JP4921967B2 - 建設機械用、特にトラクターバックホウ用およびテレスコピックハンドラー用の負荷時切換変速機 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念部分に記載の建設機械用、特にトラクターバックホウ（トラクターショベル）用およびテレスコピックハンドラー用の負荷時切換（パワーシフト）変速機に関する。

そのような変速機は通常、逆転変速機（Wendegetriebe）として形成され、多くの種類の建設機械に用いられ、その組込み条件は車両の形式に関係して異なる。例えば有用な組込み空間が極端に小さくなる。さらに、変速機入力軸と変速機出力軸との間に種々の軸距（軸間距離）が生じ、また、車両形式に応じて、変速機の入力軸と出力軸との間に所定の軸位置ずれが必要である。

トラクターバックホウは例えば、中央組込みおよびロードクリアランス（地上高さ）のために、コンパクトな構造を必要とする。テレスコピックハンドラーは、設計に応じて、横動作範囲の小さない細長い形状、あるいは横側広がり可能な低い構造様式を必要とする。

さらに、建築機械の通常の利用分野において、例えば作業機械の油圧装置に対する少なくとも１つの補助駆動装置が必要とされる。逆転変速機が満たさねばならない課題は、それに応じて、車両の構造様式に左右されて様々に異なる。その要件は変速機の軸方向構造長および幅の内部において満たさねばならない。

冒頭に述べた形式の変速機は、出力軸の位置、必要な前進段数および必要な後進段数について異なった要件を有する。

例えばトラクターバックホウ用変速機は、駆動軸と出力軸（後輪）との短い間隔についての要件を有し、これは車両内における位置および組込み空間によって生ずる。また、できるだけ大きなロードクリアランスが保証されねばならず、これは、エンジン・変速機ユニットができるだけ高い位置に置かれねばならないことを意味する。トラクターバックホウの場合、通常、後輪が前輪よりかなり大きく、このために、後車軸の垂直位置が前車軸の垂直位置よりかなり高い。このために生ずる典型的な垂直方向における軸間距離は、横位置ずれが全くないか僅かである状態で、１６０〜１８０ｍｍである。

トラクターバックホウは、通常、接続可能な前輪出力装置を有し、その前輪駆動装置は前輪が小さいために、変速機において後輪に対する出力装置に比べて低く位置されている。変速機の前方側にエンジン接続フランジも存在するので、ここでは、前輪駆動装置をトルクコンバータケースの外側ないし下側に配置しなければならない構造空間上の制限が存在する。

これに対して、テレスコピックハンドラーは常時（フルタイム）４輪駆動装置を有している。前輪駆動装置は後輪出力装置と同じ位置に存在し、このために、変速機は唯一の出力軸しか必要としない。車両構造上から、テレスコピックハンドラーは軸距についてトラクターバックホウと異なった要件を有する。多くの場合、例えば駆動装置と出力装置との大きな横位置ずれが必要とされる。この要件はエンジンの横組込み位置から生ずる。これによって、中央カルダン軸に対する水平位置ずれが必要とされる。車両中央への動力の流れの橋渡しは、従来において通常、動力分割機の組込みによって達成されている。

他の代表的な組込み位置は、横側ジブ付きテレスコピックハンドラーで可能である変速機・エンジンユニットの中央配置にある。ここでは、出力部の（駆動部に関する）横位置ずれを必要とせず、垂直の軸間距離は、動力分割機付きのテレスコピックハンドラーに比べて、あるいはトラックバックホウに比べて、かなり大きくなる。

本件出願人出願の欧州特許第０７５９１２９号明細書において、負荷時切換可能な逆転変速機が知られている。その逆転変速機は、複数の副軸上への切換クラッチ、固定歯車および遊び歯車の分配によって、１つの駆動歯車装置および１つの動力分割歯車装置を有し、これによって、長い軸距も短い軸距も実現できる。長い軸距に対しては、副軸が本質的に駆動軸と出力軸との間に配置されるようにし、その場合、所望の速度段に応じて、動力伝達に種々の副軸組合せが関与される。短い軸距の場合、副軸は駆動軸を中心とした円内に置かれ、これによって、その相対位置が既に予め決められている。この逆転変速機の場合、種々の軸距を実現するために、互いに異なった軸配置構造が考えられる。

さらに、本件出願人出願の独国特許第１０１３１３２９号明細書において、駆動軸と、出力軸と、複数の副軸とを備え、これらの軸上に、速度段切換および方向切換のための複数の副軸ユニットを形成する遊び歯車、固定歯車および切換要素が分布して設けられた負荷時切換可能な多段逆転変速機が知られている。この場合、個々の軸は逆転歯車ユニットおよび変速歯車ユニットの形にまとめられ、その逆転歯車ユニットは駆動軸の任意の側に設けられ、変速歯車ユニットは逆転歯車ユニットに続いている。これによって、逆転歯車ユニットおよび変速歯車ユニットは、駆動軸の片側に駆動軸に関して互いに連続的に配置されている。

従来における変速機構想の場合、軸距は不利にあまり可変的にできない。クラッチと軸の配置構造および所定の歯車相互のかみ合いのために、位置づけおよび（駆動部と出力部との）軸距に関して僅かな形成自由度しか存在しない。通常、軸距についての変化した要件を満足するために、構造的変更は高い経費をかけねばできず、これは、種々の軸距を実現するために、種々の変速機構想が開発されねばならないことを意味する。

例えば、既存の変速機構想において、短い垂直軸間距離から大きな垂直軸間距離にするために、中間軸を入れる必要がある。大きな横位置ずれを得るためには、動力分割機が構成されねばならない。

既存の歯車列構成は、変速機の外形が限られた柔軟性でしか形成できない、という欠点を有している。従って、通常、１つの変速機構想で、種々の車両形式の組込み空間についての要件を満たすことはできない。

多くの通常の変速機形式は、速度段数についての種々の要件に１つの変速機構想で応ずるために必要な柔軟性ないし可変性を有していない。この種々の速度段数を実現するために、少なくとも通常は高価な構造変更が必要である。多くの変速機構造の場合、５速形ないし６速形変速機から１つのクラッチを「除去する」ことによって、４速形変速機を提供することができる。しかしこれは、その構想が例えば６速形変速機に対して設計されているので、顕著なコスト削減をもたらさない。

本発明の課題は、従来における欠点を解消した建設機械用、特にトラクターバックホウ用およびテレスコピックハンドラー用の多段負荷時切換変速機を提供することにある。特に、非常に大きな軸距も非常に小さな軸距も可能とされ、さらに、実行可能な軸配置構造が、トラクターバックホウおよびテレスコピックハンドラーの異なった要件を満足するようにすることにある。

この課題は請求項１に記載の特徴によって解決される。また、本発明の他の実施態様および利点は従属請求項から理解できる。

それに応じて、駆動軸と、出力軸と、複数の副軸とを備え、これらの軸上に、速度段切換および方向切換のための複数の副軸ユニットを形成する遊び歯車、固定歯車および切換要素が分布して設けられた負荷時切換な多段逆転変速機が提案され、その多段逆転変速機において、１つの前進段ユニット（方向ユニット）に対応する副軸およびもう１つの前進段ユニット（方向ユニット）に対応する副軸が駆動軸にかみ合い、その駆動軸にかみ合う副軸が、駆動軸の周りをそれぞれ所望角度位置に回転できる。

本発明に基づいて、速度段に対応する副軸が、駆動軸の片側に駆動軸に関して連続的に配置されている。

速度段に対応する副軸は、有利に、空間的に見て駆動軸の方向に隣接配置された副軸の周りを大きな角度範囲内で回転できる。これによって、ほとんどすべてのケース形状が実現され、従って、本発明に基づく変速機は、トラクターバックホウ変速機およびテレスコピックハンドラー変速機に対する要件を満足する。本発明に基づく変速機は、好適には、４つの前進段と２つの後進段を有している。

前輪駆動装置の位置は、本発明に基づいて、その前輪駆動装置が出力部の周りを大きな角度範囲（Winkelfenster）内に配置できるので、可変性を大きくもたせらされる。トラクターバックホウ変速機に対して、前輪駆動装置は別個に接続でき、テレスコピックハンドラー変速機に対して、出力部が後にも前にも１つの軸にまとめられる。

以下図に示した実施形態を参照して本発明を詳細に説明する（なお各図において同一部分には同一符号が付されている）。

図１には、前進６速・後進３速の負荷時切換可能な多段逆転変速機１が示されている。この変速機１は、トルクコンバータ２と、駆動軸３と、出力軸４と、複数の副軸５、６、１７とを備え、これらの軸上に、速度段切換および方向切換のための複数の副軸ユニットを形成する遊び歯車、固定歯車および切換要素８、９、１０、１１、１２が分布して設けられている。この場合、切換要素８および切換要素１０は前進クラッチとして用いられ、９は後進クラッチである。さらに、本発明に基づく変速機において、切換クラッチ１３を介して接続される別個の前輪駆動装置１５が設けられている。この前輪駆動装置１５は遊び歯車３２を介して出力軸４の固定歯車２２に接続され、これによって、この実施形態は特にトラクターバックホウへの組込みに適している。

図１から理解できるように、補助出力部例えばＰＴＯ（動力取出し装置）１６が設けられ、これは好適には駆動軸３に接続されている。

１つの前進段ユニットに対応する副軸１７および別の前進段ユニットに対応する副軸５は駆動軸３にかみ合い、その両副軸１７、５は駆動軸３の周りをそれぞれ所望角度位置に回転できる。

本発明に基づいて、副軸６は副軸５の周りを非常に大きな角度範囲内で回転できる。その上、出力軸４も副軸６の周りを大きな角度範囲内で回転できる。本発明に基づく構想によって、変速機形状は、種々の建設機械形式の構造空間条件および要件に適合できる。

駆動軸３は副軸１７および副軸５にかみ合い、この目的のために、駆動軸３は、固定歯車３１を介して副軸１７の固定歯車２０′に接続され、切換クラッチ８と遊び歯車２８とを介して副軸５の固定歯車２４に接続されている。副軸１７は副軸５の遊び歯車２１にかみ合うもう１つの固定歯車２０を有している。その遊び歯車２１は切換クラッチ１０を介して副軸５に固く接続される。さらに、副軸５の固定歯車２４′は副軸１７の遊び歯車２９にかみ合い、この遊び歯車２９は切換クラッチ８を介して副軸１７に固く接続される。切換クラッチ９の係合は出力軸の回転方向を逆転させ、切換クラッチ１１、１２と関連して後進段を起動させる。

図から理解できるように、副軸５の固定歯車２４′は副軸６の固定歯車２５′にかみ合い、副軸６の遊び歯車２３は出力軸４の固定歯車２２′にかみ合い、切換クラッチ１１を介して副軸６に固く接続される。また、副軸６の固定歯車２５′は出力軸４の遊び歯車２７′にかみ合い、この遊び歯車２７′は切換クラッチ１２を介して出力軸に固く接続される。さらに、出力軸４の固定歯車２２′は前輪駆動装置１５の遊び歯車３２にかみ合っている。

図２には図１の実施形態の変形例が示され、これは常時前輪駆動装置を有し、特にテレスコピックハンドラーに適用される。この場合、前輪駆動および後進駆動は１つの軸で、つまり出力軸４で行われる。

図１および図２に示された変速機の前進４速・後進２速を形成するためのクラッチ作動は次のような組合せで行われる。

前進
１速 切換クラッチ８と切換クラッチ１１
２速 切換クラッチ８と切換クラッチ１２
３速 切換クラッチ１０と切換クラッチ１１
４速 切換クラッチ１０と切換クラッチ１２

後進
５速 切換クラッチ９と切換クラッチ１１
６速 切換クラッチ９と切換クラッチ１２

図示された変速機歯車列の原理構成は１０個の歯車を有している。１個ないし数個の歯車の追加によって、伝達比およびステップについて非常に幅広い変化範囲が得られる。

図３、図４、図５、図６、図７にはそれぞれ、上述した実施形態とは歯車の数が異なっている接続可能な前進駆動装置１５付きの異なった実施形態が示されている。図２に示された実施形態と類似して、常時進駆動装置を設けることもできる。即ち、例えば図３における実施形態は、図１における実施形態とは、副軸１７上にただ固定歯車２０しか配置されていない点で相違し、これによって、切換クラッチ１０に付属された副軸５の遊び歯車２１が、その固定歯車２０にかみ合っている（図１における追加固定歯車によって他の伝達比が得られる）。図４において、出力軸４は固定歯車２２を有し、この固定歯車２２は副軸６の遊び歯車２３に接続され、切換クラッチ１２にはもはや連結されておらず、同様に、副軸５および副軸６は、切換クラッチ１０ないし切換クラッチ１１と無関係な固定歯車２４、２５を有している（この場合、副軸５は２つの固定歯車２４、２４′を有している）。

図５の実施形態において、副軸６上に２つの固定歯車２５、２５′が設けられ、その一方の固定歯車２５は出力軸４（遊び歯車２７）に接続され、他方の固定歯車２５′は副軸５（固定歯車２４′）に接続されている。

図６に示された実施形態は図１に示された実施形態とは、副軸５が２つの固定歯車２４、２４′を有している点で相違し、その一方の固定歯車２４は副軸６の固定歯車２５に接続され、他方の固定歯車２４′は副軸１７の遊び歯車２９および駆動軸３の遊び歯車２８に接続されている。さらに、副軸６の固定歯車２５は切換クラッチ１１に連結されておらず、出力軸４の固定歯車２２は切換クラッチ１２に連結されていない。

図７の実施形態は図４における実施形態とは、副軸６の固定歯車２５および出力軸４の固定歯車２２が切換クラッチ１１ないし切換クラッチ１２に接続されている点で相違している。

図８には、テレスコピックハンドラーにおける横側組込み時の各軸の２つの位置づけ方式が示されている。既に述べたように、副軸１７および副軸５が駆動軸３の周りを回転でき、出力軸４が副軸６の周りを、副軸６が副軸５の周りを回転できる。

図９には、接続可能な前輪駆動装置１５を備えたトラックバックホウにおける軸配置構造の２つの例が示されている。この場合、軸１５（前輪駆動装置）が出力軸４の周りを回転でき、副軸１７および副軸５が駆動軸３の周りを回転できることが理解できる。これによって、非常に大きな組込み柔軟性が保証される。

図示されていない異なった実施形態の枠内で、１つの完全軸の追加によって、前進６速・後進３速形変速機を形成することができる。

また、前輪駆動軸１５が図示されていない固定歯車を介して遊び歯車２３に接続されることも可能であり、その遊び歯車２３は副軸６上に配置されている。また、接続可能な前輪駆動軸（前輪駆動装置）１５が設けられ、この前輪駆動軸１５が遊び歯車２３を介して固定歯車に接続され、その遊び歯車２３が副軸６上に配置されるということも可能である。

本発明に基づく変速機の第１実施形態の歯車列構成。 本発明に基づく変速機の第２実施形態の歯車列構成。 本発明に基づく変速機の異なった実施形態の歯車列構成。 本発明に基づく変速機の異なった実施形態の歯車列構成。 本発明に基づく変速機の異なった実施形態の歯車列構成。 本発明に基づく変速機の異なった実施形態の歯車列構成。 本発明に基づく変速機の異なった実施形態の歯車列構成。 本発明に基づく変速機の実施形態における軸配置構造。 本発明に基づく変速機の異なった実施形態における軸配置構造。

符号の説明

１ 変速機
２ トルクコンバータ
３ 駆動軸
４ 出力軸
５ 副軸
６ 副軸
７ 副軸
８ 切換クラッチ
９ 切換クラッチ
１０ 切換クラッチ
１１ 切換クラッチ
１２ 切換クラッチ
１３ 切換クラッチ
１５ 前輪駆動軸
１６ ＰＴＯ（動力取出し装置）
１７ 副軸
２０ 固定歯車
２０′ 固定歯車
２１ 遊び歯車
２２ 固定歯車
２２′ 固定歯車
２３ 遊び歯車
２４ 固定歯車
２４′ 固定歯車
２５ 固定歯車
２５′ 固定歯車
２７ 固定歯車
２７′ 固定歯車
２８ 遊び歯車
２９ 遊び歯車
３１ 固定歯車
３２ 遊び歯車

Claims (5)

1. トルクコンバータ（２）と、駆動軸（３）と、出力軸（４）と、複数の副軸（５、６、１７）とを備え、これらの軸上に、速度段切換および方向切換のための複数の副軸ユニットを形成する遊び歯車、固定歯車および切換要素（８、９、１０、１１、１２）が分布して設けられ、４つの前進段と２つの後進段を有し、出力軸（４）が或る速度段に対して副軸としても用いられ、１つの前進段ユニットに対応する副軸（１７）の歯車およびもう１つの前進段ユニットに対応する副軸（５）の歯車が、駆動軸（３）の歯車にかみ合い、それらの両副軸（１７、５）が駆動軸（３）の周りをそれぞれ所望角度位置に回転できる、
   多段負荷時切換変速機において、
   他の速度段に対応する副軸（４、６）が、駆動軸（３）の片側に駆動軸（３）に関して連続的に配置され、前記他の速度段に対応する副軸（４、６）が、それぞれ空間的に見て駆動軸（３）の方向に隣接配置された副軸の周りを所定の角度範囲内で回転でき、前記他の速度段に対応する副軸（４、６）が、動力の流れにおける上流側に接続された副軸の周りを回転できるように構成されており、
   切換要素（８、９、１０、１１、１２）の各々が、駆動軸（３）と出力軸（４）と複数の副軸（５、６、１７）とのうちの対応する一つの軸に、１対１対応で配置されている
   ことを特徴とする多段負荷時切換変速機。
2. トルクコンバータ（２）と、駆動軸（３）と、出力軸（４）と、複数の副軸（５、６、１７）とを備え、これらの軸上に、速度段切換および方向切換のための複数の副軸ユニットを形成する遊び歯車、固定歯車および切換要素（８、９、１０、１１、１２）が分布して設けられ、４つの前進段と２つの後進段を有し、出力軸（４）が或る速度段に対して副軸としても用いられ、１つの前進段ユニットに対応する副軸（１７）の歯車およびもう１つの前進段ユニットに対応する副軸（５）の歯車が、駆動軸（３）の歯車にかみ合い、それらの両副軸（１７、５）が駆動軸（３）の周りをそれぞれ所望角度位置に回転できる、
   多段負荷時切換変速機において、
   他の速度段に対応する副軸（４、６）が、駆動軸（３）の片側に駆動軸（３）に関して連続的に配置され、前記他の速度段に対応する副軸（４、６）が、それぞれ空間的に見て駆動軸（３）の方向に隣接配置された副軸の周りを所定の角度範囲内で回転でき、前記他の速度段に対応する副軸（４、６）が、動力の流れにおける上流側に接続された副軸の周りを回転できるように構成されており、
   接続可能な前輪駆動装置（１５）が設けられ、この前輪駆動装置（１５）が遊び歯車（３２）を介して出力軸（４）の固定歯車（２２）に接続され、出力軸（４）の周りに所定の角度範囲で配置されるように構成されている、ことを特徴とする多段負荷時切換変速機。
3. トルクコンバータ（２）と、駆動軸（３）と、出力軸（４）と、複数の副軸（５、６、１７）とを備え、これらの軸上に、速度段切換および方向切換のための複数の副軸ユニットを形成する遊び歯車、固定歯車および切換要素（８、９、１０、１１、１２）が分布して設けられ、４つの前進段と２つの後進段を有し、出力軸（４）が或る速度段に対して副軸としても用いられ、１つの前進段ユニットに対応する副軸（１７）の歯車およびもう１つの前進段ユニットに対応する副軸（５）の歯車が、駆動軸（３）の歯車にかみ合い、それらの両副軸（１７、５）が駆動軸（３）の周りをそれぞれ所望角度位置に回転できる、
   多段負荷時切換変速機において、
   他の速度段に対応する副軸（４、６）が、駆動軸（３）の片側に駆動軸（３）に関して連続的に配置され、前記他の速度段に対応する副軸（４、６）が、それぞれ空間的に見て駆動軸（３）の方向に隣接配置された副軸の周りを所定の角度範囲内で回転でき、前記他の速度段に対応する副軸（４、６）が、動力の流れにおける上流側に接続された副軸の周りを回転できるように構成されており、
   常時前輪駆動装置（１５）が出力軸（４）に対して同軸に直接設けられ、前輪駆動および後輪駆動が当該共通の出力軸（４）を介して行われるように構成されている、ことを特徴とする多段負荷時切換変速機。
4. トルクコンバータ（２）と、駆動軸（３）と、出力軸（４）と、複数の副軸（５、６、１７）とを備え、これらの軸上に、速度段切換および方向切換のための複数の副軸ユニットを形成する遊び歯車、固定歯車および切換要素（８、９、１０、１１、１２）が分布して設けられ、４つの前進段と２つの後進段を有し、出力軸（４）が或る速度段に対して副軸としても用いられ、１つの前進段ユニットに対応する副軸（１７）の歯車およびもう１つの前進段ユニットに対応する副軸（５）の歯車が、駆動軸（３）の歯車にかみ合い、それらの両副軸（１７、５）が駆動軸（３）の周りをそれぞれ所望角度位置に回転できる、
   多段負荷時切換変速機において、
   他の速度段に対応する副軸（４、６）が、駆動軸（３）の片側に駆動軸（３）に関して連続的に配置され、前記他の速度段に対応する副軸（４、６）が、それぞれ空間的に見て駆動軸（３）の方向に隣接配置された副軸の周りを所定の角度範囲内で回転でき、前記他の速度段に対応する副軸（４、６）が、動力の流れにおける上流側に接続された副軸の周りを回転できるように構成されており、
   １つの完全軸の追加によって、前進６速・後進３速形変速機が生ずるように構成されている、ことを特徴とする多段負荷時切換変速機。
5. トルクコンバータ（２）と、駆動軸（３）と、出力軸（４）と、複数の副軸（５、６、１７）とを備え、これらの軸上に、速度段切換および方向切換のための複数の副軸ユニットを形成する遊び歯車、固定歯車および切換要素（８、９、１０、１１、１２）が分布して設けられ、４つの前進段と２つの後進段を有し、出力軸（４）が或る速度段に対して副軸としても用いられ、１つの前進段ユニットに対応する副軸（１７）の歯車およびもう１つの前進段ユニットに対応する副軸（５）の歯車が、駆動軸（３）の歯車にかみ合い、それらの両副軸（１７、５）が駆動軸（３）の周りをそれぞれ所望角度位置に回転できる、
   多段負荷時切換変速機において、
   他の速度段に対応する副軸（４、６）が、駆動軸（３）の片側に駆動軸（３）に関して連続的に配置され、前記他の速度段に対応する副軸（４、６）が、それぞれ空間的に見て駆動軸（３）の方向に隣接配置された副軸の周りを所定の角度範囲内で回転でき、前記他の速度段に対応する副軸（４、６）が、動力の流れにおける上流側に接続された副軸の周りを回転できるように構成されており、
   接続可能な前輪駆動装置（１５）が設けられ、この前輪駆動装置（１５）が遊び歯車（２３）を介して固定歯車に接続され、その遊び歯車（２３）が副軸（６）上に配置されている、ことを特徴とする多段負荷時切換変速機。

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