JP2008500497A - 工業用歯車ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】
【解決手段】本発明は、潤滑された歯車構成要素を保持するハウジング１４と、流体チャンバ３、流体入口ポート４及び流体出口ポートの少なくとも一部分を画成する水冷却装置と、水冷却装置１をハウジングに固定する保持手段３２とを備え、上記水冷却装置は接触面５、６を画成し、上記ハウジングは外部接触面を提供し、水冷却装置の上記接触面が上記保持手段により該ハウジングの外部接触面に対して固定される、工業用歯車ユニットが提供される。

Description

本発明は、工業用歯車ユニット、特に、非限定的に、水冷却剤の流れが熱を歯車ユニットのハウジングから除去することを可能にする水冷却装置を有する歯車ユニットに関する。

工業型歯車ユニットは、典型的に、広範囲の定格動力値の範囲に亙って作動し、特に、歯車ユニットがその最大の設計定格動力値付近にて作動するとき、歯車ユニット内の摩擦損失は顕著な加熱作用を発生させる可能性がある。

一般に歯車ユニットの潤滑に使用される潤滑油は、熱を歯車ユニット内の熱発生摩擦面から運び去るのを助けるが、潤滑油を介しての伝熱能力は限度がある。潤滑油は熱を歯車ユニットハウジングまで伝達し、また、熱を摩擦面から除去する潤滑油の能力は、一部分、例えばハウジングの外部における空気の自由対流によるなど、ハウジングから熱を除去する程度に依存する。

しかし、一般に、空気の対流は、歯車装置内にて生じる過度に高い温度を回避し得るよう熱を十分迅速に除去するのに十分ではないことが判明している。その問題点及び潤滑効果の潜在的な劣化を回避するため、空気の強制的な流れを歯車ユニットのハウジングの外側に向けて、これにより歯車ユニット内の摩擦発生面と歯車ユニットのハウジングとの間の温度勾配を向上させる冷却ファンを採用することが既知である。

強制的に外部の冷却空気の流れを提供することに相違して、歯車ユニット内に冷却コイルを提供し、この冷却コイルを通じて水を循環させ、歯車ユニット内の油を冷却することも既知である。別の代替例において、潤滑油は、外部の熱交換器を通して圧送される。更に別の提案は、その間を冷却水が流れることのできる２つの壁を有する特殊な構造のハウジングを提供することからなる。

強制的な空気の流れを提供することは、相対的に経済的ではあるが、これは、例えば、冷却コイル又はリングを提供するほど効果的ではない。しかし、冷却コイルを提供することは、冷却水が潤滑油内に漏洩する潜在的なリスクがあるという不利益な点があり、潤滑油が効果的な潤滑効果を提供する能力に深刻な影響を与える可能性がある。水の漏洩のリスクは、油を外部熱交換器を通して強制的に循環させ又は２つの壁付きのハウジングを提供することにより回避することができるが、かかる解決策は比較的コスト高である。

本発明は、歯車ユニットのハウジングの効果的な冷却を実現する改良された手段を有する歯車ユニットを提供することを目的とするものである。

本発明の１つの形態に従い、潤滑された歯車構成要素を保持するハウジングと、流体チャンバ、流体入口ポート及び流体出口ポートの少なくとも一部を画成する水冷却装置と、水冷却装置をハウジングに固定する保持手段とを備え、上記水冷却装置は接触面を画成し、上記ハウジングは外部接触面を提供し、水冷却装置の上記接触面が上記保持手段により該ハウジングの外部接触面に対して固定される、工業用歯車ユニットが提供される。

本発明は、歯車ユニットと、少なくとも３７３ジュール／秒（０．５馬力）の定格容量値を有する歯車ユニットのハウジングと共に使用するのに適した水冷却装置とに特に適用可能である。

水冷却装置は、実質的に非平面状型のリブ又はその他の形成体が設けられ、これにより水冷却装置の内面又は外面の冷却表面積を増大させる冷却面を備えることが好ましい。更に、歯車ユニットハウジングには、水冷却装置により保持された水に対する向上した伝熱能力を提供するリブ又は同様の形成体を設けることができる。

水冷却装置の内面は、使用時、冷却水に曝され、選択的な輪郭外形とし、これにより、その上に水冷却装置が広がる歯車ユニットハウジングの面部分の実質的に全体に亙って冷却水の確実な流れが存在するような好ましい態様にて冷却水の流れを選択的に案内することができる。このことは、流れが存在せず、また、熱エネルギを効果的に除去しない停流箇所を回避するのを助けることになる。

同様に、ハウジングには、冷却水を選択的に導く目的のため、リブ又は同様の形成体を設けることができる。

本発明は、好ましくは、水冷却装置の少なくとも一部分は、歯車ユニットの不作動状態において、歯車ユニットハウジング内の油の推奨レベル以下にある歯車ユニットの部分に固定されるようにすることを教示する。これと代替的に又は追加的に、使用時、ハウジングの領域が歯車ユニットハウジング内の回転する構成要素からの強制的な潤滑油の噴霧に曝される傾向となる歯車ユニットハウジングの構造であるならば、上記の水冷却装置は、実質的に全体又は一部分を歯車ユニットハウジングのその部分の外側に配置することができる。

本発明は、歯車ユニットに設けられた位置決め形成体と係合することのできる少なくとも１つの締結具によって水冷却装置をハウジングに固定できることを更に教示する。したがって、例えば、ねじ付き開口を提供するため、歯車ユニットハウジングを特別に機械加工する必要性を回避することができる。

水冷却装置は、例えば、薄板金属にて形成し、また、上記薄板材料は、上述したリブ又は同様の非平面状の形成体を形成し得るよう押抜き工程又は同様の工程を施したものとすることができる。

これと代替的に、水冷却装置は、鋳鉄、その他の金属材料又はプラスチック材料のような材料を成形し又は鋳造することにより形成してもよい。

本発明は、水冷却装置は、周辺密封面のような接触面を有することができ、該接触面は、歯車ユニットハウジングの対面するであろう面領域の形状と僅かに相違するが、水冷却装置がハウジングに対して圧接するようにされたとき、歯車ユニットハウジングの上記面に相応する輪郭外形の形状を有することを教示する。したがって、水冷却装置は、弾性的で且つ変形可能であり、このため、水冷却装置をハウジングに固定すべく締結具を締め付けたとき、水冷却装置の少なくとも一部分は、水冷却装置とハウジングとの間に強固な接触状態を提供し且つ歯車ユニットの使用中に生ずる振動作用に抵抗するのを助けるような態様にて弾性的に変形することになる。

周辺密封面を画成する側部開放型水冷却装置の場合、その弾性的変形は、ケーシング部材と歯車ユニットハウジングとの間に提供された任意の密封材料又は構成要素を良好に圧縮するのを助ける。特に、歯車ユニットのハウジングに固定されたとき、弾性的に変形する型式の側部開放型水冷却装置を提供することは、歯車ユニットの使用中に生ずる振動を受けたとき、漏洩防止の向上した抵抗を提供する利点がある。

上記の説明から、本発明は、典型的に、水冷却装置は冷却水が流れることのできるチャンバの一部分のみを画成し、チャンバの他の部分は、例えば、歯車ユニットのハウジングにより画成されることを想定するが、本発明は、水冷却装置が該チャンバの実質的に全体を画成することも教示することが理解されよう。その場合、歯車ユニットのハウジングに対面する水冷却装置の部分は、ハウジングの形状と緊密に適合し、これによりハウジングから水冷却装置まで伝導することにより熱エネルギを良好に伝達し易くする形状とされることが好ましい。

歯車ユニットハウジング及び水冷却装置の相互に対面する面は、各々、機械加工した面とし、又は、上記面の１つ又は各々は、鋳造し又は成形したままの粗面としてもよい。

本発明の実施の形態は、以下に添付図面に関して、単に一例としてのみ説明する。

図１には、水冷却装置１が固定された歯車ユニットハウジング１４の組立体の一部が示されている。該水冷却装置１は、冷却水が端部板８の入口ポート４を介して循環し、また、出口ポート（図示せず）を介して出ることのできるチャンバ３を画成するケーシング壁構造体２を備えている。ケーシング２は、歯車ユニットハウジング１４の対面する面領域に相応し且つ該面領域に緊密に当接する面５、６を有する形状とされる。領域５、６に対面するケーシングの部分の内方における、ケーシングの内部領域には、熱伝達の向上を助けるリブ構造体７が設けられる。

図２Ａ及び図２Ｂの構造において、水冷却装置は、歯車ユニットハウジング２３の一部分の下面２２に対面し且つ該下面に対して密封可能に当接する周辺密封領域２１を有するケーシング部材２０を備えている。ケーシング部材２０は、図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃにより詳細に示されている。ケーシング部材２０は、プレス薄板金属にて形成され且つ、ケーシング部材２０をねじ（図示せず）により歯車ユニットハウジングに固定することを可能にすべく複数の開口２６が設けられた周辺密封領域２４を有している。ケーシング部材には、冷却剤の流れを好ましいように導くよう配置されたリブ状形成体２８が設けられる。

図４Ａ及び図４Ｂには、複数の周辺締結具３２によって歯車ユニットハウジング３１に固定されたケーシング部材３０が示されている。締結具は、水冷却ケーシング部材の端縁領域３３と歯車ユニットハウジング３１の溜め領域におけるリブ３４との間にて作用する。ケーシング部材３０には、入口ポートが設けられ、冷却水は、該入口ポートを通って、ケーシング部材３０とハウジング３１との間に画成されたチャンバ３５内に流れることができる。ケーシング部材の周辺領域３３とハウジング３１の対面する部材との間に、密封ガスケット（図示せず）が設けられる。

図５Ａ及び図５Ｂには、図４に示した構造の構成にて採用可能である更なる特徴部が示されている。図５Ｂに示したケーシング部材４０は、密封面４１を有しており、該密封面の一部の角度は、ケーシング部材４０を装着すべき（図５Ａ参照）歯車ユニットハウジング４３の部分の表面角度αに相応する角度β以下の角度にて平面状の方向４２に対して傾斜している。ケーシング部材の外端領域を歯車ユニットハウジング４３に固定するため（図５Ｂに示すように）、締結具３２が採用されるとき、ケーシング部材４０は弾性的に変形し且つハウジング４３の対面する面に対し流体密の態様にて緊密に圧接し、これにより良好な圧縮シールを実現する。

図６Ａないし図６Ｄには、鋳造金属構造の別のケーシング部材５０が示されており、該ケーシング部材には、複数の周辺開口５１が設けら、これにより該ケーシング部材を止めねじにより歯車ユニットハウジングに固定することができる。ケーシング部材は、流体が流れるための蛇行路を提供する複数の内部リブ形成体を備えている。水入口５３は領域５６と連通し、また、その後、水は領域５６から端部５７を介して蛇行した態様にて流れ、次に、他端５８まで流れ、その後に前方に領域５９まで流れる。上述した入口ポート５３と出口ポート５４との間から長さ方向に伸びるリブ５２まで連続的に伸びるリブ５５により、領域５９は領域５６から分離される。図７には、歯車ユニットハウジング６０の下側にて溜め領域に固定された上述のケーシング部材５０が示されている。

上記の説明から、本発明は、冷却を実現することのできる効果的で且つ経済的な手段を提供することが理解されよう。更に、このことは、冷却水が歯車ユニットハウジングに入り且つ潤滑油を汚す何ら顕著なリスクを伴わずに実現される。

１Ａは、本発明の１つの実施の形態による歯車ユニットハウジング及び水冷却装置の図１Ａの線Ａ−Ａに沿った側面図である。１Ｂは、本発明の１つの実施の形態による歯車ユニットハウジング及び水冷却装置の図１Ａの線Ａ−Ａに沿った断面図である。 ２Ａは、本発明の別の実施の形態に対する図１Ａと同様の図である。２Ｂは、本発明の別の実施の形態に対する図１Ｂと同様の図である。 ３Ａは、別の実施の形態による水冷却装置の平面図である。３Ｂは、別の実施の形態による水冷却装置の側面図である。３Ｃは、別の実施の形態による水冷却装置の端面図である。 ４Ａは、図４Ｂの線Ａ−Ａに沿った断面図である。４Ｂは、本発明の更なる形態による構造とされた水冷却装置及び歯車ユニットハウジングの一部の平面図である。 ５Ａは、水冷却装置を歯車ユニットハウジングへ組み立てる特徴を示す図である。５Ｂは、水冷却装置を歯車ユニットハウジングへ組み立てる特徴を示す図である。 ６Ａは、本発明の更に別の形態による水冷却装置の斜視図である。６Ｂは、本発明の更に別の形態による水冷却装置の平面図である。６Ｃは、本発明の更に別の形態による水冷却装置の端面図である。６Ｄは、本発明の更に別の形態による水冷却装置の図６Ｂの線Ｘ−Ｘに沿った断面図である。 歯車ユニットハウジングの溜め領域に現場にて固定された図６の水冷却装置の図である。

Claims (12)

1. 潤滑された歯車構成要素を保持するハウジング（１４）と、流体チャンバ（３）、流体入口ポート（４）及び流体出口ポートの少なくとも一部を画成する水冷却装置（１）と、水冷却装置をハウジングに固定する保持手段（３２）とを備え、前記水冷却装置は接触面（５、６）を画成し、前記ハウジングは外部接触面を提供し、水冷却装置の前記接触面が前記保持手段により該ハウジングの外部接触面に対して固定される、工業用歯車ユニット。
2. 請求項１に記載の歯車ユニットにおいて、少なくとも３７３ジュール／秒（０．５馬力）の定格容量値を有する、歯車ユニット。
3. 請求項１又は２に記載の歯車ユニットにおいて、保持手段（３２）は、歯車ユニットが不作動状態にあるとき、ハウジング内の潤滑油のレベル以下である歯車ユニットハウジング（３１）の部分に水冷却装置（３０）の少なくとも一部分を固定する、歯車ユニット。
4. 請求項１ないし３の何れか１つに記載の歯車ユニットにおいて、歯車ユニットの使用時、歯車構成要素によって潤滑剤はハウジングの１つの領域に強く当たり、また、前記水冷却装置の少なくとも一部分は、ハウジングの前記領域にその外側にて固定される、歯車ユニット。
5. 請求項１ないし４の何れか１つに記載の歯車ユニットにおいて、歯車ユニットハウジングは、位置決め形成体（３４）を備え、保持手段（３２）は、位置決め形成体と協働して水冷却装置（３０）を歯車ユニットハウジングに固定する締結具を備える、歯車ユニット。
6. 請求項１ないし５の何れか１つに記載の歯車ユニットにおいて、歯車ユニットハウジングと組み立てる前に、水冷却装置（４０）は、歯車ユニットハウジング（４３）の対面する面の形状と相違する輪郭形状を有し、また、保持手段が水冷却装置をハウジングに固定するよう作用するとき、歯車ユニットハウジングの対面する面に相応する形状に変形可能である、歯車ユニット。
7. 請求項１ないし６の何れか１つに記載の歯車ユニットにおいて、水冷却装置（２０）は、該水冷却装置の内部及び外部の伝熱表面積を増大させる非平面状の形成体（２８）を備える、歯車ユニット。
8. 請求項１ないし７の何れか１つに記載の歯車ユニットにおいて、前記外側接触面を画成するハウジングの部分の内側である歯車ユニットハウジングの内面領域には、伝熱表面積を増大させる非平面状の形成体が設けられる、歯車ユニット。
9. 請求項１ないし８の何れか１つに記載の歯車ユニットにおいて、水冷却装置は、前記入口ポート（５３）と前記出口ポート（５４）との間の冷却水の流れを選択的に案内する内側形成体（５５、５２）を備える、歯車ユニット。
10. 請求項１ないし９の何れか１つに記載の歯車ユニットにおいて、水冷却装置は、流体チャンバの実質的に全体を画成し、冷却水は該流体チャンバ内に保持することができ又は前記入口ポートと出口ポートとの間を流れることができるようにした、歯車ユニット。
11. 請求項１ないし９の何れか１つに記載の歯車ユニットにおいて、水冷却装置（２０）は、流体チャンバの一部分のみを画成し、また、該水冷却装置は、歯車ユニットハウジングと係合し、これによりハウジングと組み合わさって流体チャンバを画成する周辺密封面（２４）を備え、冷却水は該流体チャンバ内に保持することができるか又は前記入口ポートと出口ポートとの間を流れることができるようにした、歯車ユニット。
12. 請求項１１に記載の歯車ユニットにおいて、歯車ユニットハウジングの外面は、前記周辺密封面の形成体が接触する接触領域を備え、該接触領域は、水冷却装置と組み合わさって冷却水の流れを前記入口ポートと出口ポートとの間にて選択的に案内する作用を果たす、歯車ユニット。

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