JPH08501374A - 負荷切換可能な変速装置、特に二段変速・遊星歯車装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、負荷切換可能な二段変速装置に関する。この変速装置は遊星歯車装置として形成されている。二つの変速段は二っの摩擦クラッチ（９，１０）を介して液圧式に切り換えられる。このために摩擦要素（外側クラッチディスク１３，１９、内側クラッチディスク１４，２０）が皿ばね（１６，２２）の力ないし圧力媒体によって交互に開閉される。一方の摩擦クラッチ（９，１０）に、高速変速段から低速変速段にシフトダウンする際に全ばね力が摩擦要素に作用することを阻止する手段が付属されている。好適には、シフトダウンする際にトルク経過に影響を与えるアキュムレータ（３０）が利用される。本発明の配置構造の主な利点は、シフトダウンする際における切換過程が柔らかに進行し、従って特に不快に感ずる硬い切換が避けられるということにある。

Description

【発明の詳細な説明】 負荷切換可能な変速装置、特に二段変速・遊星歯車装置 本発明は、負荷切換可能な変速装置、特に遊星歯車装置として形成されている 二段変速装置に関する。この変速装置の変速段は二つの液圧切換式摩擦クラッチ によって切り換えられる。これらの摩擦クラッチの摩擦要素（内側および外側の クラッチディスク）は、ばね力によって閉鎖され油圧によって開放される。 冒頭に述べた形式の負荷切換可能な変速装置の場合、二つの変速段が切り換え られる。変速段を切り換える際、二つの摩擦クラッチ（その一つはブレーキとし て作用する）が交互に開閉される。摩擦クラッチの閉鎖は皿ばねを介して行われ る。両方の摩擦クラッチが油圧がかかっていないとき、即ち閉鎖されているとき 、駆動部および従動部は拘束されている（駐車ブレーキ）。 皿ばねのもつ非常に大きな力によって、圧力媒体（圧油）は、それぞれの圧力 室から極めて短時間内にタンク（油溜め）に排出される。摩擦クラッチを開放す るために必要な時間は圧力媒体源（ポンプ）の搬送量に関係する。 絞りが並列接続されている逆止め弁を圧力室に通じている配管に組み込むこと によって、開放すべき摩擦クラ ッチか開かれるときに、はじめて閉鎖すべき摩擦クラッチが閉じられるように、 摩擦クラッチが交互に開閉されることが保証される。 絞りが補充された逆止め弁は、摩擦クラッチを開放する際に油流が支障なしに その圧力室の中に流入できるように配置されている。摩擦クラッチを閉鎖する際 、圧力室から押し出される油流は絞られてタンクに排出される。 上述の弁によって摩擦クラッチの閉鎖時点が制御される。閉鎖過程自体、即ち 摩擦クラッチの時間的なトルクの受入れはこれによって影響されない。摩擦クラ ッチを閉鎖する方向に摩擦要素に作用するピストンが空隙（摩擦クラッチの開放 状態における内側クラッチディスクと外側クラッチディスクとの総合間隔）を克 服してしまうや否や、摩擦要素によって伝達できるトルクは衝撃的に最大値に上 昇する。摩擦クラッチの閉鎖過程が非常に瞬間的に行われるので、このことは特 に第２変速段から第１変速段にシフトダウンする際に特に不快に感ずる硬い切換 として認識される。 本発明の目的は特にシフトダウンする際の切換性能を向上することにある。 この目的は、少なくとも一方の摩擦クラッチの摩擦要素の空隙が零あるいは零 に近い値に減少した際に全ばね力が摩擦要素に作用することを阻止する手段が設 けられていることによって達成される。この手段は少なくとも、 高変速段から低変速段にシフトダウンする際に閉じられる摩擦クラッチに採用さ れる。この手段によれば、閉鎖すべき摩擦クラッチのトルクの受入れが、空隙が もはや存在しない場合において意図的に制御できる。これによって低変速段への シフトダウンの際に切換過程が非常に柔くされる。 本発明の有利な実施態様において、各摩擦クラッチの圧力室に通じている配管 にそれぞれ逆止め弁が組み込まれ、これらの逆止め弁に絞りが並列接続されてい る。その少なくとも一方の配管に、その摩擦クラッチを開放する際も圧力媒体で 充填されるアキュムレータが接続されている。このアキュムレータの中に蓄えら れた圧力媒体容積は摩擦クラッチを閉鎖する際に絞りを介して空にされる。この 圧力媒体の排出は、摩擦クラッチの摩擦要素が相互に接触したとき。即ち空隙が 零になったときに開始される。閉鎖過程は補助的にアキュムレータの形式および 大きさ（アキュムレータ容積）によって影響される。 アキュムレータがシリンダおよびばねで荷重されているピストンから形成され ることにより、特に単純な形状が得られる。利用されるばねの特性によって閉鎖 過程は単純に決定できる。 摩擦クラッチが完全に閉鎖されているときにピストンが終端位置に到達してい ることが特に必要である。終端位置は例えばストッパによって実現できる。この 終端位 置において摩擦クラッチは最大トルクを伝達する。 シフトダウンする際の切換過程が柔くされるようにするために、高変速段が投 入されるときに開かされる摩擦クラッチにアキュムレータが付属されている。 本発明にとって重要な他の特徴事項およびそれにより生ずる利点は以下の実施 例の説明から理解できる。 第１図は変速装置を切り換えるために必要な要素を持った負荷切換可能な変速 装置の概略断面図、 第２図は第１図における変速装置の異なった切換状態の概略断面図、 第３図はシフトダウンする際の圧力と時間の関係を示した線図、 第４図はシフトダウンする際のトルク経過を示した線図である。 第１図に概略的に断面図で示されている変速装置は、液圧式に負荷切換可能な 二段変速装置が対象となっている。ハウジング１の中に駆動軸２が回転可能に配 置されている。駆動軸２はそれ自体図示されていない駆動モータによって駆動さ れる。その駆動モータは、ここでは例えば無段調整形液圧モータあるいは電動機 が対象となっている。液圧式に負荷切換可能な変速装置は、好適には、遊星歯車 装置３として形成されている。遊星歯車装置３は詳しくは内側親歯車４、外側親 歯車５、複数の遊星歯車６および遊星歯車キャリヤ７から構成されている。遊 星歯車６は遊星歯車キャリヤ７に回転可能に支持され、遊星歯車キャリヤ７は従 動軸８に固着されている。従動軸８はそれ自体図示されていない平歯車段に駆動 結合され、この平歯車段を介して従動軸はホィールローダ（ショベルカー）など の車輪を駆動するために駆動される。 負荷切換可能な変速装置の二つの変速段は二つの摩擦クラッチ９，１０を介し て液圧式に切り換えられる。この場合、外側に位置する摩擦クラッチ１０は好適 には内側に位置する摩擦クラッチ９に対して同心的に位置して配置され、ブレー キとして作られている。この構造部品はブレーキとして機能するにも拘わらず摩 擦クラッチと呼ぶ。 外側親歯車５は二つのクラッチディスクホルダ１１，１２を有している。好適 には、これらのクラッチディスクホルダ１１，１２は外側親歯車５と一体構造部 品として作られている。 図面において内側に位置するクラッチディスクホルダ１１は摩擦クラッチ９の 外側クラッチディスク１３を公知のように相対回転不能に、かつ軸方向に移動可 能に受けている。それに対応した内側クラッチディスク１４は公知のように駆動 軸２に相対回転不能に、かつ軸方向に移動可能に配置されている。 ハウジング１の中にポット状に形成されたピストン １５が軸方向に移動可能に案内されている。このピストン１５は複数の皿ばね１ ６によって、ピストン１５が摩擦クラッチ９を閉鎖する方向にその外側クラッチ ディスクディスク１３および内側クラッチディスク１４に押しつけられるように 荷重されている。ピストン１５の内部に圧力室１７があり、この圧力室１７には 圧力媒体、例えば油を供給ないし排出する第１の配管１８が通じている。 上述の説明から分かるように、圧力室１７が無圧であるとき摩擦クラッチ９は 、ピストン１５を荷重し（図面において）右側に移動する皿ばね１６の力によっ て閉じられる。これに対して圧力室１７に圧力媒体が供給されると、摩擦クラッ チ９は皿ばね１６の力に抗して開かれ、即ちピストン１５は、図面において、左 側に移動する。 摩擦クラッチ１０の摩擦要素は、外側親歯車５のクラッチディスクホルダ１２ に保持されている内側クラッチディスク１９およびハウジング１の中に公知のよ うに配置されている外側クラッチディスク２０からなっている。摩擦クラッチ１ ０を開閉するために、ハウジング１の中に軸方向に滑り可能に案内されている別 のピストン２１が設けられ、このピストン２１には皿ばね２２によって与えられ る力が作用する。その圧力室２３に配管２４が通じている。 図面から明らかなように、摩擦クラッチ９は閉鎖状態 にあり、摩擦クラッチ１０は開かれている。即ち、第２変速段が投入されている 。駆動軸のトルクは一方では閉鎖した摩擦クラッチ９および外側親歯車５を介し て遊星歯車６に導かれ、他方では内側親歯車４を介して遊星歯車６に導かれる。 その場合、遊星歯車キャリヤ７は合計出力を従動軸８に伝達する。 配管１８，２４は４ポート２位置切換弁として形成されている切換弁２５を介 してポンプ２６にあるいはタンク（油溜め）２７に接続される。各配管１８，２ ４にはそれぞれ切換弁２５と圧力室１７，２３との間に逆止め弁２８が接続され ており、これらの逆止め弁２８には絞り２９が並列接続されている。逆止め弁２ ８は圧力室１７，２３への支障のない圧油の供給を許すが、圧力室１７ないし２ ３からタンク２７への油の戻り流は絞られる。 第１変速段を投入するために摩擦クラッチ１０が閉じられるとき戻り配管とな る配管２４に、アキュムレータ３０が接続配管３１によって接続されている。 アキュムレータ３０は、原理的には、ピストン３３が軸方向に移動可能に案内 されているシリンダ３２からなっている。ピストン３３は例えば圧縮コイルばね ３４によってばねで荷重されている。図面に示されているように第２変速段が投 入されているとき、圧力室２３は圧力媒体が充填されている。摩擦クラッチ１０ は開かれてい る。同時にアキュムレータ３０の容積３５は圧力媒体で充填されている。ピスト ン３３はばねで荷重され図示されている右側終端位置にある。 第２変速段から第１変速段にシフトダウンする際、切換弁２５はその切換位置 を換え、第２図に示されている切換位置とする。その場合、配管１８はポンプ２ ６に接続され、配管２４は絞り２９を介して（逆止め弁２８を迂回して）タンク ２７に通じる。シフトダウンする際、圧力室１７は圧力媒体で充填される。ピス トン１５は皿ばね１６の力に抗して左側に移動する。摩擦クラッチ９は開かれる 。 圧力室２３内に封じ込まれていた圧力媒体は絞り２９を介してタンク２７に流 出する。ピストン２１は皿ばね２２の力によって右側に動き始める。摩擦クラッ チ１０の摩擦要素（内側クラッチディスク１９および外側クラッチディスク２０ ）は、空隙が次第に小さくなり最後に零になるまで互いに接近し始める。この切 換位置は第２図に示されている。摩擦要素の空隙が零の値に減少されるとき摩擦 クラッチ１０が衝撃的に全トルクを伝達することを避けるために、アキュムレー タ３０の圧縮コイルばね３４の特性並びにアキュムレータ容積３５は、摩擦クラ ッチ１０の摩擦要素の空隙が零あるいはほぼ零の値に減少された場合において、 ピストン２１が停止するように設計されている。それ故、摩擦クラッチ１０は、 完 全に閉じられない。アキュムレータ３０は、圧力室２３と逆止め弁２８との間の 配管２４の中に保持圧力か維持されるような保持機能を負っている。この保持圧 力は衝撃的にではなく、アキュムレータ３０内に封じ込まれた圧油が絞り２９を 介して流出することによって連続的に消滅される。この保持力を連続的に消滅す ることによって摩擦クラッチ１０は連続的な移行過程により最後に完全に閉じら れる。この移行過程（摩擦クラッチ１０の摩擦要素の滑り過程）においてピスト ン３３は圧縮コイルばね３４の力のもとで、アキュムレータ容積３５がその最小 値となるまで左側に移動する。図示されていないこの位置において、ピストン３ ３はストッパに衝突する。これは終端位置に到達する。この時点において、アキ ュムレータ３０内に収容されていた保持圧力下にある圧力媒体は絞り２９を介し て流出されるので、皿ばね２２はピストン２１をその最終的な閉鎖位置に移動す る。 第３図における線図から、時間に関する圧力室１７，２３内の圧力経過（破線 は圧力室１７の圧力経過、実線は圧力室２３の圧力経過）が理解できる。時点ｔ₁ においてシフトダウンが開始される。切換弁２５が切り換えられる。ピストン ２１は圧力室２３内に封じ込まれていた油を時点ｔ₂までに絞り２９に向けて押 し除ける。アキュムレータ３０を除いて圧力は非常に急速に零の値まで低下する 。これは図中で一点鎖線で明示されている。 アキュムレータ３０は急速な圧力低下を阻止する。圧力室２３内の圧力は（圧縮 コイルばね３４の特性に応じて）下げられる。圧力室２３内の圧力は時点ｔ₂〜 ｔ₃の時間帯において連続して低下する。圧力室２３内の圧力は時点ｔ₃から急速 に零に下がる。 第４図における線図から、シフトダウンのトルク経過が理解できる。閉じてい る摩擦クラッチ１０のトルクの受入れは時点ｔ₂で始まる。アキュムレータなし ではトルク増加は一点鎖線で示されているように非常に急勾配で進行する。アキ ュムレータ３０によってトルク増加は緩やかにされる。このトルク増加は時点ｔ₂ 〜ｔ₃の時間帯において連続して進行する。 閉鎖過程は幾つかの観点で影響できる。時間的な変化は絞り２９の断面積を変 化することによってできる。閉鎖過程は圧縮コイルばね３４（勿論別の適当なば ねも利用できる）の特性の設計およびアキュムレータ容積３５によって影響でき る。 本発明は回転摩擦クラッチにも採用できる。この場合には、アキュムレータ３ ０、逆止め弁２８およびピストン２１の圧力室２３と漏洩個所との間の絞り２９ は圧力媒体導入路（ピストンリング）に配置される。 符号の説明 １ ハウジング ２ 駆動軸 ３ 遊星歯車装置 ４ 内側親歯車 ５ 外側親歯車 ６ 遊星歯車 ７ 遊星歯車キャリヤ ８ 従動軸 ９ 摩擦クラッチ １０ 摩擦クラッチ １１ クラッチディスクホルダ １２ クラッチディスクホルダ １３ 外側クラッチディスク １４ 内側クラッチディスク １５ ピストン １６ 皿ばね １７ 圧力室 １８ 配管 １９ 内側ディスク ２０ 外側ディスク ２１ ピストン ２２ 皿ばね ２３ 圧力室 ２４ 配管 ２５ 切換弁 ２６ ポンプ ２７ タンク（油溜め） ２８ 逆止め弁 ２９ 絞り ３０ アキュムレータ ３１ 接続配管 ３２ シリンダ ３３ ピストン ３４ 圧縮コイルばね ３５ アキュムレータ容積

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 変速段が二つの液圧切換式摩擦クラッチ（９，１０）によって交互に切 り換えられ、これらの摩擦クラ ッチ（９，１０）の摩擦要素（１３，１４ない し１９，２０）がばね力によって閉鎖され油圧によって開放されるような負荷切 換可能な変速装置、特に遊星歯車装置（３）として形成された二段変速装置にお いて、少なくとも一方の摩擦クラッチ（９，１０）の摩擦要素（１３，１４，１ ９，２０）の空隙が零あるいは零に近い値に減少した際に全ばね力（１６，２２ ）が摩擦要素（１３，１４，１９，２０）に作用することを阻止する手段（３０ ）が設けられていることを特徴とする負荷切換可能な変速装置、特に二段変速・ 遊星歯車装置。 ２． 各摩擦クラッチ（９，１０）の圧力室（１７，２３）に通じている配管 （１８，２４）にそれぞれ逆止め弁（２８）が組み込まれ、これらの逆止め弁（ ２８）に絞り（２９）が並列接続され、少なくとも一方の配管（１８）に摩擦ク ラッチ（９）を開放する際に圧力媒体で充填され摩擦クラッチ（９）を閉鎖する 際に絞り（２９）を介して空にされるアキュムレータ（３０）が接続されている ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の変速装置。 ３． アキュムレータ（３０）がシリンダ（３２）お よびばねで荷重されているピストン（３３）から形成されていることを特徴とす る請求の範囲第２項記載の変速装置。 ４． 摩擦クラッチの伝達トルクが最大であるとき、ピストン（３３）が終端 位置に到達されることを特徴とする請求の範囲第３項記載の変速装置。 ５． 高変速段が投入されるときに開かれる摩擦クラッチ（９）にアキュムレ ータ（３０）が付属されていることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に 記載の変速装置。