KR20160140876A - 기어박스에서 기어를 계합시키는 장치 및 방법 - Google Patents

기어박스에서 기어를 계합시키는 장치 및 방법 Download PDF

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요니 아르네
다니엘 해그스트룀
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스카니아 씨브이 악티에볼라그
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Abstract

본 발명은 기어박스에서의 기어 계합을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 장치는, 제1 이차 톱니바퀴(7c)에 의해 규정되는 기어의 계합 분리 및 제2 이차 톱니바퀴(7b)에 의해 규정되는 기어의 계합과 관련하여, 이차 톱니바퀴(7b)를 위한 동기화 장치(10b)의 초기 위치로부터 동기화 위치로 그리고 후속하는 잠금 위치로의 활성화 이동을 제공하도록 구성되어 있다. 장치(13)는 또한 제3 이차 톱니바퀴(7c)를 위한 적어도 하나의 추가 동기화 장치(10a)에 의한, 제2 이차 톱니바퀴(7b)에 의해 규정되는 상기 기어의 계합 중의 활성화 이동을 제공하고, 그리고 추가 동기화 장치(10a)가 또한 제2 이차 톱니바퀴(7b)의 회전 속도의 주축(8)과의 동기화에 관여하도록, 제2 이차 톱니바퀴(7b)를 위한 동기화 장치(10b)가 동기화 상태에 있는 시간의 적어도 일부 동안 추가 동기화 장치(10a)를 동기화 상태로 설정하도록 구성되어 있다.

Description

기어박스에서 기어를 계합시키는 장치 및 방법{ARRANGEMENT AND METHOD FOR ENGAGING A GEAR IN A GEARBOX}
본 발명은 특허청구범위 청구항 1 및 청구항 8의 전제부들에 따른 기어박스의 기어를 계합시키는 장치 및 방법에 관한 것이다.
통상적인 기어박스는 중간축, 주축 및 다수의 기어 세트를 포함하며, 기어 세트들 각각은 중간축 상에 회전 가능하게 배치되는 톱니바퀴 및 주축 상에 배치되는 톱니바퀴를 포함한다. 기어들을 계합시키는 것과 관련되어 있는 주축 상의 톱니바퀴들을 동기화시키고 잠그는 데에 동기화 장치들이 사용된다. 동기화 장치는 시프트 가능하게 배치되는 클러치 슬리브를 포함할 수 있고, 이 클러치 슬리브는 원뿔형 마찰면을 구비하는 래치 콘(latch cone)과 연결되어 있는데, 래치 콘의 원뿔형 마찰면은, 톱니바퀴와 연결되어 있는, 클러치 슬리브의 상응하는 원뿔형 마찰면과 계합되도록 구성되어 있다. 기어가 기어박스에서 계합되려 할 때, 클러치 슬리브는 초기단으로부터 동기화단까지 축선 방향으로 시프트되며, 동기화단에서 클러치 콘의 원뿔형 마찰면이 래치 콘의 원뿔형 마찰면과 계합된다. 따라서 클러치 콘 및 래치 콘의 회전 속도는 비교적 빠르게 동기화된다. 회전 속도가 동기화되면, 클러치 슬리브는 잠금 상태로 더 시프트될 수 있고, 이 상태에서 클러치 콘 상의 잠금 요소와 계합됨으로써, 톱니바퀴가 주축 상에 회전 가능하게 잠긴다.
동기화 장치들의 마찰면들은 비교적 상당한 마찰을 겪는다. 마모가 상당하고 시프트 시간이 긴 하나의 작동 모드는 차량의 속도가 급격히 감소하는 동시에 더 높은 기어가 기어박스에서 계합되는 경우이고, 이는 차량이 가파른 오르막 경사를 주행할 때 일어날 수 있다. 이 경우, 동기화 장치는, 처음에는 주축보다 높은 회전 속도를 가지는 톱니바퀴와 엔진 속도가 급격히 감소되는 주축 사이의, 비교적 큰 회전 속도 차이를 동기화시켜야 한다. 이 경우, 일반적으로, 톱니바퀴의 회전 속도가 주축과 동기화되어 회전 잠금을 제공하기 전까지 비교적 긴 시간이 소요된다.
본 발명의 목적은 동기화 장치들의 마모를 감소시키고 기어박스에서의 시프트 시간을 단축시키는 장치를 제공하는 데 있다.
이 목적은 본 명세서의 서두에 명시된 유형의 장치로서 특허청구범위 청구항 1의 특징부에 명시된 구성들을 특징으로 하는 장치를 이용하여 달성된다. 시프트 과정 중에 계합 분리되도록 구성된 이차 톱니바퀴를 여기서는 제1 이차 톱니바퀴라 지칭한다. 기어박스에서 계합되도록 구성된 이차 톱니바퀴는 여기서 제2 이차 톱니바퀴라 지칭한다. 제2 이차 톱니바퀴의 동기화 과정을 돕는데 사용되는 동기화 장치를 구비하는 이차 톱니바퀴를 여기서는 제3 이차 톱니바퀴라 지칭한다. 기어가 기어박스에서 계합되려고 할 때, 동기화 장치의 일차적인 역할은 이차 톱니바퀴의 회전 속도를 추축의 회전속도와 동기화시키는 것이다. 동기화는 주축이 마찰 클러치를 거쳐서 이차 톱니바퀴 및 이차 톱니바퀴와 연결되어 있는 컴포넌트들과 연결되는 것을 의미한다. 주축 상의 이차 톱니바퀴와 연결되어 있는 컴포넌트들은 관련된 기어 세트의 일차 톱니바퀴, 중간축 및 기어박스의 입력축으로 이루어져 있다. 마찰 클러치는 일반적으로 둘 이상의 원뿔형 마찰면을 포함하는데, 이 마찰면들은 서로에 대해 가압된다. 이차 톱니바퀴의 회전 속도가 주축의 회전 속도와 동기화된 후, 동기화 장치의 역할은 이차 톱니바퀴를 주축 상에 회전 잠금시키는 것이다.
본 발명에 따르면, 장치는, 기어박스에서 계합될 기어를 규정하는 제2 이차 톱니바퀴를 위한 동기화 장치의 활성화에 더하여, 제3 이차 톱니바퀴를 위한 적어도 하나의 추가 동기화 장치를 활성화시키는 데에도 또한 사용된다. 따라서 추가 동기화 장치는 또한 제2 이차 톱니바퀴를 위한 동기화 장치가 동기화 상태에 있는 시간의 적어도 일부 동안 동기화 상태로 이동된다. 추가 동기화 장치가 또한 제2 이차 톱니바퀴의 회전 속도의 주축의 회전 속도와의 동기화에 관여하기 때문에, 부하는 두 동기화 장치들에 분산된다. 동기화 장치의 마모는 하중의 크기에 따라 선형으로 변화되지 않고, 마모는 기본적으로 최고 부하와 관련되어 발생된다. 이 경우 최고 부하는 두 동기화 장치에 분사될 수 있다. 따라서 개개의 동기화 장치의 마모는 훨씬 작다. 이에 따라 개개의 동기화 장치의 수명은 훨씬 길어질 수 있다. 하나 또는 다수의 추가 동기화 장치의 도움으로, 동기화 과정의 진행 시간이 상당히 감소될 수 있다. 이에 따라 더욱 신속한 시프트 과정이 얻어질 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 장치가, 기어박스에서의 더 낮은 기어의 계합과 관련하여, 제1 이차 톱니바퀴에 의해 규정된 기어보다 낮은 기어를 규정하는 제3 이차 톱니바퀴를 위한 추가 동기화 장치를 활성화시키도록 구성된다. 기어박스에서의 다운 시프트에서, 제2 이차 톱니바퀴는 주축보다 낮은 회전 속도를 갖는다. 이 경우 동기화는 제2 이차 톱니바퀴 및 제2 이차 톱니바퀴와 연결되어 있는, 일차 톱니바퀴 및 중간축과 같은, 컴포넌트들이 더 높은 회전 속도를 달성하도록 가속되어야 함을 의미한다. 제3 이차 톱니바퀴가, 제2 이차 톱니바퀴와 유사하게, 제1 이차 톱니바퀴보다 낮은 기어를 규정하는 경우에, 중간축의 가속을 이용한 도움은 기어 세트로부터 얻어질 수만 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 장치가, 기어박스에서의 더 낮은 기어의 계합과 관련하여, 제2 이차 톱니바퀴에 의해 규정된 기어보다 낮은 기어를 규정하는 제3 이차 톱니바퀴를 위한 추가 동기화 장치를 활성화시키도록 구성된다. 이 경우, 제2 이차 톱니바퀴는 제3 이차 톱니바퀴보다 먼저 주축과 회전 속도가 동기화된다. 따라서 제3 이차 톱니바퀴를 위한 추가 동기화 장치가 주축 상의 제2 이차 톱니바퀴의 전체 동기화 과정에 관여할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 장치가, 기어박스에서의 더 높은 기어의 계합과 관련하여, 제1 이차 톱니바퀴에 의해 규정된 기어보다 높은 기어를 규정하는 제3 이차 톱니바퀴를 위한 추가 동기화 장치를 활성화시키도록 구성된다. 기어박스에서의 업 시프트에서, 제2 이차 톱니바퀴는 주축보다 높은 회전 속도를 갖는다. 이 경우 동기화는 제2 이차 톱니바퀴 및 제2 이차 톱니바퀴와 연결되어 있는, 일차 톱니바퀴 및 중간축과 같은, 컴포넌트들이 더 낮은 회전 속도를 달성하도록 감속되어야 함을 의미한다. 제3 이차 톱니바퀴가, 제2 이차 톱니바퀴와 유사하게, 제1 이차 톱니바퀴보다 높은 기어를 규정하는 경우에, 중간축의 감속을 이용한 도움은 기어 세트로부터 얻어질 수만 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 장치가, 기어박스에서의 더 높은 기어의 계합과 관련하여, 제2 이차 톱니바퀴에 의해 규정된 기어보다 높은 기어를 규정하는 제3 이차 톱니바퀴를 위한 추가 동기화 장치를 활성화시키도록 구성된다. 이 경우, 제2 이차 톱니바퀴는 제3 이차 톱니바퀴보다 먼저 주축과 회전 속도가 동기화된다. 따라서 제3 이차 톱니바퀴를 위한 추가 동기화 장치가 주축 상의 제2 이차 톱니바퀴의 전체 동기화 과정에 관여할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 장치가, 제2 이차 톱니바퀴를 위한 동기화 장치의 잠금 상태로의 활성화 이동을 제공하기 전에, 제3 이차 톱니바퀴를 위한 추가 동기화 장치를 동기화 상태로부터 분리 상태로 이동시키도록 구성된다. 따라서, 다운 시프트 과정과 관련된 동기화 과정 중에 제2 이차 톱니바퀴가 너무 높은 회전 속도를 갖게 되고 업 시프트 과정과 관련된 동기화 과정 중에 너무 낮은 회전 속도를 갖게 되는 데 추가 동기화 장치가 기여할 위험은 없다.
본 발명에 따르면, 장치가 동기화 장치들 각각을 위한 액추에이터, 액추에이터의 활성화 이동을 각각의 동기화 장치로 전달하는 이동 전달 기구, 및 액추에이터들의 활성화를 제어하도록 구성된 제어 장치를 포함한다. 액추에이터들은 이동 전달 기구들을 거쳐 각각의 동기화 장치로 전달되는 활성화 이동을 제공하는 공압 실린더들로 이루어질 수 있다. 따라서 각각의 동기화 장치들은 분리된 상태로부터 동기화 상태로의 그리고 후속하는 잠금 상태로의 이동을 달성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 장치는 추가 동기화 장치가 동기화 상태로부터 잠금 상태로 이동하는 것을 방지하도록 구성된 래치 장치를 포함한다. 이러한 래치 장치는, 제3 이차 톱니바퀴가 제2 이차 톱니바퀴의 회전 속도를 주축과 관련하여 동기화시키는 것을 돕기만 하는 경우에, 제3 이차 톱니바퀴가 잠금 상태로 이동되는 위험을 제거한다. 래치 장치는, 이동 전달 기구의 컴포넌트의 이동을 차단하는 래치 요소와, 래치 요소를 비래치 상태(unlatched state)에서 래치 상태(latched state)로 이동시키는 액추에이터를 포함한다. 이에 따라 제2 이차 톱니바퀴의 회전 속도를 동기화하는 추가 조력물로 추가 동기화 장치가 사용되는 경우에 래치 요소가 래치 상태로 신속하게 이동될 수 있다. 액추에이터는 공압 실린더일 수 있다. 동기화 장치의 활성화를 제어하는 동일한 제어 장치가 유리하게는 또한 래치 요소를 활성화하고 비활성화하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 추가 동기화 장치는 다른 동기화 장치들과 비교하여 강도 특성이 개선된 구성을 가진다. 이 동기화 장치가 또한, 이차 톱니바퀴들을 연결하는 동기화 과정에 더하여, 다른 이차 톱니바퀴들의 동기화 과정에 관여하기 때문에, 다른 동기화 장치들보다 덜 마모되는 강도 특성을 가질 수 있다.
서두에서 언급한 목적은 또한 특허청구범위 청구항 8 내지 청구항 13에 따른 방법에 의해서도 달성된다.
이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 예로 들어 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 장치를 구비하고 있는 기어박스를 도시한다.
도 2는 도 1의 장치의 일부분의 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 3은 추가 동기화 장치의 활성화 이동(activation movement) 및 차단을 제공하는 장치의 부분을 도시한다.
도 1은 대형 수송차일 수 있는 개략적으로 도시된 차량(19)에 배치될 수 있는 기어박스를 도시한다. 기어박스는 하우징(10)의 내부에 부착되어 있다. 기어박스는 도시되어 있지 않은 연소 엔진에 의해 작동되는 입력축(2)을 포함한다. 기어박스는 스플릿 기어(split gear)를 포함하는데, 제1 스플릿 상태에서 이 스플릿 기어는 입력축(2)을 톱니바퀴(3)를 거쳐 기어박스 내의 중간축(5)과 연결시키고, 톱니바퀴(3)는 기어박스 내의 중간축 상의 톱니바퀴(4)와 상시 계합(constant engagement) 되어 있다. 제2 스플릿 상태에서, 입력축(2)은 톱니바퀴(7c)를 거쳐 중간축(5)과 연결되고, 톱니바퀴(7c)는 중간축(5) 상의 톱니바퀴(6c)와 상시 계합되어 있다. 따라서 중간축(5)은 입력축(2)의 회전 이동을 제공한다. 중간축(5)은 여러 가지 크기를 갖는 다수의 추가 톱니바퀴(6a-6e)를 구비하고 있다. 톱니바퀴들(6a-6e)은 중간축(5)에 고정되게 끼워지거나 혹은 중간축(5)의 동질 부분(homogeneous part)을 구성하는 별도의 유닛들이다. 중간축(5) 상의 톱니바퀴들(6a-6e) 각각은 주축(8) 상의 상응하는 톱니바퀴(7a-7e)와 상시 계합되어 있다. 따라서 기어박스는 서로 상시 계합되어 있는 다수의 기어 세트를 포함한다. 기어 세트들 각각은 중간축 상에 고정되게 배치되어 있는 일차 톱니바퀴(6a-6e) 및 주축(8) 상에 회전 가능하게 배치되어 있는 이차 톱니바퀴(7a-7e)를 포함한다. 일차 톱니바퀴(6a)와 이차 톱니바퀴(7a)를 포함하는 하나의 기어 세트는 기어박스의 제1 기어를 규정하는 기어물림(gearing)을 제공한다. 일차 톱니바퀴(6b)와 이차 톱니바퀴(7b)를 포함하는 하나의 기어 세트는 기어박스의 제2 기어를 규정하는 기어물림을 제공한다. 일차 톱니바퀴(6c)와 이차 톱니바퀴(7c)를 포함하는 하나의 기어 세트는 기어박스의 제3 기어를 규정하는 기어물림을 제공한다. 일차 톱니바퀴(6d)와 이차 톱니바퀴(7d)를 포함하는 하나의 기어 세트는 크리퍼 기어(creeper gear)를 규정한다. 일차 톱니바퀴(6e)와 이차 톱니바퀴(7e)를 포함하는 하나의 기어 세트는 후진 기어를 규정한다. 후진 기어용 기어 세트(6e, 7e)는 주축(8)의 역회전 방향을 제공하는 중간 톱니바퀴를 포함한다.
이차 톱니바퀴들(7a-7e)은 니들 베어링일 수 있는 베어링(9)의 도움으로 주축(8) 상에 회전 가능하게 배치되어 있다. 동기화 장치들(10a-10c)은 주축(8) 상의 이차 톱니바퀴들(7a-7e)과 연관되어 배치되어 있다. 동기화 장치들(10a-10c) 각각의 역할은, 기어 계합과 관련하여, 주축과 관련된 이차 톱니바퀴들(7) 중 적어도 하나의 동기화 및 이에 후속하는 회전 잠금을 달성하는 것이다. 동기화 장치(10a)는 제1 기어의 이차 톱니바퀴(7a)의 동기화 및 회전 잠금을 담당하도록 구성되어 있다. 동기화 장치(10b)는 제2 및 제3 기어들의 이차 톱니바퀴들(7b, 7c)의 동기화 및 회전 잠금을 담당하도록 구성되어 있다. 동기화 장치(10c)는 스플릿 기어에 포함되어 있으며, 그 역할은 입력 축(2)을 제1 스플릿 상태에서는 톱니바퀴들(3, 4)을 거쳐서 그리고 제2 스플릿 상태에서는 톱니바퀴들(7c, 6c)을 거쳐서 기어박스 내의 중간축(5)과 연결하도록 각기 다른 스플릿 위치들을 설정하는 것이다.
동기화 장치들(10a-10c)은 통상적인 구성을 가질 수 있고, 시프트 가능하게 배치되는 클러치 슬리브를 포함하며, 클러치 슬리브는 원뿔형 마찰면을 구비한 래치 콘과 연결되는데, 래치 콘의 원뿔형 마찰면은, 톱니바퀴와 연결되어 있는, 클러치 슬리브의 상응하는 원뿔형 마찰면과 계합되도록 구성되어 있다. 원뿔형 마찰면들은 마찰 클러치라고도 할 수 있다. 기어가 기어박스에서 계합되려고 할 때, 클러치 슬리브는 주축 상에서 축선 방향으로 이차 톱니바퀴를 향해 시프트되고, 이에 따라 클러치 콘의 원뿔형 마찰면이 래치 콘의 원뿔형 마찰면과 계합된다. 따라서 클러치 콘과 래치 콘의 회전 속도가 비교적 빠르게 동기화된다. 회전 속도가 동기화되면, 클러치 슬리브가 끝 상태로 더 시프트될 수 있고, 이 상태에서 클러치 콘 및 연결되어 있는 톱니바퀴와 계합된다. 이차 톱니바퀴(7a-7e)가 주축(8) 상의 회전 잠금 상태까지 이동되고 나면, 이차 톱니바퀴는 기어박스에서 동력 전달 요소를 구성한다. 기어박스는 또한 레인지 기어(11)를 포함하는데 레인지 기어는 기어박스에서 주축(8)과 출력축(12) 사이에 배치되어 있다. 레인지 기어(11)의 도움으로, 기어박스 내의 모든 일반적인 기어들이 고단 기어물림 및 저단 기어물림을 각각 구비할 수 있다. 이에 따라, 기어박스는 기어들을 두 배로 구비할 수 있다. 장치(13)는 기어박스에서의 시프트 과정 중에 동기화 장치들(10a-10c)의 활성화를 제어하도록 구성되어 있다.
도 2는 이차 톱니바퀴들(7a-7c)을 위한 동기화 장치들(10a, 10b)의 활성화를 제어하도록 구성되어 있는 장치(13)의 선택된 부분들을 개략적으로 도시하고 있는데, 제3 동기화 장치(10c)의 도움으로 스플릿 기어를 제어하는 장치의 부분들은 도시되어 있지 않은데, 그 이유는 장치의 해당 부분들이 본 발명에는 필요 없기 때문이다. 장치(13)는 시프트 제어기(14)를 포함하며, 운전자는 이 시프트 제어기를 이용하여 기어박스에서의 소망하는 기어 계합을 지시한다. 제어 장치(15)는 시트프 제어기(14)로부터 기어박스에서의 소망하는 기어와 관련된 정보를 수신하거나 혹은 적당한 기어에 대해 결정하도록 구성되어 있다. 기어박스에서 제1 기어에 의해 규정되는 기어물림이 이루어지면, 제어 장치(15)는 액추에이터(16a) 및 이동 전달 기구(17a)의 도움으로 활성화 이동을 생성하도록 조정되고, 이동 전달 기구는 이동을 제1 기어를 규정하는 이차 톱니바퀴(7a)를 위한 동기 장치(10a)로 전달한다. 기어박스에서 제2 또는 제3 기어에 의해 규정되는 기어물림이 이루어지면, 제어 장치(15)는 액추에이터(16b) 및 이동 전달 기구(17b)의 도움으로 활성화 이동을 생성하도록 조정되고, 이동 전달 기구는 이동을 제2 또는 제3 기어를 규정하는 이차 톱니바퀴(7b, 7c)를 위한 동기 장치(10b)로 전달한다. 각각의 동기화 장치들(10a, 10b)로 전달되는 활성화 이동들은, 제1 단계에서, 연결 이차 톱니바퀴들(7a-7c)이 주축(8) 상에서 자유롭게 회전하는 분리 상태로부터 이차 톱니바퀴들(7a-7c)의 회전 속도가 주축(8)의 회전 속도와 동기화된 동기화 상태로 이동되는 것을 포함한다. 이차 톱니바퀴들(7a-7c)의 회전 속도가 동기화된 후에, 동기화 장치들(10a, 10b)은, 제2 단계에서, 이차 톱니바퀴들(7a-7c)을 주축(8) 상에 회전 잠금시키는 잠금 상태로 이동된다. 액추에이터들(16a, 16b) 및 이동 전달 기구들(17a, 17b)은 또한 각각의 동기화 장치들(10a-10c)을 잠금 상태로부터 기어가 계합 분리된 상태에서는 활성화되지 않는 동기화 상태를 거쳐 분리 상태로 복귀시키는 데에도 사용된다. 이차 톱니바퀴들(7a-7e) 중 가장 큰 하나는 주축(8) 상에 회전 잠금 상태에 있고, 나머지 이차 톱니바퀴들(7a-7e)은 분리 상태에 있다. 그러나 톱니바퀴(7c)는 제2 스플릿 상태에서 입력축과 관련한 잠금 상태를 제공한다. 제어 장치(15)는 또한 제1 동기화 장치(10a)를 위한 래치 장치(18)와 연결되어 있다. 래치 장치(18)는 제1 동기화 장치(10a)의 분리 상태로부터 동기화 상태로의 이동에 영향을 미치지 않도록 구성되어 있다. 다른 한편으로, 래치 장치(18)는 동기화 장치(10a)의 동기화 상태로부터 잠금 상태로의 계속된 이동을 방지한다.
도 3은 이차 톱니바퀴(7a)를 위한 제1 동기화 장치(10a)의 활성화 이동을 제공하도록 구성되어 있는 장치(13)의 부분을 보다 상세하게 도시한다. 따라서 장치(13)는 제어 장치(15)를 포함하고, 이 제어 장치는 이동 전달 기구(17a)를 거쳐 동기화 장치(10a)까지 전달되는 활성화 이동을 제공하는 액추에이터(16a)에 연결되어 있다. 액추에이터(16a)는 공압 실린더일 수 있다. 이동 전달 기구(17a)는 포크 형상의 요소(17a2)를 구비하는 시프트 가능한 축(17a1)을 포함한다. 포크 형상의 요소(17a2)는 동기화 장치(10a)의 클러치 슬리브(10a1) 위에 부착되어 있다. 제어 장치(15)가 공압 실린더(16a)를 활성화시키면, 공압 실린더는 포크 형상의 요소(17a2)를 구비한 축(17a1)을 시프트시키고 이에 따라, 제1 단계에서, 동기화 장치(10a)의 제어 슬리브(10a1)를 분리 상태로부터 동기화 장치(10a)가 이차 톱니바퀴(7a)의 회전 속도를 주축(8)의 회전 속도와 동기화시키는 동기화 상태로 시트프시킨다. 회전 속도가 동기화되고 나면, 동기화 장치(10a)는, 제2 단계에서, 이차 톱니바퀴(7a)가 주축 상에 회전 잠금되는 잠금 상태로 이동된다. 제2 동기화 장치(10b)의 활성화 이동을 제공하는 장치의 부분은 상응하는 액추에이터(16b) 및 시프트 가능한 축과 포크 형상의 요소의 형태로 된 이동 전달 기구(17b)를 포함할 수 있다. 제2 동기화 장치(16b)가 복동식이기 때문에, 이차 톱니바퀴들(7b, 7c) 중 어느 것이 주축(8) 상에 동기화 되고 잠겨야 하는지에 따라 분리 상태에서 두 방향으로 시프트될 수 있다.
따라서 장치(13)는 동기화 장치(10a)와 연결되어 있는 래치 장치(18)를 포함한다. 래치 장치(18)는 액추에이터(18a)와 래치 요소(18b)를 포함한다. 액추에이터(18a)는 래치 요소(18b)와 직접 연결되거나 혹은 래치 요소(18b)와 적당한 이동 전달 기구를 거쳐 간접 연결되는 공압 실린더일 수 있다. 제어 장치(15)가 액추에이터(18a)를 활성화시키면, 액추에이터는 래치 요소(18b)를 래치 상태로 시프트시킨다. 래치 상태는 래치 요소(18b)가 포크 형상의 요소(17a2)가 클러치 슬리브(10a1)를 분리 상태로부터 동기화 상태로 시프트시키는 것을 허용하도록 선택된다. 다른 한편으로, 래치 요소(18a)는 포크 형상의 요소(17a2) 및 동기화 장치(10a)의 잠금 상태를 향한 계속된 이동을 차단한다. 도 3은 래치 요소(18b)가 래치 상태에 있는 것을 도시하는데, 이 상태에서 래치 요소는 포크 형상의 요소(17a2)와 접촉되어 있다.
작동 중에, 제어 장치(15)는 기어 제어기(14)로부터 운전자가 소망하는 기어박스의 기어와 관련된 정보를 수신한다. 이 경우 기어 제어기(14)는, 기어 세트(6c, 7c)를 거쳐 전달되는, 기어박스의 제3 기어를 규정하는 상태를 발생시킨다. 그러나 운전자가 다운 시프트(down-shift)를 하기로 결정하고, 시프트 제어기(14)의 도움으로, 제3 기어를 규정하는 기어 세트(6c, 7c)의 계합 분리를 지시하고 그리고 제2 기어를 규정하는 기어 세트(6b, 7b)의 계합을 지시한다. 제어 장치(15)는 시프트 제어기(14)로부터 이 정보를 수신하여 액추에이터(16b)를 활성화시키고, 액추에이터는, 이동 전달 기구(17b)를 거쳐, 동기화 장치(10b)의 잠금 상태로부터 제3 기어를 규정하는 이차 톱니바퀴(7c)를 위한 분리 상태로의 이동을 제공한다. 따라서 제3 기어를 규정하는 이차 톱니바퀴(7c)는 주축(8) 상에서 자유롭게 회전할 수 있다.
제2 동기화 장치(10b)가 복동식이기 때문에, 이 경우 제2 동기화 장치는 또한 제2 기어를 규정하는, 기어 세트(6c, 7b)를 거쳐 전달되는, 소망하는 기어물림을 계합시키는 역학을 한다. 이제 제어 장치(15)는 다시 액추에이터(16b)를 활성화시키고, 이에 따라 액추에이터는 이동 전달 기구(17b)를 거쳐 동기화 장치(10b)의 활성화 이동을 제공하고, 이에 따라 동기화 장치는 분리 상태로부터 제2 기어를 규정하는 이차 톱니바퀴(7b)를 위한 동기화 상태로 이동된다. 다운 시프트 과정 중에, 제2 기어를 규정하는 이차 톱니바퀴(7b)는 처음에는 주축(8)보다 회전 속도가 낮다. 이차 톱니바퀴(7b)는, 중간축의 톱니바퀴와 유사하게, 이차 톱니바퀴(7b)의 회전 속도가 주축(8)과 동기화도리 때까지 가속되어야 한다.
제어 장치(15)는 동시에 액추에이터(16a)를 활성화시키고, 이에 따라 이 액추에이터는 시프트 가능한 축(17a1) 및 포크 형상의 요소(17a2)를 거쳐 제1 기어를 규정하는 이차 톱니바퀴(7a)를 위한 동기화 장치(10a)의 활성화 이동을 제공한다. 동기화 장치(10a)는 분리 상태로부터 동기화 상태로 이동된다. 이 경우, 동기화 장치들(10a, 10b) 둘 다 중간축(5)의 회전 속도 가속에 기여한다. 제어 장치(15)는 또한 액추에이터(18a)를 활성화시키고, 이 액추에이터는 잠금 요소(18b)를 래치 상태를 향해 이동시킨다. 이로 인해 제1 기어를 규정하는 이차 톱니바퀴를 위한 동기화 장치(10a)가 동기화 상태를 지나 잠금 상태로 계속 이동하는 위험이 제거된다. 중간축(5)의 회전 속도가 제2 기어를 규정하는 이차 톱니바퀴(7b)의 회전 속도가 주축(8)의 회전 속도와 동기화되는 회전 속도까지 가속되고 나면, 제1 기어를 규정하는 이차 톱니바퀴(7a)를 위한 동기화 장치(10a)가 동기화 상태로부터 분리 상태로의 이동을 제공한다. 이와 동시에 또는 바로 직후에, 제2 기어를 규정하는 이차 톱니바퀴(7b)를 위한 동기화 장치(10b)가 동기화 상태로부터 잠금 상태로의 이동을 제공하고, 이에 따라 제2 기어를 규정하는 이차 톱니바퀴(7b)가 주축(8) 상에 회전 잠금된다. 이에 따라, 운전자에 의해 요청된 기어가 기어박스에서 계합된다. 이 경우에 중간축(5)의 회전 속도를 가속시키기 위하여 두 개의 동기화 장치(10a, 10b)가 사용되기 때문에, 제2 기어를 규정하는 이차 톱니바퀴(7b)는 그 회전 속도가 비교적 신속하게 주축(8)의 회전 속도와 동기화된다. 따라서 시프트 시간이 감소될 수 있다. 동시에, 동기화 과정 중에 동기화 장치들이 작업을 공유하기 때문에 개개의 동기화 장치(10a, 10b)의 마모는 더 적어진다. 제1 기어를 규정하는 이차 톱니바퀴를 위한 동기화 장치(10a)는 또한 제2 기어를 규정하는 이차 톱니바퀴의 동기화 시에 협동하기 때문에, 이 동기화 장치는 다른 동기화 장치들(10b-10c)보다 더 빈번하게 사용된다. 따라서 제1 기어를 규정하는 동기화 장치(10a)는 다른 동기화 장치들(10b-10c)보다 더 견고하고 내구성 있게 만들어질 수 있다.
도 4는 기어박스에서 기어를 계합시키기 위한 방법의 형태로 된 흐름도이다. 방법은 단계(21)에서 개시되며, 이 단계에서 제1 이차 톱니바퀴에 의해 규정되는 기어(g1)가 기어박스로부터 계합 분리되어야 하고 제2 이차 톱니바퀴에 의해 규정되는 새 기어(g2)가 기어박스에서 계합되어야 한다는 정보가 시프트 제어기(14)로부터 수신된다. 단계(22)에서, 새 기어(g2)가 원래 기어(g1)보다 높은 기어인지 여부가 결정된다. 그렇다면, 이는 업 시프트이다. 이 경우 방법은 단계(23)를 계속하게 되며, 이 단계에서 제3 이차 톱니바퀴에 의해 규정되는 더 높은 기어(g3)를 기어박스에서 유지시킬 수 있는 이차 톱니바퀴가 있는지 여부가 결정된다. 이 이차 톱니바퀴가 제2 이차 톱니바퀴를 위한 동기화 장치(s2)와 다른 동기화 장치(s3)를 구비하는지 여부도 또한 결정된다. 두 개의 조건이 다 충족되면, 단계(24)에서 동기화 장치들(s2, s3) 둘 다 제2 이차 톱니바퀴의 회전 속도를 주축의 회전 속도와 동기화시키는 데 관여한다. 제2 이차 톱니바퀴가 주축과 회전 속도 동기화가 이루어지면, 제2 이차 톱니바퀴를 위한 동기화 장치가 잠금 상태로 이동되기 전에 제3 동기화 장치가 동기화 상태로부터 분리 상태로 이동된다.
대신에 단계(23)에서 더 높은 기어(g3)를 기어박스에서 유지시킬 수 있는 이차 톱니바퀴가 없는 것으로 결정되거나 혹은 이러한 기어가 제2 이차 톱니바퀴를 위한 동기화 장치(s2)와 다른 동기화 장치(s3)를 구비하지 않으면, 방법은 단계(25)를 계속하게 된다. 단계(25)에서 통상적인 동기화 장치(s2)만이 제2 이차 톱니바퀴의 회전 속도를 주축의 회전 속도와 동기화시키는 데 관여한다. 제2 이차 톱니바퀴가 주축과 회전 속도 동기화가 이루어지면, 제2 이차 톱니바퀴를 위한 동기화 장치(s2)가 잠금 상태로 이동된다.
단계(23)에서 새 기어(g2)가 원래 기어(g1)보다 낮은 기어인 것으로 결정되면, 이는 다운 시프트이다. 이 경우 방법은 단계(26)를 계속하게 되며, 이 단계에서 제3 이차 톱니바퀴에 의해 규정되는 더 낮은 기어(g3)를 기어박스에서 유지시킬 수 있는 이차 톱니바퀴가 있는지 여부가 결정된다. 이 이차 톱니바퀴가 제2 이차 톱니바퀴를 위한 동기화 장치(s2)와 다른 동기화 장치(s3)를 구비하는지 여부도 또한 결정된다. 두 개의 조건이 다 충족되면, 단계(27)에서 동기화 장치들(s2, s3) 둘 다 제2 이차 톱니바퀴의 회전 속도를 주축의 회전 속도와 동기화시키는 데 관여한다. 제2 이차 톱니바퀴가 주축(8)과 회전 속도 동기화가 이루어지면, 제2 이차 톱니바퀴를 위한 동기화 장치가 잠금 상태로 이동되기 전에 제3 동기화 장치가 동기화 상태로부터 분리 상태로 이동된다.
대신에 단계(26)에서 더 낮은 기어(g3)를 기어박스에서 유지시킬 수 있는 이차 톱니바퀴가 없는 것으로 결정되거나 혹은 이러한 기어가 제2 이차 톱니바퀴를 위한 동기화 장치(s2)와 다른 동기화 장치(s3)를 구비하지 않으면, 방법은 단계(28)를 계속하게 된다. 단계(28)에서 통상적인 동기화 장치(s2)만이 제2 이차 톱니바퀴의 회전 속도를 주축의 회전 속도와 동기화시키는 데 관여한다. 제2 이차 톱니바퀴가 주축과 회전 속도 동기화가 이루어지면, 제2 이차 톱니바퀴를 위한 동기화 장치(s2)가 잠금 상태로 이동된다.
일반적으로, 다운 시프트 과정 중에 계합 분리되는 기어보다 낮은 기어를 규정하는 이차 톱니바퀴들을 동기화시키는 역할을 하는 동기화 장치들 전부가, 기어박스에서 더 낮은 기어를 계합시키는 것과 관련되어 있는 통상적인 동기화 장치에 더하여, 동기화 시간의 적어도 일부 동안 추가 동기화 장치로서 사용될 수 있다. 유사하게, 업 시프트 과정 중에 계합 분리되는 기어보다 높은 기어를 규정하는 이차 톱니바퀴들을 동기화시키는 역할을 하는 동기화 장치들 전부가, 기어박스에서 더 높은 기어를 계합시키는 것과 관련되어 있는 통상적인 동기화 장치에 더하여, 동기화 시간의 적어도 일부 동안 추가 동기화 장치로서 사용될 수 있다.
본 발명은 위에서 설명한 실시예에 한정되지 않고, 특허청구범위에 개시된 기술적 사상의 범위 애에서 자유롭게 변형될 수 있다. 위에서 설명한 실시예에서, 동기화 장치들 중 하나가 추가 동기화 장치로서 사용될 수 있다. 명확하게, 임의의 수의 동기화 장치가 기어박스에서의 기어 계합과 관련되어 있는 동기화 과정들에서 추가 동기화 장치로 사용될 수 있고, 동기화 장치들이 잘못해서 잠금 상태로 이동되지 않게 보장하는 래치 장치를 구비할 수 있다.

Claims (14)

  1. 기어박스에서 기어를 계합시키는 장치로서,
    기어박스가, 중간축(5), 주축(8), 다수의 기어 세트로 그 각각이 중간축(5) 상에 회전 가능하게 배치되는 일차 톱니바퀴(6a-6e)와 주축(8) 상에 배치되는 이차 톱니바퀴(7a-7e)를 포함하는 다수의 기어 세트, 이차 톱니바퀴들(7a-7e)이 주축(8) 상에서 자유롭게 회전할 수 있는 분리 상태, 이차 톱니바퀴들(7a-7e)의 회전 속도의 주축(8)의 회전 속도와의 동기화를 제공하는 동기화 상태, 및 이차 톱니바퀴들(7a-7e)의 주축(8) 상에의 회전 잠금을 제공하는 잠금 상태로 설정될 수 있는, 이차 톱니바퀴들(7a-7e)을 위한 동기화 장치(10a-10c), 동기화 장치들(10a, 10b) 각각을 위한 액추에이터(16a, 16b), 액추에이터들(16a, 16b)로부터의 활성화 이동을 각각의 동기화 장치(10a, 10b)로 전달하는 이동 전달 기구(17a, 17b), 및 액추에이터들(16a, 16b)의 활성화를 제어하는 제어 장치(15)를 포함하고,
    장치(13)가, 제1 이차 톱니바퀴(7c)에 의해 규정되는 기어의 계합 분리 및 제2 이차 톱니바퀴(7b)에 의해 규정되는 기어의 계합과 관련하여, 이차 톱니바퀴(7b)를 위한 동기화 장치(10b)의 초기 위치로부터 동기화 위치로 그리고 나서 잠금 위치로의 활성화 이동을 제공하고, 또한, 제3 이차 톱니바퀴(7c)를 위한 적어도 하나의 추가 동기화 장치(10a)에 의한, 제2 이차 톱니바퀴(7b)에 의해 규정되는 상기 기어의 계합 중의 활성화 이동을 제공하고, 그리고 추가 동기화 장치(10a)가 또한 제2 이차 톱니바퀴(7b)의 회전 속도의 주축(8)과의 동기화에 관여하도록, 제2 이차 톱니바퀴(7b)를 위한 동기화 장치(10b)가 동기화 상태에 있는 시간의 적어도 일부 동안 추가 동기화 장치(10a)를 동기화 상태로 설정하도록 구성된, 장치에 있어서,
    장치가 추가 동기화 장치(10a)가 동기화 상태로부터 잠금 상태로 이동하는 것을 방지하도록 구성된 래치 장치(18)를 포함하고, 래치 장치(18)는 래치 요소(18b)와, 추가 동기화 장치(10a)가 잠금 상태로 이동되는 것을 방지하도록 래치 요소가 이동 전달 기구(17a)의 컴포넌트(17a2)의 이동을 차단하는 래치 상태로 래치 요소(18b)를 이동시키도록 구성된 액추에이터(18a)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    장치가, 기어박스에서의 더 낮은 기어의 계합과 관련하여, 제1 이차 톱니바퀴(7c)에 의해 규정된 기어보다 낮은 기어를 규정하는 제3 이차 톱니바퀴(7a)를 위한 추가 동기화 장치(10a)를 활성화시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    장치가, 기어박스에서의 더 낮은 기어의 계합과 관련하여, 제2 이차 톱니바퀴(7b)에 의해 규정된 기어보다 낮은 기어를 규정하는 제3 이차 톱니바퀴(7a)를 위한 추가 동기화 장치(10a)를 활성화시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    장치가, 기어박스에서의 더 높은 기어의 계합과 관련하여, 제1 이차 톱니바퀴에 의해 규정된 기어보다 높은 기어를 규정하는 제3 이차 톱니바퀴를 위한 추가 동기화 장치를 활성화시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    장치(13)가, 기어박스에서의 더 높은 기어의 계합과 관련하여, 제2 이차 톱니바퀴에 의해 규정된 기어보다 높은 기어를 규정하는 제3 이차 톱니바퀴를 위한 추가 동기화 장치를 활성화시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 선행하는 청구항들 중 어느 한 청구항에 있어서,
    장치(13)가, 제2 이차 톱니바퀴(7b)를 위한 동기화 장치(10b)의 잠금 상태로의 활성화 이동을 제공하기 전에, 제3 이차 톱니바퀴(7a)를 위한 추가 동기화 장치(10a)를 동기화 상태로부터 분리 상태로 이동시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    추가 동기화 장치(10a)가 다른 동기화 장치들(10b)보다 더 내구성 있는 강도 특성을 갖도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 기어박스에서 기어를 계합시키는 방법으로서,
    기어박스가, 중간축(5), 주축(8), 다수의 기어 세트로 그 각각이 중간축(5) 상에 회전 가능하게 배치되는 일차 톱니바퀴(6a-6e)와 주축(8) 상에 배치되는 이차 톱니바퀴(7a-7e)를 포함하는 다수의 기어 세트, 이차 톱니바퀴들(7a-7e)이 주축(8) 상에서 자유롭게 회전할 수 있는 분리 상태, 이차 톱니바퀴들(7a-7e)의 회전 속도의 주축(8)의 회전 속도와의 동기화를 제공하는 동기화 상태, 및 이차 톱니바퀴들(7a-7e)의 주축(8) 상에의 회전 잠금을 제공하는 잠금 상태로 설정될 수 있는, 이차 톱니바퀴들(7a-7e)을 위한 동기화 장치(10a-10c), 동기화 장치들(10a, 10b) 각각을 위한 액추에이터(16a, 16b), 액추에이터들(16a, 16b)로부터의 활성화 이동을 각각의 동기화 장치(10a, 10b)로 전달하는 이동 전달 기구(17a, 17b), 및 액추에이터들(16a, 16b)의 활성화를 제어하는 제어 장치(15)를 포함하고,
    방법이, 제1 이차 톱니바퀴(7c)에 의해 규정되는 기어의 계합 분리 및 제2 이차 톱니바퀴(7b)에 의해 규정되는 기어의 계합과 관련하여, 이차 톱니바퀴(7b)를 위한 동기화 장치(10b)의 초기 위치로부터 동기화 위치로 그리고 나서 잠금 위치로의 활성화 이동을 제공하고, 또한, 상기 기어의 계합 중의 제3 이차 톱니바퀴(7c)를 위한 적어도 하나의 추가 동기화 장치(10a)의 활성화 이동을 제공하고, 그리고
    추가 동기화 장치(10a)가 또한 제2 이차 톱니바퀴(7b)의 회전 속도의 주축(8)과의 동기화에 관여하도록, 제2 이차 톱니바퀴(7b)를 위한 동기화 장치(10b)가 동기화 상태에 있는 시간의 적어도 일부 동안 추가 동기화 장치(10a)를 동기화 상태로 설정하는 단계를 포함하는, 방법에 있어서,
    추가 동기화 장치가 제2 이차 톱니바퀴(7a-7d)의 회전 속도의 동기화에 관여하는 것과 관련하여, 추가 동기화 장치(10a)가 동기화 상태로부터 잠금 상태로 이동하는 것을 방지하는 단계 및 추가 동기화 장치(10a)가 잠금 상태로 이동되는 것을 방지하도록 이동 전달 기구(17a)의 컴포넌트(17a2)의 이동을 차단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    기어박스에서의 더 낮은 기어의 계합과 관련하여, 제1 이차 톱니바퀴(7c)에 의해 규정된 기어보다 낮은 기어를 규정하는 제3 이차 톱니바퀴(7a)를 위한 추가 동기화 장치(10a)를 활성화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    기어박스에서의 더 낮은 기어의 계합과 관련하여, 제2 이차 톱니바퀴(7b)에 의해 규정된 기어보다 낮은 기어를 규정하는 제3 이차 톱니바퀴(7a)를 위한 추가 동기화 장치(10a)를 활성화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 청구항 8 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    기어박스에서의 더 높은 기어의 계합과 관련하여, 제1 이차 톱니바퀴(7a-7d)에 의해 규정된 기어보다 높은 기어를 규정하는 제3 이차 톱니바퀴를 위한 추가 동기화 장치를 활성화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    장치(13)가, 기어박스에서의 더 높은 기어의 계합과 관련하여, 제2 이차 톱니바퀴에 의해 규정된 기어보다 높은 기어를 규정하는 제3 이차 톱니바퀴를 위한 추가 동기화 장치를 활성화시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 청구항 8 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 이차 톱니바퀴(7b)를 위한 동기화 장치(10b)의 잠금 상태로의 활성화 이동을 제공하기 전에, 제3 이차 톱니바퀴(7a)를 위한 추가 동기화 장치(10a)를 동기화 상태로부터 분리 상태로 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 따른 장치를 포함하는 기어박스를 구비한 차량.
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