구동 샤프트를 통해, 특히 바람직하게는, 예를 들어 내연 기관의 토크 또는 회전 운동이 변속기 내로 도입된다. 바람직하게는, 예를 들어 유체 역학적인 토크 컨버터 또는 유체 클러치와 같은 스타팅 요소가 변속기의 피동 샤프트와 구동 샤프트 사이에 위치한다.
이하, 샤프트는 단지 예를 들어 토크 전달을 위한 원통형의 회전 가능하게 지지된 기계 요소만을 의미하는 것이 아니라, 오히려 통상적으로, 개별 구성 부품들 또는 요소들을 서로 연결시키는 연결 요소, 특히 서로 연결되어 함께 회전하는 회전 고정식으로 복수의 요소들을 연결시키는 연결 요소를 의미한다.
2개의 요소들은 특히, 상기 요소들 사이에 고정된, 특히 회전 고정식 연결부가 형성되는 경우 서로 연결된 것으로 표시된다. 특히, 이렇게 연결된 요소들은 동일한 회전수로 회전한다.
본 발명의 다양한 구성 부품들 및 요소들은 샤프트 또는 연결 요소를 통해, 그러나 직접적으로도, 예를 들어 용접 연결, 프레스 연결 또는 그 외의 연결을 이용하여 서로 연결될 수 있다.
2개의 요소들이 해제 가능한 연결을 형성할 경우, 2개의 요소들은 연결 가능한 것으로 표시된다. 특히, 연결이 형성된 경우, 이러한 요소들은 동일한 회전수로 회전한다.
클러치는, 바람직하게는 명세서에서, 특히 청구범위에서, 작동 상태에 따라, 2개의 구성 부품들 사이의 상대 운동을 허용하거나 토크의 전달을 위한 연결부를 나타내는 시프팅 요소를 의미한다. 상대 운동은 예를 들어 2개의 구성 부품들의 회전을 의미하며, 제1 구성 부품의 회전수는 제2 구성 부품의 회전수와 다르다. 또한, 2개의 구성 부품들 중 단지 하나만 회전되는 것도 가능한데, 다른 부품은 정지되거나 반대 방향으로 회전한다.
비 작동 클러치는 해제된 클러치를 의미한다. 이는, 2개의 구성 부품들 간의 상대 운동이 가능하다는 것을 의미한다. 따라서, 작동되거나 체결된 클러치의 경우, 2개의 구성 부품은 동일한 회전수로 동일한 방향으로 회전한다.
브레이크는 바람직하게는 명세서에서, 특히 청구범위에서, 일 측에서는 고정된 구성 부품, 예를 들어 하우징과 연결되며, 다른 측에서는 회전 가능한 구성 부품과 연결되는 시프팅 요소를 의미한다.
비 작동 브레이크는 해제된 브레이크를 의미한다. 이는, 회전 가능 구성 부품이 회전될 수 있는 것을 의미하는데, 즉, 브레이크가 바람직하게는 회전 가능한 구성 부품의 회전수에 대해 작용하지 않는다. 작동되거나 체결된 브레이크에서, 회전 가능한 구성 부품의 회전수가 정지 상태까지 감소되는데, 즉, 회전 가능한 구성 부품과 고정된 구성 부품 간의 고정 연결이 형성될 수 있다.
기본적으로, 비 작동 상태에서 체결되고 작동 상태에서 해제되는 시프팅 요소의 사용도 가능하다. 따라서, 상술된 시프팅 상태들의 기능과 시프팅 상태 간의 할당은 반대로 가능하다는 것으로 이해된다. 이하 실시예에서 도면을 참조로, 먼저, 작동되는 시프팅 요소가 체결되고 비 작동 시프팅 요소가 해제되는 어셈블리에 기초한다.
유성 기어 세트는 하나 이상의 썬 기어 및 하나 이상의 링 기어 및 정확히 하나의 유성 캐리어를 포함하는 장치를 의미하며, 링 기어 및/또는 썬 기어의 기어 이에 맞물리는 하나 이상의, 바람직하게는 복수의 유성 기어가 유성 캐리어에 회전 가능하게 지지된다.
이하, 마이너스 유성 기어 세트는 유성 기어가 회전 가능하게 지지되는 유성 캐리어를 갖는 유성 기어 세트를 나타내며, 하나 이상의 유성 기어, 바람직하게는 모든 유성 기어의 기어 이는 썬 기어의 기어 이뿐만 아니라, 링 기어의 기어 이와도 맞물리며, 이에 의해, 썬 기어가 고정된 유성 캐리어에서 회전할 경우, 링 기어와 썬 기어가 반대 회전 방향으로 회전한다.
이에 반해, 플러스 유성 기어 세트와 상술된 마이너스 유성 기어 세트의 차이점은, 플러스 유성 기어 세트가 유성 캐리어에 회전 가능하게 지지되는 내부 및 외부 유성 기어를 포함한다는 것이다. 여기서, 내부 유성 기어의 기어 이는 한편으로 썬 기어의 기어 이와 맞물리고, 다른 한편으로, 외부 유성 기어의 기어 이와 맞물린다. 외부 유성 기어의 기어 이는 내부 유성 기어의 기어 이 및 링 기어의 기어 이와 맞물린다. 이는, 유성 캐리어가 고정된 경우, 링 기어 및 썬 기어가 동일한 회전 방향으로 회전하는 결과를 갖는다.
유성 기어 세트의 사용을 통해 특히 콤팩트한 변속기가 구현될 수 있기 때문에, 차량 내에 변속기를 배치할 때 큰 자유도가 달성된다.
유성 기어 세트의 요소는 특히, 썬 기어, 링 기어, 유성 캐리어 또는 웨브, 및 유성 기어 세트의 유성 기어를 의미한다.
특히 바람직하게는, 시프팅 요소가 선택적으로, 즉, 개별적으로 그리고 필요에 따라 작동 가능함으로써, 상이한 변속단이 구동 샤프트와 변속기의 구동 샤프트 사이의 상이한 변속비를 통해 구현될 수 있다. 변속단의 수가 높으면 높을수록, 큰 기어비 확장에서 기어링 범위가 더 정밀하게 구현될 수 있으며, 이로써, 예를 들어 자동차의 내연 기관이 최적의 회전수 범위에서 그리고 가급적 경제적으로 작동될 수 있다. 동시에, 이는 효율 향상에도 기여하는데, 그 이유는 내연 기관이 바람직하게는 낮은 회전수 레벨로 작동될 수 있기 때문이다. 따라서, 예를 들어 내연 기관의 작동을 통해 발생하는 소음 방출도 감소된다.
상기 변속기는 종방향 배치뿐만 아니라 횡방향 배치에도 적합하다.
용어 횡방향 배치는, 구동 유닛, 예를 들어 내연 기관의 피동 샤프트가 자동차 내에서 주행 방향 및/또는 메인 차량 축에 대해 횡으로 또는 그에 평행인 배치를 의미한다. 본원에서 설명되는 변속기는, 구동 유닛의 피동 샤프트가 주행 방향에 대해 횡으로 배치되며 전방축의 휠이 구동 유닛에 의해 구동 가능한 것을 특징으로 하는 "전방-횡방향-배치"에 더 적합하다. 전방-횡?향-배치에서 변속기는 적어도 엔진룸 내에 또는 엔진룸의 직접적인 부근에 배치되기 때문에, 변속기가 특히 콤팩트하게 구성될 필요가 있다.
또한, 상기 변속기는 종방향 배치에도 적합하다. 종방향 배치는, 구동 유닛의 피동 샤프트가 주행 방향 및/또는 차량 메인 축을 따라 또는 그에 평행으로 연장되는 것을 특징으로 한다. 특히, 변속기는, 구동 유닛의 피동 샤프트가 차량 메인 축을 따라 또는 그에 평행으로 연장되고 후방 휠이 상기 변속기를 통해 구동 유닛과 연결되는 후방-종방향 배치에 적합하다.
또한, 시프팅 요소는, 시프팅 요소의 시프팅 상태의 변경이 에너지를 필요로 하지만, 시프팅 상태의 유지를 위해서는 필요로 하지 않도록 구성될 수 있다.
이를 위해, 예를 들어 전기 기계적 시프팅 요소 또는 전자기적 시프팅 요소와 같이 특히 필요에 따라 작동 가능한 시프팅 요소가 적합하다. 이러한 시프팅 요소는 종래의 유압 작동 가능한 시프팅 요소에 비해, 특히 낮고 효율적인 에너지 수요를 특징으로 하는데, 그 이유는 상기 시프팅 요소가 거의 손실 없이 작동 가능하기 때문이다. 또한, 바람직하게는, 영구적으로 예를 들어 종래 유압 시프팅 요소의 작동을 위한 압력을 유지하거나 각각의 시프팅 요소가 시프팅된 상태에서 영구적으로, 요구된 유압력에 의해 가압되는 것이 제거될 수 있다. 이에 의해, 예를 들어 유압 펌프와 같은 다른 구성 부품들은, 이들이 전적으로 유압 작동 가능한 종래 시프팅 요소의 제어 및 공급에 사용되는 경우 제거될 수 있다. 다른 부품들에 윤활제를 공급하는 것이 별도의 윤활제 펌프를 통해 수행되는 것이 아니라, 동일한 유압 펌프를 통해 수행되는 경우, 이들은 적어도 더 작게 구성될 수 있다. 또한, 오일 회로의 시프팅 위치에서, 특히 회전되는 구성 부품에서 경우에 따라 발생하는 누출이 제거된다. 이는, 특히 바람직하게 마찬가지로, 더 높은 효율의 형태로 변속기의 효율 상승을 위해 기여한다. 필요에 따라 작동 가능한 상기 유형의 시프팅 요소의 사용 시에, 외부로부터 시프팅 요소에 양호하게 접근 가능하면 특히 바람직하다. 특히, 이는 필요한 시프팅 에너지가 시프팅 요소에 양호하게 공급될 수 있는 장점을 갖는다. 따라서, 시프팅 요소가 바람직하게는, 외부로부터 양호하게 접근 가능하도록 배치된다. 외부로부터의 접근 가능성은, 시프팅 요소의 관점에서, 변속기의 하우징과 시프팅 요소 사이에 다른 구성 부품이 배치되지 않거나 시프팅 요소가 구동 샤프트에 또는 피동 샤프트에 배치된다는 것을 의미한다.
바람직하게는 명세서에서, 특히 청구범위에서, 용어 "연결 가능성"은, 상이한 기하학적 위치에서, 개별 연결 요소 또는 샤프트가 교차됨 없이, 절단면의 동일한 연결을 의미한다.
"정적 변속비(stationary gear ratio)"는 유성 캐리어 또는 웨브가 고정된 경우 각각의 유성 기어 세트의 썬 기어와 링 기어 사이의 변속비를 통해 구현되는 변속비를 의미한다.
바람직하게는, 유성 기어 세트는 변속기 내에 전후 차례로 배치된다. 이는 유성 기어 세트의 간단한 제조 및 정비 시에 간단한 접근 가능성을 가능케 한다. 바람직하게는, 유성 기어 세트는 기하학적으로, 제1 유성 기어 세트, 제2 유성 기어 세트, 제3 유성 기어 세트, 제4 유성 기어 세트의 순서로 배치된다.
바람직하게는, 유성 기어 세트의 썬 기어, 링 기어 및 유성 캐리어의 회전 축은 서로 평행하다.
바람직하게는, 모든 유성 기어 세트는 마이너스 유성 기어 세트이다. 이러한 방식으로, 고정된 유성 캐리어에서 썬 기어가 회전할 경우, 링 기어 및 썬 기어가 상응하는 유성 기어 세트의 각각 반대 회전 방향으로 회전한다. 또한, 마이너스 유성 기어 세트는 플러스 유성 기어 세트에 비해 더 적은 구성 부품을 포함하는데, 이는 중량 장점, 효율 장점 및 정비 장점을 제공할 수 있다.
바람직하게는, 제1, 제2 및 제3 유성 기어 세트의 정적 변속비의 값은 ≤2 이다. 특히, 제1 유성 기어 세트의 정적 변속비의 값은 2, 제2 유성 기어 세트의 정적 변속비의 값은 1.8, 제3 유성 기어 세트의 정적 변속비의 값은 1.8 및 제4 유성 기어 세트의 정적 변속비의 값은 3.6이다. 또한, 하나 이상의 유성 기어 세트가 플러스 유성 기어 세트로서 구성될 수 있는데, 이는 특히, 웨브- 및 링 기어 연결이 교환되고 정적 변속비의 값이 1만큼 증가할 경우에 유효하다.
본 발명의 다른 중요한 특징 및 장점이 종속 청구항, 도면 및 도면을 참조하는 해당 도면에 대한 설명으로부터 도출된다.
상술되고 아래에서 설명될 특징은 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서, 각각 설명된 조합으로뿐만 아니라 다른 조합으로도, 또는 단독으로도 적용 가능한 것으로 이해된다.
본 발명의 바람직한 구성 및 실시예는 도면에 도시되며 후술되는 발명의 내용에서 상세히 설명되며, 동일한 도면 부호는 동일하거나 유사하게 기능하는 구성 부품 또는 요소를 나타낸다. 이하 개략적인 형태로 도면이 도시된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 변속기를 도시한다.
도 2는 도 1에 따른 변속기에 대한 시프팅 행렬을 도시한다.
도 2는 도 1에 따른 변속기에 대한 시프팅 행렬을 도시한다.
도 1에는 본 발명의 실시예에 따른 변속기가 도시되어 있다.
도 1에는 다단 변속기(1)가 도시된다. 다단 변속기(1)는 4개의 클러치(K1, K2, K3, K4) 및 2개의 브레이크(B1, B2) 형태의 6개의 시프팅 요소를 포함한다. 4개의 클러치(K1, K2, K3, K4)에 의해 구동 측은, 샤프트, 시프팅 요소 및/또는 유성 기어 세트를 통해 힘 및 토크를 전달하기 위해 변속기(1)의 피동 측과 결합 또는 연결될 수 있다.
이하, 먼저, 제1 유성 기어 세트(GP1), 제2 유성 기어 세트(GP2), 제3 유성 기어 세트(GP3) 및 제4 유성 기어 세트(GP4)의 일반적인 구조가 설명된다. 상기 유성 기어 세트(GP1, GP2, GP3, GP4)는 통상적인 방식으로 구성되며, 힘 및 토크를 전달하기 위해 하나 이상의 유성 기어(111, 112, 113, 114)와 상호 작용하는 중앙 썬 기어(101, 102, 103, 104)를 각각 포함한다. 유성 기어(111, 112, 113, 114)는 웨브/유성 캐리어(121, 122, 123, 124)에 회전 가능하게 지지된다. 유성 기어(111, 112, 113, 114)의 반경 방향 외측 면에는, 그 안에 각각의 유성 기어(111, 112, 113, 114)가 힘 및 토크의 전달을 위해 결합된 링 기어(131, 132, 133, 134)가 배치된다. 또한, 웨브/유성 캐리어(121, 122, 123, 124)는 각각 샤프트와 연결된다.
도 1에는, 구동 샤프트(ANW)가 제2 유성 기어 세트(GP2)의 웨브(122)와 연결되며, 제1 클러치(K1)를 통해 제4 유성 기어 세트(GP4)의 썬 기어(104)와 연결될 수 있는 것이 도시되어 있다. 또한, 구동 샤프트(ANW)는, 제1 클러치(K1) 및 제3 클러치(K3)를 통해 제3 유성 기어 세트(GP3)의 링 기어(133)와 연결될 수 있으며, 제1 클러치(K1), 제3 클러치(K3) 및 제2 클러치(K2)를 통해 제3 유성 기어 세트(GP3)의 썬 기어(103) 및 제2 유성 기어 세트(GP2)의 링 기어(132)와 연결될 수 있다. 피동 샤프트(AW)는 제4 유성 기어 세트(GP4)의 웨브(124)와 연결된다. 제1 유성 기어 세트(GP1)의 링 기어(131)는 제2 브레이크(B2)를 통해 하우징(G)과 연결될 수 있다. 제1 유성 기어 세트(GP1)의 썬 기어(101)는 제2 유성 기어 세트(GP2)의 썬 기어(102)와 연결되며, 제1 브레이크(B1)를 통해 하우징(G)과 연결될 수 있다. 제1 유성 기어 세트(GP1)의 웨브(121)는 제4 유성 기어 세트(GP4)의 링 기어(134)와 연결되며, 제4 클러치(K4)를 통해 제3 유성 기어 세트(GP3)의 웨브(123)와 연결될 수 있다. 제2 유성 기어 세트(132)의 링 기어는 제3 유성 기어 세트(GP3)의 썬 기어(103)와 연결된다.
도 2에는 도 1에 따른 변속기에 대한 시프팅 행렬이 도시되어 있다.
수직 하향으로는 먼저 10개의 전진 변속단(V1 내지 V10)이 도시되며, 하나의 후진 변속단은 R로 표시된다. 또한, 변속비에서 제1 변속단(V1)에 상응하는 2개의 추가의 변속단(M1, M2)이 도시된다. 수평으로는 각각 시프팅 요소가 도시되며, 먼저, 2개의 브레이크(B1, B2) 및 이어서 4개의 클러치(K1, K2, K3, K4)가 도시된다. 또한, 각각의 변속비(i) 및 연속되는 2개의 변속단 사이의 변속단 변이(
)가 도시된다. 시프팅 행렬에서 빈 항목, 예를 들어 전진 변속단(V1)에서 제2 클러치(K2) 및 제4 클러치(K4)는, 상응하는 시프팅 요소 또는 브레이크 또는 클러치가 해제된 것, 즉, 이 경우에 시프팅 요소가, 시프팅 요소에 연결되거나 시프팅 요소와 결합된 변속기의 각각의 샤프트 또는 요소로부터 힘 또는 토크를 전달하지 않는 것을 나타낸다. 시프팅 행렬 내의 X 표시된 항목들은 즉, 시프팅 행렬에서 예를 들어 전진 변속단(V2)에서 제1 브레이크(B1), 제2 브레이크(B2) 및 제2 클러치(K2) 및 제3 클러치(K3)에서 상응하게 작동하거나 체결된 시프팅 요소를 나타낸다.
도 1에 따른 변속기(1)를 이용하여 제1 전진 변속단을 제공하기 위해, 제1 브레이크(B1) 및 제2 브레이크(B2) 그리고 제1 클러치(K1) 및 제3 클러치(K3)가 체결된다. 제2 클러치(K2) 및 제4 클러치(K4)는 해제된다. 변속비(i)는 4.600이다.
제2 전진 변속단(V2)을 제공하기 위해, 제1 브레이크(B1), 제2 브레이크(B2) 그리고 제2 클러치(K2) 및 제3 클러치(K3)가 체결된다. 제1 클러치(K1) 및 제4 클러치(K4)는 해제된다. 변속비(i)는 2.957이다. 제1 변속단(V1)과 제2 변속단(V2) 사이의 변속단 변이는 1.556이다.
제3 전진 변속단(V3)을 제공하기 위해, 제2 브레이크(B2), 제1 클러치(K1), 제2 클러치(K2) 및 제3 클러치(K3)가 체결된다. 제1 브레이크(B1) 및 제4 클러치(K4)는 해제된다. 변속비(i)는 2.091이다. 제2 변속단(V2)과 제3 변속단(V3) 사이의 변속단 변이(
)는 1.414이다.
제4 변속단(V4)을 제공하기 위해, 제2 브레이크(B2), 제2 클러치(K2), 제3 클러치(K3) 및 제4 클러치(K4)가 체결된다. 제1 브레이크(B1) 및 제1 클러치(K1)는 해제된다. 변속비는 1.714이다. 제3 변속단(V3)과 제4 변속단(V4) 사이의 변속단 변이는 1.220이다.
제5 변속단(V5)을 제공하기 위해, 제2 브레이크(B2), 제1 클러치(K1), 제2 클러치(K2) 및 제4 클러치(K4)가 체결된다. 제1 브레이크(B1) 및 제3 클러치(K3)는 해제된다. 변속비는 1.484이다. 제4 변속단(V4)과 제5 변속단(V5) 사이의 변속단 변이는 1.155이다.
제6 변속단(V6)을 제공하기 위해, 제2 브레이크(B2), 제1 클러치(K1), 제3 클러치(K3) 및 제4 클러치(K4)가 체결된다. 제1 브레이크(B1) 및 제2 클러치(K2)는 해제된다. 변속비는 1.242이다. 제5 변속단(V5)과 제6 변속단(V6) 사이의 변속단 변이는 1.195이다.
제7 변속단(V7)을 제공하기 위해, 제1 클러치(K1), 제2 클러치(K2), 제3 클러치(K3) 및 제4 클러치(K4)가 체결된다. 제1 브레이크(B1) 및 제2 브레이크(B2)는 해제된다. 변속비는 1.000이다. 제6 변속단(V6)과 제7 변속단(V7) 사이의 변속단 변이는 1.242이다.
제8 변속단(V8)을 제공하기 위해, 제1 브레이크(B1), 제1 클러치(K1), 제3 클러치(K3) 및 제4 클러치(K4)가 체결된다. 제2 브레이크(B2) 및 제2 클러치(K2)는 해제된다. 변속비는 0.866이다. 제7 변속단(V7)과 제8 변속단(V8) 사이의 변속단 변이는 1.155이다.
제9 변속단(V9)을 제공하기 위해, 제1 브레이크(B1), 제1 클러치(K1), 제2 클러치(K2) 및 제4 클러치(K4)가 체결된다. 제2 브레이크(B2) 및 제3 클러치(K3)는 해제된다. 변속비는 0.697이다. 제8 변속단(V8)과 제9 변속단(V9) 사이의 변속단 변이(
)은 1.242이다.
제10 변속단(V10)을 제공하기 위해, 제1 브레이크(B1), 제2 클러치(K2), 제3 클러치(K3) 및 제4 클러치(K4)가 체결된다. 제2 브레이크(B2) 및 제1 클러치(K1)는 해제된다. 변속비(i)는 0.643이다. 제9 변속단(V9)과 제10 변속단(V10) 사이의 변속단 변이는 1.084이다.
후진 변속단을 제공하기 위해, 제1 브레이크(B1)가 체결되고, 제2 브레이크(B2)가 체결되고, 제3 클러치(K3) 및 제4 클러치(K4)가 체결된다. 제1 클러치(K1) 및 제2 클러치(K2)는 해제된다. 변속비는 -5.322이다.
제1 변속단(V1)에 대안적으로 변속단(M1 또는 M2)이 사용될 수 있다. 제1 대안 변속단(M1)을 제공하기 위해, 제1 브레이크(B1), 제2 브레이크(B2), 제1 클러치(K1) 및 제4 클러치(K4)가 체결된다. 제2 클러치(K2) 및 제3 클러치(K3)는 해제된다. 변속비는 4.600이다.
제2 대안 변속단(M2)을 제공할 수 있기 위해, 제1 브레이크(B1), 제2 브레이크(B2), 제1 클러치(K1) 및 제2 클러치(K2)가 체결된다. 제3 클러치(K3) 및 제4 클러치(K4)는 해제된다. 변속비는 4.600이다.
인접한 변속단으로 하나의 변속단을 도달시키기 위해, 각각 소정의 시프팅 요소가 해제되고, 소정의 시프팅 요소가 체결되어야 한다.
전체적으로, 도 1 및 도 2에 따른 변속기는 4개의 유성 기어 세트(GP1, GP2, GP3, GP4) 및 6개의 시프팅 요소(K1, K2, K3, K4, B1, B2)를 포함하며, 4개 이상의 클러치(K1, K2, K3, K4) 및 2개 이상의 브레이크(B1, B2) 형태의 시프팅 요소로 구성된다. 변속단 마다, 2개의 시프팅 요소가 해제되며 4개의 시프팅 요소가 체결된다. 고정된 하우징 결합이 존재하지 않는다. 도 1 및 도 2에 따른 변속기(1)를 이용하여, 10개 이상의 전진 변속단 및 하나 이상의 후진 변속단이 제공될 수 있다. 변속기(1)를 위한 스타팅 요소로서, 유체 역학적 토크 컨버터, 유체 역학적 클러치, 추가의 스타팅 클러치, 일체형 스타팅 클러치 또는 브레이크 및/또는 추가의 전기 기계가 배치될 수 있다. 변속기(1)의 각각의 샤프트 상에 전기 기계 또는 그 외의 동력원/출력원이 배치되는 것이 가능하다. 또한, 하우징(G) 또는 다른 샤프트에 대한 프리 휠이 각각의 샤프트 상에 배치될 수 있다. 변속기(1)는 바람직하게는 표준 구동부 구조 또는 전방-횡방향 구조로 차량에 장착될 수 있다. 시프팅 요소로서, 마찰 결합식 및/또는 형상 결합식 시프팅 요소가 가능하다. 특히, 제2 브레이크(B2)는 형상 결합식, 특히 조우(jaw) 시프팅 요소로서 구성될 수 있으며, 이는 상기 변속기가 제공되고 내연 기관을 구비한 차량의 명확한 연료 절감 장점을 제공한다.
요약하면, 본 발명에 의해 변속기를 위한 구조 복잡성이 낮은 장점이 제공되는데, 이는 변속기의 제조 비용을 절감하고 중량을 감소시키는 결과는 가져온다. 또한, 변속기는 양호한 변속비 배열, 낮은 절대 회전수 및 상대 회전수 그리고 낮은 유성 기어 세트 토크 및 시프팅 요소 토크를 제공한다. 또한, 본 발명은 양호한 기어링 효율, 높은 변속단 수 및 낮은 드래그 토크를 제공한다. 본 발명은 본원에서 바람직한 실시예를 참조로 설명되었음에도 불구하고, 그에 한정되는 것이 아니라, 다양한 방식으로 변경될 수 있다.
따라서, 예를 들어 개별 유성 기어 세트 및 개별 시프팅 요소의 기하학적 위치/순서는, 각각의 변속기 요소들의 연결 가능성을 고려하여 서로 자유롭게 선택될 수 있다. 개별 변속기 요소는 임의로 변속기 내의 그의 위치에서 변위될 수 있다. 또한, 연결 가능성을 고려하여, 마이너스 유성 기어 세트로서 구성된 개별적인 또는 복수의 유성 기어 세트가, 웨브- 및 링 기어 연결의 교환과 동시에 그리고 정적 변속비를 1만큼 증가시키며 플러스-/마이너스 유성 기어 세트로 시프팅되는 것이 가능하다.
1:
변속기
GP1, GP2, GP3, GP4: 유성 기어 세트
101, 102, 103, 104: 썬 기어
111, 112, 113, 114: 유성 기어
121, 122, 123, 124: 웨브
131, 132, 133, 134: 링 기어
ANW: 구동 샤프트
AW: 피동 샤프트
B1, B2: 브레이크
K1, K2, K3, K4: 클러치
G: 하우징
V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8, V9, V10: 전진 변속단
M1, M2: 대안 전진 변속단
R: 후진 변속단
i: 변속비
:
변속단 변이
GP1, GP2, GP3, GP4: 유성 기어 세트
101, 102, 103, 104: 썬 기어
111, 112, 113, 114: 유성 기어
121, 122, 123, 124: 웨브
131, 132, 133, 134: 링 기어
ANW: 구동 샤프트
AW: 피동 샤프트
B1, B2: 브레이크
K1, K2, K3, K4: 클러치
G: 하우징
V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8, V9, V10: 전진 변속단
M1, M2: 대안 전진 변속단
R: 후진 변속단
i: 변속비
Claims (10)
- 변속기, 특히 자동차용 다단 변속기이며, 상기 변속기는 하우징(G), 구동 샤프트(ANW), 피동 샤프트(AW) 및 4개 이상의 유성 기어 세트(GP1, GP2, GP3, GP4)를 포함하며, 유성 기어 세트(GP1, GP2, GP3, GP4)는 각각 썬 기어(101, 102, 103, 104), 유성 기어(111, 112, 113, 114), 유성 캐리어(121, 122, 123, 124) 및 링 기어(131, 132, 133, 134)를 포함하며, 4개 이상의 클러치(K1, K2, K3, K4) 및 2개 이상의 브레이크(B1, B2) 형태의 복수의 시프팅 요소(K1, K2, K3, K4, B1, B2)를 포함하는 변속기에 있어서,
- 구동 샤프트(ANW)는 제2 유성 기어 세트의 유성 캐리어(122)와 연결되며,
- 구동 샤프트(ANW)는, 제1 클러치(K1)를 통해 제4 유성 기어 세트(GP4)의 썬 기어(104)와 연결 가능하며, 제1(K1) 및 제3 클러치(K3)를 통해 제3 유성 기어 세트(GP3)의 링 기어(133)와 연결 가능하며, 제1 클러치(K1), 제3 클러치(K3) 및 제2 클러치(K2)를 통해 제3 유성 기어 세트(GP3)의 썬 기어(123) 및 제2 유성 기어 세트(GP2)의 링 기어(132)와 연결 가능하며,
- 제1 유성 기어 세트(GP1)의 썬 기어(101)는 제2 유성 기어 세트(GP2)의 썬 기어(102) 및 제1 브레이크(B1)와 연결되며,
- 제1 유성 기어 세트(GP1)의 유성 캐리어(121)는 제4 유성 기어 세트(GP4)의 링 기어(134)와 연결되며, 제4 클러치(K4)를 통해 제3 유성 기어 세트(GP3)의 유성 캐리어(123)와 연결되며,
- 제1 유성 기어 세트(GP1)의 링 기어(131)는 제2 브레이크(B2)와 연결되며,
- 제4 유성 기어 세트(GP4)의 유성 캐리어(124)는 피동 샤프트(AW)와 연결되는 것을 특징으로 하는 변속기(1). - 제1항에 있어서, 유성 기어 세트(GP1, GP2, GP3, GP4)는 축방향에서 볼 때, 제1 유성 기어 세트(GP1), 제2 유성 기어 세트(GP2), 제3 유성 기어 세트(GP3) 및 제4 유성 기어 세트(GP4)의 순서로 배치되는 것을 특징으로 하는 변속기(1).
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 유성 기어 세트(GP1, GP2, GP3, GP4)는 마이너스 유성 기어 세트인 것을 특징으로 하는 변속기(1).
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 시프팅 요소(K1, K2, K3, K4, B1, B2), 특히 제2 브레이크(B2)는 형상 결합식 시프팅 요소로서 구성되는 것을 특징으로 하는 변속기(1).
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 변속기(1)는 유성 기어 세트(GP1, GP2, GP3, GP4)들 사이의 토크 전달을 위해 샤프트들을 포함하며 전기 모터와 같은 구동부가 하나 이상의 샤프트와 연결되는 것을 특징으로 하는 변속기(1).
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 샤프트는 추가의 샤프트 및/또는 하우징과 연결된 프리 휠과 연결되는 것을 특징으로 하는 변속기(1).
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 10개 이상의 변속단, 특히 정확히 10개의 변속단을 제공할 수 있는 것을 특징으로 하는 변속기(1).
- 2개의 브레이크(B1, B2) 및 4개의 클러치(K1, K2, K3, K4)를 구비한 변속기(1), 특히 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 변속기의 작동 방법에 있어서,
- 제1 변속단(V1)은 체결된 제1 브레이크(B1), 체결된 제2 브레이크(B2), 체결된 제1 클러치(K1), 체결된 제3 클러치(K3)에 의해 형성되며, 그리고/또는 체결된 제1 브레이크(B1), 체결된 제2 브레이크(B2), 체결된 제1 클러치(K1) 및 체결된 제4 클러치(K4)에 의해 구성되며, 그리고/또는 체결된 제1 브레이크(B1), 체결된 제2 브레이크(B2), 체결된 제1 클러치(K1) 및 체결된 제2 클러치(K2)에 의해 구성되며,
- 제2 변속단(V2)은 체결된 제1 브레이크(B1), 체결된 제2 브레이크(B2), 체결된 제2 클러치(K2), 체결된 제3 클러치(K3)에 의해 구성되며,
- 제3 변속단(V3)은 체결된 제2 브레이크(B2), 체결된 제1 클러치(K1), 체결된 제2 클러치(K2) 및 체결된 제3 클러치(K3)에 의해 구성되며,
- 제4 변속단(V4)은 체결된 제2 브레이크(B2), 체결된 제2 클러치(K2), 체결된 제3 클러치(K3) 및 체결된 제4 클러치(K4)에 의해 구성되며,
- 제5 변속단(V5)은 체결된 제2 브레이크(B2), 체결된 제1 클러치(K1), 체결된 제2 클러치(K2) 및 체결된 제4 클러치(K4)에 의해 구성되며,
- 제6 변속단(V6)은 체결된 제2 브레이크(B2), 체결된 제1 클러치(K1), 체결된 제3 클러치(K3) 및 체결된 제4 클러치(K4)에 의해 구성되며,
- 제7 변속단(V7)은 체결된 제1 클러치(K1), 체결된 제2 클러치(K2), 체결된 제3 클러치(K3) 및 체결된 제4 클러치(K4)에 의해 구성되며,
- 제8 변속단(V8)은 체결된 제1 브레이크(B1), 체결된 제1 클러치(K1), 체결된 제3 클러치(K3) 및 체결된 제4 클러치(K4)에 의해 구성되며,
- 제9 변속단(V9)은 체결된 제1 브레이크(B1), 체결된 제1 클러치(K1), 체결된 제2 클러치(K2) 및 체결된 제4 클러치(K4)에 의해 구성되며,
- 제10 변속단(V10)은 체결된 제1 브레이크(B1), 체결된 제2 클러치(K2), 체결된 제3 클러치(K3) 및 체결된 제4 클러치(K4)에 의해 구성되며,
- 후진 변속단(VR)은 체결된 제1 브레이크(B1), 체결된 제2 브레이크(B2), 체결된 제3 클러치(K3), 체결된 제4 클러치(K4)에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 변속기 작동 방법. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 변속기(1)를 갖는 자동차, 특히 승용차 또는 화물차.
- 자동차, 승용차, 건설용 기기 및/또는 화물차에서, 제1항 내지 제7항에 따른 변속기(1)의 사용 또는 제8항에 따른 방법의 사용.
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