JP2009513903A - ギア変換のための方法および伝動装置配置構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、液圧伝動装置およびその下流に連結した手動ギアボックス（４）を有する伝動装置においてギアを変換するための、方法および伝動装置配置構造物に関するものである。
【解決手段】最初に、液圧モータ（９）の出力トルクが減少させられる。液圧モータ（９）の出力トルクの減少の後、下流で連結していた、手動ギアボックス（４）の係合していたギア（１２、１３）の係合が外される。係合しようとしているギア（１３、１２）に相当する、液圧モータ（９）の出力回転速度が決定される。次に、液圧伝動装置の歯数比を調節し、液圧モータ（９）の出力回転速度が、決定された相当出力回転速度より高くなるようにする。この増加させられた出力回転速度に到達した後、係合しようとしていたギア（１３、１２）を係合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液圧伝動装置およびその下流に連結された手動ギアボックスを有する伝動装置において、ギアを変換するための方法および伝動装置配置構造物に関する。

液圧伝動装置の可能な歯数比の範囲を増加させるために、液圧伝動装置の下流に手動ギアボックスを連結することが知られている。このような伝動装置配置構造物は、特許文献１に開示されている。下流の手動ギアボックスにおいてギアを変換できるようにするためには、液圧伝動装置の油圧モータの回転軸角度をおよそ０に設定しなければならない。このようにして、液圧伝動装置の出力トルクは減少させられ、下流の
手動ギアボックスにおいて、係合していたギアのほとんど負荷なしの変換が可能となる。液圧モータの必要とされる出力軸の回転速度の変更は、下流の手動ギアボックスのシンクロナイザリングによってなされる。このようにして、該ギアの係合が、係合しようとするギアのシンクロナイザリングの適用によって外された後、実質的にモーメントなしで回転させられ得る油圧モータの回転速度は、係合しようとするギアに相当する速度に導かれる。

従来、大きな回転速度の急増のために、シンクロナイザリングの磨耗は多大となり、これが欠点となっていることが問題となっている。特に、油圧モータの慣性質量および存在する油圧モータの抗力トルクのために、シンクロナイザにはかなりのストレスがかかっている。次のギアが係合しようとしシンクロナイザリングが適用されるとき、油圧モータに突然生じる追加のモーメントが、かなりのギア入れ替えの衝撃をもたらし、これもまた欠点である。

独国特許出願公開第４２２３８４６Ａ１号明細書

それゆえ、本発明の目的は、液圧伝動装置およびその下流に連結される手動ギアボックスを有する伝動装置においてギアを変換するための方法と伝動装置配置構造物を作製し、シンクロナイザにかかるストレスを軽減し、これによってシンクロナイザの寿命を延ばすことである。

本発明の目的は、請求項１による方法および請求項９による伝動装置配置構造物の特徴により達成される。

請求項１による方法および請求項９による伝動装置配置構造物によると、液圧伝動装置の下流に連結される手動ギアボックスのギアが変換される時、最初に液圧モータの出力トルクが縮小される。液圧モータの出力トルクを縮小させることによって、下流の手動ギアボックスは少なくともほぼ負荷なしになり、それまで係合していたギアの係合を容易に外し得るようになる。駆動状況に応じて、電子制御装置によって、次に係合するギアに相当する液圧モータの回転速度が決定される。次に、実際の液圧モータの回転速度が、決定された相当する回転速度を超えるように、液圧伝動装置の歯数比が設定される。係合しようとしていたギアが次に係合し、下流の手動ギアボックス内にあるシンクロナイザが、液圧モータの回転速度を減少させることで、液圧モータの実際の回転速度を運転状況に合うよう調節する。同期化の間、ギア変換の方向に関係なく、出力回転速度は常に減少される。

ギア変換が終了した後、液圧伝動装置の歯数比は、従来の方法で、液圧機の対応する調節によって制御される。

液圧モータの回転速度が決定された出力回転速度をわずかに超えるように歯数比を調節することは、シンクロナイザによって液圧モータを加速しなくてよいという利点を有している。そして、油圧モータの出力軸の最終回転速度は、油圧モータの出力回転速度をわずかに減少させることによって到達している。この油圧モータの減速とともに、油圧モータ内部摩擦もまたその回転速度を減少させるのに使われる。この結果、シンクロナイザに要求される摩擦の仕事は、低減される。用いられるシンクロナイザの磨耗が、これによってかなり減少され、ギア入れ替えの衝撃を緩和することによって追加としてより緩やかなギア変換が可能となる。

本発明による方法の有利な拡張を、下位請求項に示す。

液圧モータの吸込み容量を減少させることによって、ギア変換過程の始まる前に出力トルクの減少を引き起こすことは、特に単純である。液圧伝動装置の歯数比もまた、有利なことに、油圧モータの吸込み容量を調節することによって、変更できる。この場合、共通電子制御装置が使用でき、その場合油圧ポンプの制御における別の電子制御装置等の介在は不要となる。油圧モータの調節と同様に、有利なことは、調節過程において油圧ポンプの排除体積を含めることであり、これにより特に大きなギア変換急増が可能となる。

ギア変換の間、電子制御装置を使用して時間系列を制御し、液圧伝動装置の歯数比の変換を位置決めピストンの位置決め移動と同時に行ない、下流の手動ギアボックスのギアを変換するのもまた特に有利である。もし、液圧伝動装置のギア変換のための位置決め移動が十分に速く行われれば、ギアを変換するための作動装置の連続した位置決め移動が可能となる。これは、ギア変換の間、手動ギアボックスのすべりギアが、アイドリングに相当する中間位置にとどまる必要がないという利点を持つ。そして、連続した位置決め移動は、すべりギアを動かし得、それゆえ、途切れない過程で、最初に１個のギアの係合を外し得、次に別のギアを係合させ得る。

本発明の方法および伝動装置配置構造物は、図に示された駆動部を基にして以下でより詳細に説明される。

図１は、液圧機械伝動装置配置構造物を示す。この液圧機械伝動装置では、油圧ポンプ装置２が、駆動モータ１によって駆動される。油圧ポンプ装置２は、流体静力学的に油圧モータ装置３に連結されている。手動ギアボックス４は、油圧モータ装置３の下流に連結され、油圧モータ装置３と機械的に連動する。

油圧ポンプ装置２は、駆動軸５を経て駆動モータ１と連結し、油圧ポンプ装置２の油圧ポンプ６が、駆動モータ１によって駆動されるようになっている。示された駆動部は、例えば、建設用、農業用、および林業用の機械または類似の車両の牽引駆動部であり得る。

示された実施形態では、油圧ポンプ６は、両方の方向に伝える調節可能油圧ポンプとして実現されている。

油圧ポンプ６は、第１の作用導管７および第２の作用導管８を経て液圧モータ９に連結されている。この液圧モータ９は、駆動軸１０と連結し、駆動軸１０は、伝動装置入力軸１１と連結する。手動ギアボックス４は、第１伝動段階１２および第２伝動段階１３を有する。第１伝動装置段階１２および第２伝動装置段階１３は、それぞれ、大歯車対からなる、それぞれ、第１大歯車１２．１および１３．１、ならびに第２大歯車１２．２および１３．２である。第１大歯車と第２大歯車、即ちそれぞれ１２．１と１２．２および１３．１と１３．２は、恒久的に係合している。

第１大歯車１２．１および１３．１は、自由に回転できるように伝動装置入力軸１１に配列されており、すべりギア１５を経て伝動装置入力軸１１に連結され得、自由には回転できなくなる。すべりギア１５上には、シンクロナイザがあり、これは、第１大歯車１２．１または１３．１と伝動装置入力軸１１の間に回転抵抗性連結が形成されると、伝動装置入力軸１１の回転速度を、出力軸１４のそれに適合した速度に導く。

液圧伝動装置の歯数比を調節するため、油圧ポンプ装置２は、調節装置１６を備え、これは油圧ポンプ６の調節機構に作用する。調節装置１６内で作用する位置決め圧力を調節するため、位置決め圧力制御バルブ１９が備えられ、これは示される実施形態では、電磁石で作動し得る。

油圧ポンプ装置２はまた、給油装置を有する。この給油装置は、第１給油バルブ装置１７および第２給油バルブ装置１８を含む。給油バルブ装置１７および１８は、生じる圧力条件に応じて、油圧油を作用導管７および８に供給する。このために、油圧油が、容量タンク２１から補助ポンプ２０によって吸い込まれる。補助ポンプ２０によって吸い込まれた油圧油は給油装置へと運搬され、必要とされる位置決め圧力は、給油装置から位置決め圧力制御バルブ１９を通してかけられ、油圧ポンプ６の運搬体積を調節する。給油装置の安全のために、圧力制限バルブ２２が備えられている。

手動ギアボックス４のギア変換の間の時間系列を制御するため、電子制御装置２３が備えられる。この電子制御装置２３は、油圧モータ装置３および手動ギアボックス４の両方の時間系列を制御する。液圧モータ９の調節機構を作動させるために、調節装置２４が備えられる。調節装置２４は、複動油圧シリンダを含み、そこには位置決めピストンが配置されている。この位置決めピストン２５は、２つの反対方向を向いた位置決めピストン表面を有する。第１の位置決めピストン表面は、調節装置２４の第１の位置決め圧力空間２６の範囲を画定し、そして第２の位置決めピストン表面は第２の位置決め圧力空間２７の範囲を画定する。

作用導管７および８の高い方の作用圧力が、第１または第２の逆止めバルブ２８、２９を経て、第１の位置決め圧力空間２６にかけられる。第２の位置決め圧力空間２７内の位置決め圧力は、位置決め圧力制御バルブ３０によって制御され得る。この位置決め圧力制御バルブ３０は、電磁石３１を経て作動し得る。示されている位置決め圧力制御バルブ３０の第１の終位置では、第２の位置決め圧力空間２７は、容量タンク３２に連結している。もし位置決め圧力制御バルブ３０が、電磁石３１によってその第２の終位置の方向に調節されたら、作用導管（７、８）圧力のうち高い方が、逆止めバルブ２８および２９を経て、位置決め圧力制御バルブ３０に供給され、同様に第２の位置決め圧力空間２７にかけられる。この第２の位置決め圧力空間２７の有効位置決めピストン面積は、第１の位置決め圧力空間２６のそれよりも大きくなっている。第２の位置決め圧力空間２７において位置決め圧力が増加したことは、液圧モータ９が、吸込み容量を増加させる方向に調節されることを意味する。

位置決めピストン２５の位置決め移動は、連結バネ３３を経て位置決め圧力制御バルブ３０にフィードバックされる。このようにして、この位置決め圧力制御バルブ３０は、フィードバックバネ３３、調節バネ３４、そして反対方向に作用する電磁石３１の力によって決まる、平衡位置をとる。液圧モータ９の出力軸１０の出力回転速度を捕捉するために、積算回転計３５を備える。示されている実施形態では、積算回転計３５は、センサと出力軸１０に連結された誘導センサによって実現される。

伝動装置出力軸１４の回転速度も同じ方法で捕捉される。このためには、例えば第２の伝動段階１３の第２の大歯車１３．２の歯からの回転速度を、直接捕捉する積算回転計３６が使用される。これら積算回転計３５および３６は、それぞれ第１の回転速度信号および第２の回転速度信号を発し、これらは電子制御装置２３に送られる。

手動ギアボックス４内の係合するギアを変換するには、上で説明したように、伝動装置出力軸１１に連結され、回転できないが軸の方向にだけ移動し得るすべりギア１５を、軸方向の移動によって、第１伝動段階１２の第１大歯車１２．１か、第２伝動段階１３の第１大歯車１３．１に係合させる。このすべりギア１５が第１大歯車１２．１または第１大歯車１３．１と係合しない限り、第１大歯車１２．１および１３．１は伝動装置入力軸１１上に保持され自由に回転できる。

このすべりギア１５の移動は、油圧作動装置３７によってもたらされる。この油圧作動装置３７もまた、複動作用油圧シリンダの形態をとり、その中に作動ピストン３８を配置する。作動ピストン３８は、ピストン棒を経て作動ピストン３９に連結される。作動ピストン３８は、次には、作動装置３７の油圧シリンダを、第１位置決め圧力空間４０と第２位置決め圧力空間４１へと分ける。ギアを変換するために、ピストン３８は、第１位置決め圧力空間４０内と第２位置決め圧力空間４１内の圧力比を変化させることで移動させられる。第１位置決め圧力空間４０内および第２位置決め圧力空間４１内の位置決め圧力は、開閉バルブ４２を経て設定される。この開閉バルブ４２は、四方／二方バルブであり、電磁石４６によって、バネの力に逆らって作動し得る。

図１に示されそしてバネによって画定される、開閉バルブ４２の出力位置では、作動装置３７の第１位置決め圧力空間４０は、容量タンク４３の方向に開放される。同時に、油圧ポンプ装置２の給油装置からかけられる位置決め圧力が、第２位置決め圧力空間４１にかけられる。もし位置決め信号が開閉バルブ４２へ適用されると、電磁石４６は、バネの力に逆らって、開閉バルブ４２をその第２スイッチ位置へと調節する。この第２スイッチ位置では、油圧ポンプ装置２の給油圧力が、第１位置決め圧力空間４０にかけられる。同時に、第２位置決め圧力空間４１は、容量タンク４３の方向に開放される。作動ピストン３８にかかる油圧力比が変化するので、作動ピストン３８、ピストン棒および作動棒３９は反対方向に作動する。このようにして、作動装置３７における圧力比を変化させることによって、すべりギア１５は、第１または第２伝動段階１２、１３の、それぞれ第１大歯車１２．１または第１大歯車１３．１と一緒になる。

積算回転計３５または３６によって決定された、回転速度信号は、対応する信号回路４４、４５を経て共通電子制御装置２３へと送られる。電子制御装置２３は、位置決め信号を電磁石３１および／または電磁石４６へ出力する。このために、電子制御装置２３の出力は、それぞれ位置決め圧力制御バルブ３０および開閉バルブ４２の、信号回路４７、４８を経て、電磁石３１および４６に連絡される。

以下に、ギア変換の方法を説明する。すべりギア１５は、第１伝動段階１２の第１大歯車１２．１と係合している。駆動速度は、駆動モータ１の回転速度ならびに油圧ポンプ装置２および油圧モータ装置３からなる液圧伝動装置の指定の歯数比によって決定される。ここで、下流の手動ギアボックス４の歯数比が変更され、第2伝動段階１３が係合させられるとすると、最初に液圧伝動装置の歯数比を変更することによって、駆動トルクが減少させられる。最も単純な場合、これは、液圧モータ９の吸込み容量が、最低値の方向へ変換されるときに起こる。最も単純な場合、この最低値は消え行く吸込み容量である。これは、例えば、回転斜板軸ピストン機を用いて、係留ワッシャを中立位置に設定することによって、なされ得る。

説明された仕方で液圧伝動装置の出力トルクが減少させられた後、電子制御装置２３は、切り替え過程を開始する。最初、すべりギア１５が、第1伝動段階１２の第１大歯車１２．１と係合させられている。このために、第1位置決め圧力空間４０が、開閉バルブ４２を経て容量タンク４３へと連結させられている。開閉バルブ４２が、図１に示されているように、その第1終位置に圧縮バネによって保持されるように、開閉バルブ４２の電磁石４６へは電流は供給されないでいる。ここで、電子制御装置２３が、切り替え過程を開始し、電流が電磁石４６へ供給され、そのため開閉バルブ４２が、その第２終位置にいたる。このようにして、第１位置決め圧力空間４０が、開閉バルブ４２を経て給油圧力導管４９に連結され、そして同時に第２位置決め圧力空間４１が容量タンク４３に開放される。この結果、作動ピストン３８が、図１での右方向に移動し、すべりギア１５が、だんだんと大歯車１２．１から外される。

すべりギア１５と大歯車１２．１との係合が外されるとすぐに、液圧モータ９は新しい出力回転速度に設定される。新しい出力回転速度は、係合しようとしているギアに相当する出力回転速度または係合しようとしているギアに相当する伝動装置入力軸１１の伝動装置入力回転速度を超える速度である。この出力軸１０のための、新しいギアに相当する出力回転速度は、係合しようとしている第２ギア１３の歯数比をもとに、電子制御装置２３によって決定される。このようにして、伝動装置出力軸１４の回転速度（これは積算回転計３６によって測定される）が、計算に入れられ、そして駆動装置連結回復後の、伝動装置入力軸１１および／または液圧モータ９の駆動軸１０の新しいギアに相当する回転速度が決定される。

液圧モータ９に設定されようとしている、増加させられた回転速度に対応して、電子制御装置２３は、信号回路４７を経て位置決め信号を電磁石３１に出力する。電磁石３１は、好ましくは比例磁石であり、位置決め圧力制御バルブ３０は、位置決め信号のサイズに対応して、一定の液圧モータ９の吸込み容量に対応する位置をとる。作動装置３７が、すべりギア１５の大歯車１２．１への連結を外し、すべりギア１５と大歯車１３．１との連結を形成する必要がある時に、液圧モータ９の回転軸角度が調節される。このために、電子制御装置２３は、位置決め信号を電磁石３１および４６へ、時間的に調整して出力する。

作動装置３７の位置決め移動が終了する時点で、液圧モータ９は、すでに増加した回転速度に達している。すべりギア１５は、今第２ギア１３の第１大歯車１３．１と係合させられる。このようにして、液圧モータ９の出力軸１０に連結されている、伝動装置入力軸１１は、すべりギア１５上に配置されるシンクロナイザによってブレーキがかけられ、第２伝動段階１３の第１大歯車１３．１の回転速度と伝動装置入力軸１１そしてそれゆえ液圧モータ９の出力軸１０の回転速度の均等化が達成される。

第２伝動段階１３から第１伝動段階１２への切り替え過程も、上の過程に準じて、作動装置３７を反対方向へ作動させることによって行われる。ここでもまた、出力軸１０の回転速度は、伝動装置出力軸１４の実際の回転速度と第１伝動段階１２の歯数比、および手動ギアボックス４の第２積算回転計３６によって測定される出力回転速度によって画定される決定された相当回転速度を超えるよう、増加された回転速度にされる。

示される実施形態では、位置決め信号は、電子制御装置２３によって、手動ギアボックス４および／またはその作動装置３７ならびに油圧モータ装置３のみに容易に供給される。しかし、同様に良好に、油圧ポンプ６の回転軸角度の調節も、電子制御装置２３の制御下に含めることができる。この場合、液圧伝動装置の歯数比が調節される時、油圧ポンプ６と油圧モータ９の両方の回転軸角度が変えられる。あるいは、油圧ポンプ６の回転軸角度のみを調節することで、出力軸１０の回転速度を調節し、液圧モータ９の回転軸角度は不変にすることもできる。

本発明は、示された実施形態に限定されるものではない。その代わり、示された実施形態の個々の特徴を、あらゆる仕方で組み合わせることが可能である。

本発明による液圧−機械伝動装置配置構造物の油圧回路図を示す。

Claims (15)

1. 液圧伝動装置とその下流に連結された手動ギアボックス（４）を有する伝動装置において、ギア(１２、１３)を変換する方法であって、
   液圧モータ（９）の出力トルクを減少させる工程、
   下流で連結される該手動ギアボックス（４）の係合していたギア（１２、１３）を外す工程、
   係合させるギア（１２、１３）に相当する該液圧モータ（９）の回転速度を決定する工程、
   該液圧モータ（９）の回転速度が決定された相当回転速度よりも高くなるように、該液圧伝動装置の歯数比を調節する工程、および
   係合させるギア（１３、１２）を係合させる工程、を含む方法。
2. 前記液圧モータ（９）の前記出力トルクを減少させるために、その吸込み容量を最低値に調節することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記液圧モータ（９）の前記出力トルクを調節しそして前記ギア（１２、１３）の係合を外したり、係合させたりするために、電子制御装置（２３）から電気信号が出力されることを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載の方法。
4. 係合するギア（１２、１３）に相当する回転速度が電子制御装置（２３）によって決定されることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
5. 下流の手動ギアボックス（４）の出力回転速度に関する少なくとも１個の回転速度信号が、前記電子制御装置(２３)に送られることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 前記液圧モータ（９）の回転速度を、決定された出力回転速度を超える回転速度に調節するために、前記液圧モータ（９）の吸込み容量を調節することを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
7. 前記液圧モータ（９）の回転速度を、決定された回転速度を超える回転速度に調節するために、前記液圧伝動装置の油圧ポンプ装置（２）の排除体積を調節することを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の方法。
8. 前記液圧モータ及び／または前記油圧ポンプ装置（２）を、作動ピストン（３８）の位置決め移動中に調節し、ギア（１２、１３）を変換することを特徴とする、請求項６または７のいずれかに記載の方法。
9. 油圧ポンプ装置（２）および
   液圧モータ（９）を含む液圧伝動装置と、
   該液圧伝動装置の下流に連結され、少なくとも１個の第１伝動段階（１２）および第２伝動段階（１３）を有する手動ギアボックス（４）とを有する伝動装置配置構造物であって、
   伝動段階（１２、１３）が係合する前に、該液圧モータの回転速度を、係合させる伝動段階（１２、１３）に比較して速い速度に設定し得ることを特徴とする、伝動装置配置構造物。
10. 前記液圧モータ（９）の回転速度を増加させられた値に設定し、そしてギア（１２、１３）の係合を外しおよび／またはを係合させるために、電子制御装置（２３）から位置決め信号を出力し得ることを特徴とする、請求項９に記載の伝動装置配置構造物。
11. 係合される前記伝動段階（１２、１３）に相当する回転速度を、前記電子制御装置（２３）が決定し得ることを特徴とする、請求項９または１０のいずれかに記載の伝動装置配置構造物。
12. 前記手動ギアボックス（４）の出力回転速度に関する回転速度信号を前記電子制御装置（２３）に送信し得ることを特徴とする、請求項９から１１のいずれかに記載の伝動装置配置構造物。
13. 前記液圧モータ（９）の回転速度を増加させられた値に設定するために、前記液圧モータ（９）の吸込み容量を調節し得ることを特徴とする、請求項９から１２のいずれかに記載の伝動装置配置構造物。
14. 前記液圧モータ（９）の回転速度を増加させられた値に設定するために、前記油圧ポンプ装置（２）の運搬体積を調節し得ることを特徴とする、請求項９から１３のいずれかに記載の伝動装置配置構造物。
15. 前記液圧モータ（９）の回転速度を増加させられた値に設定することおよび伝動段階（１２、１３）を係合させることを同時に行い得ることを特徴とする、請求項９から１４のいずれかに記載の伝動装置配置構造物。