KR20220039712A - 동축 기어 세트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동축 기어 세트에 관한 것으로, 동축 기어 세트는: 회전축(2)을 중심으로 회전될 수 있으며 적어도 하나의 커넥팅로드 베어링(4)을 갖는 크랭크샤프트(3); 및 다수의, 바람직하게는 적어도 3개의 피스톤(5a, 5b, 5c)을 포함하며, 피스톤 각각은 커넥팅로드(6a, 6b, 6c)에 의해 크랭크샤프트(3)에 연결되며 그리고 피스튼 각각은 회전축으로부터 멀어지는 쪽을 향하는 제1 단부면(10a, 10b, 10c)에 적어도 하나의 이를 갖는 치형부(11a, 11b, 11c)를 갖는다. 동축 기어 세트는 또한 내부 치형부(8)를 갖는 중공 샤프트(7)을 포함하며, 피스톤은 회전축에 수직인 평면으로 볼 때 중공 샤프트 내부에 배치되며; 그리고 가이드 유닛을 포함하며, 피스톤은 각각 가이드 유닛 내에서 선형으로 안내되며 회전축에 수직인 반경 방향(12a, 12b, 12c)에 평행하게 앞뒤로 이동될 수 있으며, 그 결과 피스톤의 제1 단부면의 치형부는 순차적으로 내부 치형부와 맞물릴 수 있으며 그리고 내부 치형부와의 맞물림에서 분리될 수 있다.

Description

동축 기어 세트

본 발명은 회전축을 중심으로 회전될 수 있고 적어도 하나의 커넥팅 로드 베어링을 갖는 크랭크샤프트를 포함하는 동축 기어 세트(coaxial gear set)(동축 변속기)에 관한 것이다.

DE 312164 C에서 자동 잠금 수동 기어박스가 공지되며, 여기서는 구동 샤프트 주위에 별 모양으로 배열된 다수의 암은 그 내부 단부가 구동 샤프트에 편심되어 장착되고, 그 중앙 부분이 가이드에 놓이며 그 외부 단부가 링 기어와 맞물린다. 암은 두 개의 암 레버로 설계되며, 그 피벗 포인트는 크로스헤드처럼 안내되며 그 내부 단부는 구동 편심에서 서로 독립적으로 놓여 있어 외부 단부가 커넥팅로드 운동을 수행하여 링 기어에 연속적으로 맞물리고 구동축의 회전과 반대 방향으로 구동한다. 이로 인해 사이클로이드 운동이 발생하고 외부 단부가 링 기어의 이들(teeth)과 선 접촉하게 된다.

유사하게, US 5351568 A, US 2005268872 A1 및 WO 0166974 A1은 사이클로이드 운동이 있어 선 접촉이 있는 기어가 공지된다.

선 접촉은 전달할 수 있는 토크를 제한한다는 단점이 있다.

커넥팅로드가 없는 기어박스(변속기)는 다음 공보로부터 알려져 있다: EP 0201730 A1은 반경 방향으로 앞뒤로 이동할 수 있고 오프셋 방식으로 배열된, 회전 가능한 원형 디스크에 의해 구동되는 치형 요소를 가진 감속 기어에 관한 것이다.

유사하게, DE 102015105523 A1, WO 2008028540 A1 및 DE 102015105520 A1은 모두 기어의 회전 축 주위에 배열된 치형부를 수용하기 위한 치형부 캐리어를 갖는 기어박스에 관한 것으로, 치형부는 치형부 캐리어에서 이동 가능하고 반경 방향으로 안내되도록 배열되며, 치형부를 구동하기 위해 회전 축을 중심으로 회전 가능한 구동 요소가 컨투어 스러스트 와셔의 형태로 제공된다.

따라서, 본 발명의 목적은 전술한 단점을 피하는 변속기를 제공하는 것이다. 특히, 바람직하게는 작은 크기로 높은 토크를 전달하는 것이 가능해야 한다. 높은 변속비 및 높은 정확도 또는 제로 백래시(제로 클리어런스)를 달성하는 것이 특히 바람직하다.

언급된 목적을 달성하기 위해, 적어도 하나의 커넥팅로드 베어링을 가지며 회전축을 중심으로 회전할 수 있는 크랭크샤프트를 포함하는 동축 기어가 본 발명에 따라 제공되며, 동축 기어는 여러 개의, 바람직하게는 적어도 3개의 피스톤들을 더 포함하며, 피스톤들은 각각 커넥팅로드에 의해 적어도 하나의 커넥팅로드 베어링에 연결되고 회전축으로부터 멀어지는 쪽을 향하는 제1 단부면에 적어도 하나의 이(tooth)를 갖는 치형부(toothing)를 각각 가지며, 동축 기어는 내부 치형부(internal toothing)를 갖는 중공 샤프트(hollow shaft)를 더욱 포함하며, 피스톤은 회전축에 수직인 평면에서 볼 때 중공 샤프트 내부에 배열되고, 동축 기어는 가이드 유닛을 추가로 포함하고, 피스톤은 가이드 유닛에서 각각 선형으로 안내되고 회전축에 수직인 반경 방향에 평행하게 앞뒤로 이동할 수 있으며, 이에 의해 피스톤의 제1 단부면의 치형부들은 내부 치형부와 연속적으로 맞물리며 내부 치형부로부터 분리된 상태가 될 수 있어 각각의 치형부와 내부 치형부 사이의 평면 접촉(면접촉) 하에서 각각의 맞물림 동안 회전 축을 중심으로 중공 샤프트 또는 가이드 유닛을 더욱 회전시킬 수 있다.

본 발명에 따른 동축 기어박스(변속기)는 또한 크랭크샤프트 기어박스(변속기)로 지칭될 수 있다.

크랭크축은 구동 요소를 나타내거나 구동 요소로 불릴 수 있다.

바람직하게는, 회전축에 수직인 평면에서 볼 때, 크랭크샤프트는 적어도 부분적으로 중공 샤프트 내에 배열된다.

커넥팅로드 베어링은 또한 허브 핀 또는 크랭크 핀으로 지칭될 수 있으며, 커넥팅로드는 적어도 하나의 커넥팅로드에 장착된다. 원칙적으로, 여러 개의, 바람직하게는 모든 커넥팅로드가 하나의 커넥팅로드 베어링에 장착될 수 있으므로 단지 하나의 커넥팅로드 베어링만 제공되어야 한다. 그러나, 특히 회전축을 따라 서로 뒤에 배열된 커넥팅로드의 경우 여러 커넥팅로드 베어링 또는 허브 핀 또는 크랭크 핀이 제공될 수 있으며, 바람직하게는 커넥팅로드당 하나의 크랭크 핀이 제공될 수 있다.

여러 커넥팅로드 베어링 또는 크랭크 핀을 직렬로 연결하고 이들 사이의 회전 각도 오프셋을 조정하면 기어박스(변속기)의 솔루션 및/또는 변속비(기어변속비)가 영향을 받을 수 있다는 점에 유의해야 한다.

중공 샤프트는 회전축을 중심으로 회전 가능하게 장착되는 것이 바람직하고 출력 요소로 기능할 수 있다.

대안으로 중공 샤프트가 고정된 경우 가이드 유닛이 출력 요소로 기능할 수 있으므로 이를 위해 가이드 유닛을 회전 가능하게 장착해야 한다.

중공 샤프트 또는 경우에 따라 가이드 유닛을 일정한 방향으로 더욱 회전시킬 수 있기 위해서는 바람직하게는 3개의 피스톤이 제공된다. 추가 회전은 중공 샤프트의 내부 치형부에 대해 피스톤 중 하나의 제1 단부면의 치형부의 평면(평평한) 가압에 의해 발생하는 반면, 다른 피스톤은 내부 치형부에 가압력을 거의 가하지 않거나 전혀 가하지 않는다.

일반적으로 3개의 피스톤이 제공되는 경우 하나의 피스톤이 내부 치형부와 맞물리고 이를 누르게 된다. 한편, 나머지 2개의 피스톤은 내부 치형부에 가압력을 가하지 않거나 단지 약간만 가한다. 바람직하게는 나머지 2개의 피스톤 중 적어도 하나는 제로 백래시를 생성하기 위해 내부 치형부와 부분적으로 맞물린다. 바람직하게는 나머지 2개의 피스톤 중 적어도 하나는 내부 치형부에 전혀 접촉하지 않는다.

일반적으로 여러 개의 피스톤을 사용하여 내부 치형부와 적어도 두 개의 피스톤이 동시에 적어도 부분적으로 맞물리는 경우 제로 백래시가 보장될 수 있다.

이 작동 모드는 매우 큰 변속비를 초래한다. 또한, 선 접촉 또는 선형 맞물림을 갖는 종래기술로부터 알려진 해결책과는 대조적으로 각각의 제1 단부면의 치형부와 중공 샤프트의 내부 치형부 사이의 면(평면) 가압 또는 면(평면) 접촉으로 인해 크랭크 샤프트에서 중공 샤프트로 또는 경우에 따라 가이드 유닛으로 매우 큰 회전 모멘트가 전달될 수 있다.

피스톤의 수는 상응하게 작게 유지될 수 있거나 본 발명에 따른 동축 기어박스(변속기)는 상응하게 컴팩트한 방식으로 치수가 결정될 수 있다. 특히 높은 토크를 전달할 수 있도록 다수의 피스톤이 내부 치형부에 대해 동시에 그리고 본질적으로 제1 단부면의 치형부와 동일한 효과로 가압되는 다수의 피스톤을 제공하는 것도 본 발명에 따른 동축 기어로 가능하지만 대부분은 실제로는 필요하지 않다.

피스톤의 선형 운동은 평면 접촉(면접촉)에 필수적이다. 또한 치형부 및 내부 치형부는 프레싱 또는 평면 접촉을 추가로 증가시켜 높은 토크의 전달을 증가시키기 위해 상응하게 기하학적으로 설계되거나 최적화될 수 있다.

적어도 3개의 피스톤을 사용하면 제1 단부면의 치형부를 갖는 내부 치형부에 대해 평평하게 가압하는 다음 피스톤이 중공 샤프트 또는 필요한 경우 가이드 유닛을 반대 방향으로 되돌리지 않고 중공 샤프트 또는 경우에 따라 가이드 유닛이 회전축을 중심으로 앞뒤로 스위하기만 하면 된다. 이러한 경우는 원칙적으로 2개의 피스톤의 경우 배제할 수 없지만 2개의 피스톤을 사용하면 중공 샤프트 또는 경우에 따라 가이드 유닛이 특정 방향으로만 회전하도록 허용하는 예를 들면 일종의 억제 또는 프리휠과 같은 추가 요소가 제공될 수 있으며, 이를 통해 단지 2개의 피스톤에 의해 중공 샤프트 또는 필요한 경우 가이드 유닛의 추가 회전을 가능하게 한다.

제1 단부면의 치형부는 또한 제1 단부면에 형성된 치형부로서 지칭될 수 있다.

가이드 유닛은 일체로 또는 여러 요소들로 구성될 수 있다.

가이드 유닛에서 피스톤의 선형 안내로 인해, 피스톤은 각각의 반경 방향에 대해 선형으로 평행하게만 이동하며, 각 피스톤과 관련된 반경 방향은 가이드 유닛에 의해 정의된다.

선형 가이드는 특히 피스톤이 배열되는 가이드 유닛의 중공 실린더에 의해 형성될 수 있다. 이 경우 각 피스톤에 할당된 반경 방향은 각 실린더 축에 의해 정의된다.

아래에서 더 설명되는 바와 같이 가이드 유닛이 고정되지 않고 회전할 수 있는 경우가 가능하다는 점에 다시 주목해야 한다. 피스톤에 할당된 반경 방향은 가이드 유닛의 회전의 결과로 그에 따라 변경되거나, 수학적으로 엄밀히 말하면 가이드 유닛이 회전하는 기간 동안 무한한 수의 반경 방향이 있다.

또한, 본 발명에 따른 동축 변속기는 상사점에 남아 있는 피스톤 중 하나에 의해, 즉 회전축으로부터 멀어지는 각각의 반경 방향으로 피스톤의 최대 변위로 차단(정지)될 수 있으며, 이에 의해 제동의 기능은 구현될 수 있다.

본 발명에 따른 동축 변속기의 또 다른 이점은 크랭크샤프트의 적어도 하나의 허브 핀이 회전축을 중심으로 한 원형 운동을 설명하고 바람직하게는 자체가 회전축에 수직인 원형 단면을 갖기 때문에 높은 동력학이 가능하며, 따라서 예를 들어 크랭크샤프트에 균형 질량(균형추)를 사용하여 기존 방식으로 질량 균형을 매우 쉽게 구현할 수 있다는 것이다.

또한 커넥팅로드와 피스톤을 사용하여 모듈식 설계를 구현할 수 있다. 기어단은 피스톤 수, 회전축 주위의 각도 오프셋 및 다양한 허브 핀에 대한 분포를 변경하여 다양하게 설정할 수 있다. 그 결과 기어박스의 치수가 유지되는 동시에 상이한 변속이 발생한다. 변속기의 모듈식 설계를 통해 제품의 유연성을 잃지 않고 개별 구성 요소를 대량 생산할 수 있으므로 신속한 가용성이 보장된다.

전달될 수 있는 토크의 크기를 추가로 증가시키기 위해, 본 발명에 따른 동축 변속기의 바람직한 실시예에서 제1 단부면의 치형부가 각각 복수의, 바람직하게는 3개의 이(teeth)를 갖는 것이 제공된다. 제1 단부면의 치형부의 이의 수에 따라 각 피스톤이 내부 치형부에 대해 누를 수 있는 영역이 증가하여 크랭크 샤프트와 중공 샤프트 또는 필요한 경우 가이드 유닛 사이에 특히 큰 토크를 전달할 수 있다.

본 발명에 따른 동축 변속기의 바람직한 실시예에서, 커넥팅로드는 회전축을 따라 볼 때 서로 뒤에 배열되는 것이 제공된다. 이러한 동축 기어는 생산 기술 면에서 유리하다.

특히 공간 절약형 설계를 가능하게 하기 위해, 커넥팅로드가 적어도 부분적으로 회전축에 수직인 공통 평면에 놓이는 것이 본 발명에 따른 동축 변속기의 바람직한 실시예에서 제공된다. 이를 위해 커넥팅로드는 부분적으로 인터리브되어 배열될 수 있다. 적어도 하나의 커넥팅로드 베어링 또는 크랭크샤프트는 회전축을 따라 그에 상응하여 짧은 치수를 가질 수 있다.

이러한 배열을 위한 구조적으로 간단한 솔루션을 가능하게 하기 위해, 본 발명에 따른 동축 변속기의 특히 바람직한 실시예에서 제공되는 것은 회전축에 평행하게 연장되며 및/또는 회전축을 포함하는 평면에서, 커넥팅로드의 적어도 하나, 바람직하게는 적어도 2개는 대체로 U-형 또는 J-형 단면을 갖는다.

본 발명에 따른 동축 변속기의 바람직한 실시예에서, 적어도 2개의 피스톤이 상이한 직경을 가지며, 직경은 횡방향으로 측정되고 각각의 횡방향은 각각의 반경 방향에 수직인 것이 제공된다. 여기서 직경은 단순히 횡방향의 확장을 나타내며, 즉, 피스톤은 관련 반경 방향에 수직인 평면에서 일반적으로 원형 단면을 가질 필요가 없다.

원칙적으로 반경 방향 또는 피스톤당 횡방향의 수는 무한하며, 직경의 의미 있는 비교를 가능하게 하기 위해, 항상 서로 상응하는 횡방향을 사용해야 하며, 예를 들면 여기서 상응하는 횡방향은 동일한 평면 또는 평행 평면에 놓인다. 특히 모든 횡방향이 회전 축과 평행하게 진행할 수 있으며, 따라서 의미 있는 비교가 가능하다.

다른 치수의 피스톤 또는 피스톤 직경으로 인해 질량 균형이 달성될 수 있으며, 이는 고속에서 특히 유리하다. 물론, "(하나 위에 다른 하나를) 겹쳐서(one above the other)" 배열된 커넥팅로드의 경우 다른 치수의 피스톤 직경도 생각할 수 있다.

본 발명에 따른 동축 변속기의 바람직한 실시예에서, 각각의 반경 방향에 평행하게 측정된 각각의 피스톤의 길이를 변경하기 위해, 적어도 피스톤 중 하나, 바람직하게는 모든 피스톤에 대해 적어도 하나의 피에조 소자가 제공된다. 이러한 방식으로 열이나 마모로 인한 길이 팽창이 보상될 수 있다.

더욱이, 특히 내부 치형부에 대한 제1 단부면의 치형부의 증가된 접촉 압력은 피에조 소자에 의한 연장을 통해 달성될 수 있다. 이것은 예를 들어 피스톤 중 하나가 상사점에 있을 때 제동 효과를 높이는 데 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 동축 변속기의 바람직한 실시예에서, 피스톤 각각은 제1 단부면에 대향하는 제2 단부면에 적어도 하나의 이를 갖는 치형부가 제공되며, 회전축을 중심으로 회전 가능하게 장착된 내부 링에는 외부 치형부가 제공되며, 여기서 가이드 유닛은 내측 링과 중공 샤프트 사이에 적어도 부분적으로 배치되고, 피스톤의 제2 단부면의 치형부는 외부 치형부와 순차적으로 맞물리고 외부 치형부로부터 분리된 상태로 될 수 있어, 각각의 치형부와 외부 치형부 사이의 평면 접촉(면접촉) 하에서 각각의 맞물림 동안 내부 링 또는 가이드 유닛을 회전축을 중심으로 더욱 회전시킬 수 있다.

제2 단부면의 치형부는 또한 제2 단부면에 형성된 치형부로서 지칭될 수 있다.

바람직하게는 내부 링은 회전축을 중심으로 회전할 수 있도록 장착되며, 잠겨 있지 않은 경우 기본적으로 샤프트의 기능을 가지므로 내부 샤프트라고도 할 수 있다. 그 외부 치형부는 중공 샤프트의 내부 치형부를 가리킨다.

원칙적으로 중공 샤프트의 내부 치형부에서 제1 단부면의 치형부의 맞물림에 대해 말한 내용은 내부 링의 외부 치형부에서 제2 단부면의 치형부의 맞물림에 대해 유사하게 적용되며, 위에서 언급한 내용을 원칙적으로 참조한다. 즉, 각 피스톤의 제2 단부면의 치형부와 내부 링의 외부 치형부 사이의 면접촉(평면 접촉) 또는 면가압(평면 가압)으로 인해 - 선형 접촉을 갖는 솔루션과 달리 - 크랭크 샤프트와 내부 링 또는 경우에 따라 가이드 유닛 사이에 큰 토크가 전달될 수 있다.

또한, 크랭크샤프트와 내부 링 또는 필요한 경우 가이드 유닛 사이에 특히 큰 토크를 전달하기 위해 여러 개, 특히 3개의 이들(teeth)이 제2 단부면의 치형부에 제공될 수 있다.

가이드 유닛이 제동 또는 고정될 때 하나 또는 각 피스톤이 중공 샤프트와 내부 링을 교대로 구동한다. 내부 링과 중공 샤프트 모두 출력으로 작용할 수 있다. 중공 샤프트 또는 내부 링만 출력으로 기능하고 다른 요소는 제동되거나 잠길 수도 있다.

내부 링은 중공 샤프트보다 직경이 작기 때문에 동일한 각속도의 경우 더 낮은 접선 속도를 달성하거나 탭오프할 수 있다. 즉, 이것은 내부 링과 중공 사프트가 동시에 서로 다른 속도에 대해 2개의 출력을 제공할 수 있음을 의미하며, 이는 적용에 따라, 필요한 경우, 두 번째 기어를 절약할 수 있음을 의미한다.

내부 링은 중공 샤프트에 회전 불가능하게 연결될 수 있지만 반드시 그럴 필요는 없으며, 한편으로는 연결을 통해 동축 기어의 더 높은 분해능을 달성할 수 있고 다른 한편으로는 훨씬 더 큰 토크를 전달할 수 있다.

또한 단지 2개의 피스톤을 갖는 변형예도 생각할 수 있으며, 총 4개(피스톤) 맞물림으로 인해 내부 링을 통해 중공 샤프트 또는 경우에 따라 가이드 유닛이 특정 방향으로만 더 이동되는 것이 보장된다.

마지막으로 내부 링이 중공 샤프트의 회전 방향과 비교하여 반대 방향으로 회전하는 것도 가능하다.

본 발명에 따른 동축 변속기의 특히 바람직한 실시예에서, 중공 샤프트의 내부 치형부와 내부 링의 외부 치형부가 동일한 수의 이(teeth)를 갖는 것이 제공된다. 따라서 중공 샤프트와 내부 링의 동일한 각속도가 보장될 수 있다. 내부 치형부와 외부 치형부의 기하학적 구조 또는 윤곽은 상응하게 다르며, 즉, 중공 샤프트의 내부 치형부의 이(teeth) 또는 이 간격이 비교적 큰 경우이다.

본 발명에 따른 동축 변속기의 바람직한 실시예에서, 적어도 2개의 피스톤에서 각각의 반경 방향은 0이 아닌 회전 축 주위에서 측정된 각도를 둘러싸는 것이 제공된다. 즉, 이것은 피스톤이 적어도 부분적으로 서로 각도 오프셋되어 있음을 의미한다. 이는 동축 기어의 거동에 영향을 준다. 조화로운 회전 외에도, 예를 들어 진동기와 같은 이러한 동축 기어의 하나의 적용 분야가 될 수 있는 부조화 운동도 가능하다. 각도 오프셋은 피스톤의 각도에 따라 내부 치형부의 이들이 서로에 대해 건너뛰며 및/또는 중공 샤프트 또는 경우에 따라 가이드 유닛의 회전 방향이 변경되는 것을 의미한다.

본 발명에 따른 동축 변속기의 바람직한 실시예에서, 비틀림 없이 바람직하게는 회전축을 따라 크랭크샤프트를 통해 케이블을 안내할 수 있도록 크랭크샤프트가 중공으로 제공된다.

본 발명에 따른 동축 변속기의 바람직한 실시예에서, 가이드 유닛은 회전 축에 대해 움직이지 않게 배열되는 것이 제공된다. 이 경우 중공 샤프트가 더 이동하여 출력 요소로 작용한다. 필요한 경우 이러한 설계 변형에서 내부 링(존재하는 경우)도 더 이동할 수 있으며, 이는 차례로 제동되거나 출력 요소로 기능할 수 있다.

본 발명에 따른 동축 변속기의 바람직한 실시예에서, 가이드 유닛은 회전축을 중심으로 회전할 수 있도록 장착되고, 바람직하게는 회전축을 중심으로 가이드 유닛의 회전을 제동하기 위해 제공되는 수단이 제공된다. 가이드 유닛이 제동(정지)될 때 중공 샤프트는 여전히 회전할 수 있고 출력 요소로 사용될 수 있다. 가이드 유닛을 제동하기 위한 수단은 그 자체로 알려져 있으며, 예를 들어 마찰에 의해 또는 와전류에 의해 제동될 수 있다.

반면에 중공 샤프트가 고정되거나 제동되는 경우 - 가이드 유닛에 대해 위에서 예시한 바와 같은 공지된 수단에 의해 (즉, 예를 들면 마찰 또는 와전류에 의해) - 가이드 유닛은 출력 요소로 작동한다.

본 발명은 배경기술에서 기술한 단점을 피하는 변속기를 제공한다. 특히, 바람직하게는 작은 크기로 높은 토크를 전달하는 것이 가능하다. 높은 변속비 및 높은 정확도 또는 제로 백래시 달성하는 것이 가능하다.

본 발명은 이제 예시적인 실시예를 사용하여 더 상세히 설명될 것이다. 도면은 예시이며 본 발명의 아이디어를 설명하기 위한 것이지만 결코 제한하거나 결정적으로 재현하지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 동축 변속기(기어박스)의 개략적인 단면도를 도시하며, 커넥팅 로드는 회전축을 따라 볼 때 서로 뒤에 배열되어 있다.
도 2는 도 1의 단면선 A-A에 따른 단면도를 도시하며, 화살표는 시야 방향을 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 동축 변속기의 다른 실시예의 개략적인 단면도를 도시하며, 커넥팅로드는 적어도 부분적으로 회전축에 수직인 공통 평면에 놓여 있다.
도 4는 도 3의 단면선 B-B에 따른 단면도를 도시하며, 화살표는 시야 방향을 나타낸다.
도 5는 도 3의 실시예와 유사한 본 발명에 따른 동축 변속기의 다른 실시예의 개략적인 단면도를 도시하며, 피스톤의 제1 단부면의 치형부는 복수의 이들을 갖는다.
도 6은 도 1의 실시예와 유사한 본 발명에 따른 동축 변속기의 다른 실시예의 개략적인 단면도를 도시하며, 피스톤은 피에조 소자를 갖는다.
도 7은 도 1의 실시예와 유사한 본 발명에 따른 동축 변속기의 또 다른 실시예의 개략적인 단면도를 도시하며, 외부 치형부를 갖는 내부 링이 제공된다.

도 1은 회전축(2)에 수직인 단면의 개략도로 본 발명에 따른 동축 기어(박스)(1) 또는 크랭크샤프트 기어를 도시한다. 동축 기어(1)는 회전축(2)을 중심으로 회전될 수 있고 적어도 하나의 커넥팅로드 베어링(4)을 갖는 크랭크샤프트(3)를 포함하며, 정확히 하나의 커넥팅로드 베어링(4) 또는 정확히 하나의 허브 핀 또는 크랭크 핀이 도시된 예시적인 실시예에서 제공된다.

몇 개의 피스톤이 그 자체로 알려진 방식으로 커넥팅로드 베어링(4)에 연결되거나 피스톤이 커넥팅로드 베어링(4)에 이동 가능하게 장착되며 - 예를 들어, 커넥팅로드(6a, 6b, 6c)의 분할된 커넥팅로드 아이가 나사(21)에 의해 커넥팅로드 베어링(4)에 고정되고 (도 1 참조) 피스톤(5a, 5b, 5c)이 피스톤 핀을 통해 커넥팅로드(6a, 6b, 6c)의 추가 커넥팅로드 아이에 연결된다. 도 1의 예시적인 실시예에서, 총 5개의 피스톤이 제공되며, 도 1에서는 3개의 피스톤(5a, 5b, 5c)만 볼 수 있다. 피스톤(5a)은 커넥팅 로드(6a)를 통해 크랭크축(3) 또는 커넥팅로드 베어링(4)에 연결되고, 피스톤(5b)은 커넥팅 로드(6b)를 통해, 피스톤(5c)은 커넥팅 로드(6c)를 통해 연결된다.

모든 피스톤(5a, 5b, 5c)은 각각 회전축(2)으로부터 멀어지는 방향을 가리키는 스탬핑 된 치형부(11a, 11b, 11c)를 갖는 제1 단부면(10a, 10b, 10c)을 가지며, 각 치형부(11a, 11b, 11c)는 예시된 실시예에서 정확히 하나의 이를 갖는다.

도시된 예시적인 실시예에서, 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 크랭크샤프트(3)는 회전축(2)을 따라 속이 비어 있으며(중공형), 이는 예를 들어 케이블(미도시)이 비틀림 없이 통과할 수 있게 한다.

또한, 내부 치형부(8)를 갖는 동축 기어(1)에는 중공 샤프트(7)가 제공된다. 회전축(2)에 수직인 도 1의 이미지 평면에서, 피스톤(5a, 5b, 5c) - 및 적어도 부분적으로 크랭크샤프트(3) - 는 중공 샤프트(7) 내에 배열된다. 이것은 피스톤(5a, 5b, 5c)이 각각 선형으로 안내되고 회전축(2)에 수직인 반경 방향(12a, 12b, 12c)에 평행하게 앞뒤로 이동할 수 있는 가이드 유닛(9)에도 적용된다. 이를 위해, 도시된 예시적인 실시예의 가이드 유닛(9)은 피스톤(5a, 5b, 5c)에 대한 선형 가이드로서 작용하는 중공 실린더를 갖는다.

피스톤(5a, 5b, 5c)을 앞뒤로 움직이면 피스톤(5a, 5b, 5c)의 제1 단부면(10a, 10b, 10c)의 치형부(11a, 11b, 11c)가 내부 치형부(8)와 연속적으로 맞물리며 내부 치형부(8)로부터 분리된 상태가 되어, 각각의 맞물림 동안 피스톤(5a, 5b, 5c)의 선형 운동으로 인해 각각의 치형부(11a, 11b, 11c)와 내부 치형부(8) 사이의 평면 접촉(면접촉)이 보장될 수 있고 각각의 치형부(11a, 11b, 11c)는 내부 치형부(8)에 대해 평평하게(면적으로) 가압된다. 그 결과, 가이드 유닛(9)이 회전축(2)에 대해 고정적으로 배열되거나 가이드 유닛(9)이 회전축을 중심으로 회전 가능하도록 배열될 때 중공 샤프트는 회전축(2)을 중심으로 약간 더 회전되지만, 제동된다. 한편, 중공축(7)이 회전축(2)에 대해 고정 또는 정지 또는 제동되는 경우, 가이드 유닛(9)(회전축(2)을 중심으로 회전 가능하게 장착됨)은 약간 더 회전된다. 영역(면적) 맞물림 또는 프레싱 때문에 매우 높은 토크가 크랭크샤프트(3)로부터 중공 샤프트(7) 또는 경우에 따라 가이드 유닛(9)으로 전달될 수 있다.

도 1의 예시적인 실시예에서, 커넥팅 로드(6a, 6b, 6c)는 회전축(2)을 따라 보았을 때 크랭크샤프트(3) 또는 커넥팅로드 베어링(4)에서 서로 뒤에 배열된다. 이것은 도 2의 단면도(도 1의 단면선 A-A에 따르는 단면도로 여기서 화살표는 시야의 방향을 나타냄)에 예시되어 있으며, 제4 피스톤(5c') 및 관련 커넥팅 로드(6c') 및 제5 피스톤의 커넥팅 로드(6a')(제5 피스톤은 미도시, 이 피스톤은 도 1에 도시된 요소 뒤에서 도 1의 도면 평면 방향에서 보여지거나 회전축(2)를 따라 본 마지막 피스톤이며, 피스톤(5a)는 첫 번째임)을 볼 수 있다.

특히 상대적으로 높은 속도에서 효과적이고 동시에 공간 절약형 질량 균형을 보장하기 위해, 도 1에 도시된 실시예에서 상이한 피스톤 직경(13)이 제공되고, 피스톤 직경(13)은 횡방향으로 측정되며, 각각의 횡방향은 각각의 반경 방향(12a, 12b, 12c)에 수직이다. 구체적으로, 피스톤(5b)은 피스톤(5a 및 5b)보다 더 큰 피스톤 직경(13)을 갖고, 피스톤(5b)을 제외한 모든 피스톤은 동일한 피스톤 직경(13)을 갖는다(따라서, 명확성을 위해 피스톤(5a)의 피스톤 직경(13)은 도 1에 별도로 도시되지 않는다).

예시된 실시예에서, 피스톤(5a, 5b, 5c)은 가이드 유닛(9)의 중공 실린더에 배열된 섹션에서 원형 단면을 가지며, 각각의 단면은 각각의 반경 방향(12a, 12b, 12c)에 수직인 평면에 놓임에 유의해야 한다.

도 1 및 도 2에서도 볼 수 있는 바와 같이, 일부 피스톤(5a, 5b, 5c)은 회전축(2) 주위에서 측정된 서로에 대한 각도 오프셋(20)을 갖는다. 즉, 이것은 각각의 피스톤(5a, 5b, 5c)과 관련된 반경 방향(12a, 12b, 12c)이 각각 0이 아닌 회전축(2) 주위에서 측정된 각도를 둘러싼다는 것을 의미한다. 구체적으로, 도시된 실시예에서, 피스톤(5a)과 피스톤(5b) 사이의 각도 오프셋(20) 또는 반경 방향(12a)과 반경 방향(12b) 사이의 각도는 120°이다. 피스톤(5b 또는 5c)과 피스톤(5c 또는 5a) 사이의 각도 오프셋(20) 또는 반경 방향(12b 또는 12c)과 반경 방향(12c 또는 12a) 사이의 각도에도 동일하게 적용된다.

피스톤(5c')은 피스톤(5c)과 회전축(2) 주위의 동일한 각도 위치에 배열된다(도 2 참조). 제5 피스톤(미도시)은 피스톤(5a)과 회전축(2) 주위의 동일한 각도 위치에 배열된다.

각도 오프셋(20)은 피스톤(5a, 5b, 5c)의 각도 및/또는 중공 샤프트(7) 또는, 경우에 따라, 가이드 유닛(9)의 회전 방향이 변경됨에 따라 내부 치형부(8)의 이들이 서로에 대해 건너뛰는 결과를 초래할 수 있다. 즉, 동축 기어(1)의 거동은 각도 오프셋(20)에 의해 영향을 받을 수 있다.

도 3은 정확히 3개의 피스톤(5a, 5b, 5c)과 3개의 관련 커넥팅로드(6a, 6b, 6c)를 갖는 본 발명에 따른 동축 변속기(1)의 다른 실시예의 개략적인 단면도를 도시하며, 여기서 커넥팅로드(6a, 6b, 6c)는 회전축(2)을 따라 볼 때 서로 뒤에 놓여 있지 않고 적어도 부분적으로 회전축(2)에 수직인 공통 평면에 놓여 있다. 회전축(2)에 평행한 치수가 대응하여 짧게 유지될 수 있기 때문에 이 실시예는 대응하여 극도로 컴팩트하다.

도 3의 예시적인 실시예에서 피스톤(5a, 5b, 5c)은 동일한 피스톤 직경(13)을 갖는다. 질량 밸런싱은 예를 들어 크랭크샤프트(3) 상의 밸런싱 웨이트에 의해 그 자체로 알려진 방식으로 발생할 수 있다.

도 4의 단면도(도 3의 단면선 BB에 따른 단면도로, 여기서 화살표는 시야 방향을 나타냄)에서 알 수 있는 바와 같이, 커넥팅로드(6a, 6b, 6c)의 이러한 배열은 (하나 뒤에 다른 하나가) 겹쳐지는 것이 가능하며, 커넥팅로드(6a 및 6c)는 회전축(2)에 평행하게 연장되며 및/또는 회전축(2)을 포함하는 하나의 평면에서 대체로 U자형 단면을 갖는다. 커넥팅 로드(6b)는 회전축(2)을 따라 보았을 때 커넥팅로드(6c)의 단면의 U자형의 2개의 평행한 레그를 형성하는 커넥팅로드(6c)의 섹션들 사이에 배열되는 대체로 I자형 단면을 갖는다. 커넥팅 로드(6c)의 상기 섹션은 회전축(2)을 따라 볼 때 커넥팅로드(6a) 단면의 U자형의 2개의 평행한 레그를 형성하는 커넥팅로드(6a)의 섹션들 사이에 차례로 배열된다.

그렇지 않으면, 도 1의 실시예에 대해 언급한 것은 도 3의 실시예에도 유사하게 적용된다. 특히, 도 3의 실시예의 피스톤(5a, 5b, 5c)은 또한 120°의 상호 각도 오프셋(20)을 갖는다.

전달될 수 있는 토크의 크기를 더 증가시키기 위해, 치형부(11a, 11b, 11c)는 각각 복수의 이들을 가질 수 있다. 이러한 실시예는 도 5에 도시되어 있고, 그렇지 않으면 도 3의 그 실시예에 대응한다. 구체적으로, 도 5의 예시적인 실시예에서 치형부(11a, 11b, 11c)는 각각 3개의 이들을 가지므로 도 3의 실시예에 비해 전달할 수 있는 토크를 크게 증가시킬 수 있다.

도 6은 도 1의 실시예와 유사한 본 발명에 따른 동축 기어(1)의 다른 실시예의 개략적인 단면도를 도시하며, 피스톤(5a, 5b, 5c)은 피에조 소자(14a, 14b, 14c)를 갖는다. 각각의 피스톤(5a, 5b, 5c)의 각각의 반경 방향(12a, 12b, 12c)에 평행하게 측정된 피스톤 길이(15)(명확성을 위해 도 6에서 피스톤(5b)에 대해서만 도시됨)는 피에조 소자(14a, 14b, 14c)에 의해 변경될 수 있다. 이러한 방식으로, 열 또는 마모로 인한 피스톤(5a, 5b, 5c)의 길이 팽창이 보상될 수 있다. 또한, 피에조 소자(14a, 14b, 14c)에 의해 피스톤 길이(15)를 증가시킴으로써, 특히 내부 치형부(8) 상의 제1 단부면(10a, 10b, 10c)의 치형부(11a, 11b, 11c)의 증가된 접촉 압력이 달성될 수 있다.

피스톤(5a, 5b, 5c)이 제1 단부면(10a, 10b, 10c) 반대편에 있는 제2 단부면(16a, 16b, 16c)에 치형부(17a, 17b, 17c)를 갖는 경우, 필요한 경우 접촉 압력이 피에조 소자(14a, 14b, 14c)에 의해 증가될 수 있다.

피스톤(5a, 5b, 5c)이 치형부(17a, 17b, 17c)를 갖는 제2 단부면(16a, 16b, 16c)을 갖는 실시예가 도 7에 도시되어 있다. 이 실시예는 또한 내부 링(18)을 가지며 그렇지 않으면 도 1의 실시예와 유사하게 구성된다. 대응하여, 원칙적으로 도 1의 실시예와 관련하여 위에서 언급된 것을 참조한다.

치형부(17a, 17b, 17c) 각각은 도시된 예시적인 실시예에서 하나의 이를 갖지만 치형부(17a, 17b, 17c)당 여러 개의 이들이 가능하다.

내부 링(18)은 내부 치형부(8)를 향하는 외부 치형부(19)를 갖고 회전축(2)을 중심으로 회전 가능하게 장착된다. 가이드 유닛(9)은 적어도 부분적으로 내부 링(18)과 중공 샤프트(7) 사이에 배치되며, 피스톤(5a, 5b, 5c)의 제2 단부면(16a, 16b, 16c)의 치형부(17a, 17b, 17c)는 외부 치형부(19)와 연속하여 맞물리며 외부 치형부(19) 중 하나에서 분리된 상태가 될 수 있다.

각각의 맞물림 동안, 피스톤(5a, 5b, 5c)의 선형 운동으로 인해, 각각의 치형부(17a, 17b, 17c)와 내부 링(18)의 외부 치형부(19) 사이의 평면 접촉(면접촉)이 보장될 수 있고, 각각의 치형부(17a, 17b, 17c)는 외부 치형부(19)에 대해 평평하게(면적으로) 가압할 수 있다.

그 결과, 내부 링(18)은 가이드 유닛(9)이 회전축(2)에 대해 고정적으로 배열되는 경우 또는 가이드 유닛(9)이 회전축(2)을 중심으로 회전 가능하게 배치되지만, 제동되도록 배열되는 경우 회전축(2)을 중심으로 약간 더 회전된다. 보다 정확하게는, 가이드 유닛(9)이 제동되거나 고정되는 경우, 하나 또는 각각의 피스톤(5a, 5b, 5c)은 중공 샤프트(7)와 내부 링(18)을 교대로 구동한다. 따라서 내부 링(18) 및 중공 샤프트(7)는 모두 출력으로서 기능할 수 있다.

중공 샤프트(7) 또는 내부 링(18)만이 출력으로서 작용하는 것도 가능하며, 다른 요소는 제동되거나 잠겨 있다.

물론, 중공 샤프트(7)와 내부 링(18)이 모두 고정되어 가이드 유닛(9)만 이동되고 출력으로서 작용할 수 있도록 하는 것도 생각할 수 있다.

특히, 선형 접촉을 갖는 솔루션과 대조적으로, 매우 높은 토크가 크랭크샤프트(3)와 내부 링(18) 또는 경우에 따라 가이드 유닛(9) 사이에 전달될 수 있다.

도 7의 예시적인 실시예에서, 외부 치형부(19)는 내부 치형부(8)와 정확히 동일한 수의 이를 갖는다. 내부 치형부(8)와 외부 치형부(19)의 기하학적 형상 또는 윤곽은 대응하여 상이하며 - 즉 중공 샤프트(7)의 내부 치형부(8)의 비교적 큰 이들 및 이 간격으로 - 설계된다. 이에 따라, 중공 샤프트(7)과 내부 링(18)은 동일한 각속도로 회전한다. 후자는 또한 중공 샤프트(7)를 내부 링(18)에 회전 불가능하게 연결함으로써 달성될 수 있다.

내부 링(18)이 중공 샤프트(7)보다 작은 직경을 갖기 때문에, 동일한 각속도에서 더 낮은 접선 속도가 달성되거나 탭오프될 수 있다. 이것은 내부 링(18)과 중공 샤프트(7)가 동시에 서로 다른 속도를 위한 2개의 드라이브를 제공할 수 있음을 의미하며, 이는 적용에 따라 필요한 경우 두 번째 기어를 절약될 수 있음을 의미한다.

1 동축 기어
2 회전축
3 크랭크샤프트
4 커넥팅로드 베어링
5a, 5b, 5c, 5c' 피스톤
6a, 6a', 6b, 6c, 6c' 커넥팅 로드
7 중공 샤프트
8 중공 샤프트의 내부 치형부
9 가이드 유닛
10a, 10b, 10c 피스톤의 제1 단부면
11a, 11b, 11c 제1 단부면의 치형부
12a, 12b, 12c 반경 방향
13 피스톤 직경
14a, 14b, 14c 피에조 소자
15 피스톤 길이
16a, 16b, 16c 피스톤의 제2 단부면
17a, 17b, 17c 제2 단부면의 치형부
18 내부 링
19 내부 링의 외부 치형부
20 각도 오프셋
21 나사

Claims (13)

1. 적어도 하나의 커넥팅로드 베어링(4)을 구비한 회전축(2)을 중심으로 회전 가능한 크랭크샤프트(3)를 포함하는 동축 기어(1)로서,
   동축 기어(1)는 여러 개의, 바람직하게는 적어도 3개의 피스톤(5a, 5b, 5c)을 더욱 포함하며, 피스톤은 각각 커넥팅로드(6a, 6b, 6c)에 의해 적어도 하나의 커넥팅로드 베어링(4)에 연결되며 각각은 회전축으로부터 멀어지는 쪽을 향하는 제1 단부면(10a, 10b, 10c)에 적어도 하나의 이를 갖는 치형부(11a, 11b, 11c)를 가지며, 동축 기어(1)는 내부 치형부(8)를 갖는 중공 샤프트(7)를 더욱 포함하며, 회전축(2)에 수직인 평면에서 볼 때, 피스톤(5a, 5b, 5c)은 중공 샤프트(7) 내에 배열되며, 동축 기어(1)는 가이드 유닛(9)을 더욱 포함하며, 피스톤(5a, 5b, 5c)은 각각 가이드 유닛(9)에서 선형으로 안내되며 회전축(2)에 수직인 반경 방향(12a, 12b, 12c)에 평행하게 앞뒤로 이동될 수 있으며, 이에 의해 피스톤(5a, 5b, 5c)의 제1 단부면(10a, 10b, 10c)의 치형부(11a, 11b, 11c)는 내부 치형부(8)와 순차적으로 맞물릴 수 있으며 내부 치형부(8)로부터 분리된 상태가 될 수 있어 각각의 치형부(11a, 11b, 11c)와 내부 치형부(8) 사이의 면접촉(평평한 접촉) 하에서 각각의 맞물림 동안 회전축(2)을 중심으로 중공 샤프트(7) 또는 가이드 유닛(9)을 더욱 회전시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 동축 기어(1).
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 단부면(10a, 10b, 10c)의 치형부(11a, 11b, 11c)는 각각 복수, 바람직하게는 3개의 이를 갖는 것을 특징으로 하는 동축 기어(1).
3. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
   회전축(2)을 따라 볼 때 커넥팅로드(6a, 6b, 6c)가 서로 뒤에 배열되는 것을 특징으로 하는 동축 기어(1).
4. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
   커넥팅로드(6a, 6b, 6c)는 적어도 부분적으로 회전축(2)에 수직인 공통 평면에 놓이는 것을 특징으로 하는 동축 기어(1).
5. 제4항에 있어서,
   회전축(2)에 평행하게 진행하며 및/또는 회전축(2)을 포함하는 평면에서, 커넥팅로드(6a, 6b, 6c)의 적어도 하나, 바람직하게는 적어도 2개는 실질적으로 U자형 또는 J자형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 동축 기어(1).
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   적어도 2개의 피스톤(5a, 5b, 5c)은 서로 다른 직경(13)을 갖고, 직경(13)은 각각 횡방향으로 측정되고, 각각의 횡방향은 각각의 반경 방향(12a, 12b, 12c)에 수직인 것을 특징으로 하는 동축 기어(1).
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   각각의 반경 방향(12a, 12b, 12c)에 평행하게 측정된 각 피스톤(5a, 5b, 5c)의 길이(15)를 변경하기 위해, 피스톤(5a, 5b, 5c) 중 적어도 하나, 바람직하게는 모든 피스톤(5a, 5b, 5c)에 적어도 하나의 피에조 소자(14a, 14b, 14c))가 제공되는 것을 특징으로 하는 동축 기어(1).
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   피스톤(5a, 5b, 5c) 각각은 제1 단부면(10a, 10b, 10c) 반대편의 제2 단부면(16a, 16b, 16c)에 적어도 하나의 이를 갖는 치형부(17a, 17b, 17c)를 가지며, 회전축(2)을 중심으로 회전 가능하게 장착된 내부 링(18)에는 외부 치형부(19)가 제공되며, 가이드 유닛(9)은 적어도 부분적으로 내부 링(18)과 중공 샤프트(7) 사이에 배치되며, 피스톤(5a, 5b, 5c)의 제2 단부면(16a, 16b, 16c)의 치형부(17a, 17b, 17c)는 외부 치형부(19)와 순차적으로 맞물리며 외부 치형부(19)에서 분리된 상태가 될 수 있어 각각의 치형부(17a, 17b, 17c)와 외부 치형부(19) 사이의 평면 접촉(면접촉) 하에서 각각의 맞물림 동안 회전축(2)을 중심으로 내부 링(18) 또는 가이드 유닛(9)을 더욱 회전시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 동축 기어(1).
9. 제8항에 있어서,
   중공 샤프트(7)의 내부 치형부(8)와 내부 링(18)의 외부 치형부(19)는 동일한 수의 이를 갖는 것을 특징으로 하는 동축 기어(1).
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    피스톤(5a, 5b, 5c) 중 적어도 2개에 대해 각각의 반경 방향(12a, 12b, 12c)은 0이 아닌 회전축 주위에서 측정된 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 동축 기어(1).
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    크랭크샤프트(3)는 중공으로 구현되는 것을 특징으로 하는 동축 기어(1).
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    가이드 유닛(9)은 회전축(2)에 대해 움직이지 않게 배열되는 것을 특징으로 하는 동축 기어(1).
13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    가이드 유닛(9)이 회전축(2)을 중심으로 회전 가능하도록 장착되고, 바람직하게는 가이드 유닛(9)이 회전축(2)을 중심으로 회전하는 것을 제동하는 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 동축 기어(1).

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