KR100682712B1 - 자동차용 기어박스 - Google Patents

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로그안드레아스
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루크 라멜렌 운트 쿠플룽스바우베타일리궁스 카게
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Abstract

본 발명은 최소한 하나의 구동 샤프트(drive shaft)와 하나의 출력 샤프트(output shaft) 그리고 각 샤프트에 배치된 다수의 톱니바퀴를 구비한 자동차용 기어박스(gear box)에 관한 것이다. 이때 톱니바퀴는 액추에이터(actuator)를 통해 맞물려지고 해체된다. 이 기어박스(gear box)는 또한 출력 샤프트(output shaft)를 차단시키기 위해 액추에이터(actuator)에 의해 작동되는 주차 브레이크 장치(parking brake device)를 갖추고 있다.
기어박스, 자동차, 자동기어

Description

자동차용 기어박스{gear box for a motor vehicle}
본 발명은 청구의 범위 제 1 항에 기술된 상위개념에 따라서, 최소한 하나의 구동 샤프트(drive shaft)와 하나의 출력 샤프트(output shaft)를 구비한 자동차용 기어박스(gear box)에 관한 것이다.
자동차용 기어박스(gear box)는 이미 다양한 형태로 시중에 나와 있다. 현재 운전자가 기어를 변속시키는 수동기어(manual transmission)가 비용상의 이점 때문에 여전히 널리 사용되고 있다. 그밖에도 승용차 영역에서는 자동기어(automatic transmission)도 또한 널리 사용된다. 이때의 자동기어는 유체역학적 변환기와 유성 방식의 중간 기어가 구비된 완전 자동 기어박스를 의미한다. 이와 같은 자동기어에서는 토크 변환기(torque transducer)를 사용하기 때문에 차량과 엔진 사이에 제동력을 갖는 아무런 직접적인 결합도 존재하지 않는다. 그래서 이와 같은 자동기어에는 자동차의 의도하지 않은 굴러감을 방지하기 위해 종종 주차 브레이크 장치(parking brake device)가 함께 설비된다. 이와 같이 잘 알려진 자동기어(automatic transmission)에서 굴러감을 차단하는 과정은 차량 운전자가 변속 레버를 주차 위치 P에 놓음으로써 실행된다. 이와 같은 과정은 예를 들어 인장 막대(draw bar) 또는 푸시 로드(push rod)의 형태로 된 작동 메커니즘(actuating mechanism)을 통해 기어의 출력 샤프트(output shaft) 차단으로 이어진다.
앞서 기술한 바와 같이 수동기어가 비용상의 이점이 있지만 그럼에도 불구하고 점점 높아지는 쾌적한 승차감에 대한 요구로 인해 이미 자동기어가 널리 사용되고 있다. 이와 같은 자동기어(automatic transmission)에서는 예를 들어 하나 또는 두 개의 전동기로 이루어진 액추에이터(actuator)가 기어 변경 시 선택과 변속 과정을 수행함으로써 운전자의 수고를 덜어주게 된다. 자동 기어 박스가 장착된 차량에서는 차량의 의도하지 않은 굴러감을 방지함으로써 사고의 위험을 줄여 안전성이 향상되었다.
그러므로 본 발명의 과제는 차량의 의도하지 않은 굴러감을 방지하여 높은 안전성을 지닌 자동차용 기어 박스를 만들어내는데 있다.
본 발명은 이와 같은 과제를 해결하기 위하여 특허 청구범위 제 1 항에 명시된 특질을 갖춘 기어박스(gear box)를 제시한다. 기어박스의 바람직한 구성은 하위 청구범위 항목들에 기술되어있다.
본 발명은 최소한 하나의 구동 샤프트(drive shaft)와 하나의 출력 샤프트(output shaft) 그리고 각 샤프트에 배치된 다수의 톱니바퀴를 구비한 자동차용 기어박스(gear box)에 관한 것이다. 이때 톱니바퀴는 액추에이터(actuator)를 통해 맞물리고 해제되며, 이 액추에이터는 또한 기어의 출력 샤프트를 차단시키기 위해 주차 브레이크 장치(parking brake device)를 작동시키는데 사용되기도 한다. 이것을 달리 표현하면, 본 발명에 따른 기어박스에서 기어 변경 시의 선택 및 변속 과정은 예를 들어 하나 또는 두 개의 전동기로 이루어진 액추에이터를 통해 실행되며, 이때 기어의 출력 샤프트를 차단시키기 위해 주차 브레이크 장치(parking brake device)가 작동되는데 이와 같은 주차 브레이크 장치도 또한 예를 들어 기어 레귤레이터(gear regulator)와 같은 기어박스 액추에이터를 통해 작동되어 주차 위치로 옮겨지고 또 해제된다. 이때 액추에이터는 예를 들어 주차 브레이크 장치와 액추에이터 사이에 마련된 작동 메커니즘(actuating mechanism)을 통해 주차 브레이크 장치(parking brake device)를 작동시킨다.
주차 브레이크 장치로는 기어 샤프트(gear shaft)에 연결되어 회전하는 주차용 차단 휠(parking ratchet wheel) 및 그와 결합되는 차단 폴(ratchet pawl)이 사용된다. 이때 차단 폴은 보조 스프링을 통해 차단 휠과 결합되고 해제될 수 있다. 액추에이터(actuator)에 의해 작동되는 보조 스프링은, 정차 시 톱니와 톱니가 일렬로 놓여진 경우 또는 정차 시 아직 주차용 차단 폴이 차단 휠과 결합되지 않았을 때, 기어를 이 차단 폴과 차단 휠을 통해 주차 위치로 옮기는 일을 담당한다. 차량이 단지 조금이라도 움직이게 되면 차단 휠은 보조 스프링에 의해 작동된 차단 폴의 움직임에 상응하여 작동하게 되며, 그럼으로써 차단 폴의 톱니가 짧게 작동한 이후에 차단 휠의 톱니와 결합되며, 그럼으로써 본 발명에 따른 기어박스(gear box)의 주차 위치를 얻게 된다.
기타의 작동 방식에 따라서, 주차 브레이크 장치(parking brake device)는 또한 보조 스프링을 통해 작동되는 솔리드 클러치(solid clutch)이기도 하다. 이와 같은 클러치는 차량의 구동라인(driving line)에 장착되어 있으며 기어 출력 샤프트(output shaft)와 연결된 구동라인의 출력 부분을 차단시킨다. 이 클러치는 기어에 장착된 구동라인의 출력 부분에 배치된다. 이와 같은 구성은 예를 들어 기어박스(gear box)가 하이브리드 기어(hybrid gear)로서 이루어져 있을 때, 즉 내연 기관을 위해 추가된 전동기와 결합하여 작용할 때 유리하다. 이와 같은 전동기는 또한 제네레이터로도 작동하며, 그럼으로써 시동 제네레이터(starting generator) 기능을 수행한다. 이와 같은 전동기는 엔진의 시동을 유발하며, 그 목적을 위해 클러치를 통해 구동라인이 기어 출력 샤프트(output shaft) 이후부터 분리되어야 한다. 또한 전동기는 토크를 구동라인에 전달하거나 또는 차량 정지시 재 가동을 위해 사용된다. 이때 구동라인의 분리를 위해서 주차 브레이크 기능을 수행하는 클러치 이외에도 구동라인에 있는 하나 또는 다수의 클러치가 사용된다. 주차 브레이크 클러치는 또한 구동라인의 분리와 연결에 사용된다. 그래서 주차 브레이크 기능과 구동라인의 분리/연결 기능 등 두 가지 기능이 오직 하나의 클러치에 의해 수행된다. 이때 액추에이터(actuator)는 기어의 변속 과정과 주차 브레이크 클러치의 작동 등을 위해 사용되며, 하나 또는 다수의 추가 클러치가 있는 경우에도 그 작동에 사용될 수 있다. 그러므로 여기에는 오직 하나의 액추에이터가 요구된다.
기어박스에 설치된 액추에이터(actuator)를 통해서만 주차 브레이크 기능을 얻어내기 위한 스프링 작동이 가능하다. 이 스프링은 다시 차량 구동라인(driving line)의 분리를 위해 구동라인에 설치된 클러치를 작동시킨다. 이 클러치는 예를 들어 구동라인의 출력 부분을 기어박스(gear box)와 차단시킴으로써 기어 출력 샤 프트(output shaft)와 결합된 구동라인의 출력 부분이 차단되도록 한다.
앞서 기술한 바와 같이 차단 폴(ratchet pawl)과 차단 휠(parking ratchet wheel)의 톱니가 일렬 상태에 있거나 또는 두 개의 솔리드 클러치(solid clutch) 부분이 그런 상태에 있을 경우 차단 폴과 차단 휠 사이의, 또는 두 개의 클러치 부분간의 안정적인 결합 상태가 발생되도록 하기 위해서, 본 발명은 액추에이터(actuator) 그리고/또는 작동 메커니즘(actuating mechanism)에 보조 스프링을 부착하였다. 액추에이터로서 예를 들어 전동기가 사용될 경우 이 전동기는 정차 시 차량 전기 시스템 보호를 위해 더 이상 작동하지 않게 되며 그와 더불어 전동기는 더 이상 스프링을 활성화시킬 수 없게 된다. 액추에이터가 스프링을 예압하는 상태가 되면 스프링의 압력을 통해 액추에이터가 기어박스의 주차 위치에 상응하는 상태에 머물게 된다. 이와 같은 목적을 위해서 액추에이터는 스프링을 예를 들어 셀프 로킹(self-locking) 상태의 기어, 즉 예를 들어 웜 기어 등을 통해 작동시킨다. 하지만 이때 액추에이터 그리고/또는 작동 메커니즘(actuating mechanism)은 로킹(locking)을 통해 스프링 예압 상태에 놓여지게 된다. 이와 같은 로킹은 예를 들어 중앙 변속 샤프트(central gear-shift-lever shaft)가 휴식을 취하는 것과 비슷한 상태이다. 이때 액추에이터 그리고/또는 작동 메커니즘이 하중 토크(load moment, lifting torque)의 차단과 함께 스프링 예압 상태에 놓이게 되는 것도 또한 가능하다. 스프링이 예압 상태에 있을 경우에도 액추에이터는 차량 구동라인(driving line) 그리고/또는 기어박스(gear box)에서 이동 과정을 실행할 수 있다.
본 발명 따른 기어박스는 자동기어(automatic transmission)또는 하중 클러치(load clutch)가 장착되어 견인력의 차단 없이 변속 가능한 기어 또는 앞서 기술한 바 있는 하이브리드 기어(hybrid gear)가 될 수 있다.
본 발명의 또 다른 예로서는, 본 기어박스는 모든 시프트 바(shift bar) 또는 기타 기어의 변속 장치가 중립 위치에 있을 때에만 기어를 주차 위치에 놓을 수 있는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 함으로써 예를 들어 기어가 전진 위치의 1 단에 있어 운전자는 차량이 1단으로 운행될 것을 예상하고 있는데 액추에이터가 차단 폴(ratchet pawl)이나 클러치를 작동시켜 기어 출력 샤프트(output shaft)가 갑작스럽게 정지 상태로 되는 문제 상황의 발생을 방지한다.
본 발명은 또한 기어가 주차 상태에 도달한 이후에 중립 위치로 변속되도록 하였다. 중립 위치는 또한 추가적으로 중립 통로를 통해서 얻어진다. 그밖에도 예를 들어 널찍한 기어 시프트 포크(shift fork)를 사용함으로써 기어에서 중앙 변속 샤프트(central gear-shift-lever shaft)의 변속 핑거(change-speed lever knuckle)가 시프트 바(shift bar)의 시프트 포크로 삽입되도록 하였다. 시프트 바는 이때 차단 폴이나 클러치를 작동시켜 기어가 주차 위치에 놓이도록 하며, 곧 이어서 변속 핑거는 주차 위치가 해제되지 않고도 다시 넓은 시프트 포크로부터 분리된다. 이와 같은 방식의 장점은 예를 들어 차량의 내연기관이 오직 중립 위치에서만 시동될 수 있다는 것이다. 그렇지 않다면 모터를 시동하기 위해 차량의 운행 브레이크를 작동시켜야만 할 것이다.
본 발명은 또한 기어가 주차 상태에 도달한 이후에 전진 위치 또는 후진 위 치로 변속되도록 하였다. 전진 위치로의 변속, 즉 예를 들어 주차 위치의 상태에서 1단으로의 변속은 예를 들어 차량이 경사진 도로를 오르다가 잠깐씩 멈추어야 할 때 기어의 주차 브레이크 기능을 통해 뒤로 굴러감을 방지하고 차량이 전진을 계속 할 때 이미 1단에 기어가 들어가 있도록 한다. 이때 시동 클러치가 열려 있으면 액추에이터(actuator)에 의해 주차 상태가 해제되고 시동 클러치가 접속됨으로써 뒤로 굴러감 없이 경사면을 오르는 주행이 가능하게 된다.
본 발명에 따라서, 기어의 변속 과정을 실행시키기 위한 액추에이터(actuator), 즉 예를 들어 기어 레귤레이터는 차량 구동라인(driving line)에 장착된 하나 또는 다수의 클러치를 작동시키는데 이용된다. 이와 같은 작동 방식은 하이브리드 기어(hybrid gear)를 사용할 때 유리하다. 여기서는 내연기관의 모터 이외에 전동기가 사용된다. 전동기는 내연기관의 시동을 위하여 필요하며 또 차량의 전기 시스템을 위한 제네레이터로서도 사용되며 또 차량에 제동을 걸 때 재 가동을 위해 사용되며 또 차량 구동라인에 토크를 전달한다. 이와 같은 배치에서 전동기는 기어 입력 샤프트(input shaft), 즉 구동 샤프트(drive shaft)와 기어 출력 샤프트(output shaft) 모두에 작용하기 때문에 두 개의 클러치가 필요하다. 이 클러치들은 예를 들어 액추에이터에 의해 작동되는 솔리드 클러치(solid clutch)가 될 수도 있다. 이와 같은 추가적인 클러치들이 액추에이터에 의한 작동 메커니즘(actuating mechanism)을 통해 작동된다면 이 작동메커니즘은 클러치를 작동 또는 해제 상태로 만든다. 액추에이터는 작동 또는 해제 상태에서도 계속적으로 이동 과정, 즉 예를 들어 구동라인에 있는 또 다른 클러치들의 작동 과정을 실행시 키거나 또는 기어 변속 과정을 수행하기 위해 당겨진다. 하나 또는 다수의 클러치들의 작동 메커니즘은 주차 브레이크 장치(parking brake device)의 작동 메커니즘과 유사하게 예를 들어 셀프 로킹(self-locking) 상태나 또는 로킹(locking) 상태나 또는 하중 토크(load moment, lifting torque) 차단 상태에 놓이게 된다. 그러므로 액추에이터는 기어박스에서의 이동 과정을 실행하기 위하여 그리고/또는 주차 브레이크 장를 작동하기 위하여 그리고/또는 차량 구동라인 상에서의 하나 또는 다수의 클러치를 작동하기 위하여 사용된다.
도 1은 주차 브레이크가 장착된 기어박스(gear box)의 단면에 관한 도해도.
도 2는 솔리드 클러치(solid clutch)의 형태로 주차 브레이크가 장착된 구동라인(driving line)에 관한 도해도.
도 3은 기어박스(gear box)의 각 단 및 주차 브레이크를 실행시키기 위한 작동 방식 관한 도해도.
도 4는 변형된 중앙 변속 샤프트(central gear-shift-lever shaft)가 장착된 도 3과 유사한 작동방식에 관한 도해도.
도 1은 본 발명에 따른 주차 브레이크에 관한 도해를 포함한 기어박스의 개괄적 단면도이다.
차단 폴(ratchet pawl) 2는 오직 단면으로만 표시된 기어박스 덮개(gear box case) 1에 유동적으로 고정되어 있으며, 차단 폴의 톱니 3을 통해 단면으로 표시된 차단 휠(parking ratchet wheel) 5의 상대 톱니 4와 결합/해제될 수 있다.
이때 차단 휠 5는 축, 즉 여기에 표시되지 않은 기어의 출력 샤프트(output shaft)에 고정되어 회전한다. 그래서 기어 출력 샤프트는 차단 폴의 톱니 3이 차단 휠 5의 톱니 4에 삽입되었을 때 회전이 차단된다.
차단 폴(ratchet pawl)의 톱니 3이 톱니 4에 삽입되기 위해서는 액추에이터(actuator)의 작동이 이용되며, 그것은 또한 차단 폴의 톱니 3과 차단 휠(parking ratchet wheel) 5의 톱니 4 사이의 결합 상태를 다시 푸는데도 이용된다. 이와 같은 목적을 실현시키기 위해서 도면 1에서는 상세히 표현되어있지 않은 액추에이터가 사용된다. 이 액추에이터는 예를 들어 전기적 또는 풍압적 또는 유압적으로 구동되며, 기어박스에서 기어 변속 과정을 자동화하는데도 이용된다. 이때 이와 같은 액추에이터는 결합상태를 얻어내거나 해제하기 위하여 연결 바 6을 끌어당기거나 밀치는 작동을 한다. 이와 같은 연결 바 6은 예를 들어 기어박스 덮개(gear box case)에 배치된 시프트 바(shift bar)가 될 수 있다. 이와 같은 시프트 바에는 중앙 변속 샤프트(central gear-shift-lever shaft)의 변속 핑거(change-speed lever knuckle)를 통해서 작동되는 시프트 포크(shift fork)가 부착되어 있다.
도 1에 묘사된 주차 브레이크의 실시 형태에서 결합 상태를 얻어내기 위해 F작동력으로 표기된 힘이 액추에이터(actuator)에 의해 가해진다. 이 힘은 연결 바(bar) 6, 스프링 7, 로울러(roller) 8로 전달되며, 기어박스 덮개 1에 고정된 반 대편 로울러 9에 의해 차단 폴(ratchet pawl) 2로 전달된다. 이때 차단 폴의 톱니 3이 차단 휠(parking ratchet wheel)의 톱니 5와 마주보는 위치에 있어서 차단 폴의 톱니 3이 차단 휠의 톱니 4로 삽입될 수 없는 경우를 생각해 볼 수 있다. 이때 도면의 연결 바 6이 왼쪽 방향으로 움직이게 되면 스프링 7이 압력을 받게 된다. 그렇게 되면 차량이 조금이라도 움직여서 기어의 출력 샤프트(output shaft)에 회전력이 발생하는 경우 차단 폴의 톱니 3에 차단 휠 5의 톱니 4 쪽으로 움직임이 발생해서 톱니들이 결합되고, 그럼으로써 기어 출력 샤프트의 회전이 차단된다. 이때 스프링 7의 예압을 통해 연결 바 6이 작용력 F작동력와 반대로 움직이지 않으려면, 그리고 예를 들어 전동기로써 사용되는 액추에이터가 차량이 정지한 이후 더 이상 작동되지 않게 하려면, 로킹(locking) 10이 있어야 한다. 로킹 10은 연결 바 6에 작용하여 연결 바 6이 뒤로 밀리는 것을 방지한다.
도 2는 솔리드 클러치(solid clutch)의 형태로 작동하는 하이브리드 기어(hybrid gear) 및 주차 브레이크가 장착된 구동라인(driving line)에 관한 도해이다.
내연기관 11은 시동 클러치를 통해 기어박스 13에 작용한다. 이 기어박스 13에는 시동 제네레이터로 작용할 뿐만 아니라 운행용 보조 전기 모터로서 구동라인 상의 구동 토크(driving torque)를 공급하는 전동기 14가 연결되어 있다.
도 2에 따른 구동라인(driving line)에는 전동기 14 뒤쪽으로 구동 라인을 분리하는 솔리드 클러치(solid clutch) 15와 주차 브레이크 장치(parking brake device) 로 작용하는 솔리드 클러치 16이 있다. 여기서 이 두 클러치의 기능은 상응하는 슬립 커플링(slip coupling) 17의 작동을 통해 하나의 클러치 안에 통합될 수 있다. 클러치 15에 덧붙여서 도식적으로 표현된 차동 기어(differential gear) 18과 구동 기어(driving gear) 19가 배치되어 있다.
정상 운행 시 내연기관 11은 구동 토크(drive torque)를 입력 토크(input torque)로서 기어박스(gear box) 13에 작용하게 한다. 입력 토크는 도식적으로 1과 2로 표시된 한 쌍의 톱니바퀴를 통해 변화하여, 출력 토크로서 기어박스 13의 출력 샤프트(output shaft)를 통해 구동 기어 19에 작용한다. 추가적으로 전동기 14는 예를 들어 차량을 더욱 가속하기 위해서 구동 토크를 구동 기어에 전달하거나 또는 제네레이터로 작용하기도 한다. 그밖에도 정상 운행 시 솔리드 클러치(solid clutch) 15는 닫혀있다. 차량 정차 시 주차 브레이크 장치(parking brake device) 16이 차량의 의도하지 않은 굴러감을 방지하려면 기어박스 13의 선택 과정 및 변속 과정을 수행하는 액추에이터(actuator)를 통해 슬립 커플링(slip coupling) 17을 도면상에서 오른쪽 방향으로 밀어내야 한다. 그래서 기어박스 13에 연결된 출력 쪽 구동라인(driving line)이 차단되도록 한다. 이때 슬립 커플링 17의 내부 톱니는 축에 연결되어 회전하는 클러치 16의 외부 톱니와 결합하게 된다. 이 클러치 16은 예를 들어 기어박스 덮개에 고정되어 있다. 이와 같은 방식으로 해서 차량의 굴러감이 방지된다. 내연기관 11이 시동되려면 솔리드 클러치 15가 기어박스 13의 액추에이터를 통해 열려야 한다. 동시에 기어박스의 액추에이터는 예를 들어 기어박스 13의 첫 번째 단에 삽입된 솔리드 클러치(solid clutch)를 닫는다. 그래서 전동기 14에 의해 구동라인의 출력 부분에 작용된 토크가 기어박스 13과 시동 클러치 12를 통해 내연기관 11에 작용하여 시동을 얻어낸다. 내연기관 11이 시동된 이후에는 상응하는 슬립 커플링 17의 작동을 거쳐 기어박스 13의 액추에이터에 의해 솔리드 클러치 15가 닫혀짐과 동시에 주차 브레이크 장치(parking brake device)의 클러치 16이 열린다. 그러면 내연기관 11은 구동 토크를 구동 기어 19에 작용시킨다.
도 3은 주차 브레이크의 작동을 위해 작용하는 기어박스(gear box) 내부의 원동력에 관한 도해이다.
도 3에 묘사된 실시 예에는 선택 과정을 위한 액추에이터(actuator) 20과 변속 과정을 위한 액추에이터 21이 제시되어 있다. 액추에이터 20과 21은 중앙 변속 샤프트(central gear-shift-lever shaft) 22를 작동시킨다. 중앙 변속 샤프트 22는 덮개 23 안에서 회전 및 축 방향 움직임이 가능하도록 고정되어 있다. 이때 액추에이터(actuator) 20과 21은 각각의 기어 단계를 거쳐 중앙 변속 샤프트 22에 회전 운동을 전달한다. 기어 단계 24와 25는 이때 셀프 로킹(self-locking) 상태로 실행됨으로써 주차 브레이크 장치(parking brake device)의 예압된 스프링(biasing spring) 7에서 발생되어 중앙 변속 샤프트 22로 작용하는 힘이 중앙 변속 샤프트 22에 조절되지 않은 운동을 발생시키지 못하게 한다.
중앙 변속 샤프트(central gear-shift-lever shaft) 22에는 액추에이터(actuator) 20, 21과 마주한 반대편 끝 부분에 변속 핑거(change-speed lever knuckle) 26과 27이 있어서 시프트 포크(shift fork) 28과 29에 삽입될 수 있다. 시프트 포크 29는 이때 기어박스(gear box) 덮개 1에 고정되어 있는 시프트 바(shift bar)30에 고정되어 있다. 이 시프트 바를 통해 기어박스의 각 단들이 변속될 수 있다.
변속 핑거(change-speed lever knuckle) 26은 시프트 바(shift bar) 31에 고정된 시프트 포크(shift fork) 28에 삽입된다. 이때 시프트 바 31을 통해서 예를 들어 연결 바 6(도 1)이 주차 브레이크 장치(parking brake device)의 작동을 위해 힘을 받게된다. 기어박스(gear box)의 주차 브레이크가 활성화되면 액추에이터(actuator) 20과 셀프 로킹(self-locking) 상태의 기어 단계 24를 통해서 중앙 변속 샤프트(central gear-shift-lever shaft) 22가 축 방향으로 밀려나게 된다. 그러면 변속 핑거26은 시프트 포크 28로 삽입된다. 액추에이터 21이 작동하면 기어 단계 25를 통해 중앙 변속 샤프트22가 회전 운동을 하게 되고, 그러면 시프트 바 31이 축 방향으로 움직이게 되고, 그러면 연결 바 6이 작용력 F작동력의 힘으로 압력을 받게되고, 그와 더불어 주차 브레이크 장치가 잠기게 된다.
이와 유사한 방식으로 다수의 액추에이터(actuator)를 통해서 혹은, 선택 과정과 변속 과정의 실행을 위해 오직 하나의 액추에이터가 사용될 경우에는, 하나의 액추에이터를 통해서 주차 브레이크 장치(parking brake device) 16은 클로 클러치의 형태로 작동한다. 그렇게 되면 예를 들어 시프트 바(shift bar) 31을 통해 하이브리드 기어(hybrid gear)의 슬립 커플링(slip coupling) 17을 도면 제 2 도에 따라 작동시키는 것이 가능해진다. 즉 기어박스(gear box)의 단 변속 과정을 위한 액추에이터를 기어에 연결된 구동라인(driving line)을 분리 및 결합시키도록 솔리드 클러치(solid clutch)를 열고 닫는데 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 또한 클로 클러치의 형태로 주차 브레이크 장치 16을 열고 닫는데 사용될 수도 있다.
비록 도 3에 따른 구성이 클로 클러치의 형태로 주차 브레이크 장치(parking brake device) 16을 작동시키기 위해 사용될 수도 있지만, 도 4에서는 클로 클러치 16의 작동을 위해 변형된 중앙 변속 샤프트(central gear-shift-lever shaft) 32를 이용한 또 다른 실행 방식을 보여주고 있다. 도 4에 따른 작동 방식의 구성을 도 3에 따른 작동 방식의 구성과 구분하여 주는 근본적인 요소는 변형된 중앙 변속 샤프트 32이다. 도 4를 보면 금방 알 수 있듯이 이 변형된 중앙 변속 샤프트 32는 단지 하나의 변속 핑거(change-speed lever knuckle)만을 가지고 시프트 포크(shift fork) 29를 작동시켜서 단 변속 과정을 수행하고 시프트 포크 28을 작동시켜 주차 브레이크 장치를 작동시킨다.
도 4에 묘사된 도면이 보여주듯이 이 변속 장치는 6 단계의 단이 있으며, 이중 예를 들어 다섯 개의 단은 전진 운행을 위해서, 한 개의 단은 후진 운행을 위해 사용된다. P자로 표기된 주차 브레이크는 N자로 표기된 중립 통로를 통해서만 활성화 될 수 있다. 이렇게 함으로써 기어가 들어가 있는 상태에서 주차 브레이크가 작동되는 문제를 없앨 수 있다. 주차 브레이크 장치(parking brake device)가 딸린 기어박스(gear box)가 장착된 차량의 이용자가 차량의 운행을 최소한 일정 시간 동안 중지하고 주차 브레이크를 작동시키고자 할 때 그 이용자는 차량 실내에 배치된 변속 레버를 변속 장치의 그림에 상응하는 위치 P로 가져간다. 그러면 액추에이터(actuator) 20이 중앙 변속 샤프트(central gear-shift-lever shaft) 32 를 아래로 밀어서 변속 핑거(change-speed lever knuckle) 27을 중립 통로를 따라 시프트 포크(shift fork) 28로 가져간다. 이때 이에 상응하는 액추에이터 21이 중앙 변속 샤프트 32를 회전시키고 그에 따라 시프트 바(shift bar) 31이 밀려나게 되며, 그러면 이 시프트 바 31이 연결 바 6(제 1 도)을 압박하거나 또는 P(제 2 도)에 표시된 주차 위치의 방향으로 슬립 커플링(slip coupling) 17을 밀어낸다.
이때 예를 들어 도 2에 묘사된 구동라인(driving line)에서 시프트 바(shift bar) 30들 중에 하나가 주차 브레이크가 활성화 된 상태에서 기어 변속을 위해 움직여야 할 경우가 발생하면, 즉 예를 들어 전동기 14를 통해 솔리드 클러치(solid clutch) 15가 열려진 상태에서 전동기 14를 통해 내연기관 16이 기어박스(gear box) 13에서 변속된 기어의 단으로 시동되어야 하고 또 그럼에도 불구하고 의도하지 않은 굴러감을 방지하기 위해 주차 브레이크 장치(parking brake device)가 클로 클러치의 형태로나 또는 구성된 형태로 차단 폴(ratchet pawl) 및 차단 휠(parking ratchet wheel)과 결합되어 있어야하는 경우가 발생하면, 주차 브레이크 장치(가 삽입된 상태를 유지하며 동시에 변속 과정을 실행하는 것이 필요하다. 이와 같은 목적을 실현하기 위해서 예를 들어 도 4에 묘사된 시프트 포크 마우스 33이 넓게 실행되어야 한다. 그래서 주차 브레이크 상태를 얻기 위한 회전 운동에 의해 발생하는 중앙 변속 샤프트(central gear-shift-lever shaft) 32의 비틀림이 시프트 포크 28의 작동을 유발시키지 않도록 한다. 이때 액추에이터(actuator) 20을 통한 기어 선택 과정, 즉 묘사된 실시 예에서와 같은 중앙 변속 샤프트 32의 왕복 운동을 통해서 주차 브레이크 상태가 변화되지 않게 된다. 그밖에 또 다른 방법 도 가능하다. 도 4에 묘사된 실시 예에 나와 있듯이 시프트 포크 28과 그 위에 배치된 시프트 포크 29의 일정한 간격을 통해 얻어지는 중립 통로를 도입하는 것이다. 그래서 중앙 변속 샤프트 32의 비틀림이 발생하고 또 그에 상응하는 압력이 시프트 포크 28에 가해진 이후에 액추에이터 20이 작동하게 되고, 또 그와 함께 변속 핑거(change-speed lever knuckle) 27이 시프트 포크 마우스(shift fork mouse) 33에서 벗어나 윗 방향으로 이동하게 된다. 그러면 시프트 포크 마우스 33이 넓게 실행될 필요가 없다.
액추에이터(actuator) 21이 그에 상응하여 작동하게 되면 약간 위로 올라간 중앙 변속 샤프트(central gear-shift-lever shaft) 32가 회전운동을 하게 되고, 그렇게 되면 변속 핑거(change-speed lever knuckle) 27은 1단에서 6단에 걸친 중립 통로 내부에서 작동하게 된다. 주차 브레이크는 이때 여전히 닫혀진 상태에 있지만 그럼에도 불구하고 예를 들어 1단으로의 기어 삽입이 가능해지고 그와 함께 내연기관11의 전동기 14, 기어박스(gear box) 13, 닫혀진 시동 클러치 12 등의 시동이 얻어진다. 이때 이와 같은 시동 과정이 진행되는 동안 솔리드 클러치(solid clutch) 15는 열려있다. 시동 과정 이후에는 시동 클러치 12가 해제되고 솔리드 클러치 15는 닫혀지며, 주차 브레이크 16은 열린 상태로 된다. 그렇게 되면 구동라인(driving line)은 내연기관 11의 토크를 구동 기어 19로 전달할 준비가 완료된다.
그러므로 본 발명에 따라서 이와 같은 기어박스(gear box), 즉 예를 들어 자동기어(automatic transmission) 또는 하중기어(load-changeable transmission) 또 는 하이브리드 기어(hybrid gear) 등에는 기어박스의 액추에이터(actuator) 또는 기어 레귤레이터(gear regulator)를 통해 작동하는 주차 브레이크 장치(parking brake device)가 사용된다. 주자 브레이크 장치의 작동 이외에도 기어 레귤레이터 역시 예를 들어 기어 출력 샤프트(output shaft)의 분리에 사용되는 추가 클러치의 작동을 위해 투입된다. 주차 브레이크 장치를 작동시키기 위해 마련된 보조 스프링은 주차 브레이크의 차단 톱니들이 서로 일렬로 마주보는 위치에 있을 때에도 차량이 단지 조금만이라도 상대 운동을 하게 되면 그리고 그와 더불어 기어 출력 샤프트나 출력 부분의 구동 라인이 움직이게 되면 억지로 결합을 얻어내는 역할을 한다. 앞서 기술한 실시 예에서 기어박스의 중앙 변속 샤프트에 대한 설명이 이미 나와있지만, 기어박스에서의 중앙 변속 샤프트의 동작은 또한 연속적인 방식으로 이루어질 수도 있다. 이때 그와 같은 목적을 실현하기 위해서는 컨트롤러 배럴이 사용되며, 이것을 작동시키기 위해서는 액추에이터가 하나 필요하다.
본 발명에 관한 하위 특허 청구범위들에 적용된 소급관계들은 각각 하위 청구들의 특질들을 통해서 주 특허 청구범위의 대상이 계속 형성되고 있음을 지시한다. 이 소급관계들은 소급 적용되는 하위 청구범위들의 특질조합에 대한 독자적인 특허권의 획득을 포기하는 것으로서 이해되어서는 안 된다.
하위 특허 청구범위들의 대상들이 기술 상태를 고려하여 우선권을 주장하는 날에 고유하고 독립적인 발명들을 형성할 수 있기 때문에 출원인은 그것들을 독립적인 청구권이나 부분 공시의 대상으로 만들 권리를 유보한다. 이들 하위 청구범위 의 대상에는 또한 앞에서 언급된 하위 청구권들의 대상들과 독립된 형태의 독자적인 발명들이 포함될 수 있다.
본 실시 예들은 발명을 제한하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 오히려 본 특허 공시의 범위 내에서 수많은 수정과 변형이 가능하다. 여기에는 특히 예를 들어 일반적 설명 및 실행방식, 특허청구범위를 통해 기술되고 도면으로 제시된 특질들 내지는 요소들 또는 작동방법의 단계들과 관련된 조합 및 변형을 통해서 전문가에게 과제 해결이라는 관점에서 받아들여질 수 있고, 또 조합 가능한 특질들을 통해 새로운 대상들 또는 새로운 작동방법의 단계 내지는 그 후속 단계를 끌어낼 수 있는 바의 변형물들, 요소들 그리고/또는 조합들 그리고/또는 재료들이 있다. 여기서 언급된 것들은 또한 제작, 실험 및 작업의 방법과 관련된 한에서 그렇다.

Claims (12)

  1. 최소한 하나의 구동 샤프트(drive shaft)와, 하나의 출력 샤프트(output shaft), 각 샤프트에 배치된 다수의 액추에이터(actuator)에 의해 결합/해제되는 톱니바퀴를 구비하고 있으며, 상기 출력 샤프트를 차단시키기 위해 액추에이터에 의해 작동되는 주차 브레이크 장치(parking brake device)가 사용되는 것을 특징으로 하는 자동차용 기어박스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기어박스(gear box)는 기어 샤프트(gear shaft)에 연결되어 회전하는 주차용 차단 휠(parking ratchet wheel)과, 그와 결합되는 차단 폴(ratchet pawl)을 주차 브레이크 장치(parking brake device)로서 사용하며, 이때 차단 폴을 보조 스프링을 통해 차단 휠과 결합되고 해제될 수 있는 것을 특징으로 하는 자동차용 기어박스.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기어박스(gear box)의 주차 브레이크 장치(parking brake device)는 보조 스프링을 통해 압력을 전달받는 솔리드 클러치(solid clutch)를 통해 작동되며, 상기 클러치는 차량의 구동라인(driving line)에 장착되어 있으며 기어 출력 샤프트(output shaft)와 연결된 구동라인의 출력 부분을 차단시키는 것을 특징으로 하는 자동차용 기어박스.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 기어박스(gear box)는 액추에이터(actuator) 또는 작동 메커니즘(actuating mechanism)이 스프링을 예압(biasing)할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 기어박스.
  5. 제4항에 있어서, 상기 기어박스(gear box)는 상기 스프링이 예압 상태에 있을 경우에도 액추에이터(actuator)가 차량 구동라인(driving line) 또는 기어박스에서 이동 과정을 실행할 수 있는 것을 특징으로 하는 자동차용 기어박스.
  6. 제4항에 있어서, 상기 기어박스(gear box)는 액추에이터(actuator)가 셀프 로킹(self-locking) 상태의 변속 과정을 거쳐서 스프링에 압력을 가하는 것을 특징으로 하는 자동차용 기어박스.
  7. 제4항에 있어서, 상기 기어박스(gear box)는 액추에이터(actuator) 또는 작동 메커니즘(actuating mechanism)이 로킹(locking)에 의해서 작동하는 것을 특징으로 하는 자동차용 기어박스.
  8. 제4항에 있어서, 상기 기어박스(gear box)는 액추에이터(actuator) 또는 작동 메커니즘(actuating mechanism)이 하중 토크(load moment, lifting torque)의 차단에 의해 작동하는 것을 특징으로 하는 자동차용 기어박스.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기어박스(gear box)는 자동 기어박스(automatic gear box) 또는 하중 클러치(load clutch)를 통해 견인력의 차단 없이 변속 가능한 기어박스(gear box) 또는 하이브리드 기어(hybrid gear) 등으로 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 자동차용 기어박스.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기어박스(gear box)는 모든 시프트 바(shift bar) 또는 기어 작동 요소들이 중립 위치에 있을 때만 주자 브레이크가 들어간 상태에서의 기어 변속이 가능한 것을 특징으로 하는 자동차용 기어박스.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기어박스(gear box)는 주차 위치에 도달한 이후에 중립 위치에서 기어 변속이 가능한 것을 특징으로 하는 자동차용 기어박스.
  12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기어박스(gear box)는 주차 위치에 도달한 이후에 전진 또는 후진 위치에서 기어 변속이 가능한 것을 특징으로 하는 자동차용 기어박스.
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