KR101652620B1

KR101652620B1 - 오일 유동이 조절되는 트랜스퍼 케이스

Info

Publication number: KR101652620B1
Application number: KR1020147035894A
Authority: KR
Inventors: 슈테판 라이트겝; 마르쿠스 링슈타인; 한스 토마스 파이흐트너
Original assignee: 마그나 파워트레인 게엠베하 운트 코 카게
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2013-06-24
Publication date: 2016-08-30
Also published as: US9523423B2; DE102012210865A1; CN104411529A; KR20150011393A; CN104411529B; DE102012210865B4; US20150152955A1; WO2014001264A1

Abstract

본 발명은 입력 샤프트, 제1 출력 샤프트 및 제2 출력 샤프트와, 입력 샤프트를 통해 도입되는 구동 토크를 제1 출력 샤프트나 제2 출력 샤프트에 분배하기 위한 커플링을 갖는 토크 전달 장치를 갖되, 드라이브가 토크 전달 장치와 제2 출력 샤프트 사이에서 작용하고, 윤활유 수거용 오일 저장조가 마련되는 트랜스퍼 기어에 관한 것이다.

Description

오일 유동이 조절되는 트랜스퍼 케이스{TRANSFER CASE WITH REGULATED OIL FLOW}

본 발명은 입력 샤프트, 제1 출력 샤프트 및 제2 출력 샤프트와, 입력 샤프트를 통해 도입되는 구동 토크를 제1 출력 샤프트와 제2 출력 샤프트에 선택적으로 분배하기 위해 클러치를 갖는 토크 전달 장치를 갖되, 드라이브가 토크 전달 장치와 제2 출력 샤프트 사이에서 작용하고, 윤활유를 수거하기 위해 오일 저장조가 마련되는 트랜스퍼 기어(transfer gear)에 관한 것이다.

특히, 이는 체인에 의해 구동되는 하부 체인 휠과 상부 체인 휠을 갖는 체인 드라이브를 갖되, 하부 체인 휠은 윤활유가 들어있는 오일통에 침지되고, 윤활유가 체인에 의해 상부 체인 휠의 방향으로 오일통으로부터 운반될 수 있는 트랜스퍼 기어이다.

자동차에서, 트랜스퍼 기어는 두 차량 액슬에 다양한 방식으로 구동 토크를 분배하기 위해 사용된다. 이를 위해, 트랜스퍼 기어는 입력 샤프트, 제1 출력 샤프트 및 제2 출력 샤프트를 갖는다. 입력 샤프트는 자동차의 구동 유닛, 예컨대 내연 기관에 연결된다. 제1 출력 샤프트는 특히 제1 액슬 차동 장치를 통해 자동차의 제1 액슬, 예컨대 리어 액슬에 연결된다. 제2 출력 샤프트는 특히 제2 액슬 차동 장치를 통해 자동차의 제2 액슬, 예컨대 프런트 액슬에 연결된다.

트랜스퍼 기어는 또한 입력 샤프트를 통해 도입되는 구동 토크를 제1 출력 샤프트와 제2 출력 샤프트에 선택적으로 분배하기 위해 클러치를 갖는 토크 전달 장치를 갖는다. 예컨대, 제1 출력 샤프트는 입력 샤프트와 일체형 구성을 취하거나, 공동 회전을 위해 입력 샤프트에 연결될 수 있되, 마찰 클러치가 다양한 방식으로 입력 샤프트를 제2 출력 샤프트에도 선택적으로 결합시킨다. 대안으로서, 예컨대 토크 전달 장치가 액슬간 차동 장치를 포함하되, 마찰 클러치가 다양한 방식으로 액슬간 차동 장치를 선택적으로 록킹하기 위해 두 출력 샤프트 중 하나와 입력 샤프트 사이(또는 두 출력 샤프트 사이에서)에서 작용하는 것이 가능하다.

입력 샤프트와 제2 출력 샤프트는 일반적으로 상이한 높이로 배열되며, 토크 전달 장치와 제2 출력 샤프트 사이에는 오프셋 드라이브가 마련된다. 상기 오프셋 드라이브는 체인에 의해 연결되는 하부 체인 휠과 상부 체인 휠을 갖는 체인 드라이브로서 구성될 수 있다. 하부 체인 휠은 제2 출력 샤프트에 공동 회전을 위해 결합된다. 상부 체인 휠은 토크 전달 장치의 출력 요소에 공동 회전을 위해 결합된다.

트랜스퍼 기어가 전용 오일 펌프를 갖추지 않아도 되도록 하기 위해, 체인 드라이브의 체인이 오일 전달 장치 역할을 할 수 있다. 이를 위해, 하부 체인 휠은 윤활유로 충전된 오일통에 침지되며, 이때 윤활유는 체인에 의해 상부 체인 휠의 방향으로 오일통으로부터 운반된다. 윤활유는 체인 드라이브의 상단부에서 체인으로부터 방출되고, 이어서 예컨대 수거 장치에 의해 수거될 수 있으며, 윤활 지점(예컨대 마찰 클러치와 베어링)의 방향으로 수거 장치로부터 이동될 수 있다.

공지된 트랜스퍼 기어의 한 가지 단점은 오일통에 침지되는 하부 체인 휠과 오일통을 통과하는 체인이 바람직하지 않은 처닝(churning) 손실, 즉 오일통에 발생하는 드래그 토크로 인한 트랜스퍼 기어의 효율 저하를 초래한다는 것이다. 또한, 이로 인해 오일통에 들어있는 윤활유의 온도가 증가하여 윤활유의 냉각 효과가 감퇴한다.

WO2012/038022는 오일통 내로 개방된 배출구를 오일 저장조 내에 갖되, 체인은 오일 저장조에 수거된 윤활유의 오일통 내로의 유출이 체인에 의해 제한되도록 오일 저장조의 배출구에 배열되는 트랜스퍼 기어를 개시한다.

자동차의 에너지 효율에 대한 요구가 지속적으로 높아지는 것을 고려하여, 본 발명의 목적은 견고하고 신뢰성 있는 구성을 취하면서 체인 드라이브의 처닝으로 인한 오일 손실을 저감하는, 전술한 유형의 트랜스퍼 기어를 제공하는 것이다.

처닝으로 인한 손실의 저감은 유리하게는 가동 가능한 조절 메커니즘에 의해 설정될 수 있는 저감된 오일 수위를 통해 달성된다.

이때, 가동 가능한 조절 장치가 토크 전달 장치에 의해 동작 개시되어, 요구시에만 오일 공급이 개시되도록 보장하는 것이 유리하다.

도 1은 폐쇄 메커니즘을 갖춘 트랜스퍼 기어를 도시한다.
도 2는 폐쇄 메커니즘의 제1 실시예를 도시한다.
도 3a와 도 3b는 폐쇄 및 개방 상태의 폐쇄 메커니즘을 각각 도시한다.
도 4는 폐쇄 메커니즘의 제1 실시예의 작동을 도시한다.
도 5는 폐쇄 메커니즘의 제2 실시예를 도시한다.

이하, 첨부 도면을 참조하는 유리한 실시예를 통해 본 발명을 단지 예로서 설명한다.

도 1에 도시된 트랜스퍼 기어는 2-부분 하우징을 가지는데, 도면에는 두 부분 중 일측 반부(11)만이 도시되어 있다. 하우징 반부(11)는 조립 상태(미도시)에서 타측 하우징 반부의 해당 플랜지 표면이 안착되는 플랜지 표면(13)을 갖는다. 제1 출력 샤프트(17)와 일체형 구성을 취하는 입력 샤프트(15)가 구름 베어링(미도시)에 의해 하우징에 회전 가능하게 장착된다. 또한, 제2 출력 샤프트(19)가 입력 샤프트(15)에 평행하게 오프셋된 상태로, 보다 구체적으로는 입력 샤프트(15) 하부에 배치된 상태로 하우징에 회전 가능하게 장착된다. 입력 샤프트(15)는 자동차의 구동 유닛에, 예컨대 내연 기관과 연동하는 주 변속기의 출력 요소에 비-포지티브 방식으로(non-positively) 연결된다. 제1 출력 샤프트(17)는 예컨대 자동차의 리어 액슬의 액슬 차동 장치에 비-포지티브 방식으로 연결되며, 제2 출력 샤프트(19)는 자동차의 프런트 액슬의 액슬 차동 장치에 비-포지티브 방식으로 연결된다. 마찰 클러치(미도시)에 의해, 입력 샤프트(15)를 통해 도입되는 구동 토크의 일부가 제2 출력 샤프트(19) 및 자동차의 프런트 액슬에 공지된 방식으로 선택적으로 이송될 수 있다.

이를 위해, 체인 드라이브(21)가 마찰 클러치와 제2 출력 샤프트 사이에서 작용하며, 이때 마찰 클러치의 제1 부분은 입력 샤프트(15)에 공동 회전을 위해 연결되고 마찰 클러치의 제2 부분은 체인 드라이브(21)의 상부 체인 휠(23)에 공동 회전을 위해 연결된다. 상부 체인 휠(23)은 체인(25)에 의해 하부 체인 휠(27)에 연결된다. 하부 체인 휠(27)은 제2 출력 샤프트(19)에 공동 회전을 위해 연결된다.

하부 체인 휠(27)과, 하부 체인 휠(27)에 안착되는 체인(25)의 해당 부분은 오일통(31)에 침지되며, 이때 오일통은 하우징 반부(11)의 최하측 영역에 형성되고, 트랜스퍼 기어의 구성요소를 윤활 및/또는 냉각하기 위해, 특히 상기 마찰 클러치의 핀을 윤활 및 냉각하기 위해 사용되는 윤활유의 일부로 충전된다. 트랜스퍼 기어의 작동 중에, 오일통(31)의 윤활유는 상부 체인 휠(23)의 방향으로 체인 가이드(29)를 따라 체인(25)에 의해 운반될 수 있다. 운반되는 윤활유는 상부 체인 휠(23)의 영역에서 예컨대 떨쳐지거나 긁어져 나갈(thrown off or scraped off) 수 있으며, 그 결과 윤활유는 적절한 공급 장치, 예컨대 채널을 통해 상기 마찰 클러치와, 그리고 적절할 경우, 추가 윤활 지점(예컨대 베어링)에 공급된다.

오일통(31) 외에, 오일 저장조(33)가 도시된 하우징 반부(11)에 형성된다. 오일 저장조(33)는 윤활유를 수거하기 위해 사용되며, 이때 윤활유의 대부분 또는 전부는 의도된 방식대로 상기 마찰 클러치(그리고 적절할 경우, 베어링)를 윤활 및 냉각한 후에 적절한 회수 장치(예컨대 채널 또는 도관)에 의해 오일 저장조(33) 내로 이동된다. 오일 저장조(33)는 하부 체인 휠(27)의 회전축(A)을 기준으로 오일통(31)에 대해 방사상으로 오프셋되게 배열된다.

본 발명에 따른 폐쇄 메커니즘(1)의 제1 실시예가 도 2에 도시되어 있다. 여기서, 조절 메커니즘은 캠(7)에 의해 선택기 로커(3)에 연결되는 선택기 캠샤프트(2)를 포함한다. 다음으로 선택기 로커(3)는 선택기 판(5)에 연결된다. 선택기 캠샤프트(2)는 하우징(11) 또는 상측 하우징 부분(미도시)에 선택기 캠샤프트(2)를 고정하기 위해 마련되는 베어링 영역(42)을 양측 단부에 갖는다. 제1 레버(8)가 선택기 캠샤프트(2)에 안착된다. 선택기 로커(3)는 하우징(11)에 장착되는 레버 조인트(41)에 회전 가능하게 장착된다. 캠(7)에 대면하는 선택기 로커(3)의 단부는 스프링(4)에 연결되며, 선택기 판(5)에 대면하는 선택기 로커의 단부에는 선택기 포크(10)가 구비된다. 선택기 포크(10)는 선택기 판(5)의 돌출부를 둘러싼다. 선택기 판(5)은 시일(6)에 이동가능하게 장착된다.

도 3a와 도 3b는 조절 메커니즘의 사용을 도시한다. 도 3a는 오일통(31)으로의 배출구가 폐쇄된 상태를 도시하고 도 3b는 배출구가 개방된 상태를 도시한다.

주행 상황에 따라 전륜(all-wheel) 클러치 토크가 요구되는 경우에는, 액츄에이터 링의 가동 동작에 의해 다중판 클러치가 함께 눌러지고 토크가 제2 액슬로 전달된다. 액츄에이터 링의 가동 동작은 오일 저장조(33)와 오일통(31) 사이의 배출구(35)를 폐쇄하는 폐쇄 메커니즘(1)을 제어한다. 서보모터가 웜 기어 샤프트를 구동하며, 이로 인해 액츄에이터(43)가 회전하게 된다. 액츄에이터 링(43)은 회전 운동 외에도 병진 운동을 수행한다. 입력 샤프트의 축을 따라 일어나는 해당 운동에 의해, 액츄에이터 링은 다중판 클러치 상으로 피스톤을 가압하여 필요 토크를 구축한다.

토크가 클러치를 통해 제2 출력 샤프트(19)로 전달되고 있지 않을 때는 배출구(35)가 폐쇄된다. 이 상황은 도 3a에 도시되어 있다. 제1 레버(8)를 갖춘 선택기 캠샤프트(2)는 액츄에이터 링(43)의 리브(44)에 안착된다. 캠(7)은 선택기 로커(3)에 기대어 지지되고, 따라서 스프링(4)에 하중을 가한다. 선택기 로커(3)의 포크(10)는 선택기 판(5)의 돌출부와 맞물리며, 로커의 위치로 인해, 선택기 판을 폐쇄 상태로 이동시킨다.

도 3b는 폐쇄 메커니즘이 개방된 동안의 상황을 도시한다. 토크가 트랜스퍼 기어의 제2 출력 샤프트(19)에 대해 설정된 경우에, 캠 샤프트(2)의 제1 레버(8)는 액츄에이터 링(43)의 리브(44)로부터 해제된다. 선택기 로커(3)는 선택기 캠샤프트(2)의 회전 운동에 의해 레버 조인트(41)를 중심으로 회전한다. 이 과정 중에, 스프링(4)은 스프링 힘에 의해 선택기 로커(3)의 제1 단부를 압박한다. 이와 동시에, 선택기 로커(3)의 타 단부는 오일 챔버 사이에 개구가 생성되도록 시일(6) 내의 선택기 판(5)을 이동시킨다.

도 4는 제1 실시예와, 폐쇄 메커니즘의 동작 개시 중의 이동을 상세히 도시한다.

도 5는 폐쇄 메커니즘의 다른 유리한 실시예를 도시한다. 샤프트(51)가 베어링 영역(42)에 의해 트랜스퍼 기어의 하우징(11)에 장착된다. 샤프트(51)는 제1 톱니 세트(46)와 제2 톱니 세트(47)를 갖는다. 제1 톱니 세트(46)는 액츄에이터 링(43)의 외측 톱니와 맞물린다. 제2 톱니 세트(47)는 톱니 막대(48)의 톱니와 맞물린다. 톱니 막대(48)는 슬라이드 하우징(49)의 슬라이드(50)에 연결된다.

제2 출력 샤프트(19)가 클러치에 의해 선택되는 경우에, 액츄에이터 링(43)이 회전하고 그 외측 톱니와 제1 톱니 세트(46)를 통해 샤프트(51)에 회전 운동을 전달한다. 톱니 막대(48)가 샤프트(51)의 제2 톱니 세트(47)에 의해 구동되어 선형 운동을 야기한다. 톱니 막대(48)는 두 개의 오일 챔버를 서로 연결하기 위해 슬라이드(50)를 개방한다.

본 실시예는 체인 드라이브를 갖는 트랜스퍼 기어를 도시하고 있지만, 휠, 체인 및 이들의 조합을 갖는 다른 유형의 트랜스퍼 기어가 본 발명을 실행하기 위해 사용될 수도 있다.

1: 폐쇄 메커니즘 2: 선택기 캠샤프트 3: 선택기 로커
4: 스프링 5: 선택기 판 6: 시일
7: 캠 8: 제1 레버 10: 포크
11: 하우징 반부 13: 플랜지 표면 15: 입력 샤프트
17: 제1 출력 샤프트 19: 제2 출력 샤프트 21: 체인 드라이브
23: 상부 체인 휠 25: 체인 27: 하부 체인 휠
29: 체인 가이드 31: 오일통 33: 오일 저장조
35: 배출구 A: 하부 체인 휠의 회전축 40: 체결 지점
41: 레버 조인트 42: 베어링 영역 43: 액츄에이터 링
44: 리브 45: 톱니 막대 46: 제1 톱니 세트
47: 제2 톱니 세트 48: 톱니 막대
49: 슬라이드 하우징 50: 슬라이드 51: 샤프트

Claims

입력 샤프트(15), 제1 출력 샤프트(17) 및 제2 출력 샤프트(19)와, 입력 샤프트를 통해 도입되는 구동 토크를 제1 출력 샤프트와 제2 출력 샤프트에 선택적으로 분배하기 위해 클러치를 갖는 토크 전달 장치를 갖되, 드라이브(21)가 토크 전달 장치와 제2 출력 샤프트 사이에서 작용하고, 오일 저장조(33)가 윤활유를 수거하기 위해 마련되는 트랜스퍼 기어에 있어서,
오일 저장조(33)는 오일통(31) 내로 개방되는 배출구(35)를 갖고, 배출구(35)는 액츄에이터 링(43)에 의해 가동될 수 있는 조절 메커니즘(1)에 의해 제어될 수 있고, 상기 클러치는 액추에이터 링(43)의 가동 동작에 의해 가압될 수 있는 것을 특징으로 하는 트랜스퍼 기어.
제1항에 있어서, 체인 드라이브(21)가 토크 전달 장치와 제2 출력 샤프트 사이에서 작용하고, 상기 체인 드라이브는 체인(25)에 의해 구동적으로 연결되는 하부 체인 휠(27)과 상부 체인 휠(23)을 가지며, 하부 체인 휠은 윤활유가 들어있는 오일통(27)에 침지되며, 윤활유는 체인(25)에 의해 상부 체인 휠의 방향으로 오일통으로부터 운반될 수 있는 트랜스퍼 기어.
제1항에 있어서, 조절 메커니즘(1)은 토크 전달 장치에 의해 기계적으로 동작 개시되는 것을 특징으로 하는 트랜스퍼 기어.
제1항에 있어서, 조절 메커니즘(1)은 적어도 하나의 샤프트(51, 2)와 하나의 연결 요소(46, 8)를 갖는 구성요소에 의해 토크 전달 장치에 연결되는 것을 특징으로 하는 트랜스퍼 기어.
제4항에 있어서, 연결 요소는 레버(8)이고, 샤프트(2)는 캠(7)을 갖는 것을 특징으로 하는 트랜스퍼 기어.
제5항에 있어서, 캠(7)은 선택기 로커(3)에 작용하는 것을 특징으로 하는 트랜스퍼 기어.
제6항에 있어서, 선택기 로커(3)는 예비하중 하에 있는 것을 특징으로 하는 트랜스퍼 기어.
제6항에 있어서, 선택기 로커(3)는 선택기 판(5)에 작용하는 것을 특징으로 하는 트랜스퍼 기어.
제4항에 있어서, 연결 요소는 제1 톱니 세트(46)를 갖고 샤프트(51)는 제2 톱니 세트(47)를 갖는 것을 특징으로 하는 트랜스퍼 기어.
제9항에 있어서, 샤프트(51)는 제2 톱니 세트(47)에 의해 톱니 막대(48)에 맞물리는 것을 특징으로 하는 트랜스퍼 기어.
제10항에 있어서, 톱니 막대(48)는 슬라이드(50)를 이동시키는 것을 특징으로 하는 트랜스퍼 기어.