JP3834045B2 - ギア装置及びギア装置の内部圧力を制御する方法 - Google Patents

Description

本発明は、ギアハウジングと、このギアハウジングの内部圧力を変化させる圧力装置とを備える、特に土木工事における基礎工事用装置（foundation engineering devices）のためのギア装置に関する。本発明は、さらに、ギア装置の内部圧力を制御する方法に関する。

水中あるいはその他の高圧環境下で動作するギア装置においては、ギア装置の油圧を外部の環境圧に対して調節するために圧力を均衡させる必要がある。圧力が釣り合っていないと、ハウジング内部と外部環境との圧力差がさらに増大する危険があり、この場合、圧力差のために外部からギア装置内に水が浸入する可能性がある。このような圧力均衡が図られない場合には、外部からの流体の浸入に対してギア装置を密封するために相当な労力が必要になる。

ギア装置に設けられるこのような圧力均衡システムが下記特許文献１に記載されている。圧力均衡のために、ギアハウジングには開口が設けられ、この開口が可撓性膜により、環境に対して密封される。環境圧力が高い場合には、膜が内側に湾曲することによりギア装置内部に圧力均衡をもたらす。しかしながら、粗悪な環境状態の場合、例えば、基礎工事用の掘削装置による建設現場環境などでは、かかる圧力均衡システムは損傷を受けやすくなる。

下記特許文献２に開示されるトレンチカッター（trench cutter）においては、そのベアリングシールに液圧均衡装置が設けられている。圧力均衡の目的で、スライド式ピストンが設けられ、その一端に外部環境圧力が作用可能である。

スライド式ピストンの他端部はオイル貯蔵部に対して作用し、これにより、環境圧力が増加した場合には、ベアリングシールに対抗する液体圧が生成される。

ドイツ特許出願公開第２１６２３１４号明細書（ＤＥ２１６２３１４Ａ） 欧州特許第５１８２９３号明細書（ＥＰ０５１８２９３Ｂ１）

上記の従来装置は、安定性に乏しい可撓性膜に比べると、機械的な観点からかなり強固なものとなっているが、この場合にも、ピストンの可動性または外部環境に対するピストンの接続は、建設現場の状況下で、汚染のために悪影響を受ける危険がある。その場合には、確実な圧力均衡を保証することができない。

本発明は、上記課題に基づくものであり、単純で強固な構成でありながらギア装置内の圧力を確実に変化させることのできるギア装置及びギア装置の内部圧力制御方法を提供する。

本発明によれば、上記課題は、請求項１に記載された特性を有するギア装置により解決する。好ましい実施形態が各従属クレームに記載されている。

本発明によるギア装置は、制御装置によって制御されて内部圧力を変化させることができる能動的設定装置を設けたことを特徴とする。本発明の基本概念は、膜またはピストンの直接作用により環境圧力が内部圧力を変化させる、従来技術の受動的圧力調整から、能動的な、制御された圧力設定への移行である。動力駆動される設定装置は、制御装置によって作動し、制御信号に応じてギアハウジングの内部圧力を変化させる。

以下、本発明の実施形態を説明する。本実施形態のギア装置は、制御装置によって制御されて内部圧力を変化させることができる能動的設定装置を有している。本実施形態においては、従来の受動的な圧力調整から、能動的な、制御された圧力設定への移行されている。動力駆動される設定装置は、制御装置によって作動し、制御信号に応じてギアハウジングの内部圧力を変化させる。

基本的に、圧力変化は、例えば調節可能なピストンによってギアハウジングの容量を変えるなど、種々の方法で発生させることができる。本発明の好ましい１実施形態では、設定装置がギアハウジングの圧力を変化させるように設計されている。このように、迅速で選択的な圧力変化を比較的簡単な方法でもたらすことができる。

好ましくは、設定装置は、流体を供給及び／または排出するためにラインによってギアハウジングに接続されたポンプと補正タンク（compensating tank）の少なくともいずれかを備える。ギア装置に供給されたギアオイルと、同様に通常ギア装置に存在する空気のいずれもが、圧力に影響する流体として供給可能である。用例によっては、圧縮性及び温度特性ならびに防腐食特性に関して特定の物理的特性を有することができる特定の圧力流体が有用である場合もある。

本発明による改良によれば、所定圧力を補正タンクにおいて設定でき、ギアハウジングへの流体供給は制御弁によって制御できることが効果的である。補正タンクには、ハウジング内部に関して定められた過剰圧力が設定可能であるので、所望量の流体を常時ギアハウジングに導入できる。減圧の目的で、制御装置によって同様に制御可能な排気弁を設けることができる。

効果的な圧力設定のために、本発明によれば、設定装置は容量変更装置、特にピストンを有し、補正タンクの内部容量を変化させことができる。圧力設定は、補正タンクにおいて行われる。補正タンクはギアハウジングに流体接続され、補正タンク内部の圧力はギアハウジング内の圧力に対応する。

特に実用的で低コストの設計として、補正タンクには、圧力を変化させる流体として機能するギアオイルが少なくとも部分的に充填されている。

ギアオイルの汚染を避けるため、本発明によれば、補正タンクには第２の流体が供給され、この第２の流体は分離部材、例えばピストン、膜または袋によってギアオイルとは分離されているようにできる。第２流体は、好ましくは空気であり、動作中に生じるギアオイルの温度のばらつきを均等にする役目も果たす。

ギアハウジングにおけるスムーズな圧力変化のために、本発明によれば、減衰部材が設けられ、この減衰部材によって、特にギアオイルへの伝達圧力の変化が減衰されるようにできる。ここで、減衰部材は特に、所定量の気体を提供する。

正確な圧力調節のために、本発明によれば、圧力センサが設けられ、ギアハウジングの内部及び／または外部の圧力を測定するようにできる。圧力センサは、信号により制御装置に接続している。このように、環境圧力を外部圧力センサによって測定し、制御装置に供給することができる。これらの測定値により、制御装置は所望の方法でハウジングの内部圧力を調節することができる。ここで、内部圧力センサは、フィードバック装置として機能することもできる。したがって、内部圧力の単なる制御だけでなく、調整も行うことができる。

本発明の別の好ましい実施形態では、補正タンクにおけるギアオイルのレベルを検出するオイルレベル測定装置を設けることができ、特にこの測定装置は制御装置に信号接続されている。この結果、補正タンクのギアオイルレベルを特に簡単な方法で検出でき、これを確実なオイルレベル測定に使用できる。このオイル測定装置は温度センサにも結合され、温度により生じるギアオイルの容量変化をも考慮することができる。よって、特に信頼性の高い、ギアハウジングの充填レベルまたは漏れのモニタリングが可能である。

基本的には、本発明のギア装置は種々の用途に使用できる。この場合、ギア装置は、過剰圧力下または大気中より低い圧力下において、例えば水中で使用される。

本発明のギア装置は、基礎工事用装置、特にトレンチカッター（trench cutter）での使用が特に効果的である。本発明の構成によれば、粗悪な環境状況にさらされて損傷を受けやすい可動機械部品を設ける必要がないため、特に基礎工事用装置において、確実な圧力設定及びギア装置の内部圧力の調整が可能である。

本発明による方法は、内部圧力が、制御装置によって制御される能動的設定装置によって変化することを特徴とする。本発明のこの方法により、確実な圧力設定及び圧力調整に関する上記の効果を得ることができる。

好ましい実施形態によれば、外部圧力が外部圧力センサによりギアハウジングにおいて測定され、測定された外部圧力の関数として内部圧力が制御される。圧力センサは小型の構造サイズであり、比較的低コストであるため、好ましくは外部圧力センサを複数設けることにより、特に高精度の測定を保証することができる。

これに代えて、またはこれに加えて、トレンチカッターにおいて、外部圧力を、例えば装置の深さ位置検出手段により判断することもできる。これは、外部圧力が流体内の装置の深さに比例することによる。例えば、ウィンチに適当なセンサを配置すれば、その位置によって外部環境圧力を決定できるので、外部圧力センサを設けずに圧力調整をすることもできる。

調整（regulation）による特に信頼性のある圧力設定のために、内部圧力の測定をギアハウジングにおいて内部圧力センサによって行うことができ、この内部圧力が制御装置によって調整される。

本発明の別の効果として、ギアハウジングの内部圧力を、測定された外部圧力と同じか、あるいは外部圧力より所定の圧力差だけ小さくまたは大きくなるように制御及び／または調整する。こうして、制御装置により、所定の過剰圧力または低圧力を常にギアハウジングに設定することができる。所定の過剰圧力が設定された場合、外部からギアハウジング内に流体が浸入できないことが保証される。ダメージを受けやすい環境、例えば地下水貯蔵（ground-water reserves）において作業が実行されている場合、ギアハウジングに大気中よりわずかに低い圧力を適当に設定することで、非常に高い信頼度でギアオイルの漏れを防ぐことができる。

以下、図面を参照して、好ましい実施例により本発明を詳細に説明する。

図１は、本発明に従って設計されたトレンチカッター（trench cutter）１０を示している。トレンチカッター１０は、ギアシールド１３の両側に２つのカッターホイール１２を備える。このギアシールド１３上に本発明によるギア装置１４が位置している。ギア装置１４は、液圧ドライブ１５のトルクをカッターホイール１２に伝達する。ギア装置１４は、カッターホイール１２の中心にまで延びている。ここでは、カッターホイール１２の歯車は一部のみ示されている。トレンチカッター１０は、対称に構成されており、以下、ギアの構成を、左側のカッターホイールの構成に関してのみ説明する。

ギア装置のギアハウジング内部の圧力を変えるために、圧力変更用の能動的設定装置２０が設けられている。本実施形態では、能動的設定装置２０は、補正タンク２２を有し、補正タンク２２は、流体ライン２４によってギアハウジング１６内部に接続されている。ここには図示されない制御装置により所望の圧力が補正タンク２２内に生成でき、この圧力が流体ライン２４を介してギア装置１４の内部圧力に伝達される。こうして、所望の圧力をギア装置１４の内部に設定できる。この内部圧力は、例えば外部環境圧力に調節できる。この結果、懸濁液が充填された、１００ｍにも及ぶ深さを有する溝で動作しなければならないトレンチカッター１０において、ギア装置の内部と外部との圧力差を回避することができる。よって、高い環境圧力であっても、ギアユニット１４のシャフトシール及びハウジングシールに特別な密封手段を設けることなく、流体または懸濁液のギアハウジング１６への浸入を防ぐことができる。

溝からのトレンチカッター１０の引出し中に、深さの変化によって、ギアハウジング１６内部の圧力が再び低減する可能性がある。ここで、補正タンク２２は、ボール弁に合流する排気ライン２６を介して、内部の圧力を排出する、または満たした状態ともすることができる。

本発明に使用される補正タンク２２ａにおける圧力生成の第１実施形態が図２ａに示されている。円筒形の補正タンク２２ａには、ギアオイル５が部分的に充填されている。ギアオイル５は、流体ライン２４ａを介してギア装置のギアオイルに通じている。圧力設定のために、圧縮空気ライン２５ａを介し、圧縮空気を制御弁（図示せず）によって補正タンク２２ａ内に導入することができる。制御弁は、制御装置によって制御される。センサ４２，４３を補正タンク２２ａに設けることができる。これらのセンサは、圧力測定だけでなく、オイルレベル測定装置として用いることもできる。

図２ｂに示される別の実施形態によれば、円筒形補正タンク２２ｂにおけるギアオイル５の圧力は、ピストン２８ｂによって設定することもできる。ピストン２８ｂとギアオイル５との間には、所定量の気体３０が挿入されている。気体３０は、圧力設定において減衰要素として機能することができる。特に、圧力調節は、単純な弁制御によって実施可能な段階的処理によって行うことができる。ピストン２８ｂの位置は、ピストンロッド３４ｂを有する、油圧または気圧により作動する設定シリンダ３２によって決定する。適切な方法で接続部３６に作用することにより、補正タンク２２におけるピストンの位置を、制御装置によって所定の方法であらかじめ設定することができる。

液圧系の構成が図２ｃに示されている。ここでは、補正タンク２２ｃは図２ａの補正タンク２２ａと同様に設計されている。気体の供給に使用される圧力ラインは、連通ライン４０として設計され、この連通ライン４０は、液圧オイル７が部分的に充填された液圧タンク３８に通じている。液圧タンク３８内の気体は、袋３９ｃにより液圧オイル７から分離されている。液圧ライン４１を介して液圧オイル７を対応的に供給及び排出することにより、袋３９ｃのサイズ、またその結果として、連通ライン４０を介し、補正タンク２２ｃ内の圧力を所望するように変化させることができる。

上記の構成を簡素化した実施形態が図２ｄに示されている。補正タンク２２ｄには、ギアオイル５に加えて、液圧オイル７ならびに所定量の気体３０ｄが供給されている。液圧オイル７と気体３０ｄはいずれも弾性を有する袋３９ｄ内に供給され、ギアオイル５から分離されている。補正タンク２２ｄ内の液圧オイル７の容量は、液圧ライン４１ｄを介して変えることができ、その結果、上部に配置されたギアオイル５の圧力がこれに対応して変化する。ギアオイル５は、流体ライン２４ｄを介してギアハウジングの内部に接続されている。袋３９ｄ内の気体容量３０ｄは、圧力変化を減衰するためのガスだめ（gas receiver）として機能する。

同様の実施形態が、図２ｅの補正タンク２２ｅとして提供されている。この場合も、液圧オイル７が気体容量３０ｅとともに、補正タンク２２ｅの下部に配置され、その上部に配置されるギアオイル７からピストン２８ｅによって分離されている。液圧ライン４１ｅを介して液圧オイル７を供給することにより、補正タンク２２ｅ内の圧力を変えることができ、これによりギアオイル５の圧力が流体ライン２４ｅを介して、ギア装置内部のギアオイルに伝えられる。同時に、センサ４６ｅにより、ピストンロッド３４ｅの伸張をギアオイルレベルの測定値として検出することができる。

本発明によるギア装置を含むトレンチカッターの極めて概略的な部分側面図である。 本発明のための補正タンクを一例を示す概略断面図である。 本発明のための補正タンクの他の例を示す概略断面図である。 本発明のための補正タンクの他の例を示す概略断面図である。 本発明のための補正タンクの他の例を示す概略断面図である。 本発明のための補正タンクの他の例を示す概略断面図である。

符号の説明

５ ギアオイル、７ 液圧オイル、１０ トレンチカッター、１２ カッターホイール、１３ ギアシールド、１４ ギア装置、１５ 液圧ドライブ、１６ ギアハウジング、２０ 能動的設定装置、２２ 補正タンク、２４ 流体ライン、２６ 排気ライン、４２，４３ センサ。

Claims (8)

1. ギアハウジングと該ギアハウジングの内部圧力を変化させる圧力装置とを含む、基礎工事用装置のためのギア装置において、
   制御装置により制御されて前記内部圧力を変えることができる能動的設定装置が設けられ、
   前記設定装置は、前記ギアハウジングにラインにより接続された補正タンクを有し、
   前記補正タンクには、前記ギアハウジングに対して供給および回収され、該ギアハウジングの内部圧力を変化させるギアオイルが部分的に充填され、さらに補正タンク内には前記ギアオイルに圧力を伝達し、伝達圧力の変化を減衰させる減衰要素が配置されている、
   ギア装置。
2. 請求項１に記載のギア装置において、前記減衰要素は気体である、ギア装置。
3. 請求項１に記載のギア装置において、
   前記補正タンクには所定圧力が設定可能であり、前記ギアハウジングへの流体の供給が制御弁によって制御可能である、ギア装置。
4. 請求項１に記載のギア装置において、
   前記設定装置が、前記補正タンクの内部容量を変化させるピストンを備える、ギア装置。
5. 請求項１に記載のギア装置において、
   前記補正タンクに、ピストン、膜または袋などの分離要素によって前記ギアオイルとは分離された第２の流体が供給されている、ギア装置。
6. 請求項１に記載のギア装置において、
   前記ギアハウジングの内部及び／または外部の圧力を測定するための圧力センサが設けられ、前記圧力センサが信号により前記制御装置に接続する、ギア装置。
7. 請求項１に記載のギア装置において、
   前記補正タンクのギアオイルレベルを検出するためのオイルレベル測定装置が設けられ、前記オイルレベル測定装置が信号により前記制御装置に接続している、ギア装置。
8. 基礎工事用のトレンチカッターにおいて、
   請求項１に記載のギア装置が設けられた、トレンチカッター。

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