机械保护性离合器的制作方法

本发明涉及装置，当该装置所经受的扭转超过阈值时，该装置防止力通过装置传递。

背景技术：

已经开发了各种工具用于清洁和在管道内部工作，例如已经使用的下水管道。通过柔性轴将电动机轴的旋转运动传递到管道内的工具来旋转工具。柔性轴必须足够薄，以使其在管道的弯曲部处弯曲，其中柔性轴不能承受高扭转。具体地说，当工具突然卡住时，指向柔性轴的扭转增加，直到用户有时间停止电动机。如果延长或经常重复，则情况将导致电动机的损坏或柔性轴的损坏和断裂。由于工具保留在管道中，因此柔性轴的断裂可能导致要完成的工作的大量延迟。柔性轴的断裂通常是由于工具卡住导致的，因此当柔性轴断裂时，卡在管道中的工具难以移除。电动机的典型功率从小于1千瓦到大约5千瓦变化，并且转速从大约500转/分钟到大约3500转/分钟变化。

当扭转超过给定的阈值时，存在保护性离合器，其防止电动机的旋转传递到柔性轴。在根据现有技术的一些解决方案中，操作基于彼此压靠的摩擦表面。摩擦表面在超过阈值之前已经相互滑动，这导致热量和磨损。由于磨损，阈值降低并且磨损率增加。实现足够的耐久性需要使用尺寸特别大的保护性离合器，其使用在技术上要求很高，或者在实践中是不可能的。在根据现有技术的一些解决方案中，保护性离合器的一部分在另一部分保持静止时旋转。即使保护性离合器没有激活，即使它在低于阈值的扭转下起作用，这种解决方案在持续使用时由于摩擦而快速磨损和变热。

发明概述

本发明的目的是保护性离合器，其消除了根据现有技术的保护性离合器的缺点。

通过使用根据本发明的装置，可以通过防止从电动机轴到柔性轴的过大扭矩的传递来减少设备故障。此外，根据本发明的装置的使用寿命长于根据现有技术的装置的使用寿命。

本发明基于固定在一个轴上的芯部，该芯部放置在壳体内以便固定到另一个轴上。壳体和芯部之间的联接由套筒形成，套筒布置在壳体中的开口中，并且芯部中的凹槽布置在开口的相应位置处。套筒通过围绕壳体和套筒布置的弹性弹簧元件而保持在芯部的凹槽中，其中，在低扭矩下，整个保护性离合器与两个轴一起旋转，并且没有相对于彼此的运动部件。当保护性离合器中的扭矩超过给定极限值时，从芯部向外指向套筒上的力在弹性弹簧元件中产生弹性变形，这允许套筒从芯部的凹槽上升，其中芯部和连接在芯部上的第一轴能够相对于壳体和壳体中固定的第二轴旋转。套筒、壳体的开口和弹性弹簧元件被包围在围绕壳体的外壳中，这防止弹簧元件的塑性变形并确保套筒保持在壳体的开口中。使用外壳大大增加了保护性离合器的使用寿命和功能可靠性，并且还使得能够使用基于弹性压缩的弹簧元件。

附图说明

现在参考附图结合优选实施方案更详细地描述本发明，其中：

图1示出了根据一个实施方案的保护性离合器的部件；

图2示出了根据一个实施方案的保护性离合器，其在没有外壳的情况下组装；

图3示出了从其旋转轴的方向看的根据一个实施方案的保护性离合器；

图4示出了根据一个实施方案的保护性离合器的剖面a-a；并且

图5a-5c示出了弹性弹簧元件的不同实施方案。

发明详述

图1示出了根据一个实施方案的保护性离合器的部件。保护性离合器包括围绕旋转轴旋转地布置并具有圆形横截面的芯部20，芯部20的外表面具有根据图1的纵向凹槽22。凹槽22也平行于芯部20的旋转轴。所述圆形横截面垂直于所述凹槽22的方向。所述圆形横截面也垂直于芯部20的旋转轴。芯部20还包括用于紧固到第一轴的装置21,23。通常是电动机的轴或产生或传递机械能的其他装置，或连接到这种轴的轴。电动机轴例如可以与锥齿轮连接，紧固在该锥齿轮上的该轴从其另一端固定在保护性离合器的芯部20上。紧固装置优选地包括相对于芯部20的旋转轴对称布置的腔23或通孔，以用于将第一轴(例如，电动机轴)接收到所述腔23中。紧固装置还在偏离旋转轴方向的方向上包括一个或多个螺纹孔21，从芯部20的外表面延伸到所述腔23中。通过将螺纹孔21中的固位螺钉拧紧到腔23中的第一轴上，第一轴紧固在芯部20上。

保护性离合器还包括围绕旋转轴旋转地布置并且具有圆形横截面的壳体50，在壳体50中相对于旋转轴对称地形成用于至少部分地将芯部20接收在壳体50内的腔。在这种情况下，壳体50和壳体50内的芯部20布置成相对于同一旋转轴彼此独立地旋转。换句话说，芯部20的旋转运动不会传递到壳体的旋转运动中。在壳体50的外表面中布置有平行于旋转轴的开口52，开口52延伸到壳体50的所述腔中。每个开口52布置成接收具有圆形横截面并垂直于旋转轴的套筒30，其中壳体50的开口52中的套筒30布置成沉入设置在壳体50的腔中的芯部20的凹槽22中。套筒30优选地是管状件，其在旋转轴的方向上长度我例如芯部20的长度的50-150％。套筒30也可以是实心的，即杆，但是优选的是旨在使用比实心杆更轻的结构，这是通过管状套筒实现的。

壳体50还包括用于紧固到第二轴的装置。紧固装置可包括，例如，相对于旋转轴对称地布置在壳体50中的腔或通孔55，用于接受第二轴(例如，通向待旋转工具的柔性轴)进入腔或通孔55。进入布置成接受第二轴的腔或通孔55位于壳体50的与布置用于芯部20的腔相对的端部中，并且在通孔55的情况下，通孔延伸到为芯部设置的腔。紧固装置还包括在偏离旋转轴方向的方向上的一个或多个螺纹孔54，其从壳体50的外表面延伸到所述腔或通孔55中。通过将螺纹孔54中的固位螺钉56抵靠腔或通孔55中的第二轴拧紧，第二轴紧固在壳体20上。

保护性离合器的操作基于围绕壳体50布置以将套筒30保持抵靠布置在壳体50的腔中的芯部20的一个或多个弹性弹簧元件40。这种组装的保护性离合器示于图2。由于芯部20的表面具有凹槽22，壳体50的开口52中的套筒布置成沉入凹槽22，将套筒30压靠在凹槽22上导致芯部20的旋转运动通过套筒30传递到壳体50的旋转运动。当第一轴紧固到芯部并且第二轴紧固到壳体时，第一轴的旋转运动传递到第二轴的旋转运动中。当芯部20旋转时，它试图在壳体50的腔中相对于壳体旋转。压靠在芯部的凹槽22上，套筒30压靠在壳体50的开口52的壁上，该壁与凹槽22的圆形轮廓一起在套筒30中产生力，该力试图将套筒30从凹槽中提升。围绕套筒30和壳体50的弹性弹簧元件40将弹性力引导到套筒上，弹性力将套筒30压靠在芯部20上。这些相反的力分量限定套筒30是否保持在凹槽22中，其中芯部的旋转运动传递到壳体50的旋转运动中，或者套筒30是否从凹槽22上升，其中套筒30沿着芯部20的表面滑动或旋转，并且芯部20的旋转运动不被传递壳体50的旋转运动中，即保护性离合器被激活。当保护性离合器被激活时，唯一的摩擦表面是套筒30与芯部20之间的表面，以及套筒与壳体50的开口52的边缘之间的表面。该表面区域相对较大并且可以选择材料以耐受磨损，例如，可以使用各种质量的钢，其中摩擦系数也小并且装置不会显着磨损或升温。当芯部20的旋转运动减慢或完全停止时，套筒30再次沉入芯部20的凹槽22中，并且芯部的旋转运动再次传递到壳体50的旋转运动中。当保护性离合器正常旋转，即未激活时，整个保护性离合器与轴一起旋转，实际上，保护性离合器根本不磨损。

保护性离合器还具有可拆卸地紧固在壳体周围的外壳，外壳优选地由两个或更多个部件构成，例如，由第一外壳61和第二外壳62构成，它们可以例如通过螺钉或螺栓穿过孔51紧固到壳体50。外壳包围壳体50的开口52和设置在开口中的套筒30以及围绕套筒30和壳体50的弹性弹簧元件40。弹性弹簧元件40的伸展受到外壳的限制，其中由外壳和壳体50限定的空间65中布置有一个或多个弹簧元件40。当保护性离合器旋转时，所谓的离心力也在寻求将套筒30从芯部20的凹槽22中提起，但弹性弹簧元件40在套筒30中产生相反的弹力，然后该弹力力争将套筒30保持在凹槽22中。在高速旋转时，如果外壳61,62没有在壳体50周围使用以限定套筒30可以移动的空间，则柔性轴的突然停止会导致套筒30上升而完全脱离开口52。如果套筒30上升而完全脱离开口52，则它们可以例如从另一端抵靠壳体50的外表面而不会沉回到开口52中，其中一旦电动机旋转停止，保护性离合器将不再返回到其正常运行状态。通过将由壳体50和外壳61,62在径向方向上从套筒30的在凹槽22中的外表面到外壳61，62的内表面限定的空间65的高度设置为大于凹槽22的深度，允许套筒30从凹槽上升和保护性离合器的激活。

另一方面，通过限制壳体50和外壳61在径向方向上从位于套筒30的顶部的弹性弹簧元件40的在凹槽62中的外表面到外壳61,62的内表面限定的空间65的高度小于套筒30的直径，防止套筒从壳体50的开口52脱出。

在一个实施方案中，在保护性离合器的壳体50的外表面上，在壳体50的开口52之间的区域，布置有与壳体的周边平行的肩部53，以便防止一个或多个弹性弹簧元件40移动。布置在肩部53的不同侧上，弹性弹簧元件40不能彼此接触，因此不会干扰彼此的操作。肩部53与外壳61,62一起进一步防止弹性弹簧元件40转入错误位置并从壳体50上滑落。壳体50的形状优选地使得弹性弹簧元件40可以从壳体50的一端或两端抵靠肩部而无需比静止时需要拉伸弹性元件40的程度更进一步拉伸弹性弹簧元件40。换句话说，壳体50的直径在从肩部53到壳体50的端部的整个距离处减小或保持恒定。该特征减少了与保护性离合器的组装相关的弹性弹簧元件40中的永久变形的产生。

图5a-5c示出了根据一些实施方案的弹性弹簧元件40。根据图5a的实施方案的弹性弹簧元件由钢丝42制成。钢丝弯曲成环形，使得钢丝部分重叠，即环形继续保持比一轮长的距离。钢丝的最外端部43,44进一步弯曲远离环的形状。两个端部43,44可以向内弯曲，如图5a所示，或者它们可以向外弯曲。端部43中的一个也可以向内弯曲，或者另一端44从环的形状向外弯曲。弯曲端部的目的是增加弹性弹簧元件抵靠壳体50或外壳61,62的表面压力，其中弹性弹簧元件在引导到套筒30上的轻微力的影响下尚未伸展。弹性弹簧元件的弯曲的端部保持静止并保持钢丝42不变形，直到引导到套筒30上的力增大得足够大，其中，优选地，钢丝42变形到使套筒30从凹槽22上升并释放芯部20以相对于壳体50旋转的程度，即保护性离合器激活的程度。在这种情况下，钢丝仅在保护性离合器激活时变得疲劳。在没有弯曲端部的情况下，随着轴的负载和旋转速度变化，钢丝总是会轻微变形，其中钢丝的疲劳将显着更大，这将导致激活保护性离合器所需的扭矩的变化。外壳61,62还起到降低钢丝42疲劳的重要作用，因为即使在高扭矩的情况下，外壳也能防止钢丝显着变形。通过改变弹性弹簧元件的数量、钢丝的刚度、钢丝的重叠和最外端的曲率，能够调节激活保护性离合器所需的扭矩大小。基于钢丝的弹性弹簧元件可承受非常高的温度和非常低的温度，因此在以下应用中特别推荐使用它：其中保护性离合器很少激活或者需要特别好的耐热性的应用。

根据图5b的实施方案的弹性弹簧元件40包括形成环46的可弹性压缩的聚合物，环的内表面设置有凹槽47，用于接受从外壳50的外表面突出的套筒30。套筒沉入凹槽47中并且外壳优选地抵靠在环46的外表面上。在这种情况下，为了激活保护性离合器，必须引导如此大的力到芯部20的槽22中的套筒30上，以至于将环46压缩的量等于凹槽的深度，其中套筒30从槽22上升，并且芯部20能够相对于壳体50旋转。优选地，环由硅基聚合物制成，通过改变其硬度和尺寸，可以调节激活保护性离合器所需的扭矩大小。激活保护性离合器所需的扭矩大小也可以通过改变环的数量来调节。基于可弹性压缩的聚合物的弹簧元件不具有与钢丝相当的疲劳趋势，因此根据该实施方案的弹性弹簧元件特别适用于其中保护性离合器经常被激活的这种应用。

根据图5c的实施方案的弹性弹簧元件40包括形成环46的可弹性压缩的聚合物，其内表面布置有凹槽47，用于接受从壳体50的外表面突出的套筒30，以及用于接受壳体50的肩部53的一个或多个凹槽。优选地，壳体在一个、两个或三个周边上具有肩部，并且相应地，该环具有与肩部53一样多的凹槽48。套筒沉入凹槽47中，肩部53沉入凹槽48中，并且外壳优选地抵靠在环46的外表面上。优选地，在该实施方案中，环46填充由外壳和壳体限定的空间65的全部或至少90％。在这种情况下，为了激活保护性离合器，必须引导如此大的力到芯部20的槽22中的套筒30上，以至于它将环46压缩的量等于凹槽22的深度，其中套筒30从凹槽22上升，并且芯部20能够相对于壳体50旋转。优选地，环由硅基聚合物制成，通过改变其硬度和尺寸，可以调节激活保护性离合器所需的扭矩大小。基于可弹性压缩的聚合物的弹簧元件不具有与钢丝相当的疲劳趋势，因此根据该实施方案的弹性弹簧元件特别适用于其中保护性离合器经常被激活的这种应用。

图3示出了从旋转轴的方向、从第二轴(例如柔性轴)的侧面看的根据一个实施方案的保护性离合器。在图4中示出了图3中表示为aa的剖面的剖视图。图4示出了保护性离合器的组件，其中壳体50具有两个肩部53。在两个肩部53和壳体50的两个端部之间，在肩部53附近是弹性弹簧元件40，根据图5a的实施方案，弹性弹簧元件40是由钢丝制成的弹性弹簧元件。在壳体50中布置有用于整体接受芯部20的腔。芯部20通过保持环10可旋转地锁定地布置在腔中。保持环10和芯部20之间是底板11。在壳体50的腔底部与芯部20的端部之间还有一个底板41。芯部20中设置有腔23，以通过固位螺钉将第一轴接受并紧固到芯部中。相应地，壳体50具有通孔55，以通过固位螺钉56将第二轴接收并紧固到壳体中。作为壳体的通孔55的延伸，芯部20具有腔，腔的直径优选地大于壳体的通孔55的直径，因为芯部20必须相对于第二轴自由旋转。

对于本领域技术人员显而易见的是，随着技术的发展，本发明的基本思想可以以各种方式实现。因此，本发明及其实施方案不仅限于上面给出的示例，而是它们可以在权利要求的范围内变化。