CN105264249A - 离合器轮毂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种离合器轮毂。离合器轮毂(1)包括轮毂体(2)，轮毂体具有用于容纳轴(5)的轴向通孔(4)并且在通孔(4)的两个轴向端部处分别具有端面(3a，3b)。在通孔(4)中设计有内表面(6)并且在端面(3a，3b)处分别设计有环形围绕通孔(4)的平面(7a，7b)。

Description

离合器轮毂
技术领域
本发明涉及一种离合器轮毂和一种离合器装置。
背景技术
DE102007036001B4(VOITH专利有限公司)在2009年2月19日描述了一种电绝缘的轴连接元件，用于在轨道车辆的驱动设备和轨道之间制造电绝缘。轴连接元件包括具有内开口的外部的轴元件以及具有外表面的内部的轴元件，在内开口中设计有内表面，外表面借助于过盈配合装入外部轴元件的内开口中。外部轴元件的内表面和/或内部轴元件的外表面具有电绝缘涂层，该电绝缘涂层使外部的轴元件与内部的轴元件互相电绝缘。在此，内部的轴元件具有用于连接其它轴部件的内开口。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改进的离合器。
根据本发明，该目的通过具有在权利要求1中说明的特征的离合器轮毂来解决。离合器轮毂包括轮毂体。轮毂体具有用于容纳轴的轴向通孔。各一个端面位于通孔的两个轴向端部处。在通孔中设计有内表面。此外，在端面处分别设计有环形围绕通孔的平面。在此，设计为瓷涂层的电绝缘涂层覆盖内表面。电绝缘涂层还分别连续地覆盖在平面上的围绕通孔的环形区域和在内表面与相应的环形区域之间形成的过渡区域。
本发明所基于的认知在于，在到现在为止已知的电绝缘的轴连接元件中，无法防止在绝缘涂层的边缘区域中在互相电绝缘的构件之间的飞弧，因为在不同电势上的构件的间距基本上通过绝缘涂层的层厚预定-典型的层厚小于2毫米-并且因此相对地小。根据本发明，在不同电势上的构件的间距由此变大，即，电绝缘涂层除了离合器轮毂的通孔的内表面还连续地覆盖各一个在平面上的围绕通孔的环形区域和在内表面与相应的环形区域之间形成的过渡区域。
根据本发明的离合器轮毂能够在发动机和传动机构之间的所有离合器中，特别是在所有转换器馈电的电驱动装置、包括牵引驱动装置的情况下被使用，特别在单轴承发动机中的情况下。这首先在供应完整的驱动单元、即包括发动机和传动机构的驱动单元时是有利的。离合器轮毂的一个优选的应用是在轨道车辆的驱动设备和轨道之间的电绝缘的离合器中。
实验令人吃惊地显示，不必通过附加的轮毂构件来保护绝缘涂层以抵抗在轴和离合器轮毂的接口处产生的扭矩负载，该轮毂构件布置在绝缘涂层和轴之间。与到现在为止已知的离合器轮毂相比，绝缘涂层直接贴靠轴。因此取消了附加的用于保护绝缘涂层的轮毂构件，按照到现在为止的本领域的偏见，为了防止绝缘涂层的损坏、比如脆性断裂而不能放弃该轮毂构件。
本发明的有利的设计方案和改进方案在相关的权利要求中说明。在此，根据本发明的方法也能够按照独立的装置权利要求来改进，并且反之亦然。
瓷涂层能够具有一种或多种以下的瓷物质：氧化铝、氧化镁、氧化锆、氧化钛、钛酸铝、碳化硅、碳化硼、氮化硅、氮化铝或者氮化硼。轮毂体能够由一种金属材料构成，例如由铁或者钢。可替换地，还能够提出复合材料。
瓷涂层能够作为泥浆进行施加，就像从搪瓷生产中已知的一样。还可行的是，瓷绝缘涂层通过如火焰喷涂或者等离子喷涂的热喷涂方法施加在离合器轮毂的将要涂的面上。
根据本发明一个优选的设计方案，绝缘涂层具有均匀的层厚。特别地，层厚通过打磨在很大程度上均匀地形成。绝缘涂层的层厚优选地在0.1到1毫米的范围中，特别地在0.2毫米的范围中。该厚度在运行离合器轮毂时产生的负载的承受力、特别是扭矩加载、击穿强度、材料消耗之间提供了有利的折中。实际应用的层厚取决于对电阻和阻抗的要求，并且根据期望的电压和电容的放电电流进行选择。
根据本发明一个优选的设计方案，在内表面和相应的环形区域之间形成的过渡具有在0.2到5毫米的范围中、特别地在1到3毫米、另外特别地在大约2毫米的范围中的曲率半径。实验显示，如果曲率半径在该范围之中，那么在拱形的过渡区域中能够形成特别稳定的涂层。
根据本发明一个优选的设计方案，离合器轮毂具有油槽，该油槽在端面中的一个端面处开始并且通入内表面。优选地，油槽通过在轮毂体中的钻孔构成。在其端侧的入口部段中，油槽能够具有内螺纹，在该内螺纹中能够旋入液压的油压管道的螺纹套。通过该油槽使得油在内表面和轴的相应的接触面之间的压力下被挤压；以该方式能够使在离合器轮毂的通孔中的轴的装配或者拆卸更容易，例如为了保养目的。此外，在油槽到内表面中的通入部处设计有径向延伸的凹槽。在此有利的是，通过凹槽能够使压入的油分布在内表面和轴的相应的接触面的整个周向上。
根据本发明一个优选的改进方案，通孔实施为N台阶形钻孔，其中N是大于一的整数。在此有利的是，台阶形钻孔使得在相应分台阶的轴上装上离合器轮毂更容易，因为具有最大的内直径的离合器轮毂的部段首先在具有最小的外直径的轴部段上推移经过。因此发生自动并且逐步更准确的中心定位。
根据本发明一个优选的设计方案，通孔实施为圆锥形或者圆柱形。利用圆锥形构件的过盈配合、例如锥形过盈配合提供了简化拆卸的优点。利用圆柱形构件的过盈配合的优点在于，没有轴向力引入过盈配合。
本发明一个优选的设计方案是具有两个抗扭地互相连接的半离合器的离合器装置，其中离合器装置具有金属膜，并且两个半离合器中的至少一个是如上所述的离合器轮毂。
借助于绝缘的离合器轮毂，根据本发明的离合器装置允许在电机的转子和直接耦联的减速传动机构的快速运转的轴之间的电绝缘，该离合器轮毂的任务是，防止发动机转子的电流通路穿过传动机构，特别用于避免轴承损坏。
在机器的自动化的单件检测期间应用涂覆的轴承(“CoatedBearing”)或者另外的轴承绝缘和非绝缘的辅助轴承时，电绝缘的离合器轮毂还允许在完好的转子绝缘部方面对单轴承发动机、即轴承和离合器轮毂的简单的检测。因此，以最简单的方式可行的是，在装配状态中维护机动车的范围内检测电机转子的绝缘电阻。
根据本发明的离合器装置由于其紧凑性和稳固性而特别适合单轴的牵引发动机，但不受限于该应用。根据本发明的离合器装置因此满足了对驱动单元、包括发动机和传动机构的用户期望，该发动机和传动机构适合在快速开关的电压转换器(U-转换器)处运行。根据本发明的离合器装置保护传动机构免于由于转换器决定的轴承电压而损坏的电容的放电电流，特别在紧凑的牵引驱动装置中。
在此优选的是，半离合器借助于端面轮齿连接。这产生特别抗扭的离合器。
可行的是，根据本发明的离合器轮毂以过盈配合与轴连接，其中变热的离合器轮毂装在未变热轴上。实验显示，与本领域中现在的偏见相反，加热涂敷的离合器轮毂不会导致损坏，特别是在涂层、尤其是瓷涂层中的应力开裂。为此，当轴处于室温、例如20摄氏度时，将涂敷的离合器轮毂例如借助电感设备加热到大约200摄氏度。
在可替换的设计方案中，离合器装置具有两个互相连接的半离合器，这些半离合器布置在各一个轴端部上。在此，两个轴端部中的至少一个承接涂层，该涂层使轴端部与相应的半离合器电绝缘。在此，涂层除了布置在轴端部与半离合器的接触面上以外，还布置在轴端部上的紧邻接触面的环形区域之中。因此，除了离合器轮毂和轴的接触面之外，电绝缘涂层还连续地覆盖两个在轴周向上或者轴端面上的围绕接触面的环形区域，由此通过在端侧延长飞弧路径来防止在轴和装配在轴上的离合器轮毂之间的飞弧。
附图说明
下面借助附图解释本发明。示意性地且非按比例地示出：
图1示出离合器轮毂的第一实施例；
图2示出到现在为止已知的离合器轮毂中的绝缘涂层的边缘区域；
图3示出根据本发明的离合器轮毂中的绝缘涂层的边缘区域；
图4示出离合器轮毂的另外的实施例；
图5示出具有两个半离合器的离合器装置；
图6示出根据图5的离合器装置，该离合器装置形成在两个轴之间的抗扭的连接；以及
图7示出在图6中示出的离合器装置的可替换的设计方案。
具体实施方式
图1示出具有轮毂体2的离合器轮毂1。一体成形的轮毂体具有用于容纳轴的轴部段21、轴向顺从的金属膜22和具有用于连接另外的离合器元件的钻孔16和端面轮齿13的螺栓部段23。轮毂体2在轴部段21中具有圆柱形的通孔4，该通孔在轴向的方向延伸穿过轮毂体2。通孔4用于容纳轴。此外，轮毂体2在通孔4的两个轴向端部处分别具有端面3a，3b。在通孔4中设计有内表面6。
在轮毂体2中设计有油槽11，该油槽在左端面3a处开始并且通入内表面5。油槽11通过轮毂体2中两个互相成角度延伸的钻孔构成。在轮毂体的端面3a的入口部段中，油槽11具有内螺纹14，在该内螺纹中能够旋入液压的油压管道的螺纹套。通过油槽11，使得油在内表面6和的相应的轴周向面之间的压力下被挤压；以该方式能够简化将轴安装到离合器轮毂1的通孔4中或者拆卸轴，例如为了保养目的。在油槽到内表面6中的通入部处，通孔具有径向延伸的凹槽26。经过油槽11压入的油能通过凹槽26分布在内表面6的整个周向上，并且这样使轴的装配和拆卸更容易(油过盈配合)。
为了防止在油槽11通入内表面4的范围内的电流飞弧，除了内表面4，还利用电绝缘涂层涂覆油槽11的紧邻内表面4的壁。有利的是，尽量广泛地延伸到轮毂内部地涂覆油槽，因为这样加大了飞弧路径并因此加大了飞弧强度。在施加涂层时必须注意在油槽11中的涂层并不封闭盖油槽。
对于油槽11的壁的电绝缘涂层的替换方案是，在例如发动机轴的轴中设置油槽，或者在例如发动机轴的轴上布置绝缘涂层。
在两个端面3a，3b处分别设计有环形围绕通孔4的平面7a，7b。内表面6、各一个在平面7a，7b上的围绕通孔4的环9a，9b和各一个在内表面6与相应的环9a，9b之间形成的过渡区域10a，10b由电绝缘涂层8连续地覆盖。
电绝缘涂层8的层厚在0.2毫米的范围中。在轮毂体2的两个端面处的平面7a，7b上的环9a，9b的环宽度16在至少1毫米的范围中，优选地在2到3毫米的范围中。根据最大要期望的飞弧电压来选择环宽度16。选择的环宽度16越大，那么基于爬电路径延长而在轮毂体2与轴之间的飞弧就越小。图2和图3阐明了这一事实。
图2示出了在到现在为止已知的离合器轮毂中的绝缘涂层8的边缘区域。在布置在不同电势P1和P2上的两个轮毂构件之间的绝缘涂层具有层厚d，该层厚与飞弧路径相对应。在当前实例中，离合器轮毂具有两个元件，其中在电势P1上的元件是直接包围轴5的内部的轮毂元件，并且在电势P2上的元件是外部的轮毂元件。为了防止的损坏而包围绝缘涂层8为了保护防止损坏而围绕在两个轮毂元件之间。不能可靠地防止在离合器轮毂的端面处的两个轮毂元件之间的飞弧，这是因为在不同电势P1和P2上的构件的间距通过绝缘涂层的层厚d预定并且因此相对地小。
图3示出根据本发明的该问题的解决方案：在不同电势P1和P2上的构件的间距D、也就是在离合器轮毂的端面处的离合器轮毂2和轴5之间的飞弧路径由此增大(D>d)，即电绝缘涂层8还分别连续地覆盖在平面上的围绕通孔的环形区域9a和在内表面与相应的环形区域之间形成的过渡区域10a。
图4示出第二离合器轮毂1，该离合器轮毂能够装在根据图1的第一离合器轮毂上；由此形成的离合器是抗扭的膜离合器，如在图5中所示。绝缘涂层8能够施加在根据图1的第一离合器轮毂1上和/或根据图4的第二离合器轮毂1上。在图4中示出的第二离合器轮毂1与在图1中示出的第一离合器轮毂的区别在于，第二离合器轮毂不具有金属膜并且其通孔4设计为具有一个台阶的台阶形钻孔12。
图5示出两部分的、抗扭的离合器装置24，其由根据图1的轮毂体2a和根据图4的轮毂体2b的组合体构成，其中绝缘涂层8施加在右轮毂体2a的内表面上。
这样的膜离合器24，优选地实施为全钢离合器，有高的同心精度和极高的平衡因数，因为该膜离合器一般利用发动机转子进行平衡。通过两个半离合器1a和1b的端面轮齿的最优的定心一直持久地得到同心精度和平衡因数。此外，这种离合器实际上不用保养。
这种膜离合器24由于其膜轮廓22而能够轴向弯曲。可以借助螺丝25通过两个半离合器1a，1b在螺栓部段23中的螺栓连接简单地将发动机和传动机构分离或连接，而不用解除过盈配合。这种膜离合器24不用保养并且用于传递扭矩和在传动机构中支撑发动机轴。优选地实施为全钢离合器的膜离合器24只允许低轴偏量。优选地，膜离合器在有轨电车和低车厢有轨电车中使用。
离合器良好的同心性还允许附加地施加绝缘涂层8。
图6示出了根据图5的离合器装置24，该离合器装置连接两个轴5a和5b。第一轴5a是发动机轴，第二轴5b是传动轴。离合器装置包括两个借助于螺丝25互相螺栓连接的半离合器1a和1b，这些半离合器以过盈配合固定在轴5a和5b上。根据本发明，半离合器1a和1b中的至少一个具有在轮毂体与轴之间的电绝缘涂层。在本实施例中，绝缘涂层8布置在左半离合器1a上，即在离合器24到发动机轴5a的接口处。
图7示出了如图6中所示的离合器装置24的可替换的设计方案。在此，离合器装置24具有如图6中所示的两个互相连接的半离合器1a，1b，这些半离合器布置在各一个轴端部5a，5b上。在此，两个轴端部之一的5a承接涂层8，该涂层使轴端部5a与相应的半离合器1a的轮毂体电绝缘。在此，涂层8除了布置在轴端部5a与半离合器1a的轮毂体的接触面的范围中、即轴5a上的轮毂体的支撑区域中，还布置在轴端部5a上的紧邻接触面的环形区域中。
涂层的在图7中左边的环形区域设计为圆柱形套。涂层的在图7中右边的环形区域设计为四分之一环面的形状，其中轴周向的涂层越过端侧的斜边延伸到轴端部的端面上。
与根据图6的、其中加大了飞弧路径的环形区域布置在离合器轮毂上设计方案相比，在根据图7的设计方案中，加大了飞弧路径的环形区域因此布置在轴5a上。
尽管本发明在细节上通过优选的实施例详细地做了解释和描述，但是本发明不受公开的实例的限制。

Claims (11)

1.一种离合器轮毂(1)，包括轮毂体(2)，所述轮毂体具有用于容纳轴(5)的轴向通孔(4)并且在所述通孔(4)的两个轴向端部处分别具有端面(3a，3b)，其中
-在所述通孔(4)中设计有内表面(6)并且在所述端面(3a，3b)处分别设计有环形围绕所述通孔(4)的平面(7a，7b)，并且
-设计为瓷涂层的电学的绝缘涂层(8)覆盖所述内表面(6)，
其特征在于，电学的所述绝缘涂层(8)还分别连续地覆盖在所述平面(7a，7b)上的围绕所述通孔(4)的环形区域(9a，9b)和在所述内表面(6)与相应的所述环形区域(9a，9b)之间形成的过渡区域(10a，10b)。
2.根据权利要求1所述的离合器轮毂(1)，其中在所述内表面(6)与相应的所述环形区域(9a，9b)之间形成的所述过渡区域(10a，10b)具有在0.2到5毫米、特别地在1到3毫米、另外特别地在大约2毫米的范围中的曲率半径。
3.根据前述权利要求中任一项所述的离合器轮毂(1)，具有在所述端面(3a，3b)中的一个端面处开始并且通入所述内表面(4)的油槽(11)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的离合器轮毂(1)，其中所述通孔(4)实施为N台阶形钻孔，其中N＝2，3，4等等。
5.根据前述权利要求中任一项所述的离合器轮毂(1)，其中所述通孔(4)实施为圆锥形或者圆柱形。
6.根据前述权利要求中任一项所述的离合器轮毂(1)，其中所述绝缘涂层(8)具有均匀的层厚(D)，特别是在0.2毫米的范围内的层厚。
7.一种具有两个半离合器(1a，1b)的离合器装置(24)，这些所述半离合器互相连接，其中两个所述半离合器(1a，1b)中的至少一个是根据前述权利要求中任一项所述的离合器轮毂(2，2a，2b)。
8.根据权利要求7所述的离合器装置(24)，其中这些所述半离合器(1a，1b)互相抗扭地连接。
9.根据权利要求8所述的离合器装置(24)，其中这些所述半离合器(1a，1b)借助于端面轮齿(13)连接。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的离合器装置(24)，其中所述离合器装置(24)具有金属膜(22)。
11.一种具有两个互相连接的半离合器(1a，1b)的离合器装置(24)，这些所述半离合器布置在各一个轴端部(5a，5b)上，其中两个所述轴端部(5a，5b)中的至少一个承接瓷涂层(8)，所述瓷涂层使所述轴端部(5a，5b)与相应的所述半离合器(1a，1b)电绝缘，其中所述瓷涂层(8)除了布置在所述轴端部(5a，5b)与所述半离合器(1a，1b)的接触面上以外，还布置在所述轴端部(5a，5b)上的紧邻所述接触面的环形区域之中。
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