JP2007536482A - 自走車両の駆動装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、そのトルクが共通出力軸（３０）に加えられる２台のモータを備えた、自走車両の駆動装置に関する。その一方のモータは、第１減速歯車装置部分（２８）あるいは第２減速歯車装置部分（２９）を介して出力軸（３０）に結合できる。出力軸（３０）が最高速度に達しているとき、１台のモータ（１２）の容積行程が零にされ、このモータ（１２）が高圧配管（２）から分離される。

Description

本発明は、特許請求の範囲の請求項１の上位概念部分に詳細に規定された類の自走車両の駆動装置に関する。

そのような駆動装置は、特には例えばホイールローダやグレーダ（地ならし機）やショベルカーのような作業機械に利用されている。特に１２トンを超えるホイールローダの場合、全体の走行レンジが２つの走行レンジに分けられる。好適には、約２０ｋｍ／ｈの速度までの作業レンジと、約４０ｋｍ／ｈの速度まで広がる運搬レンジと、に分けられている。作業レンジにおいては、その総速度範囲が機械的切換なしに形成され得るということが、有利である。これは、各機械的切換による変速比の入れ替えの際に時間が必要とされ、その時間がホイールローダの作業時間を長くするからである。

ＥＰ０４８３５４３Ｂ１は、好適には土木作業車両、例えばホイールローダ、に対する液圧式駆動装置を開示している。その液圧式駆動装置の場合、第１アキシャルピストンピストン液圧モータと第２アキシャルピストン液圧モータとが、発進過程においては両液圧モータのトルクが出力軸を駆動し、終速度の際には一方の液圧モータが空転されて他方の液圧モータだけが駆動軸を駆動する、というように動力加算装置内で相互接続されている。発進と終速度との間で、好適には、同期装置を介して、複数の変速段が入れ替えられる。終速度の際、切り離された液圧モータは取込（吸収）容積零であり、空転している。これは、さもなければその液圧モータが超過速度になってしまうからである。同期装置は、歯車の質量慣性モーメント、並びに、ピストンとシリンダとを備えたアキシャルピストン液圧モータ全体の質量慣性モーメントを同期させねばならない。液圧モータは、取込（吸収）容積零でも圧力を供給されるので、液圧モータの出力軸の軸受は大きなスラスト力を受け、このスラスト力は同期装置トルクを高める。約４０ｋｍ／ｈの終速度を得るために、この駆動装置は２台の液圧モータと少なくとも２つの切換装置とを必要とする。このため、作業レンジにおける切換が避けられない。

本発明の課題は、減速歯車装置の単純な構造並びに作業レンジにおけるできるだけ少ない切換という点で優れている自走車両、特にはホイールローダのような作業機械、の駆動装置を創造することにある。

この課題は、主たる請求項に記載された特徴をも有する冒頭に述べた形式の自走車両の駆動装置によって解決される。

本発明に基づいて、その行程容積が調整可能である第１液圧モータが第１減速歯車装置部分を駆動し、その行程容積を調整可能である第２液圧モータが第２減速歯車装置部分を駆動し、その場合において、両減速歯車装置部分のトルクが、動力加算装置で一緒に合わされ、この動力加算装置が変速機の出力軸を駆動する。好適には、一方の減速歯車装置部分が切換可能に形成され、これによって、一方の液圧モータは第１減速（伝動）装置（Untersetzung）を介して動力加算装置に結合され、且つ、第２減速（伝動）装置にも接続することができる。両伝動装置間を切り換える切換装置は、好適には、機械式同期装置として形成され、この同期装置は好適には２つの切換位置しか有していない。第１切換位置において、液圧モータは第１伝動装置を介して出力軸に結合され、第２切換位置において、第１液圧モータが第２伝動装置を介して出力軸に結合される。この切換装置を多板ディスククラッチとして形成することもできる。あらゆる走行状態において液圧モータが出力軸に結合できるので、液圧モータが完全に切り離される切換装置の中間位置（中立位置）は不要である。しかし、このことは、中間位置を有する切換装置を排除しない。好適には、切換装置に結合される液圧モータは、例えば国際公開第９９／１７０２１号パンフレットに示されているようなラジアルピストン液圧モータとして形成される。この国際公開パンフレットは本件明細書に完全に取り入れられる。このモータの行程容積・調整装置は、好適には、液圧式に形成され、これにより、クランクシャフトの偏心輪（偏心）を変位（調整）するピストンがクランクシャフトに配置され、従って、当該偏心輪は同軸の軸線から所定の偏心距離まで変位（調整）され得る。好適には、そのピストンは高圧に接続されている。取込（吸収）容積零の場合にクランクシャフトとして同軸軸を有する、そのようなラジアルピストン液圧モータの利用によって、同期装置は、単に、減速歯車装置部分の歯車の質量慣性モーメントとラジアルピストン液圧モータの軸の質量慣性モーメントとを同期するだけでよい。シリンダ内におけるピストンは、ほとんど行程運動を実施せず、ピストンがケース内に場所を一定して支持されているので、同期装置によって加速されることはない。好適には、同期装置が作動する時点で、ラジアルピストン液圧モータは高圧から分離され、これにより、ピストンの圧力荷重により生ずる軸受力（支持力）が著しく減少され、これにより、同期装置のトルク荷重が追加的に減少される。最大の駆動トルクを得るために、両液圧モータは最大行程容積に調整され、切換装置が、機械式に切り換え可能な液圧モータが大きな変速比で出力軸に結合される、というように制御される。最大の終速度において、即ち、変速機出力軸の最大回転数において、一方の液圧モータはその行程容積が零であり高圧から分離され、他方の液圧モータは可能最小変速比を介して同様に出力軸に結合され、最小行程容積にある。この走行状態において、行程容積零に揺動（verschwenkte）された液圧モータは、高圧供給時の最大許容回転数以上にある。これは、その液圧モータが高圧から分離され、その行程容積が零にされているために、可能である。液圧モータに高圧力が全く作用しないで、液圧モータが行程容積零に揺動され、従って、ピストンはシリンダ内においてほとんど行程を実施しないことにより、当該液圧モータをその最大許容回転数以上に駆動することができる。これにより、唯一の切換装置とその行程容積が調整可能である２つの液圧モータとにより、約４０ｋｍ／ｈという終速度が得られる１２トンを超える作業機械を駆動することができる。その場合、伝動装置および液圧モータは、約２０ｋｍ／ｈの走行速度においてはじめて切換装置を介しての伝動装置の入れ替えが必要とされる、というように選定されねばならない。これにより、車両は、その全作業レンジにおいて機械的切換なしに運転できる。

本発明の他の実施態様において、減速歯車装置部分と動力加算装置と液圧モータとは、油圧ユニットに対する圧力媒体溜めを同時に形成する共通の変速機ケース内に配置されている。これにより、液圧モータの漏れが圧力媒体溜めに直接流出できるので、液圧モータを圧力媒体密のケースで取り囲む必要はない。

モータが出力軸上に配置されていないことによって、行程容積を調整するための圧力媒体供給路をクランクシャフトの片側でクランクシャフトに配置し、高圧に接続することができる。従って、シール装置は小さな直径上に配置され得て、これにより、より高い圧力でより大きな回転数も可能である。

他の特徴は、以下の図を参照した説明から理解できる。

図１は、本発明の一実施の形態に基づく変速機および液圧回路の概略図である。

図２は、走行速度と行程容積との関係を示す線図である。

図３は、走行速度と液圧モータの回転数との関係を示す線図である。

図１：
図示されていない駆動エンジンが、ポンプ１を駆動する。このポンプ１は、圧力媒体を共通の高圧配管２に吐き出し、共通の低圧配管３から吸い上げる。ポンプは、好適には、回転速度依存の電子制御式の可変容積形ポンプとして形成され、電子制御装置に接続されている。同様に駆動エンジンにより駆動される供給ポンプ４は、圧力媒体を供給圧力配管５に吐き出し、例えば変速機ケースである圧力媒体溜め６から吸い上げる。第１モータ８の圧力媒体供給路７は、弁９の第１切換位置において、共通の高圧配管２に接続される。圧力媒体帰還路１０は、弁９の第１切換位置において、共通の低圧配管３に接続される。ポンプ１の搬送方向に応じて、共通の高圧配管２は共通の低圧配管３に、圧力媒体供給路７は圧力媒体帰還路１０に入れ替わる。第２モータ１２の圧力媒体供給路１１も同様に、弁１３の第１切換位置において共通の高圧配管に接続され、圧力媒体帰還路１４は弁１３の第１切換位置において共通の低圧配管３に接続される。弁（シャトル弁）１５は行程容積・調整装置１７を、弁（シャトル弁）１６は行程容積・調整装置１８を、それぞれ高圧と接続する。比例弁１９および比例弁２０は、一方では電子制御装置に接続され、他方では行程容積・調整装置１７、１８に接続され、これにより、第１モータ８および第２モータ１２の行程容積が調整され得る。同様に電子制御装置に接続されている弁２１を介して、切換装置２３の作動装置２２が制御（駆動）される。好適には、作動装置２２はブロック装置２４によってブロック可能であり、これにより、切換装置２３はその位置にとどまる。弁９ないし弁１３がその第２切換位置に移動されるとき、圧力媒体供給路７ないし圧力媒体供給路１１は共通の高圧配管２から分離され、圧力媒体帰還路１０ないし圧力媒体帰還路１４は共通の低圧配管３から分離され、供給圧力配管５に接続されている配管２５ないし配管２６に接続される。配管２５および配管２６を洗浄弁２７の出口に接続することも可能であるが、これは高温油が弁９に達してしまうという欠点がある。従って、弁９の第２切換位置において、第１モータ８は専ら供給ポンプ４の供給圧力が供給され、弁１３の第２切換位置において、第２モータ１２は専ら供給ポンプ４の供給圧力が供給される。さらに、配管２５および配管２６を配管６８（潤滑圧力）に接続することができる。弁１５が第１モータ８と弁９との間に配置されていることにより、弁９の第２切換位置において、調整装置１７も専ら供給ポンプ４の供給圧力ないし潤滑圧力が供給される。弁１６が同様に弁１３と第２液圧モータ１２との間に配置され、これにより、弁１３の第２切換位置において、同様に供給ポンプ４の供給圧力ないし潤滑圧力だけが供給される。従って、弁９および弁１３の第２切換位置において、行程容積・調整装置１７および行程容積・調整装置１８は、行程容積を増大することができない圧力しか供給されない。第１モータ８および行程容積・調整装置１７が専ら供給ポンプ４の圧力を供給されることによって、その第１モータ８を高圧供給中の最大許容回転数を超えて駆動することができる。第２モータ１２および行程容積・調整装置１８が供給ポンプ４の圧力しか供給されないことによって、その第２モータ１２を高圧供給中の最大許容回転数を超えて駆動することができる。第１モータ８および第２モータ１２に常に高圧あるいは供給ポンプの圧力ないし潤滑圧力のいずれかが供給されることによって、ピストンは永続的に圧力媒体で充填され、これにより、モータの投入時、このモータにまず圧力媒体を充填しなくて済み、これにより、切換衝撃が生ずることはない。第１モータ８は、第１減速歯車装置部分２８および第２減速歯車装置部分２９に結合されている。第１減速歯車装置部分２８および第２減速歯車装置部分２９は、切換装置２３に結合され、この切換装置２３は、動力加算装置を形成する出力軸３０に結合されている。第２モータ１２は第３減速歯車装置部分３１を駆動し、この第３減速歯車装置部分３１は同様に、動力加算装置を形成する出力軸３０に結合されている。第１減速歯車装置部分２８は、好適には、第１平歯車３２と切換装置２３に接続された第２平歯車３３とを備えた平歯車装置から成り、第２減速歯車装置部分２９は、第１液圧モータに結合された第１平歯車３４と切換装置２３に結合された第２平歯車３５とから成っている。第３減速歯車装置部分３１は第１平歯車３６と第２平歯車３７とから成り、第１平歯車３６は第２モータ１２に結合され、第２平歯車３７は出力軸３０に結合されている。出力軸３０は、好適には、差動装置（デフ）を介して、ドライブシャフトおよび駆動車輪に結合されている。

発進過程における最大トルクを得るために、行程容積・調整装置１７および行程容積・調整装置１８は、第１モータ８および第２モータ１２がそれらの最大行程容積になるように調整される。作動装置２２は、切換装置２３が液圧モータ８を第１平歯車３２と第２平歯車３３と出力軸３０とに接続する、というように切り換えられる。いまポンプ１が回転（ausgeschwenkt）されると、第１モータ８および第２モータ１２のトルクが出力軸３０により合算され、車両が駆動される。ポンプ１の一層の回転（ausgeschwenkt）によって、出力軸３０の出力回転数が、および従って、車両の走行速度が増大する。第１モータ８および第２モータ１２の行程容積の一層の減少によって、出力軸３０の回転数が、および従って、出力速度が一層増大する。好適には、当該走行レンジの終点時、速度は約２０ｋｍ／ｈであり、第２モータ１２の取込（吸収）容積は零であり、最大許容出力回転数である。この状態において、弁１３はその第２切換位置に切り換えられ、これにより、第２液圧モータ１２はその回転数が一層増大され得る。加えて、作動装置２２を介して、切換装置２３が、いまや第１モータ８が第２減速歯車装置部分２９を介して出力軸３０に結合される、というように切り換えられる。第１モータ８の行程容積の一層の減少によって、出力軸３０が、および従って、走行速度が一層加速され、これにより、第２液圧モータ１２の回転数も一層増大される。しかし、第２液圧モータ１２はその行程容積が零であり、弁（切換弁）１３はその第２切換位置にあるので、液圧モータ１２をその最大許容回転数以上で回転することができる。第１モータ８はいまや最小行程容積に調整され、このために、終速度例えば４０ｋｍ／ｈが達成される。切換装置２３は単に第１減速歯車装置部分２８ないし第２減速歯車装置部分２９の歯車の質量慣性モーメントと第１液圧モータ８の軸の質量慣性モーメントとを同期するだけでよいので、当該切換装置２３は小形に寸法づけできる。ラジアルピストン油圧モータ特に内部当接形ラジアルピストン油圧モータの利用は、追加的に、駆動ユニットの騒音が低減され、最適ノイズの駆動装置が生ずる、という利点を有する。ポンプ１の駆動回転数の低減によって、追加的に騒音が減少され得る。

図２：
図２の線図において、縦軸に、ポンプ１、第１モータ８および第２モータ１２の行程容積が記され、横軸に、車両の走行速度ないし出力軸３０の出力回転数が記されている。原点３８において、車両は停止しており、従って、速度は零であり、ポンプ１の行程容積も同様に零であり、第１モータ８の行程容積は点３９で記されているようにその最大値であり、第２モータ１２の行程容積は同様に点４０で記されているようにその最大値である。ポンプ１の行程容積の増大によって、車両は速度を獲得し、その場合、出力軸３０は線４１で記されているように加速される。図２において減速歯車装置は１速段に入れられ、その第１減速歯車装置部分２８が切換装置２３を介して出力軸３０に結合されている。ポンプ１は、点４２から、線４３で記されているように、その最大行程容積にとどまっている。第１モータ８の行程容積は、点４４から、点４５におけるその行程容積零に達するまで減少される。第１モータ８の行程容積の減少は、線４６に記されている。第１モータ８は、点４５でその最大許容回転数レベルに達し、弁（切換弁）９を介して高圧から分離される。車両を一層加速するために、第２モータ１２の行程容積が点４７から減少され、これにより、出力軸３０の回転数が増大し、第１液圧モータ８の回転数もその最大許容回転数レベルを超えて加速される。第２モータ１２の行程容積の減少は、線４８に記されている。第２モータ１２は、点４９で、例えば約２０ｋｍ／ｈの車速に相当するその最大回転数レベルに達し、はじめて行程容積が零にされ、続いて、弁１３を介して高圧から分離される。従って、第２モータ１２は、点５０で行程容積零であり、高圧から分離されている。同時に、点５０で、第１モータ８は弁９を介して再び高圧に接続され、点５１で理解できるように相応した大きな行程容積に調整される。第１モータ８が弁９を介して再び高圧に接続されて点５１における行程容積にされる前に、弁（切換弁）２１が稼働され、これにより、切換装置２３が第１モータ８を減速歯車装置部分２９を介して出力軸３０に結合し、これにより、２速段が入れられる。この切換時に、第１モータ８が行程容積零であり、高圧から分離されているので、切換装置２３は、平歯車の質量慣性モーメントと液圧モータの軸の質量慣性モーメントとを同期するだけでよい。第１液圧モータ８が再び点５１におけるその大きな行程容積にあるとき、車両が点５３で例えば４０ｋｍ／ｈの終速度に達するまで、その行程容積は線５２に記されているように再び減少される。この終速度において、第２モータ１２はその許容回転数レベル以上にある。その許容回転数レベルは、液圧モータが高圧を供給される技術的および経済的観点に応じて定められている。また、点４５において２速段への切換を実施し、続いて、第１モータの行程容積を点５４に調整することもできる。その場合、第２モータ１２の行程容積は点５５に調整される。続いて、第１モータ８の行程容積は点５４から点５１まで一定に保たれ、第２モータ１２の行程容積は点５５から点５０に減少される。点４７、４９、５５及び５０で形成された窓の内部で、切換装置２３の切換およびそれに伴う行程容積調整が可能である。好適には、車両の加速時、１速段から２速段への入れ換えができるだけ遅く実施され、走行速度の減少時、２速段から１速段へのシフトダウンはできるだけ低速度ではじめて実施される。これにより、切換揺動（Schaltpendeln）が防止され得る。

図３：
縦軸に、ポンプ１、第１モータ８および第２モータ１２の回転数が記されている。横軸に、走行速度ないし出力軸３０の出力回転数が記されている。原点５６において、ポンプ１は線５７で記されているようにその最大回転数にあり、第１モータ８および第２モータ１２は停止状態にある。ポンプ１の行程容積の増大によって、第１モータ８は線５８で記されているように加速し、第２モータ１２は線５９で記されているように加速する。点６０において、第１モータ８は高圧供給時の最大許容回転数に達し、行程容積零にされ、弁９を介して高圧から分離される。線６１は第１モータ８の最大許容回転数以上の回転数の経過を表し、その場合、第２モータ１２も行程容積の減少によって一層加速される。この状態において、切換装置２３は１速段をとり、従って、第１減速歯車装置部分２８が入れられている。点６３において、第２モータ１２がその最大許容回転数に達し、点６３で分かるように、行程容積零にされ、弁１３を介して高圧から分離される。点６２と点６４で、２速段が入れられるように切換装置２３が作用し、第２減速歯車装置部分２９が係合する。従って、第１モータ８は点６４における回転数を有し、点６５でその最大許容回転数に達し従って車両の終速度に達するまで、その行程容積の減少を介して一層加速される。同様に、点６０で早くも１速段から２速段への入れ換えを実施することができ、これにより、第１モータ８の回転数は点６６に低下し、このため、両モータについて点６３、点６４まで一層加速され得る。第１モータ８と第２モータ１２の行程容積および第１歯車装置部分２８と第２歯車装置部分２９と第３歯車装置部分３１との変速比は、１速段から２速段への入れ換えが車両の作業レンジの終了時にはじめて必要である、というように設計されている。１速段から２速段への入れ換え時、１速段における車両の牽引力は２速段における車両の牽引力より小さく、それに伴って、車両が一層加速され得る。

本発明の一実施の形態に基づく変速機および液圧回路の概略図。 走行速度と行程容積との関係を示す線図。 走行速度と液圧モータの回転数との関係を示す線図。

Claims (11)

1. 圧力媒体源（１）の共通高圧配管（２）に接続できる２台の液圧モータ（８、１２）を備え、
   その一方のモータ（８）が、第１走行レンジにおいて第１減速歯車装置部分（２８）を介して出力軸（３０）に結合され、第２走行レンジにおいて第２減速歯車装置部分（２９）を介して出力軸（３０）に結合され、
   他方のモータ（１２）が、第３減速歯車装置部分（３１）を介して出力軸（３０）に結合され、
   出力軸（３０）の最大回転数において、１台のモータ（１２）が、行程容積零にされ、共通高圧配管（２）から分離される
   ことを特徴とする自走車両の駆動装置。
2. 切換装置（２３）が、出力軸（３０）を第１減速歯車装置部分（２８）あるいは第２減速歯車装置部分（２９）に結合する
   ことを特徴とする請求項１に記載の自走車両の駆動装置。
3. 切換装置は、機械式同期切換装置である
   ことを特徴とする請求項１に記載の自走車両の駆動装置。
4. モータ（８、１２）は、調整装置（１７、１８）を介して、その行程容積を行程容積零に調整可能であり、
   前記調整装置（１７、１８）は、共通高圧配管（２）に接続可能および分離可能である
   ことを特徴とする請求項１に記載の自走車両の駆動装置。
5. モータ（８、１２）は、共通高圧配管（２）からの分離の際、供給ポンプ（４）の圧力配管（５）に接続可能である
   ことを特徴とする請求項１に記載の自走車両の駆動装置。
6. 少なくとも１台のモータ（８、１２）が、内部当接（支持）形ラジアルピストンモータ（Radialkolbenmotor）として形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の自走車両の駆動装置。
7. モータの調整装置（１７、１８）は、そのクランクシャフトに配置されている
   ことを特徴とする請求項６に記載の自走車両の駆動装置。
8. 前記減速歯車装置部分（２８、２９、３１）は、平歯車装置として形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の自走車両の駆動装置。
9. 前記モータ（８、１２）並びに前記減速歯車装置部分（２８、２９、３１）は、圧力媒体溜め（６）を形成する共通ケース内に配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の自走車両の駆動装置。
10. 当該駆動装置は、約４０ｋｍ／ｈの最高速度を有し且つ約２０ｋｍ／ｈまでの第１作業レンジ中には切換が行われない作業機械、特にはホイールローダ、に利用される
    ことを特徴とする請求項１に記載の自走車両の駆動装置。
11. 前記モータ（８、１２）は、共通高圧配管（２）からの分離の際、潤滑圧力配管（６８）に接続可能である
    ことを特徴とする請求項１に記載の自走車両の駆動装置。

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