기어 박스(GEAR BOX)

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 공개특허공보(A)
(11) 공개번호 10-2013-0140890
(43) 공개일자 2013년12월24일
(51) 국제특허분류(Int. Cl.)
F16H 57/023 (2012.01) F16H 3/087 (2006.01)
B60K 17/28 (2006.01) B60T 1/08 (2006.01)
B60T 10/00 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2013-7030416
(22) 출원일자(국제) 2012년04월05일
심사청구일자 2013년11월15일
(85) 번역문제출일자 2013년11월15일
(86) 국제출원번호 PCT/SE2012/050377
(87) 국제공개번호 WO 2012/144947
국제공개일자 2012년10월26일
(30) 우선권주장
1150336-4 2011년04월18일 스웨덴(SE)
(71) 출원인
스카니아 씨브이 악티에볼라그
스웨덴공화국 쇠데르텔리에 151 87
(72) 발명자
스라팍 디에터
스웨덴 에스-151 47 쇠데르탤예 푀르발타르배겐
20
(74) 대리인
박장원
전체 청구항 수 : 총 19 항
(54) 발명의 명칭 기어 박스
(57) 요 약
본 발명은 기어 박스, 여분의 설비를 기어 박스를 통해 연결하는 방법, 및 운송 수단에 관한 것이다. 기어 박스
는 제1 샤프트를 제1 방향으로 구동하기 위한 제1 기어휠과 제1 샤프트를 제2 방향으로 구동하기 위한 제2 기어
휠 또는 기어휠들의 각각의 형태의 저널로 결합된 적어도 두 개의 기어휠들을 가진 제1 샤프트를 포함한다. 기어
박스는 또한 필요시 제1 샤프트 상에 위치된 기어휠들을 같이 공동 회전하도록 상기 샤프트에 고정하기 위한 장
치를 포함한다. 기어 박스는 또한 제1 방향으로 작동하기 위하여 제1 기어휠과 협력하기 위한 제2 기어휠을 포함
하는 적어도 두 개의 고정된 기어휠들을 가진 제2 샤프트와, 제1 방향으로 작동하기 위하여 제1 및 제2 기어휠들
과 결합하거나 그로부터 분리될 수 있는 제3 기어휠을 가진 제3 샤프트를 포함한다. 본 발명은 제1 방향으로 작
동하도록 의도된 제1 기어휠이 또한 적어도 하나의 형태의 여분의 설비, 예컨대, 리타더 또는 동력 취출기를 연
결하기 위하여 사용되는 하나 이상의 추가적인 동력-전달 수단과 결합하는 것을 특징으로 한다.
대 표 도 - 도2
공개특허 10-2013-0140890
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특허청구의 범위
청구항 1
제1 샤프트(2)의 제1 단부에 연결된 입력 샤프트(13)와 제1 샤프트(2)의 제2 단부에 연결된 출력 샤프트(14)와,
상기 제1 샤프트(2)를 제1 방향으로 구동하기 위한 제1 기어휠(22)과, 상기 제1 샤프트(2)를 제2 방향으로 구동
하기 위한 제2 기어휠 또는 기어휠(6, 7, 8)들을 포함하는, 상기 제1 샤프트(2) 상에 회전하도록 지지된 적어도
두 개의 기어휠(6, 7, 8, 22)들과,
필요시, 공동 회전을 위하여, 상기 제1 샤프트(2) 위에 위치된 기어휠들을 상기 샤프트에 고정하기 위한 장치
(18, 19, 20)들과,
상기 제1 기어휠(22)과 협력하기 위한 제2 기어휠(23)을 포함하는 상기 제2 샤프트(3)에 견고하게 장착된 적어
도 두 개의 기어휠(9, 10, 11, 12, 23)들과,
제1 방향으로의 작동 동안, 상기 제1 기어휠(22)과 상기 제2 기어휠(23)과 동력 전달 관계에 있는 제3 기어휠
(24)을 가진 제3 샤프트(4)를 구비한 기어 박스에 있어서,
상기 제3 기어휠(24)은 상기 제1 기어휠(22)과의 결합에서 분리될 수 있으며 상기 제1 기어휠(22)은 또한 적어
도 하나의 여분의 설비(25, 26)를 연결하기 위하여 사용되는 하나 이상의 추가적인 동력-전달 수단(27, 28)과
동력-전달 관계에 있는 것을 특징으로 하는 기어 박스.
청구항 2
제1항에 있어서,
여분의 설비의 적어도 하나의 형태는 리타더(25)인 것을 특징으로 하는 기어 박스.
청구항 3
상기 항들 중 어느 한 항에 있어서,
여분의 설비의 적어도 하나는 동력 취출기(take-off)(26)인 것을 특징으로 하는 기어 박스.
청구항 4
상기 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 입력 샤프트(13)에 대해 상기 제1 기어휠(22) 후방에 상기 제1 샤프트(2) 상에 장착된 유성 기어(15)를 더
포함하는 것을 특징으로 하는 기어 박스.
청구항 5
제4항에 있어서,
상기 유성 기어(15)는 상기 제1 샤프트(2)와 상기 출력 샤프트(14) 사이에 견인 동력이 전달되지 않는 상태로
진입될 수 있는 것을 특징으로 하는 기어 박스.
청구항 6
상기 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 기어휠(22)의 톱니 각도는 상기 제1 샤프트(2) 위의 다른 기어휠(6, 7, 8)들의 톱니 각도와 다른 것을
특징으로 하는 기어 박스.
청구항 7
상기 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 기어휠(24)은 상기 제3 샤프트(4) 상에 축방향으로 이동될 수 있는 것을 특징으로 하는 기어 박스.
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청구항 8
상기 항들 중 어느 한 항에 있어서,
추가 또는 각각의 추가적인 동력전달 수단(27, 28)은 기어휠인 것을 특징으로 하는 기어 박스.
청구항 9
기어 박스에, 제1 샤프트(2)의 제1 단부에 연결된 입력 샤프트(13)와 상기 제1 샤프트(2)의 제2 단부에 연결된
출력 샤프트(14)를 제공하는 단계,
상기 제1 샤프트를 제1 방향으로 구동하기 위한 제1 기어휠(22)과, 상기 제1 샤프트를 제2 방향으로 구동하기
위한 제2 기어휠 또는 기어휠(6, 7, 8)들을 포함하는, 상기 제1 샤프트(2) 상에 회전하도록 지지된 적어도 두
개의 기어휠(6, 7, 8, 22)들을 제공하는 단계,
필요시, 공동 회전을 위하여, 제1 샤프트(2) 상에 위치된 기어휠들을 상기 샤프트에 고정하기 위한 장치(18,
19, 20)들을 제공하는 단계,
제1 방향으로의 작동하기 위하여, 제1 기어휠(22)과 협력하기 위한 제2 기어휠(23)을 포함하는 상기 제2 샤프트
(3)에 견고하게 장착된 적어도 두 개의 기어휠(9, 10, 11, 12, 23)들을 제공하는 단계,
제1 방향으로의 작동하는 동안, 제1 기어휠(22) 및 제2 기어휠(23)과 동력 전달 관계에 있는 제3 기어휠(24)을
가진 제3 샤프트(4)를 제공하는 단계를 포함하는, 상기 기어 박스에 여분의 설비(25, 26)를 연결하는 방법에 있
어서,
제3 기어휠(24)을 제1 기어휠(22)과의 결합에서 확실히 분리시키는 단계,
공동 회전을 위하여 제1 기어흴(22)을 제1 샤프트(2)에 고정시켜, 동력 전달 수단(27, 28)을 통해 제1 기어휠
(22)에 연결된 여분의 설비(25, 26)를 작동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기어 박스에 여분의
설비를 연결하는 방법.
청구항 10
제9항에 있어서,
여분의 설비로서 리타더(25)를 제공하며, 모터 차량에 적용된 방법.
청구항 11
제9항 또는 제10항에 있어서,
여분의 설비로서 동력 취출기(26)를 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 12
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
입력 샤프트(13)에 대해, 제1 샤프트(2) 상에 제1 기어휠(22) 후방에 위치된 유성 기어(15)를 제공하는 단계와,
제3 기어휠(24)이 제1 기어휠(22)과의 결합으로부터 확실히 분리되기 전에 제1 샤프트(2)와 출력 샤프트(14) 사
이에 견인 동력이 전달되지 않는 상태로 유성 기어(15)를 진입시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
방법.
청구항 13
제11항 또는 제12항에 있어서,
연결되기 전에 동력 취출기(26)에는 부하가 없는 것을 보장하는 단계를 특징으로 하는 방법.
청구항 14
제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
제3 기어휠(24)은 제1 기어휠(22)과 결합하거나 결합에서 분리되도록 제3 샤프트(4) 상에 축방향으로 이동되는
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것을 특징으로 하는 방법.
청구항 15
제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
기어 박스는 모터 차량(100)에 위치되며 제1 샤프트(2)가 제1 방향으로 구동될 때 차량(100)은 후진하는 것을
특징으로 하는 방법.
청구항 16
제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 방법을 모터 차량(100)에 적용하기 위한 컴퓨터 프로그램 코드를 포함
하는 컴퓨터 프로그램 제품.
청구항 17
제16항에 있어서,
전자 제어유닛에 의해 판독될 수 있으며 상기 컴퓨터 프로그램 코드가 위에 저장되는 데이터 저장 매체를 포함
하는 것을 특징으로 하는 제품.
청구항 18
실행 수단, 실행 수단에 연결되고 청구항 16에 따른 컴퓨터 프로그램 제품의 컴퓨터 프로그램 코드가 위에 저장
된 데이터 저장 매체와 실행 수단에 연결된 메모리를 포함하는 모터 차량의 전자 제어 유닛.
청구항 19
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 기어 박스가 제공되고, 제1 방향은 차량의 후진 방향인 것을 특징으로
하는 모터 차량(100).
명 세 서
기 술 분 야
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 기어 박스 및 청구항 9의 방법과 청구항 19의 모터 차량에 관한 것이다. [0001]
배 경 기 술
기어 박스에는 또한 여분의 설비(extra equipment)를 연결할 수 있으므로 기어 박스들은 현재 연료 소비와 작동[0002]
특성을 최적화할 수 있도록 엔진의 작동 동안 다른 기어들을 제공하기 위해서만 사용되지 않는다. 여기서 여분
의 설비는 기어 박스의 출력 샤프트에 의해 구동되지 않는 일정 설비, 예컨대, 동력 취출기(power take-off) 또
는 보조 제동기, 특히 리타더(retarder)를 의미한다.
전기 모터들이 또한 하이브리드 작동을 달성하기 위하여 기어 박스에 연결될 수 있다. 이들 예들은 대형 차량,[0003]
특히 트럭의 작동에 관련된다.
기어 박스에는 메인 샤프트와 그에 평행하게 카운터 샤프트를 포함하는 주 기어유닛이 설치되고, 및 또한 자주[0004]
예컨대, 낮은 범위의 기어 상태와 높은-범위의 기어 상태로 이동될 수 있는 유성 기어(planetary gear)가 설치
된다. 레인지 기어 유닛은 출력 샤프트가 메인 샤프트로부터 분리되므로 두 샤프트들 사이의 동력-전달연결은
중단되는 중립 상태로 이동될 수 있다.
메인 샤프트는 카운터 샤프트를 통해 기어 박스의 입력 샤프트와 레인지 기어유닛을 통해 기어 박스의 출력 샤[0005]
프트에 연결가능하다. 이러한 형태의 기어 박스에는 또한 주 기어 유닛의 카운터 샤프트가 기어 박스 입력 샤프
트에 그를 통해 연결가능한 스플릿 기어(split gear) 유닛이 설치된다.
기어 박스의 기어들의 하나의 기어는 메인 샤프트에 엔진 출력 샤프트의 회전 방향에 반대 방향을 제공하도록[0006]
의도된다. 기어 박스가 모터 차량에 장착되면, 이는 차량을 후방으로 이동시킨다. 따라서, 메인 샤프트 위의 기
어휠은 이어서 카운터 샤프트 위의 대응하는 기어휠과 결합되지 않으나 차량의 역진 동안 이들 모두와 결합되는
중간 기어휠에 의해 구동된다.
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회전의 제1 방향으로 주행하려는 메인 샤프트 기어휠은 이어서 메인 샤프트 위의 다른 기어휠들이 작동 동안 가[0007]
지는 방향과 반대 회전 방향을 가질 것이며, 이는, 회전 방향이 중간 기어휠과 일단 교차하면 변할 것이기 때문
이다.
제1 방향으로 작동하기 위한 메인 샤프트 기어휠 위의 톱니는 제2 방향으로 작동하기 위한 기어휠들 위의 톱니[0008]
들에 반대방향으로 각도를 형성한다.
WO2004/069624는 보조 제동기, 예컨대, 리타더가 클러치 직후에 설치되거나(도 2 참조) 또는 레인지 기어(range[0009]
gear) 바로 앞에 설치(도 7 참조)될 수 있는 차량의 변속에 대해 설명한다. 리타더(56)를 기어휠(32, 50)들을
통해 기어 박스 메인 샤프트에 연결하는 별개의 클러치(34, 90)를 통해 리타더는 연결된다.
SE525612는 기어 박스 기어휠들에 연결된 동력 취출기를 개시한다. 도 2는 카운터 샤프트(24) 위의 기어휠(23)[0010]
에 연결된 동력 취출기의 기어휠(6)을 도시한다. 시방서는 메인 샤프트(22) 위의 기어휠(21)이 카운터 샤프트
기어휠과 결합됨을 지시한다.
종래기술의 문제점은, 여분의 설비가 사용되지 않더라도 그의 전체 또는 일부 부품이 기어 박스에 의해 연속으[0011]
로 구동되므로 에너지 손실이 발생하며, 및/또는 여분의 설비를 위한 연결이 공간을 점유하는 사실을 포함한다.
반대 방향으로 연속으로 회전하도록 강제되므로, 제1 방향으로 메인 샤프트를 구동하기 위한 메인 샤프트 기어[0012]
휠은 또한 제1 방향으로의 작동 동안 에너지 손실을 초래한다. 모든 형태의 에너지 손실은 연료 소비를 증가시
킨다.
예컨대, 리타더 하우징은 오일이 완전히 비워질 수는 없으므로, 유압 리타더는 사용되지 않더라도 비교적 많은[0013]
양의 에너지를 소비한다. 따라서, 리타더는 일정한 저항에 대항하여 항상 작동된다.
리타더와 같은 유사한 문제들이 또한 예컨대 모바일 크레인용 동력 취출기와 같은 여분의 형태의 설비에 영향을[0014]
미친다. 모바일 크레인과 기어 박스의 기어휠들에 연결된 동력-전달 수단 사이에 커플링이 있을 수 있지만, 여
전히 모바일 크레인으로의 커플링이 가동되지 않아도 동력-전달 수단은 강제로 작동될 것이다.
여러 이유들에서 차량 제조에 사용되는 부품들의 수를 줄이도록 요청된다. 제조 및 여유 부품 보관에서 모두 가[0015]
능한 적은 부품들을 가짐으로써 비용을 절감하고 조립을 용이화한다. 이러한 노력의 결과, 부품들은 자유롭게
크기와 형상을 변경시킬 수 없게 되었다.
예컨대, 기어 박스 하우징의 필요보다 더 많은 변경을 가지는 것은 필요하지 않으며, 따라서 여분의 설비의 기[0016]
어 박스에의 연결은 따라서 기존의 기어 박스 하우징에 수용되어야 한다. 오늘날의 모터 차량은 샤시 위에 제한
된 양의 공간만을 공유해야 하는 많은 구성 부품들로 구성되어, 그들의 크기와 형상이 자유롭게 변경될 수
없다. 위의 이유로서, 별도의 공간을 점유하지 않고 기어 박스를 변경할 수 있는 것은 몹시 중요하다. 따라서,
기어 박스에 여분의 설비를 연결하기 위한 공간의 종래기술의 필요를 감소시키는 것이 따라서 바람직할 것이다.
발명의 내용
해결하려는 과제
본 발명의 목적은 종래기술의 문제점들을 해결하는 장치를 제공하는 것이다.[0017]
본 발명은, 특히 여분의 설비가 공간 및 비용 면에서 효율적이며 또한 에너지 손실을 최소화하는 방식으로 연결[0018]
될 수 있는 기어 박스를 제안하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적들은 이하 설명되는 상세한 설명에 의해 제공된다. [0019]
과제의 해결 수단
본 발명의 목적은 독립 청구범위들에 따른 장치 및 방법에 의해 달성된다. 양호한 실시예들이 종속 청구범위들[0020]
에 설명된다.
본 발명은 기어 박스는 제1 샤프트를 제1 방향으로 구동하기 위한 제1 기어휠과 제1 샤프트를 제2 방향으로 구[0021]
동하기 위한 제2 기어휠 또는 기어휠들의 각각의 형태의 적어도 두 개의 저널로 결합된 기어휠들을 가진 제1 샤
프트와, 필요시 제1 방향으로 작동하도록 제1 기어휠과 협력하기 위한 제2 기어휠을 포함하는 견고하게 장착된
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적어도 두 개의 기어휠들을 가진 제2 샤프트, 제1 샤프트에 기어휠들을, 같이 공동 회전하도록 고정하기 위한
장치를 포함하는 기어 박스에 대한 것이다. 기어 박스는 또한 제1 방향으로 작동하도록 제1 기어휠과 결합하거
나 그로부터 분리될 수 있는 제3 기어휠을 가진 제3 샤프트를 포함한다. 제1 방향으로 작동하기 위한 제1 기어
휠은 적어도 하나의 형태의 여분의 설비를 연결하기 위하여 사용되는 추가의 동력-전달 수단과 결합된다.
제2 샤프트 위의 대응하는 기어휠과 일정한 동력-전달 관계에 있지 않은 제1 샤프트 위의 기존의 기어휠들의 하[0022]
나를 여분의 설비에 연결하기 위하여 사용함으로써, 여분의 설비가 별개 기어휠에 대한 필요성이 없이 분리될
수 있도록 한다.
이와 같이 많은 공간이 절약된다. 필요하지 않으면 여분의 설비를 분리시킬 수 있으므로 에너지 손실을 절감한[0023]
다. 에너지 손실의 상당한 절감은 또한 제1 방향으로 작동하기 위한 제1 기어휠의 가능성이 제2 방향으로의 작
동 동안 해제되므로 제1 방향으로 회전하도록 가압되지 않는 것에 의해 달성된다. 제2 방향으로의 작동 동안(리
타더들과 동력 취출기를 배제하고) 기어 박스의 에너지 손실의 최대 1/3은 제1 방향으로 작동하기 위한 메인 샤
프트 기어휠에 기인한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기어 박스는 모터 차량에 장착되며 제1 방향은 차량의 후진 방향이다. [0024]
본 발명의 일 실시예에 따르면, 여분의 설비는 리타더, 즉, 대형 차량에 사용되는 보조 제동기의 형태를[0025]
가진다. 리타더들이 사용되지 않을 때조차 에너지를 소비하는, 예컨대, 유압의 리타더들에 본 발명을 사용하는
것이 특히 효과적이다. 차량을 제1 방향으로 추진하는 기어휠에 리타더를 구체적으로 연결하는 추가적인
이점은, 제1 샤프트의 베어링들 위의 하중 분포가, 효과적으로, 제1 기어휠이 제1 방향으로 작동할 때의 하중에
유사해지는 점이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 여분의 설비는 동력 취출기의 형태를 가진다. 차량을 제1 방향으로 추진하[0026]
는 기어휠에 동력 취출기를 연결하는 것은 이와 같이 동력 인출 작동 동안 제2 방향으로 작동하는 기어휠들의
기어 비를 이용할 수 있도록 한다. 제1 기어휠은 단지 제3 기어휠을 통해 제2 기어휠과 동력-전달 연결인 때에
만 제2 샤프트에 의해 구동된다. 제1 기어휠이 제2 기어휠과 동력-전달 연결이 아닐 수 있으면, 공동 회전하도
록 제1 샤프트에 고정될 수 있으며 동시에 제2 방향으로 작동하기 위한 제1 샤프트의 기어휠들의 하나는 고정된
다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 기어 박스에는 유성 기어일 수 있는 레인지 기어 유닛이 구비된다. 유성[0027]
기어는 종래와 같이 중립 상태로 이동할 수 있으므로 기어 박스 메인 샤프트와 출력 샤프트 사이의 동력-전달
연결은 중단된다. 기어 박스가 모터 차량에 장착된 실시예에서는 여분의 설비가 동시에 회전하는 차량의 구동휠
없이 사용될 수 있음을 의미한다.
본 발명에 따르면, 예컨대, 리타더와 하나 이상의 동력 취출기와 같은 둘 이상의 여분의 설비 형태들은 제1 기[0028]
어휠에 연결될 수 있다.
추가 실시예에 따르면, 제3 기어휠은 제3 샤프트 상에서 축방향으로 이동가능할 수 있으므로, 제1 방향으로 차[0029]
량을 추진하기 위한 제1 기어휠과 결합되고 분리될 수 있다. 이는, 예컨대, 스플라인 연결 또는 클로(claw) 커
플링을 통해 달성된다. 제3 기어휠은 샤프트 둘레로 자유롭게 회전할 수 있으며 기어휠이 그 위에서 지지되는
베어링, 예컨대, 니들 베어링 또는 평면(plain) 베어링들 위의 샤프트를 따라 이동할 수 있다. 제3 샤프트는 이
어서 기어 박스 하우징에 견고하게 클램핑된다.
본 발명에 따른 방법은, 이미 설명된 이점들만이 아니라 제1 방향으로 차량을 추진하도록 형성된 제1 기어휠에[0030]
연결된 여분의 장치의 안전하고 신뢰성 있는 작동을 달성한다. 제1 기어휠을 샤프트에 그리고 이어서 제3 기어
휠을 동력-전달 관계로 제1 기어휠에 연결하는 것은 효과적인 데, 제1 기어휠의 연결은 동기화 장치에 의해 실
행되기 때문이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 여분의 설비는 리타더의 형태를 가지므로, 기어 박스에 보조적인 제동기를 더욱[0031]
간단하고 효율적으로 연결할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 여분의 설비는 동력 취출기의 형태를 가지므로, 기어 박스에 동력 취출기를 더[0032]
욱 간단하게 연결하고, 동시에 동력 취출기의 작동 동안 기어 비를 더 크게 변경할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유성 기어는 제1 샤프트 위의 제1 기어휠 후방에 기어 박스에 제공되고 제3 기[0033]
어휠이 제1 기어휠과의 결합에서 확실히 분리되기 전에 중립 상태에 이동된다. 유성 기어가 동력 차단이 연결되
기 전에 중립 상태에 확실히 이동하면, 차량의 구동휠들이 회전하지 않더라도 모터 차량의 사용예들에서, 동력
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차단을 사용할 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 동력 차단은 연결 전에 확실히 무부하로 사용된다. 기어 박스의 구성 부품은 따[0034]
라서 너무 큰 저항이 즉시 연결되면 발생할 수 있는 토크 피크에 대항하여 보호된다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명에 따른 기억 박스의 후진 기어를 관통해서, 후방으로부터 개략적으로 단면을 도시한다. [0035]
도 2는 본 발명에 따른 기어 박스를 관통하는 부분 절단 측면도이다.
도 3은 도 2의 기어 박스의 세부 구성을 개략적으로 도시한다.
도 4는 메인 샤프트와 그 베어링들을 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 모터 차량을 개략적으로 도시한다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
본 발명이 첨부 도면들을 참조로 이하에 더욱 상세하게 설명된다. 도 5는 개략적으로 본 발명에 따른 모터 차량[0036]
(100)을 도시한다. 예시적인 차량(100)은 트럭 형태의 대형 차량이다. 대형 차량은 버스 또는 경량 트럭일 수
있다. 차량(100)에는 본 발명에 따른 기어 박스가 설치된다.
도 1과 2는 개략적으로 본 발명에 따른 기어 박스(1)를 도시한다. 도면들에서, 기어 박스는 모터 차량, 바람직[0037]
하게는 대형 다용도차일 수 있다. 기어 박스는 메인 샤프트(2), 카운터 샤프트(3) 및 중간 샤프트(4)를 수용하
는 하우징(32)에 의해 둘러 싸인다. 메인 샤프트는 전방 베어링(33)과 후방 베어링(34)(도 4 참조)에 의해 지지
된다. 기어 박스는 또한 입력 샤프트(13)와 출력 샤프트(14)를 가진다. 메인 샤프트(2) 상에 장착된 많은 기어
휠(6, 7, 8)들은 입력 샤프트(13) 위의 기어휠(5)과 같이, 도면에서 전방인 제2 방향으로 차량을 전진시키기 위
함이다. 대응하는 기어휠(9, 10, 11, 12)들은 기어휠(5, 6, 7, 8)들과 항상 결합되도록 카운터 샤프트(3)에 견
고하게 장착된다. 도 2에서 최전방(도시되지 않은 엔진에 가장 가까운)의 두 개의 기어휠(5, 6)들은 종래의 스
플릿 기어를 구성한다. 기어를 연결하기 위하여, 즉, 공동 회전하도록, 일정한 기어휠(5, 6, 7, 8)들을 각각의
샤프트에 고정하기 위하여, 종래의 동기화 장치(18, 19, 20)들이 제공된다.
도면들에서 기어 박스에는 여기 유성기어(15)로서 도시된 레인지 기어 유닛이 장착된다. 유성 기어는 통상적으[0038]
로 메인 샤프트(2) 상에 견고하게 장착된 태양기어(sun gear)(35)가 구비되며, 유성 기어들 외측에서 많은 유성
기어(36)들이 결합되며, 링 기어(16)가 유성 기어들에 결합된다. 링 기어(16)를 도면에서 좌측으로 이동시키면
유성 기어(15)를 제1 동기화 장치(30)를 통해 높은 범위에 진입시키며, 링 기어를 우측으로 이동시키면 유성 기
어는 제2 동기화 장치(31)를 통해 낮은 범위로 진입시킨다.
장치(17)는 유성 기어(15)를, 기어 박스 메인 샤프트(2)가 출력 샤프트(14)로부터 분리되고 이들 샤프트 사이에[0039]
서 동력이 전달되지 않는 중립 상태로 이동시키도록 사용될 수 있다.
도 2의 기어 박스는 또한 후진 기어(21)가 제공된다. 도면에서 역 방향인 제1 방향으로 차량을 추진시키는 것은[0040]
메인 샤프트(2) 상에 위치된 제1 후진 기어(22)와 카운터 샤프트(3) 상에 위치된 제2 후진 기어(23)를 사용하는
것을 포함한다. 도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 이들 기어휠(22, 23)들은 상호 결합되지 않는다. 차량을 후
방으로 추진시키기 위하여 입력 샤프트(13)에 대해 메인 샤프트(2)의 회전 방향을 변경시키기 위하여, 동력은
제3 중간 후진 기어(24)로서 작용하며 중간 샤프트(4) 위에 위치되는 제3 기어휠(24)을 통해 제2 후진 기어(2
3)로부터 전달된다. 중간 후진 기어(24)는 중간 샤프트(4)를 따라 제1 후진 기어(22)와 결합하거나 그로부터 분
리 이동하도록 중간샤프트(4)를 따라 이동될 수 있다. 도 3은 도 2의 세부 내용을 도시하는 데, 중간 후진 기어
(24)는 분리 상태에 있다. 도 2에서 중간 후진 기어(24)는 연결된다. 중간 후진 기어(24)를 제1 후진 기어(22)
에 용이하게 재연결하도록, 중간 후진 기어(24)와 제1 후진 기어(22) 위의 톱니는 선단들이 다소 축방향으로 모
서리 가공된다.
차량은 종래와 같이 정지되어 연결을 발생하며 후진 설비가 체결된다. 제1 연결 기어(22)를 연결하는 것은 종래[0041]
와 같이 동기화 장치(29)를 사용하는 것을 포함한다. 여유 설비, 예컨대, 리타더(25) 또는 동력 취출기(26)는
도면들에서 기어휠(27, 28)들로 도시된 바와 같은 추가적인 동력-전달 수단을 통해 연결된다.
여유 설비(25, 26)를 연결하기 위하여 제1 후진 기어(22)를 사용하는 이점은 분리가능한 여유 설비를 준비하기[0042]
위하여 메인 샤프트(2) 위에 별도의 기어휠이 필요하지 않다. 차량이 이동할 때, 여유 설비가 사용가능하기 위
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하여, 카운터 샤프트(3) 위의 대응하는 기어휠과 결합되지 않은 기어휠에 연결되어야 한다. 각각의 전방-추진
기어휠(6, 7, 8)들이 카운터 샤프트(3) 위의 각각의 기어휠(10, 11, 12)들과 항상 결합되므로, 실제 공동으로
회전하도록, 동시에 둘 이상의 기어휠(기어)들이, 메인 샤프트(2)에 고정됨으로써 체결될 수는 없다.
대조적으로, 제1 후진 기어(22)와 제2 후진 기어(23) 사이의 동력을 전달하고 제1 후진 기어(22)와 결합되거나[0043]
분리될 수 있는 것이 중간 기어(24)이므로, 메인 샤프트 후진 기어(22)는 도 1 도시와 같이 각각의 크랭크샤프
트 기어(23)와 결합되지 않는다.
따라서, 제1 후진 기어(22)와 전방-추진 기어휠(6, 7, 8)은 동시에 공동 회전하도록 중간 후진 기어(24)가 제1[0044]
후진 기어(22)와의 결합으로부터 분리될 때, 메인 샤프트(2)에 고정될 수 있다. 이와 같이 제1 후진 기어(22)는
차량이 역회전할 때를 제외하고 단지 에너지 손실을 발생할 뿐인 종래기술과 달리 차량이 역회전하지 않는 경우
조차 유용할 수 있다.
역 회전은 중간 기어(24)가 제1 후진 기어(22)와 결합하여 연결되는 것을 포함한다. 메인 샤프트 후진 기어(2[0045]
2)는 이어서 공동 회전을 위하여 동기화 장치(29)에 의해 메인 샤프트에 고정된다. 대신에, 제1 후진 기어(22)
는 공동 회전을 위하여, 중간 후진 기어(24)가 연결되기 전에 고정될 수 있다.
제1 후진 기어의 메인 샤프트에의 제1 고정의 이점은 연결이 장치(29)를 통해 동기화되는 것이다. 이어서 메인[0046]
샤프트 후진 기어(22)는 메인 샤프트를 입력 샤프트(13)의 방향에 반대 방향으로 구동할 것이다.
여분의 설비(25, 26)들이 연결되지 않고 전방으로 추진하는 동안, 중간 후진 기어(24)는 제1 후진 기어(24)와의[0047]
결합으로부터 분리되고, 이는 동기화 장치(29)를 통해 메인 샤프트로부터 분리되고, 따라서 메인 샤프트에 대해
상대적으로 자유 회전하므로, 에너지 손실이 발생하지 않는다.
여분의 설비(25, 26)를 연결하는 것은, 메인 샤프트 후진 기어가 동기화 장치(29)에 의해 고정되어 따라서 메인[0048]
샤프트와 같이 회전하기 전에, 먼저 중간 후진 기어(24)가 메인 후진 기어(22)와의 결합으로부터 분리되는 것을
포함한다.
이미 설명된 바와 같이, 여분의 설비는 리타더(retarder)(25)의 형태를 가질 수 있다. 리타더가 도면에서와 같[0049]
이 유성 기어를 가진 기어 박스 위에 위치되는 경우, 높고 낮은 범위에 모두 사용될 수 있다. 높은 범위와 낮은
범위 사이에서 전환할 때, 리타더(25)는 유성 기어의 동기화 장치(30, 31)를 손상시키지 않도록 분리되어야 한
다.
이어서 발생하는 제동 작용의 일시적인 부족은, 예컨대 차량 휠의 제동에 의해 보충될 수 있다. 낮은-범위의 주[0050]
행 동안, 리타더의 작용은 향상되고 이어서 유성 기어의 기어작용에 의해 증대된다. 본 발명의 추가적인 이점은
제1 후진 기어(22) 위의 톱니가, 전방 추진을 위한 기어휠(6, 7, 8)들 위의 톱니들과 다른 각도를 가지므로, 리
타더(25)를 사용시의 부하 분포가 메인 샤프트를 지지하는 베어링들에 매우 효과적인 점이다.
보통 스피곳(spigot) 형태인 더 약한 전방 베어링들(엔진에 가장 근접)에 부하를 가하는 대신에, 리타더(25)의[0051]
작동 동안 부하는 메인 샤프트 위의 더욱 강한 후방 베어링(34)들로 이동하며, 즉, 차량이 역진할 때와 같은 부
하 방향으로 이동한다. 엔진 제동 동안, 후방 베어링들은 이미 무겁게 부하가 가해져서 따라서 그들 베어링들
위의 부하를 경감/균등화하는 것은 매우 효과적이며, 따라서 본 발명에 따라 리타더를 작동시킴으로써 베어링들
의 사용 수명을 연장시킬 수 있다.
여분의 설비는 또한 동력 취출기(26)의 형태를 가질 수 있다. 동력 취출기는 차량이 전방으로 이동할 때와 차량[0052]
이 고정된 때 모두 연결될 수 있다. 차량이 고정될 때, 동력을 전동킬 수 있도록, 유성 기어(15)는 장치(17)를
통해 먼저 중립 상태로 이동된다. 동력 취출기가 기어 박스에 연결될 때, 후자의 다른 기어(6, 7, 8)들은 다른
기어 비들에서 동력 취출기를 구동하기 위하여 사용될 수 있는 데, 공동 회전을 위하여, 이는 메인 샤프트 후진
기어(22)가 메인 샤프트에 고정될 수 있으며 동시에 전방-추진 기어휠(6, 7, 8)들의 하나가 또한 고정되기 때문
이다.
차량의 작동 동안 동력 취출기를 연결할 수 있으나, 동력 취출기는 기어 박스의 다른 부품들을 보호하기[0053]
위하여, 특히, 유성 기어의 동기화 장치를 토크 피크로부터 보호하기 위하여, 무부하 주행 상태일 때뿐이다. 동
력 취출기를 "연결(connecting)"하는 것은 제1 후진 기어(22)가 동기화 장치(29)를 통해 메인 샤프트와 동력-전
달 관계에 진입되는 때이다. 부가적으로, 동력 취출기는 부하가 가해지거나 무부하일 수 있다.
차량에는 또한 둘 이상의 여분의 설비가 구비될 수 있으며, 그의 하나는 리타더일 수 있다. [0054]
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본 발명은 위에서 모터 차량의 기어 박스에 연관되어 설명된다. 기어 박스의 제어가 이어서 전적으로 전자적으[0055]
로 실행되므로, 본 발명을 자동으로 작동되는, 때로는 AMT로 불리는 수동 기어 박스의 경우에 적용하는 것이 특
히 효과적이다.
예컨대, 트럭, 트랙터 유닛 및 버스와 같은 대형 차량에는 자주 예컨대, SE0950874로부터 공지된 그러한 기어[0056]
박스가 제공된다. 자동으로 작동되는 수동 기어 박스는 기어 레버 등의 형태의 작동 수단을 이용함으로써 전자
제어장치를 통해 운전자에 의해 작동가능하다.
그와 같이 요청될 때, 운전자는 작동 수단을 이용함으로써 또는 전자제어장치가 자동으로 변속을 위한 적절한[0057]
기어를 선택하도록 주의시킴으로써 변속기에 기어를 변경하도록 수동으로 지시할 수 있다. 어느 경우에나, 기어
박스에서 발생하는 기어 변속 작동은, 어느 기어들 사이에서 변경이 이루어져야 하는 것에 따라 프로그램된 방
식으로 전자제어장치에 의해 제어된다.
본 발명에 따른 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램 코드는 컴퓨터의 내부 메모리, 예컨대, 모터 차량의 전[0058]
자제어장치의 내부 메모리에 판독될 수 있는 컴퓨터 프로그램에 효과적으로 포함된다.
그러한 컴퓨터 프로그램은, 전자제어장치에 의해 판독될 수 있으며 그 위에 컴퓨터 프로그램이 기록된 데이터[0059]
저장매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품을 통해 효과적으로 제공된다.
상기 데이터 저장매체는, 예컨대 CD ROM, DVD 등의 광학 매체 형태 또는 하드디스크, 디스켓, 카세트 테이프 등[0060]
의 자기 매체, 또는 플래시 메모리 또는 ROM, PROM, EPROM 또는 EEPROM 형태의 메모리일 수 있다.
또한, 다른 형태의 추진 장치들, 예컨대, 운송 수단 또는 독립 구조의 엔진에 본 발명을 적용하는 것을 고려할[0061]
수 있다. 본 발명은 여분의 설비를 연결할 필요가 있는 어느 형태의 기어 박스에도 사용될 수 있다.
본 발명은 위에 설명된 바람직한 실시예에 제한되지 않는다. 무수한 대체물, 변형들 및 균등물들이 사용될 수[0062]
있다. 위의 실시예들은 따라서 첨부의 특허청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 보호 범위를 제한하는 것으로
간주되어서는 안 된다.
부호의 설명
1 : 기어 박스 2 : 메인 샤프트[0063]
3 : 카운터 샤프트 4 : 중간 샤프트
5, 6, 7, 8: 기어휠 13 : 입력 샤프트
14 : 출력 샤프트 21 : 후진 기어
25 : 리타더 29 : 동기화 장치
100 : 모터 차량
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도면
도면1
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도면2
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도면3
도면4
도면5
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