特許 7629109 ギアボックス中の歯の動力損失を低減するシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-02-03

(45)【発行日】2025-02-12

(54)【発明の名称】ギアボックス中の歯の動力損失を低減するシステム

(51)【国際特許分類】

   F16H 57/04 20100101AFI20250204BHJP

   F16H 1/06 20060101ALI20250204BHJP

【ＦＩ】

F16H57/04 J

F16H57/04 Z

F16H1/06

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2023548921

(86)(22)【出願日】2022-02-01

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2024-02-27

(86)【国際出願番号】 EP2022052258

(87)【国際公開番号】W WO2022171479

(87)【国際公開日】2022-08-18

【審査請求日】2023-12-25

(31)【優先権主張番号】21290005.4

(32)【優先日】2021-02-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】523306612

【氏名又は名称】フレンダー－グラフェンスタデン エス．アー．エス．

【氏名又は名称原語表記】ＦＬＥＮＤＥＲ－ＧＲＡＦＦＥＮＳＴＡＤＥＮ Ｓ．Ａ．Ｓ．

(74)【代理人】

【識別番号】110003317

【氏名又は名称】弁理士法人山口・竹本知的財産事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100075166

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 巖

(74)【代理人】

【識別番号】100133167

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100169627

【弁理士】

【氏名又は名称】竹本 美奈

(72)【発明者】

【氏名】ジャラット，エリック

(72)【発明者】

【氏名】ゴリエ，トーマス

(72)【発明者】

【氏名】マルマーニュ，トーマス

【審査官】前田 浩

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１９－５２１２９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１７－５１６９６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｈ ５７／０４

Ｆ１６Ｈ １／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ギアボックス（１）中の歯の動力損失を低減するシステムであって、
夫々、軸受（１５、１６）によって支持される回転軸（１３、１４）に取り付けられて、ハウジング（１０）内に取り付けられる少なくとも２つの噛み合い歯車（１１、１２）と、
前記軸受（１５、１６）と前記歯車（１１、１２）との間で、前記歯車（１１、１２）の各側に１つずつ、前記ハウジング（１０）内に設置されるように構成された２つの垂直プレート（２）と、
を含み、
前記垂直プレート（２）は、前記ハウジング（１０）内の複数のオイルフローを隔てるように構成された１つ又は複数のシールドを備え、
前記１つ又は複数のシールド（以下、内部シールドと参照する）は、前記歯車（１１、１２）に向かって配向された垂直プレート（２）の側面に取り付けられ、
前記内部シールドは、再循環防止プレート（２３０、２４０）を備え、
少なくとも１つの前記再循環防止プレート（２３０、２４０）は、１つ又は複数の垂直フィン（２３３）を備えて、空気とオイルの混合物の軸方向の流れをはばむようにしたことを特徴とする、システム。

【請求項2】

前記垂直プレート（２）は、夫々、上部プレート（２１）及び下部プレート（２２）を備える、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記再循環防止プレート（２３０、２４０）は、前記垂直プレート（２）に対して摺動可能に取り付けられる、請求項１又は２に記載のシステム。

【請求項4】

前記再循環防止プレート（２３０、２４０）は、水平面に対して傾斜しており、収集されたオイルが、前記歯車（１１、１２）に近い位置から、前記ハウジング（１０）の壁に向かって流れることを可能にした、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項5】

前記再循環防止プレート（２３０、２４０）は、第１の傾斜面（２３１、２４１）を備え、前記最も近い歯車（１１）の歯に向かう前記第１の傾斜面の延長部（Ｅ）が、その歯の内の１つの歯底円直径にて、前記歯車（１１、１２）と交差し、前記歯底円直径に対して接線であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項6】

前記垂直プレート（２）は、１つ又は複数のシールド（以下、外部シールドと参照する）を備え、これは、前記ハウジング（１０）の外部に向かって配向された前記垂直プレート（２）の側部に取り付けられる、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項7】

前記外部シールドは、夫々、前記軸受（１５、１６）のうちの１つを取り囲むように、逆Ｕ字形状に形成される、請求項６に記載のシステム。

【請求項8】

前記外部シールドは、第１の部分（２１０）及び第２の部分（２２０）を備え、夫々、湾曲プレート及び平板に形成されて、合せて、前記軸受（１５、１６）の周りで、前記逆Ｕ字形状を形成する請求項７に記載のシステム。

【請求項9】

前記第１の部分（２１０）は、上部プレート（２１）に取り付けられ、前記第２の部分（２２０）は、下部プレート（２２）に取り付けられる、請求項８に記載のシステム。

【請求項10】

冷却システム（３０）を備え、当該冷却システム（３０）は、１つ又は複数の冷却ノズル（３１Ａ、３１Ｂ）を含み、これらは、前記歯車（１１、１２）の下方に位置して、冷却用オイルフローを、前記歯車（１１、１２）の外面に向かって導くように構成された、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項11】

第１の冷却用オイルフローを、第１の歯車（１１）に向かって配向させた少なくとも１つの冷却ノズル（３１Ａ）と、
第２の冷却用オイルフローを、第２の歯車（１２）に向かって配向させた少なくとも１つの冷却ノズル（３１Ｂ）と、を備える、請求項１０に記載のシステム。

【請求項12】

前記冷却ノズル（３１Ａ、３１Ｂ）の出口側の前記冷却用オイルの噴出の方向と、前記冷却用オイルの噴出によって冷却される前記歯車（１１、１２）の前記外面とによって定められる角度は、９０°から１８０°までの範囲内に含められる、請求項１０又は１１に記載のシステム。

【請求項13】

夫々、軸受（１５、１６）によって支持される回転軸（１３、１４）に取り付けられて、ハウジング（１０）内に取り付けられる少なくとも２つの噛み合い歯車（１１、１２）と、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のシステムと、
を含む、ギアボックス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、機械式歯車を備えるギアボックス（伝達機構又はトランスミッションとも呼ばれる）に関し、より具体的には、そのようなギアボックス中の歯の動力損失に関する。

【背景技術】

【0002】

当該技術分野で公知のように、歯車機構は、少なくとも２つの歯車、即ち、歯付き部品である、第１の歯車及び第２の歯車を備えて、通常、ハウジング（又はケース若しくはケーシング）内に設けられる。２つの歯車は、夫々、ハウジングに設けられた軸受内で回転する軸に対して取り付けられている。上記複数の歯車の歯は、互いに係合することで、複数の歯車の内の一方の歯車の回転が、他方の歯車を回転させている。ハウジングは、伝達機構のケースを形成するが、例えば、タービンによる発電機の駆動用に利用されている。ハウジングと、当該ハウジング内に嵌め合わされる歯車機構とは、所謂ギアボックスを形成する。ギアボックスは、典型的に、一方の回転機械（例えば、回転動力源）からのトルク及び速度を、別の回転機械又は装置に適合したトルク及び速度へと変換するために用いられている。

【0003】

本発明は、より具体的には、ターボギアボックス、即ち、高速（特に、６０ｍ／ｓから１８０ｍ／ｓまでの範囲内のピッチ線速度によって特徴付けられる）の伝達機構に関する。

【0004】

トルク及び速度を変換することは、確実に電力損失をもたらすが、製造業者は、その最小化のために努力している。本発明は、より具体的には、特にターボギアボックス内に生じる歯の動力損失（以下、「ＴＰＬ：teeth power losses」という）に焦点を当てる。ＴＰＬは、以下に由来し得る。
－ギアボックス内の摩擦、特に複数の歯車間の摩擦、
－複数の歯車の噛み合い領域を潤滑するために用いられる潤滑油の量が適当でない場合に由来する、圧送（pumping）効果、
－周囲の流体の動きをもたらす歯車の回転速度に由来する、風損（windage）、
－向きが適当に配向されていないオイル噴出、又は、過度の量のオイル噴出。

【0005】

ＴＰＬを低減するために、様々な解決策が製造業者から提案されている。ある解決策は、空力学的損失を低減するために、機械式歯車のハウジング内に生じる真空、例えば、部分的真空に基づいている。他の解決法は、風損の損失を低減するために、歯車を閉じた覆いに基づいている。また、他の解決法は、ギアの冷却に焦点を当てたシステムに基づいている。実際、動作中に複数の歯車の歯が係合する噛み合い領域内で誘発される熱は、主に潤滑油（又は潤滑剤）によって拡散できることが知られているが、その潤滑油は、同時に、その領域の潤滑に用いられている。この領域での潤滑油の流れを増加することは、一方では、その領域をさらに冷却させるものの、他方では、好ましくないことに、電力損失を相当に増加させる。このため、製造業者は、潤滑油の流れを合理的な値に保ちながら、即ち、電力損失を増加させないように保ちながら、システムの効率を保つようにした追加の冷却装置が提案されている。当該技術分野で公知の冷却装置は、例えば、複数の歯車を取り囲む包囲壁を冷却するように構成された、冷却ダクトを備えている。しかしながら、このような解決策は、ギアボックス内の異なる部分へ容易にアクセスすることを妨げるため、メンテナンス作業をより複雑で困難なものにしている。

【0006】

米国特許出願公開第２０１９／１９５３３５号明細書では、請求項１の前段部に記載の特徴を備えた、ギアボックス内のＴＰＬを低減するためのシステムが開示されている。

【0007】

米国特許出願公開第２０２０／１３２１８３号明細書では、噛み合い歯車を有するギアボックスが開示されているが、ギアボックスのハウジング内の複数の歯車の一部を覆うように内部シールドが設けられている。

【0008】

米国特許出願公開第２０１８／３１３４４３号明細書では、２つの噛み合い歯車を有する円筒形状の歯車装置が開示されているが、各歯車は、夫々のプレート内で双方の軸方向に支持される軸を備えている。複数のプレートの間にシールドが設けられているが、この歯車の周囲部分を囲む関連する歯車に対して、わずかに間隔を空けて設けられている。

【0009】

従って、従来公知の解決策は、通常、複雑に構成されている。このため、特にメンテナンス動作を複雑化させないように、より単純で、効率的な解決策が依然として求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】米国特許出願公開第２０１９／１９５３３５号明細書

【文献】米国特許出願公開第２０２０／１３２１８３号明細書

【文献】米国特許出願公開第２０１８／３１３４４３号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明の目的は、ギアボックス内のＴＰＬを低減するための、簡単で、効率的なシステムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記目的は、特許請求の範囲の独立請求項に記載された解決手段に基づいて解決される。さらに有利な実施形態は、従属請求項で提案されている。

【0013】

従って、本発明は、ギアボックス内のＴＰＬを低減するシステムに関する。当該システムは、ギアボックスのハウジング内に設置されるように構成された、２つの独立した垂直プレートの一組を含み、これは、ギアボックスの複数の歯車の歯を冷却及び／又は潤滑するために用いられる第１のオイルフローを、ギアボックスの回転軸を支持している流体力学的な軸受を冷却及び／又は潤滑するために用いられる第２のオイルフローから分離又は隔てるために設置される。複数の歯車は、上記回転軸に取り付けされ又は固定される。各垂直プレートは、ギアボックスの複数の歯車と、それら歯車が固定される回転軸を支持する軸受との間で、側方向又は横方向（回転軸の軸方向に対して）に取り付けられ、複数の歯車は、２つの垂直プレートの間で挟まれる。これらプレートは、回転軸に対して実質的に垂直に取り付けられるため、「垂直プレート」として参照される。好ましくは、歯車と垂直プレートとの間の横方向の間隔は、１０ｍｍから４０ｍｍまでの範囲内に定められて、必要に応じて、軸方向の変位を可能にする。

【0014】

本発明は、ＴＰＬを低減する上記システムを備えたギアボックスにも関する。
当該技術分野で公知なように、上記ギアボックスは、少なくとも２つの噛み合い歯車（又は噛み合い係合する歯車）を備え、少なくとも２つの歯車の夫々は、上記回転軸に取り付けられて、その回転の中心軸の周りを回転可能にされる。従って、各回転軸は、好ましくは、ギアボックス・ハウジングによって支持される軸受内で、上記回転の中心軸の周りを回転可能に取り付けられている。

【0015】

従って、一組の垂直プレートは、少なくとも２つの垂直プレートを備え、各垂直プレートは、回転軸を支持する軸受と、複数の歯車との間に、上記ハウジングの内側に取り外し可能に設置されるように構成される。この際、複数の歯車の各側に１つの垂直プレートが設けられて、複数の垂直プレートの間に複数の歯車が挟まれるようにする。上記垂直プレートは、互いに独立しており、それらは、上記ハウジング内で次々と設置できるようにされている。即ち、それら垂直プレートは、溶接などのようにそれらを固定する確実な固定手段を用いていない。この利点として、本発明に従うシステムを、既存のギアボックスに対して組付けたり、分解することを可能にしている。本発明では、各垂直プレートは、２つの開口部を備え、各開口部は、上記回転軸の内の１つに嵌め合わされる。

【0016】

特に、本発明に従う垂直プレートは、ギアボックスのハウジング内で、オイルフローを分離するための一組のシールドを備える。つまり、次の２つのうちの双方又はいずれかを備える。
歯車を冷却及び／又は潤滑するように構成された第１のオイルフローを、軸受を冷却及び／又は潤滑するように構成された第２のオイルフローから分離するための１つ又は複数の外部シールドを備える。この外部シールドは、ハウジング１０の外部に向かって配向された垂直プレート２の側に取り付けられる、つまり、垂直プレート２と、ハウジング１０の壁との間の空間内に取り付けられる。
複数の歯車の回転によって飛散された、歯車の冷却用オイルが再循環することを制限又は防止するための１つ又は複数の内部シールドを備える。このオイルフローは、より正確には、空気とオイルの混合物の流れ又はフローに相当する。この内部シールドは、複数の歯車１１、１２に向かって配向された垂直プレート２の側に取り付けられる、つまり、２つの垂直プレート２の間の空間内に取り付けられる。

【0017】

好ましくは、各垂直プレートは、下部プレートと、上部プレートとを含み、又はこれらから形成される。これらプレートは、上記垂直プレートを形成するため、一方を他方の上に垂直に取り付ける、又は取り外すように構成される。好ましくは、下部プレートに属する縁部と、上部プレートに属する他の縁部とから上記開口部が形成されることで、回転軸の周りで下部プレートと上部プレートとを組付けることを可能にする。この組付けによって、上記縁部と、上記他の縁部とを、回転軸の周囲に従わせて、その回転軸を取り囲むようにする。実際、本発明では、各垂直プレートは、２つの開口部を、夫々、１つの回転軸の周りに嵌め合わせて、上記ハウジングの内部で取り付けられるように構成される。

【0018】

好ましくは、各垂直プレートは、第１のオイルフローを第２のオイルフローから分離させるために、各軸受について、上記外部シールドを備える。上記外部シールドは、軸受の上部を取り囲むように構成され、従って、一種のフェンダ又はフードのように構成されて、上記第２のオイルフローを収集するように構成されたレセプタクルに向かって、第２のオイルフローを案内する。好ましくは、上記外部シールドは、上部プレートに取り付けられた第１の部分と、下部プレートに取り付けられた第２の部分とを備える。好ましくは、第１の部分及び第２の部分は、湾曲プレート及び平板である。好ましくは、第２の部分は、２つの二次プレート、例えば、長方形のプレートを含み、向きを定めるが、例えば、上記長方形のプレートの長さに従って、下部プレートの底部に向かって（例えば、上記レセプタクルに向かって）向きを定める。この際、外部シールドの第１の部分は、上記軸受の上部を取り囲み、２つの二次プレートとの間で嵌め合わされる（即ち、上記軸受の各側に位置する端部で嵌め合わされる）。このため、二次プレートは、下部プレート上にシールドの第１の部分の延長部を形成し、当該延長部は下部プレートの底部に向かって延出する。従って、上記外部シールドの各々（回転軸を支持する各軸受に１つ）は、ギアボックスの軸受の動作中に、飛散される第２のオイルフローを収集して、その第２のオイルフローをギアボックスの底部に向かって、即ち上記レセプタクルに向かって案内するように構成される。本発明では、上記二次プレートの１方の各点は、他方の二次プレートの点から、取り囲む軸受の直径よりも大きい距離で離間されることで、ハウジング内への下部プレートへの容易な設置を可能にする。上述した技術的構造によって提供される長所として、上記第２のオイルフローの油滴が、ギアボックスの作動中に、上記外部シールドの内壁に到達し（即ち、シールド壁が軸受に向かって配方され、即ち、その表面の法線ベクトルが、軸受に向かって方向付けられ）、重力によって、レセプタクルに向かって、上記壁に沿って流れることができる。さらに、垂直プレートは、上記外部シールドを備える垂直プレートの側面に取り付けられる複数のチョックを備えて、ハウジングの側壁と当接するように構成して、垂直プレート用のストッパとして作用させてもよい。

【0019】

再循環を防止する上記内部シールドは、好ましくは、再循環防止プレートを含むが、これは、第１のオイルフローの冷却用オイルが再循環されることを防止又は制限するように構成される。再循環防止プレートは、ハウジングの内部で、歯車の外面上に位置する噴霧領域の（歯車の回転方向に従う）後方に配置されて、ハウジングの内部に設けられた歯の冷却システムによって定められる。上記再循環防止プレートは、空気とオイルの混合物が、歯車の回転によって押し流されて、噛み合い領域に向かう（即ち、実質的に円形の、湾曲経路に従って、噛み合い領域に導かれる）ことを防ぐように構成される。この際、上記空気とオイルの混合物は、噴霧領域内での噴射と、冷却システムの冷却ノズルとによって生じるが、後者の冷却オイルは、歯車の外面に向かって、配向される。特に、再循環防止プレートは、複数の垂直プレートの内の少なくとも１つに取り付けられるように構成される。垂直プレートへの取り付けと協働するように、他の取り付け手段を用いることは可能であり、あるいは、垂直プレートへの取り付けに替えて、例えば、再循環防止プレートをハウジングに対して直接的に取り付けるための、ねじ等の固定手段を用いることも可能である。本発明に従うシステムでは、好ましくは、ギアボックスの各歯車に１つずつ、少なくとも２つの再循環防止プレートを備える。好ましくは、各再循環防止プレートは、歯車に向かって配方されるように構成された第１の端部と、ハウジングに向かって配方されるように構成された第２の反対側の端部とを備える。第１の端部は、回転軸と実質的に平行な縁部を有し、歯車の幅、好ましくは全幅に沿って延在する長さを有する。上記縁部は、上記歯車の円周に近接して位置される。一方、第２の端部は、ハウジングの壁と近接して位置し、好ましくは、その壁の幾何学的形状に従い、例えば、その壁の上に置かれる。上記第２の端部の縁部は、ハウジングの上記壁に沿って延在するが、好ましくは、歯車の上記幅と等しい長さで延在する。好ましくは、各再循環防止プレートは、少なくとも１つの垂直プレートに対して取り付けられ、好ましくは、双方の垂直プレートに対して取り付けられ、そして、特に、垂直プレートに対して実質的に垂直な面を画定する。好ましくは、各再循環防止プレートは、垂直プレートに対して摺動可能に取り付けられて、歯車から、再循環防止プレートを隔てる（即ち、歯車の外面から上記第１の端部まで）空間を調整することを可能にする。有利には、再循環防止プレートは、歯車のハウジングの内部に２つの区別された容積を画定し、その内の第１の容積は、再循環防止プレート及び歯車の上方に位置し、第２の容積は、再循環防止プレート及び歯車の下方に位置する。この際、第２の容積内の冷却システムによって生じる空気とオイルの混合物（従って、その対応する流れ）が、少なくとも部分的に、第１の容積に到達することが、再循環防止プレートによって防がれる。

【0020】

好ましくは、本発明に従う冷却システムは、歯車の下方に配置されて、歯車の外面に向って冷却オイルのフローを導くように構成された、１つ又は複数の冷却ノズルを含む。特に、複数の歯車の一方に向って第１の冷却用オイルフローを配向させる少なくとも１つの冷却ノズルと、複数の歯車の他方に向って第２の冷却用オイルフローを配向させる少なくとも１つの冷却ノズルとを含み、夫々の冷却ノズルは、対応する歯車の外面上に上記冷却オイルを噴出させるように構成される。好ましくは、冷却ノズルの出口にて冷却オイルの噴出（又はジェット）の方向（又は向き）と、当該冷却オイルの噴出によって冷却される歯車の外面との成す角度は、９０°（即ち、ノズルの噴出、より具体的には、上記方向は、歯車の外面に対して半径方向に向かう）と１８０°（即ち、上記方向は、外面に対して接線方向に向かう）との間にある。特に、上記角度は、２つの線から成る角度として定められるが、それら線は、歯車の外面を横切る（カットする）ように延長されるときの上記方向又は向きの交差である共通点から開始し、一方の線は、上記共通点まで延長されるときの上記方向又は向きによって定められる。他方の線は、上記共通点から開始して、上記共通点での歯車の外面への接線として歯車の回転の方向に延長される。そして、上記角度は、本発明では、［９０°、１８０°］の範囲内に含まれる。本発明では、上記冷却ノズルは、歯車の回転方向を考慮して、噛み合い領域の後方に位置し、通常、歯車の下方に位置する。このため、歯車の回転によって飛散される冷却オイルは、第１の容積に達することが防がれて、重力によって、油受け部（レセプタク）に向かって落下する。好ましくは、冷却システムは、潤滑ノズルとも呼ばれる少なくとも１つの追加のノズルを備える。これは、噛み合い領域の冷却及び／又は潤滑のために設けられ、即ち、歯車の歯の係合に向けられたオイル・ジェット（噴出）を有するように構成される。この際、上記冷却／潤滑に用いられるオイルのフロー（流れ）は、ハウジング内の温度の関数であるフィードバックループによって制御される。あるいは、潤滑ノズルが冷却システムと協働する独立した潤滑システムの一部であってもよく、そして、上記フィードバックループによって制御されてもよい。

【0021】

独立して、ギアボックス中の歯の動力損失を低減するためのさらなるシステムが提供される。当該システムは、少なくとも２つの噛み合い歯車を備え、各々は軸受によって支持される回転軸に取り付けられて、ハウジング内に取り付けられる。上記ハウジングの内部で、軸受と歯車との間に設置されるように構成された２つの垂直プレートが、歯車の各側面に１つずつ、設けられる。垂直プレートは、１つ又は複数のシールドを備えるが、これらは「外部シールド」と参照することができ、ハウジングの外部に向かって配向された垂直プレートの側に取り付けられる。この際、各外部プレートは、複数の軸受の１つを取り囲むように構成された、「Ｕ字形状」に形成される。特に、このシステムは、１つ又は複数のシールドを備えるが、これらは「内部シールド」と参照することができ、歯車に向かって配向された垂直プレートの側に取り付けられる。この際、特に、少なくとも１つの再循環防止プレートが、空気とオイルの混合物の軸方向の流れをはばむように、１つ又は複数の垂直フィンを含む。このシステムは、上述又は後述するように、さらに構成することができる。

【0022】

本発明のさらなる説明及び詳細は以下の複数の図に例示される複数の実施形態に基づいて説明される。この際、これら図では、同様の部品及び対応する部品については、同様の参照番号が用いられている。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】図１は、本発明に従うギアボックスの概略図であって、断面を示した図である。

【図2】図２は、図１の外部シールドの拡大図である。

【図3】図３は、本発明に従う再循環防止プレートの実施形態を例示した図である。

【図4】図４は、本発明に従う冷却システムの好適な実施形態の概略図である。

【図5】図５は、本発明に従う再循環防止プレートをより詳細に示した概略図である。

【図6】図６は、本発明に従う再循環防止プレートをより詳細に示した概略図である

【発明を実施するための形態】

【0024】

図１には、本発明の好適な実施形態に従って、ＴＰＬを低減するシステムを備えたギアボックス（又は変速装置）１が例示されている。ギアボックス１は、複数の歯車を備えており、つまり、当該技術分野で公知なように、第１の歯車１１と第２の歯車１２とを備える。これら歯車の歯は、互いに噛み合っている。この噛み合いは、噛み合い領域Mで行われる（図４参照）。この噛み合いにより、回転方向ｗ１（図４の対応する矢印を参照）に従った第１の歯車１１の回転によって、第２の歯車が、回転方向ｗ２（図４の対応する矢印を参照）に従って回転される。逆も同様である。各歯車は、ギアボックス・ハウジング１０内に取り付けられた少なくとも１つの軸受（又はベアリング）によって支持された回転軸に固定されている。この際、回転軸は、その回転の中心軸の周りを回転することが可能にされている。例えば、第１の歯車１１は、少なくとも１つの軸受１５によって支持された第１の回転軸１３に対して取り付けられており、そして、第２の歯車１２は、少なくとも１つの軸受１６によって支持された第２の回転軸１４に取り付けられている。典型的には、双方の軸受１５、１６は、ハウジング１０に支持されている。好適には、２つの軸受は、回転軸が取り付けられる歯車の各側で１つずつ、回転軸１３、１４を支持している。

【0025】

ＴＰＬを低減するシステムには、１つ又は複数の垂直プレート２が備えられている。この際、ギアボックスの各軸受について、少なくとも１つの垂直プレート２を設置して、上記軸受１５、１６を、歯車１１、１２から隔てている。上述したように、「垂直」とは、回転軸に対して実質的に垂直な方向を意味する。垂直プレートは、歯車１１、１２の各側面側に取り付けられた単純なサイドパネル（又は側板）であって、回転軸１３、１４を支持する軸受１５、１６と、歯車１１、１２との間に取り付けられる。このため、各垂直プレート２は、薄板、好ましくは、金属板であり、２つの側面を備え、そのうちの一方は歯車１１、１２に向かって配向され、即ち歯車１１、１２に面し、他方はハウジング１０の外側に向かって配向され、即ちハウジングの壁に面している。

【0026】

図１に例示するように、垂直プレート２は、歯車１１、１２を軸受１５、１６から隔てる軸方向空間内に設置される。同じことが歯車１１、１２の他方の側面についても当てはまり、つまり、別の垂直プレート２が設置されている。各垂直プレートは、好適には、回転軸１３、１４の回転の中心軸に対して垂直である。しかしながら、ハウジング、軸受、及び歯車の幾何学的形状に応じて、他の構成も想定され得る。従って、本発明では、軸受１５、１６によって歯車の両側に支持された回転軸１３、１４に取り付けられる歯車１１、１２用に、ハウジング１０内に２つの垂直プレート２を設置することができ、この際、一方の垂直プレートは、複数の歯車の一方の側面側に設けられ、他方の垂直プレートは、複数の歯車の他方の側面側に設けられる。このため、図１に例示するように、複数の歯車は、上記複数の垂直プレートの間に挟まれる。

【0027】

本発明に従う垂直プレート２は、以下のように構成される。
即ち、歯車を冷却及び／又は潤滑するために設けられる第１のオイルフロー（油の流れ）を、軸受を冷却及び／又は潤滑するために設けられる第２のオイルフローから隔てる（又は分離する）ように構成される。及び／又は、
第１のオイルフローに関して、歯車を冷却するように設けられるオイルフロー（当該オイルフローは、歯車の回転に関して噛み合い領域の後方に位置する吹付け面に向けられる）を、主に歯車を潤滑するように設けられるオイルフロー（当該フローは、従って、噛み合い領域に向かって向けられる）から隔てる（又は分離する）ように構成される。

【0028】

異なるオイルフローの上記分離のために、本発明に係る垂直プレートは、１つ又は複数のシールドから成るシールドシステムを備えることで、ギアボックスのハウジング内の異なるオイルフローを分離させている。特に、上記１つ又は複数のシールドは、フェンダ又はフードのように作用し、好ましくは、金属製シールドであって、垂直プレートに取り付けられるように構成される。各垂直プレート２は、好ましくは取り外し可能なプレートであって、ハウジング１０から容易に取外すことや、その内部に容易に設置することを可能にしている。各垂直プレート２は、好ましくは、２つの別々のプレートから成り、即ち、上部プレート２１及び下部プレート２２から成り、一方が他方の上に取り付けられ、例えば、一方が他方の上に垂直に並ぶように取付けられて、上記垂直プレート２を形成する。各垂直プレート２には、少なくとも２つの開口部が備えられ、これら２つの開口部は、夫々、上記回転軸１３、１４のうちの一つに嵌め合わされるが、このため、円形状の開口部として備えられる。好ましくは、各開口部は、上部プレート及び下部プレートの両方に設けられ、つまり、上部プレートの一部である円弧状の形態の一方の縁部と、下部プレートの一部である円弧状の形態の他方の縁部とを有する。このため、上部プレート及び下部プレートを組み付けるとき、これらの２つの縁部は、対応する回転軸の直径と嵌め合わされるように、上記円形の開口部を共に形成する。下部プレート及び上部プレートで各開口部の２つの縁部を配分することで、ギアボックスのハウジング内への垂直プレートの容易な取り付けを可能にしている。

【0029】

本発明に係るシールド（又は覆い）システムは、少なくとも外部シールド及び／又は内部シールドを備える。外部シールドは、第１のオイルフローを第２のオイルフローから隔てるために構成される。これは、軸受に向かって配向された垂直プレート２（即ち、その面法線が軸受に向かっている）の側面に取り付けられるため、「外部」と呼ばれる。内部シールドは、上記第１のオイルフローについて、潤滑用オイルフローから冷却用オイルフローを隔てるために構成される。これは、歯車に向かって配向された、即ちハウジングの内部に向かって配向された垂直プレート２の側面に取り付けられるため、「内部」と呼ばれる。

【0030】

外部シールドは、軸受１５、１６を少なくとも部分的に囲むように構成される。本発明では、各軸受１５、１６は、外部シールドによって部分的に囲まれていてもよい。各外部シールドは、好ましくは、逆Ｕ字形状によって特徴付けられ、これは、ハウジングの底部に向かって開口して、オイルが上記底部に向かって重力によって流れるようにする。特に、外部シールドは、湾曲部、例えば、湾曲状プレートから成る第１の部分２１０と、選択的に、平らな直線部、例えば、平らな直線状プレートから成る第２の部分２２０とを備え、上記第１の部分２１０と上記第２の部分２２０とが合わせて、上記逆Ｕ形状を形成する。好ましくは、第１の部分２１０は上部プレート２１に取り付けられ、第２の部分２２０（設けられる場合）は下部プレート２２に取り付けられる。第１の部分２１０は、軸受の遠心分離されたオイルを収集するため、軸受１５、１６の上部を囲むように構成される。第２の部分２２０は、上部２１０の先端をハウジング１０の底部に向かって延出するように構成され、それによって、収集されたオイルをハウジング１０のレセプタクル若しくは油受け部、又はオイルタンクに向かって案内して、収集されたオイルをギアボックスの動作中に重力によって上部から下部（又は底部）に流すようにする。第１の部分２１０は、軸受１５、１６の円周に従うように、半円形状を有することができ、さらに軸受１５、１６から離間することができる。上記第１の部分２１０は、軸受１５、１６によって飛散されたオイルを集めるように構成されたフードのように作用して、上記オイルを外部シールドによって囲まれた容積内に留まるように強いる。上部プレート２１を下部プレート２２上に垂直に設置して、外部シールドの第１の部分２１０の端部を第２の部分２２０の複数の二次プレートとの間で嵌め合わせて、好ましくは、各軸受１５、１６用に、上記逆「Ｕ」字形状を形成する。第１の部分２１０は、逆Ｕ字形状の湾曲部に相当し、第２の部分２２０は、逆Ｕ字形状の各バー（又は直線部）を構成する。好ましくは、湾曲部は、Ｕ字形状のバーとの間で嵌め合わされ、即ち、Ｕ字形状のバーを隔てる空間を溝切る（又はスロット形成する）。各外部シールドのこの幾何学的形状のため、軸受で飛散されたオイルは、Ｕ字形状の内部で収集されて、Ｕ字形状のバーに沿って、レセプタクルに向かって案内され、例えば、軸受１５、１６の下方に配置されたレセプタクルに向かって案内される。図２には、外部シールドの詳細が拡大して例示されている。上記外部シールドを含む垂直プレートの側面上で、垂直プレートは、１つ又は複数のチョック（又はくさび）２２３をさらに備えている。

【0031】

図３には、本発明に係るギアボックスのハウジング１０の内部が例示されている。上述のように、垂直プレート２は、異なるオイルフローを分離させるために、内部シールドを備えることもできる。上記内部シールドは、再循環防止プレート２３０、２４０を含むが、これらは、垂直プレート２に固定することができ、特に、歯車１１、１２を挟んでいる、下部プレートの一方又は双方、及び／又は、上部プレート２１、２２の一方又は双方に固定することができる。再循環防止プレート２３０、２４０は、歯車１１、１２の角度区間を冷却するように構成された冷却システム３０のオイルフローを、上記冷却システム３０から生じた別のオイルフローから分離するように構成されており、その場合、冷却システムは、冷却機能を有するだけでなく、噛み合い領域Mを潤滑する機能をも有している。従って、このシステムは、冷却及び潤滑システム、又は潤滑システムであって、この際、上記他のオイルフローは、基本的に、歯車１１、１２の噛み合い領域Ｍを潤滑するように構成されている。

【0032】

本発明に従う冷却システム３０は、特に、１つ又は複数の冷却ノズル３１Ａ、３１Ｂを備えており、この際、冷却システム３０の冷却ノズル３１Ａの第１の組み合わせは、第１の歯車１１の外面を噴霧するように構成され、冷却システム３０の冷却ノズル３１Ｂの第２の組み合わせは、第２の歯車１２の外面を噴霧するように構成されている。上記外面は、それぞれ、歯車用に、歯車の全幅（即ち軸方向）に沿って延在する単一の角度区間を画定し、その円弧が、複数の冷却ノズルの内の１つによって噴霧される。従って、複数の冷却ノズル３１Ａ、３１Ｂの各組み合わせは、歯車の外面上に画定された領域を噴霧するように構成されており、この領域は噛み合い領域Ｍの後方に位置し、例えば、噛み合い領域Ｍの実質的に下方に位置する。好ましくは、各ノズル・ジェット（噴出）は、［９０°、１８０°］の範囲内に含まれるように歯車の外面と角度を成すが、図３及び４に例示するように、９０°の値が好ましい。

【0033】

冷却ノズル３１Ａ、３１Ｂに加えて、本発明に従うシステムは、１つ又は複数の潤滑ノズル３２を備えるが、これらは、図３及び４の実施形態に示された冷却システム３０の一部であってもよいし、又は、別個の独立した潤滑システム（図示せず）のものでもよい。上記潤滑ノズル３２によって散布されたオイルフローは、好ましくは、ハウジング１０内の温度の関数であるフィードバックループによって制御される。特に、このオイルフローは、歯車の外面上に画定された接線速度ベクトルと平行に配向される。上記オイルフローは、好ましくは、噛み合い領域Mの上部に噴霧される。例えば、上記オイルフローは、実質的に垂直な方向を有し、底部に向けられて、その結果、第１及び第２の歯車の双方が同時に潤滑される。あるいは、上記オイルフローは、上記噛み合い領域（Ｍ）の直前の、近接する領域にて、最低回転速度を有する歯車１４上のみに噴霧されてもよい。好ましくは、潤滑ノズル３２は、オイルでそれらを供給する二次ダクト３４と接続される。この二次ダクト３４は、オイルで冷却ノズル３１Ａ、３１Ｂを供給するように構成された主ダクト３３と接続される。好ましくは、二次ダクト３４は、再循環防止プレート２３０を貫通する。再循環防止プレート２３０は、二次ダクト３４の円周の全体又は少なくとも一部に嵌め合わされる開口部２３４（図１、図５又は図６参照）を含む。これにより、冷却ノズルによって噴霧されたオイルに起因する、空気とオイルの混合物が、上記開口部を通って、再循環防止プレート２３０の上方に位置する容積に達することが防止されている。

【0034】

好ましくは、図５及び図６に例示するように、再循環防止プレート２３０はＵ字形状プレート２３５を含む。Ｕ字形状プレート２３５は、例えば、Ｕ字形状に曲げられていて、好ましくは、再循環防止プレート２３０に溶接されて、Ｕ字形状の曲線で二次ダクト３４を取り囲む構成を成す。その構成は、ハウジング１０の壁１７に向って、即ち、再循環防止プレート２３０の第２の縁部２３０Ｂに向かって延在するＵ字形状のアームを有する。上記Ｕ字形状プレート２３５は、再循環防止プレート２３０内に、二次ダクト３４に嵌め合わされるように上記開口部２３４を形成する。実際、Ｕ字形状の湾曲部分は、二次ダクトの所定の長さを実質的に垂直に囲む表面を形成する。特に、上記表面に対する法線であって、Ｕ字形状のアームと実質的に平行な法線は、冷却システム３０に向けられる。このため、Ｕ字形状の湾曲部分は、空気とオイルの混合物の流れ（これは、冷却システム３０から流れて、壁１７に向かう）を防ぐように構成されて。この際、Ｕ字形状のアームの間で管理される空間は、再循環防止プレート２３０を容易に合わせることを可能にする。Ｕ字形状プレート２３５は、好ましくは、再循環防止プレート２３０の第１の傾斜面２３１及び第２の傾斜面２３２に対して垂直である。特に、Ｕ字形状の複数のアームは、夫々、Ｕ字形状の曲面と接続される実質的に垂直な面を成し、再循環防止プレート２３０の垂直フィン２３３と平行にされる。

【0035】

図３及び図４に例示した実施形態では、本発明に従う内部シールドは、歯車１１、１２の潤滑油の流れ（オイルフロー）から、冷却油の流れ（オイルフロー）を分離するため、好ましくは、２つの再循環防止プレートを含む。第１の再循環防止プレート２３０は、第１の歯車１１と協働し、即ち、最も回転速度が速いことを特徴とする歯車と協働し、また、第２の再循環防止プレート２４０は、第２の歯車１２と協働し、即ち、最も回転速度が低いことを特徴とする歯車と協働して、上記のように、オイルフローを分離する。以下、「再循環防止プレート」という記載は、第１及び第２の再循環防止プレートのいずれかを特定する記載がない限り、第１又は第２の再循環防止プレートの双方に含まれる特徴を記述するために用いられるものとする。ただし、それらのいずれかを特定する記述がある場合には、その限りではない。

【0036】

第１の再循環防止プレート２３０は、第１の歯車１１の外面に向かって配方された第１の縁部２３０Ａを備え、それは、少なくとも第１の歯車の幅と等しい長さによって特徴付けられ、調整可能な距離（典型的には半径方向に測定される）の分、上記第１の歯車の外面から離間される。上記第１の再循環防止プレート２３０は、第２の縁部２３０Ｂを備えるが、これは、第１の縁部２３０Ａと対比して、第１の再循環防止プレートの反対側に配置される。これは、ハウジングの壁と、第１の縁部２３０Ａの下方の位置とに向かって（即ち、高さがあるように）配向される。このため、第１の縁部２３０Ａのごく近傍で再循環防止プレートによって集められたオイルは、重力によって、第２の縁部２３０Ｂに向かって流れることが可能にされている。第２の縁部２３０Ｂは、ハウジングの上記壁に取り付けられるが、好ましくは、ウジングの上記壁とは接触しないようにされる。その結果、再循環防止プレートの上を流れるオイルは、ハウジングの底部に向かって自由に流れることができる。好ましくは、第１の再循環防止プレート２３０Ａは、上記第１の縁部２３０Ａを含む上記第１の傾斜面２３１と、上記第２の縁部２３０Ｂを含む上記第２の傾斜面２３２とを備える。この際、水平面に対する上記第１の傾斜面２３１の傾斜は、上記第２の傾斜面の傾斜よりも小さく、また、好ましくは、上記傾斜面２３１、２３２は、回転軸の回転の中心軸と平行であり、互いに接合され、例えば、曲面によって互いに接合されて、第１の歯車１１の幅に沿って延在する。選択的に、第１の再循環防止プレート２３０は、さらに、上記垂直フィン２３３を備えるが、これは、第１及び第２の傾斜面の双方に対して垂直に取り付けられて、空気とオイルの混合物を案内するように構成されるが、この際、歯車の回転によって生じる軸方向の流れを防ぐ又ははばむように構成される。長所として、上記フィンは、再循環防止プレート２３０の剛性をさらに増加させる。好ましくは、第１の再循環防止プレート２３０は、二次ダクト３４と嵌め合わされる上記開口部２３４を備える。その結果、ハウジングの底部に位置し、冷却ノズル３１Ａ、３１Ｂを備えるギアボックスの第１の容積から、ハウジングの上部に位置し、潤滑ノズル３２を備えるギアボックスの第２の容積まで、上記二次ダクト３４を延在させることを可能にしている。好ましくは、上記開口部２３４は、再循環防止プレートに固定されるＵ字形状のプレート２３５を備え、その長さに従って、実質的に垂直に延在し、即ち、再循環防止プレート２３０に対して垂直に、再循環防止プレート２３０の上下で延在するため、冷却システム３０から流れる空気とオイルの混合物の流れを防止させる（図５及び図６参照）。

【0037】

図５に例示されるように、第２の再循環防止プレート２４０は、第２の歯車１２の外面に向かって配向された第１の縁部２４０Ａを備え、これは、第２の歯車１２の幅と少なくとも等しい長さを有することで特徴付けられ、かつ、調整可能な距離（典型的には半径方向に測定される）の分、上記第２の歯車の外面から離間される。上記第２の再循環防止プレート２４０は、第１の縁部２４０Ａと対比して、第２の再循環防止プレートの反対側に配置された第２の縁部２４０Ｂを備え、従って、ハウジングの壁に向かって配向されて、第１の縁部２４０Ａの下方の位置（即ち、高さがあるように）に配置される。このため、第１の縁部２４０Ａのごく近傍で、再循環防止プレートによって収集されたオイルは、重力によって、第２の縁部２４０Ｂに向かって流れることができる。第２の縁部２４０Ｂは、ハウジングの上記壁に対して取付けられるが、好ましくは、上記壁と接触しないようにされる。このため、再循環防止プレート上を流れるオイルは、ハウジングの底部に向かって自由に流れることができる。第２の再循環防止プレート２４０Ａは、好ましくは、第１の縁部２４０Ａを含む第１の傾斜面２４１と、第２の縁部２４０Ｂを含む第２の傾斜面２４２とを備える。この際、第１の傾斜面２４１の水平面に対する傾斜は、第２の傾斜面の傾斜よりも小さく、好ましくは、上記傾斜面２４１、２４２は、回転軸の回転の中心軸と平行であって、互いに接合され、例えば、曲面によって接合されて、第１の歯車１１の幅に沿って延在する。

【0038】

第１及び第２の再循環防止プレートの双方について、上記外面までの調整可能な距離は、第１の縁部２３０Ａ、２４０Ａと、歯車の外面との間の空間を最小化することを可能にし、その結果、上記第１の縁部２３０Ａ、２４０Ａは、ギアボックスの動作中に上記外面との接触がないままにされる。そして、上記空間の最小化によって、ハウジング内に追加の加熱が生じないようにしている。上記調整可能な距離を調整するために、好ましくは、再循環防止プレート２３０、２４０は、垂直プレート２に対して摺動可能（又はスライド可能）に固定される。上記の外面と第１の縁部との間の距離は、典型的には、２ｍｍから７ｍｍまでの範囲内で変動し得る。上記距離の高めの値は、ハウジング内のオイルフローを分離するための再循環防止プレートの効率を低下させることが示され、また、高めの値は、ハウジング１０内の温度を上昇させることが示された。

【0039】

好ましくは、第１の再循環防止プレート及び／又は第２の再循環防止プレートの軸方向長さは、想定される再循環防止プレートに最も近い歯車の幅（即ち、軸方向長さ）よりも大きい。このため、歯車の側面と上記側面に隣接する垂直プレートとの間の軸方向空間が管理される。好ましくは、各垂直プレート２は、各再循環防止プレート２３０、２４０について、シェルフ・ブラケット又は棚ブラケットを備え、それに固定されることで、再循環防止プレート２３０、２４０を摺動可能に支持するように構成される。さらに、上記シェルフ・ブラケットと再循環防止プレートとの協働により、再循環防止プレート２３０と垂直プレート２との間の空間を、第１の縁部２３０Ａを第２の縁部２３０Ｂから隔てる距離の少なくとも２／３に等しい延長長さに近づけることを可能にする。例えば、上記シェルフ・ブラケットは、上記延長長さに従って、長手軸方向に延在する。

【0040】

第１及び第２の再循環防止プレートの双方について、第１の傾斜面２３１、２４１は、その特徴として、最も近い歯車１１の歯に向かうその延長部Ｅが、その歯の１つの基部で、例えば、歯の歯底円直径（root diameter）で、上記歯車と交差する。この際、想定される歯は、好ましくは、垂直方向Ｖと整列しない。好ましくは、その延長部は、最も近い歯車の歯底円（root circle）Ｒに対して接線であり、上記最も近い歯車から離れるとき、ハウジングの底部に向かって傾斜する。好ましくは、第１の傾斜面の水平面に対する傾斜は、０．５５°から２５°までの範囲内に含まれ、即ち、その角度αは、［０．５５°、２５°］の範囲内に含まれる。

【0041】

本発明によれば、内部シールドは、ハウジング１０の内部の歯車１１、１２の周りに２つの別々の容積又は領域を区切ることを可能にしており、即ち、内部シールド、噛み合い歯車、ハウジングの壁と垂直プレート２によって、互いに分離された上部容積及び下部容積を区切ることを可能にしている。冷却ノズル３１Ａ、３１Ｂを含む下部容積内では、歯車１１、１２の回転中に押し流される、オイルと空気の混合物は、内部シールド、特に上記再循環防止プレートによって、上部容積とつながることが防止される。従って、内部シールドは、垂直プレートと共に、下部容積内で生じる、オイルと空気の混合物が上部容積に達する量を制限することができる。

【0042】

上記構成のため、ＴＰＬが低減される。実際、内部シールドによって、オイルの再循環が低減されるので、圧送（ポンピング）に起因するエネルギ損失が、通風と共に低減される。その結果、歯車を冷却するのに必要なオイルフローの量も低減される。加えて、歯の上での圧送力の損失を生じさせる潤滑用オイルフローを低減させるため、潤滑ノズルによって噴霧されるオイルフローを制御させて、噛み合い領域Ｍに入る前に油膜を生成するのに要する潤滑油のフローを最小限に抑えることができる。

【0043】

長所として、本発明によって提案される解決策により、歯車への容易なアクセスが可能となり、従って、保守作業が容易になる。加えて、歯車は、プレートによって完全に包囲されないため（ハウジング内の容積は、単に２つの領域／容積に分離される）、追加の冷却システムを不要にしている。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】