CN108626208B - 用于将杆机械地耦接至陶瓷元件的套件 - Google Patents

Abstract

一种用于将陶瓷元件机械地耦接至杆的套件，陶瓷元件包括由包括凹部的圆柱形孔壁限定并沿纵向轴线延伸的圆柱形陶瓷孔，杆包括：外管，其包括与插入部相邻的伸出部、外管壁及外管孔；可插入至凹部中的突出构件；及沿轴线延伸的内心轴，其中外管的插入部可插入陶瓷孔中，使得突出构件接合在凹部中并使得伸出部从陶瓷元件中伸出，内心轴可插入外管孔中，使得突出构件通过内心轴的稳定部弹性地稳定在凹部中，并且杆因此机械地耦接至陶瓷元件，其中外管不能相对于陶瓷孔沿纵向轴线平移，内心轴的稳定部是径向地具有弹性的，使得在将力施加至外管上时突出构件可从凹部中移出，该力大于用于将杆与陶瓷元件分离所需的预定阈值力。

Description

用于将杆机械地耦接至陶瓷元件的套件

技术领域

本发明涉及一种用于将杆机械地耦接至陶瓷元件的套件。如果杆相对于陶瓷元件不能沿着它的纵向轴线自由移动，则杆机械地耦接至陶瓷元件。在优选实施例中，机械耦接还防止杆围绕它的纵向轴线相对于陶瓷元件自由旋转。例如，这样的实施例涉及由在高温应用场合中使用的陶瓷材料制成的旋转传送带滚子。

背景技术

陶瓷元件与金属零部件之间通常需要机械耦接，尤其是在高温应用场合中。在这种应用中，因为在高温下具有更高的化学和物理稳定性，陶瓷元件通常暴露于比金属零部件更高的温度。因此，陶瓷元件不太可能响应于温度变化而翘曲。陶瓷材料在其暴露于高温下的表面上也不太可能会氧化或剥落。

然而，与金属相比，陶瓷材料更难以塑形为复杂的几何形状，并且因为它们的脆性而不能以太高应力夹紧至其它部件。在许多应用中，暴露于高温的陶瓷元件必须与组件的其它部件相互作用，诸如与用于平移和/或旋转陶瓷元件的驱动机构相互作用。因此，陶瓷元件与金属杆的耦接通常是必需的，所述杆允许例如从驱动机构至陶瓷元件的传动。杆可被锁定至陶瓷元件，因此形成刚性系统，其特征是，对于被施加至系统的所有力，杆和陶瓷元件两者之间不可能有平移运动和/或旋转运动，除非耦接断开。替代地，耦接可形成弹性系统，其特征是，当被施加至系统的力达到阈值时，金属杆与陶瓷元件脱离，并且优选地当力减小时再次锁定。弹性系统保护陶瓷元件以免断裂。

将金属杆机械地耦接至陶瓷元件并不简单。一方面，金属与陶瓷材料之间的机械性质差异会导致难以承受的应力集中，从而导致陶瓷元件的裂纹形成和断裂。另一方面，与金属的热膨胀系数(CTE)相比，陶瓷材料具有相对较低的CTE。对于高温应用场合或对于暴露于温度变化的场合来说，这是是一个重要问题，在高温场合中，当温度从室温升高至工作温度时金属杆将会比陶瓷元件更多程度地膨胀。

文献US 5,695,675公开了一种由耐火材料制成的阻流器，其用于控制金属熔体流出冶金设备中的中间包的流量。阻流器通过细长金属杆连接至升降装置，该升降装置用于使阻流器垂直升降。在所公开的布置中，阻流器借助于抵靠着阻流器杆中的腔体的壁的阻挡元件以上升平移方式与金属杆耦接，并且借助于拧紧在金属杆的螺纹部上并且紧紧地靠在阻流器的上端的螺母而在下降方向上与金属杆机械地耦接。

需要将转矩从金属杆传输至陶瓷元件的应用的示例可在用于将制品传送通过熔炉的传送设备中找到，例如用于玻璃的退火或回火或者对由金属或玻璃制成的薄板进行热处理。传送带组件用于输送制品，这包括旋转陶瓷滚子，其中的至少一些滚子是机动的。这种滚子组件通常包括许多陶瓷滚子，例如由熔融石英制成，借助于机械地耦接在每个滚子端处的金属主轴旋转地安装在支架上。主轴通过形成传送带的一部分的传动机构(例如，借助于链条或齿轮)旋转，并且凭借于传送带与陶瓷滚子之间的机械耦接将旋转运动传递至陶瓷滚子。现有技术的传送设备的陶瓷滚子通常被设置有沿着滚子的纵向轴线从一端延伸至另一端的贯通-通道。金属轴被引入并机械地耦接至贯通-通道，并且系统安装在支架上。金属轴与驱动机构旋转耦接，并且金属轴的转矩被传递至陶瓷滚子，因此驱动陶瓷滚子的旋转。然而，沿着陶瓷滚子的整个长度对贯通-通道加工是精细的过程，并且最重要的是它使得陶瓷滚子更容易断裂。引入陶瓷滚子的贯通-通道中的金属轴暴露于与陶瓷元件类似的温度，这限制了这种系统可实施在的应用场合和/或需要使用专门的--而又昂贵的--高等级金属。

文献EP 1 693 635公开了一种传送带滚子，该传送带滚子包括在其一端处耦接至金属盖的陶瓷卷轴，其中公差环插入陶瓷卷轴与金属盖之间。因此陶瓷卷轴与金属盖之间的机械耦接旋转仅基于陶瓷卷轴、公差环和金属盖之间的摩擦力。然而，如果暴露于高的温度梯度下，金属盖和公差环(也由金属制成)比陶瓷卷轴端膨胀得更多，从而导致耦接松动。

US2013/0330120公开了一种金属壳体与中空结构之间的锁定机构，该锁定机构使用在中空结构内的杆推动径向突出构件，从而确保中空结构最终固定至壳体。该杆是径向地具有刚性的，同时由于轴向推压构件而确保断开。这些紧固件是在室温下使用的农业设备的部件。这种机构不适合在高温下使用，该推压构件(诸如弹簧或由橡胶材料制成的)不能耐受高温。另外，当陶瓷材料组装在金属元件内部时，必须格外谨慎以考虑金属与陶瓷材料之间的热膨胀系数的巨大差异以及陶瓷的糟糕的抗拉强度。

US5141355公开了协作杆与套环之间的另一种锁定和释放机构。可使用具有径向弹性的耦接件来对夹紧力进行微调。该杆是具有径向刚性的，并且目标应用在室温下进行。

本发明的目的是提供一种用于陶瓷元件与金属杆之间进行机械耦接的布置。机械耦接必须至少是平移方面的并且优选地是旋转方面的，从而形成刚性系统或弹性系统，在该刚性系统中，金属杆被锁定至陶瓷元件，在该弹性系统中，当被施加至系统的力超过阈值时金属杆发生可逆脱离。机械耦接易于安装并在很宽范围的应用温度下有效，并且不需要陶瓷元件中的贯通-通道，而是可应用于被设置有盲孔的陶瓷元件。

发明内容

本发明在所附独立权利要求中限定。优选实施例在从属权利要求中限定。具体地，本发明涉及用于将陶瓷元件机械地耦接至包括由金属制成的外表面的杆的套件，其中：

(a)该陶瓷元件包括圆柱形陶瓷孔，该圆柱形陶瓷孔由圆柱形孔壁限定并且沿着纵向轴线X1延伸，其中该圆柱形孔壁包括至少一个凹部，

并且其中该杆包括：

(b)外管，该外管包括与插入部相邻的伸出部，并且进一步包括：

·外管壁，该外管壁由金属制成并且限定该杆的外表面，其中该插入部的外管壁的一部分为圆柱形，沿着管轴线从该伸出部的近端延伸至该插入部的远端，并且具有与该圆柱形陶瓷孔配合的半径R8，

·外管孔，该外管孔优选地包括半径为R8b的圆柱形部分，所述外管孔沿着该管轴线从该近端延伸并且在该伸出部的整个长度上延伸并进一步在该插入部的长度的至少一部分上延伸，

(c)至少一个突出构件，该突出构件包括突出部分，该突出部分具有可插入至该陶瓷元件的至少一个凹部中的几何形状，

(d)内心轴，该内心轴沿着轴线延伸并且具有适用于插入至该外管孔中的径向尺寸，并且优选地包括半径为R5≤R8b的圆柱形部分，其中

(e)该外管的插入部可插入至该陶瓷孔中，使得该至少一个突出构件的突出部分接合在该至少一个凹部中并且使得该伸出部从该陶瓷元件中伸出，并且其中

(f)该内心轴可从该外管的近端插入至该外管孔中，使得该至少一个突出构件的突出部分通过所述内心轴的稳定部弹性地稳定在该至少一个凹部中，并且该杆因此机械地耦接至该陶瓷元件，其特征是，该外管相对于该陶瓷孔不能沿着该纵向轴线b平移，

其中所述内心轴的稳定部是径向地具有弹性的，使得在将力施加至该外管上时该至少一个突出构件可从该至少一个凹部中移出，该力大于用于将金属杆与陶瓷元件分离所需的预定阈值力。

内心轴的这种弹性对于下列应用场合是特别有益的：其中转矩可在金属杆与陶瓷元件之间传递并且其中这种传递的转矩不能超过给定阈值以免陶瓷元件断裂。在有利的实施例中，所述内心轴的稳定部可具有限定可弹性变形结构的几何形状。所述内心轴的稳定部可替代地或另外包括可弹性变形材料。

在有利的实施例中，该至少一个突出构件和该至少一个凹部的几何形状使得当所述突出构件接合并且稳定在该至少一个凹部中时，该杆机械地耦接至该陶瓷元件，使得该外管不能相对于该陶瓷孔围绕该纵向轴线X1旋转。在该配置中，通过旋转外管可将转矩从金属杆传递至陶瓷元件。

在有利的实施例中，该杆包括三个或更多个突出构件，该圆柱形陶瓷孔壁包括三个或更多个凹部，并且该三个或更多个凹部在垂直于该纵向轴线X1的横向平面P1上的投影均匀地分布在所述圆柱形陶瓷孔在该横向平面P1上的投影的圆周上。在该配置中，金属杆可自居中在圆柱形陶瓷孔中，使得当机械耦接时，陶瓷元件和金属杆在对准在相同的纵向轴线X1上。该三个或更多个凹部可位于垂直于纵向轴线X1的相同横向平面中，或者可在纵向轴线的方向上偏移。

在有利的实施例中，

·该至少一个突出构件包括具有球体直径D的大致上球形球体，并且

·该外管的插入部包括至少一个圆形通孔，所述至少一个圆形通孔的直径大于该球体直径D。

在该实施例中，内心轴可包括

·圆柱形近端部(5p)，该圆柱形近端部(5p)具有半径R5并且包括该稳定部，

·圆柱形远端部，该圆柱形远端部具有半径R5d<R5，以及

·截头圆锥形中间部，该截头圆锥形中间部夹在该圆柱形近端部与该远端部之间，并且

其中该球体直径D使得R8b<(D+R5d)<(R8+δ)＝R2，其中δ是该外管与该圆柱形陶瓷壁之间的公差δ＝(R2–R8)。

在该实施例中，内心轴的稳定部可包括至少一个纵向带，该纵向带可弹性变形并且在该至少一个纵向带的第一端和/或第二端处耦接至内心轴。该至少一个纵向带的中心部优选地限定半径R5s，其中静止时R5s≥R5，使得D≥(R24-R5s)，其中R24是纵向轴线X1与该至少一个凹部的底部之间的距离，并且其中当暴露于弯曲应力时，该纵向带可弯曲，从而减小半径R5s<R5，优选地至少减小至值R5s≤(R24–D)。

在替代实施例中，该至少一个突出构件由突出部组成，该突出部从尖端至基部在高度Dp上径向地延伸，该基部刚性地耦接至弹性可挠的纵向带，该弹性可挠的纵向带形成该外管的插入部的外管壁的一部分。(Dp+R8)优选地包括在R24的90％至105％之间，其中R24是该纵向轴线X1与该至少一个凹部的封闭端之间的距离。

在又一替代实施例中，根据本发明的套件使得

·它进一步包括中间管，该中间管包括近端部、远端部、中间管壁和中间管孔，其中该中间管的远端部可从该外管的近端插入至该外管孔中，

·该至少一个突出构件由突出部组成，该突出部从尖端至基部在高度Dp上径向地延伸，该基部刚性地耦接至弹性可挠的纵向带，该弹性可挠的纵向带在该中间管的远端部中形成该中间管壁的一部分，并且其中(Dp+R8b)优选地包括在R24的90％至105％之间，其中R24是该纵向轴线X1与该至少一个凹部的封闭端之间的距离。

·该外管的插入部包括至少一个圆形通孔，该至少一个圆形通孔的直径允许该至少一个突出部从中穿过并接合在其中，并且

·一旦该外管的插入部插入至该陶瓷孔中并且该中间管接合在该外管孔中使得该至少一个突出部接合在该至少一个圆形通孔中和该至少一个凹部中，该内心轴具有直径R5，使得它可从所述中间管的近端部插入至该中间管孔中，以将该至少一个突出部稳定在该至少一个凹部中。

该圆柱形陶瓷孔可为所述陶瓷元件中的盲孔，或者替代地可形成在两端处敞开的贯通通道。

该陶瓷元件优选地包括熔融石英。

在有利的实施例中，该陶瓷元件是传送带系统的传送带滚子，该传送带系统用于传送暴露于或处于至少200℃、优选地至少500℃、更优选地至少800℃的高温下的产品，并且其中该外管的所述插入部暴露于至少150℃、优选地至少200℃、更优选地至少300℃并且优选地不超过500℃、更优选地不超过400℃的温度。

本发明还涉及一种用于传送暴露于或处于至少200℃的高温下的产品的传送带系统的传送带滚子组件，所述传送带滚子包括：

(a)圆柱体，该圆柱体由陶瓷制成并且沿着纵向轴线X1延伸，包括第一和第二端，该第一和第二端中的每一端被设置有由圆柱形孔壁限定并且沿着该纵向轴线X1延伸的圆柱形陶瓷孔，其中该圆柱形孔壁包括至少一个凹部，

(b)第一和第二杆，该第一和第二杆沿着该纵向轴线延伸并且弹性地耦接至该第一和第二圆柱形陶瓷孔中的每一个，该第一和第二杆中的每一个包括：

(c)外管，该外管包括插入至该对应的圆柱形陶瓷孔中的插入部，该插入部与从该对应的圆柱形陶瓷孔中伸出的伸出部相邻，并且该外管进一步包括：

·外管壁，该外管壁由金属制成并且限定该杆的外表面，其中该插入部的外管壁的一部分为圆柱形，具有与该圆柱形陶瓷孔配合的半径R8，

·外管孔，该外管孔包括半径为R8b的圆柱形部分，所述外管孔沿着该纵向轴线X1从该近端延伸并且在该伸出部的整个长度上延伸并进一步在该插入部的长度的至少一部分上延伸，

(b)至少一个突出构件，该突出构件包括接合在该陶瓷元件的至少一个凹部中的突出部分，

(c)内心轴，该内心轴从该外管的近端插入至该外管孔中，使得该至少一个突出构件的突出部分通过所述内心轴的稳定部弹性地稳定在该至少一个凹部中，并且该杆因此机械地耦接至该陶瓷元件，其特征是，该外管不能相对于该陶瓷孔沿着该纵向轴线X1平移，

其中所述内心轴的稳定部是径向地具有弹性的，使得在将力施加至该外管上时该至少一个突出构件可从该至少一个凹部中移出，该力大于用于将金属杆与陶瓷元件分离所需的预定阈值力。

附图说明

将通过示例方式并且参考附图来更详细地解释本发明的这些和其它方面，在附图中：

图1示意地示出了在机械耦接之前根据本发明的套件的陶瓷元件和金属杆；

图2示出了图1的套件的陶瓷元件和金属杆；

图3示出包括嵌入陶瓷元件的凹部中的突出构件的截面图，其中(a)突出构件是根据本发明的套件的单独元件，并且(b)和(c)突出构件是根据本发明的套件的部件的整体部分；

图4A至6示出了示例1中描述的套件的实施例，其中图4A示出套件的侧视图，以及沿着侧视图中的A-A线剖切的剖视图；

图7示出了示例2中描述的套件的实施例；

图8示出了示例3中描述的套件的实施例；

图9示出了示例4中描述的套件的实施例；

图式并未按比例绘制。

具体实施方式

本发明涉及一种用于将陶瓷元件1机械地耦接至包括由金属制成的外表面的杆的套件。陶瓷元件通常可为在高温应用场合中使用的布置的部件。例如，陶瓷元件可为用于控制金属熔体从中间包流入模具的流量的阻流器；阻流器部分浸入到处于1400℃以上的温度的金属熔体中。替代地，陶瓷元件可为输送设备的从动传送带滚子，该输送设备用于将如玻璃或金属薄板等负载输送通过熔炉以对薄板进行热处理。陶瓷元件可由适用于其设计的应用场合的任何已知陶瓷材料制成。具体地，陶瓷元件可由熔融石英、石墨、氧化铝、电熔材料等制成。除高温传送带滚子外，陶瓷元件还可用于各种应用，包括悬挂在高温应用场合中的结构部件，如冶金设备中的中间包的阻流器；玻璃弯曲配件、高温液体(诸如金属或玻璃熔体等)中的搅拌器和撇渣器。

如图1中所说明，陶瓷元件1包括至少一个陶瓷孔2，该陶瓷孔2包括圆柱形部分。为了清楚和简明起见，表述“圆柱形陶瓷孔”在下文中将被解释为“由圆柱形部分构成的陶瓷孔”。圆柱形陶瓷孔可为盲孔或通孔，在两端处形成敞开的贯通通道。圆柱形陶瓷孔沿着纵向轴线X1延伸，并且由圆柱形孔壁限定。在圆柱形陶瓷孔壁中，包括至少一个凹部4。这种凹部有利地是封闭端腔体，就像是(例如)陶瓷孔壁中的中空部、凹口或凹槽。然而，在一些实施例中，凹部可为相对于纵向轴线X1大致径向延伸的通孔。

如图1和2中所示，金属杆可插入至圆柱形陶瓷孔中以将它机械地耦接至陶瓷元件。杆包括具有由金属制成的外管壁的外管8。外管包括插入部8i和伸出部8p，该插入部8i包括适用于插入至圆柱形陶瓷孔中的圆柱形部分8c，该伸出部8p适用于耦接至外部部件，诸如平移和/或旋转驱动系统。

插入部8i是外管的一部分，当将陶瓷元件耦接至金属杆时该部分插入至圆柱形陶瓷孔2中。插入部包括具有半径R8的圆柱形部分8c，该圆柱形部分8c与半径为R2的圆柱形陶瓷孔配合。插入部因此可插入至圆柱形陶瓷孔中，并且外管8可通过下面详细解释的机构而机械地耦接至陶瓷元件1，使得外管无法相对于陶瓷元件自由地沿着纵向轴线X1平移。为了获得令人满意的机械耦接，在工作温度下，应不允许杆在圆柱形陶瓷孔内往复运动。通过确保外管的半径R8在公差δ内、大致上等于圆柱形陶瓷孔2在预期工作温度下的半径R2(以及比半径R2低δ)，可防止杆的往复运动。

考虑到陶瓷材料和金属的不同CTE，对于根据本发明的套件的高温应用场合，圆柱形部分8c在室温(＝20℃)下的半径R8通常比圆柱形陶瓷孔2的半径R2大致小上值(δ+(ΔR8-ΔR2))(参考如下推导：

其中ΔRi＝αiRi(RT)ΔT(i＝2或8)；ST＝工作温度，RT＝室温，α＝CTE)，使得插入部8i可在室温下松配合地插入至圆柱形陶瓷孔中，但是在升高的工作温度下在公差δ内紧贴地配合。

外管8的伸出部8p是当插入部8i插入至陶瓷圆柱形孔2中时从陶瓷元件1突出的外管的一部分。伸出部8p可为圆柱形，但是可具有适合于与组件的其它部件(诸如与杆耦接的驱动机构)相互作用的任何形状，例如如图1和2中所表示的多边形横截面。

外管8是中空的并且包括外管孔，该外管孔包括半径为R8b(小于插入部8i的半径R8)的圆柱形部分并且在伸出部8p的整个长度上延伸并在插入部8i的长度的至少一部分上延伸。外管孔对于本发明来说是必不可少的，因为它用于容纳用于将它机械地耦接至陶瓷元件的杆的其它部件。

如图2中所说明，当组装根据本发明的套件时，杆的外管8插入至圆柱形陶瓷孔中。然而，它必须机械地耦接至陶瓷元件，使得它不能相对于陶瓷元件自由地沿着纵向轴线X1平移但可能围绕纵向轴线X1旋转。为了将外管机械地耦接至陶瓷元件，根据本发明的套件还包括至少一个突出构件7，该突出构件7包括可插入至陶瓷元件的至少一个凹部4中的突出部分。如图3(a)中所说明，突出构件可为套件的单独部件7b，或者它可为套件的部件(诸如下文所述的外管8或中间管58(参见图3(b)、6和7))的整体部分7p。在任何情况下，一旦根据本发明的套件被组装，至少一个突出构件7b、7p通过下面描述的各种机构接合至圆柱形陶瓷孔的至少一个对应凹部中，并且金属杆机械地耦接至外管8。

因为至少一个突出构件插入至对应凹部中，所以在缺少固定装置的情况下，它可能也可从凹部中撤回，并且外管之后将不再机械地耦接至陶瓷元件。因此必须将至少一个突出构件锁定在对应凹部中。这是通过将内心轴5插入至外管孔来实现。内心轴包括半径为R5的圆柱形部分，该半径R5小于或大致上等于外管孔的半径R8b(R5≤R8b)。内心轴的整体或一部分可由金属或其它材料(如，例如弹性体材料)制成，这取决于杆在使用时将要暴露在的预期工作温度。将突出构件刚性或(根据本发明的优选实施例)弹性锁定在对应凹部中可通过选择内心轴的几何形状和/或材料来实现。

在一个实施例中，外管的插入部8i包括通孔9，该通孔允许至少一个或多个突出构件7b、7p中的每一个径向向外移动以接合至圆柱形陶瓷孔2的对应的一个或多个凹部4中，并且因此将外管机械地耦接至陶瓷元件。突出构件7b、7p优选地由金属制成，但是它们可由陶瓷材料制成，或者取决于预期工作温度，可由聚合物材料制成，并且甚至可由诸如弹性体等弹性材料制成。

在该实施例中，突出构件7b可为套件的单独部件。例如，如图3(a)、5和6中所表示，突出构件7b可为直径为D的球体形状，当外管插入至圆柱形陶瓷孔时该突出构件可嵌入外管孔中，并且一旦通孔9面向对应的凹部4，球体就可径向地通过对应通孔9被径向推出并进入凹部中，同时仍然跨过通孔9并搁置在心轴的外表面上，具体是搁置在心轴的稳定部5s上。

替代地，如图7中所说明，突出构件可由突出部7p形成，该突出部7p从尖端至基部在高度Dp上径向地延伸，该基部刚性地耦接至弹性可挠的纵向带，该弹性可挠的纵向带形成中间管58的一部分。高度Dp使得(Dp+R8)优选地包括在R24的90％至105％之间，其中R24是该纵向轴线X1与该至少一个凹部4的封闭端之间的距离。每个突出构件7p包括突出部分，该突出部分优选地具有直径为D的球形盖的几何形状。

在外管壁上的通孔9的尺寸必须足够大到允许突出构件7b、7p的突出部分通过通孔9插入至凹部4中，并且足够小到使得一旦接合在对应凹部中，突出部构件大致上在通孔的整个周边内与通孔壁接触。以此方式，外管在纵向方向X1上机械地耦接至陶瓷元件，而不会往复运动。因而，至少一个突出构件7b、7p的突出部分、至少一个凹部4和至少一个通孔9沿着纵向轴线X1有利地具有大致上相同的空间范围。以此方式，在陶瓷元件1、突出构件7和外管8之间不会发生沿着纵向轴线X1的相对轴向运动。

在图3(b)和8中所说明的替代实施例中，外管不包括任何通孔。相反，突出构件7p是外管的整体部分。有利的是，突出构件的突出部分从外管壁突出，使得当外管8的圆柱形部分8c插入至陶瓷孔2中时，该突出部分可插入至凹部4中。同样在这种情况下，由于在前面的章节中揭露的原因，至少一个突出构件7p的突出部分以及至少一个凹部4沿着纵向轴线X1有利地具有大致上相同的空间范围。突出构件的高度小于图7中所说明的实施例，并且大致上等于凹部4的深度(R24–R2)。

在根据本发明的套件的组装期间，内心轴5因此或者直接插入至外管孔中，或者如果中间管已经插入在外管孔中，则从外管8或中间管58的近端插入至中间管孔。内心轴用于借助于所述内心轴的稳定部5s将至少一个突出构件7b、7p的突出部分稳定在至少一个凹部4中。所述心轴5的稳定部5s因此需要如下几何形状和尺寸：使得一旦插入至外管孔的或中间管58的圆柱形部分8c中，突出构件7b、7p就夹在所述稳定部与凹部4的壁之间。

当突出构件7b是套件的单独部件时并且当外管8包括通孔9以容纳这种突出构件7b时，突出构件7b可具有如下形状和尺寸：使得当它固定在凹部4中时，它突出到外管孔内。在这种情况下，心轴的稳定部5s的半径R5s因此显著小于外管孔半径，但是足够大到在预期工作温度下将突出构件径向紧贴地稳定在通孔9和凹部4中。

当突出构件7p是外管8的或中间管58的整体部分(参见图7和8)并且从外管壁或中间管壁突出时，内心轴5的稳定部有利地为圆柱形并且具有半径R5。如果突出构件7p是外管8的整体部分，则R5可大致上等于外管孔的圆柱形部分8c在期望工作温度下的半径R8b。类似地，如果突出构件7p是中间管58的整体部分，则R5可大致上等于中间管孔在预期工作温度下的半径R58b。在将突出构件弹性锁定在对应凹部中的情况下，稳定部5s具有弹性结构并且/或者包括弹性材料并且可具有半径R5s>R5，使得当突出构件接合在凹部中并且接触其后壁时，5s处于径向压缩状态并且被径向下压直至达到预定工作温度下的半径R5。

当内心轴5插入至外管孔或中间管孔时，至少一个突出构件7b、7p的突出部分通过内心轴5的稳定部而稳定在至少一个凹部4中，并且金属杆因此机械地耦接至陶瓷元件1，其特征是，外管不能相对于陶瓷孔2沿着纵向轴线X1平移。重要的是要注意，当至少一个突出构件7b、7p的突出部分插入至该至少一个凹部4中时，在沿着纵向轴线X1的两个方向上实现平移方面的机械耦接。因此，金属杆不能沿着纵向轴线X1平移进入或者滑入或滑出陶瓷孔2。

耦接优选地具有弹性的，并且心轴的稳定部5s可具有弹性结构并且/或者包括弹性材料。弹性是(粘弹性)弹性材料在变形时吸收能量并且在卸除时释放所述能量的至少一部分的能力。当施加的应力低于屈服应力(超过该屈服应力，材料将发生塑性变形)或者低于断裂应力(超过该断裂应力，材料将断裂)时，弹性材料中观察到弹性。粘弹性材料的行为取决于温度和应变率。如果粘弹性材料以较高速率和/或较低温度变形，则它表现为更像上面讨论的弹性材料。如果粘弹性材料以较低速率和/或较低温度变形，则它表现为更像粘性材料。变形的粘性分量越高，材料能够释放变形期间吸收的能量并恢复至其初始配置的速率就越低。

接下来，可根据上下文使用术语“力”、“应力”和“转矩”。所有这些术语均与“力”有关。转矩τ是旋转力，并且它的大小是力向量F与施力点和旋转点或轴线相隔的距离向量r的乘积(τ[Nm]＝F x r)。应力δ被计算为力F除以在上面施加了力的面积A(δ[Pa]＝F/A)。每当使用术语“转矩”或“应力”时，它们可容易地重新提及“力”，并且这些术语的使用仅限于特定实施例，在这些实施例中，这些术语的使用被认为比使用术语“力”更准确。

当对外管8施加应力时，通过接合在陶瓷元件孔的至少一个凹部中的至少一个突出构件将所述应力传递至陶瓷元件。突出构件通过将施加于外管8的应力传递至突出构件而被挤出凹部，但是被内心轴5的稳定部5s保持。可通过如下方式来预定义外管8与陶瓷元件分离时的阈值力或应力：将内心轴的稳定部5s设计为在施加等于期望阈值应力的应力时充分地变形，以使至少一个突出构件从至少一个凹部中移出并且因此将外管8与陶瓷元件分离。优选的是，阈值应力被选择为低于陶瓷元件的抗断裂强度(超过该抗断裂强度，陶瓷元件会断裂)。以此方式，如果将高于陶瓷元件的抗断裂强度的应力施加至外管上，则后者通过稳定部的变形而与陶瓷元件脱离，从而移出至少一个突出构件，因此防止陶瓷元件断裂。稳定部5s则被认为是有弹性的。相反，如果阈值力高于陶瓷元件的抗断裂强度，则稳定部5s被认为是刚性的，这是因为外管不会与陶瓷元件分离，并且将会破坏陶瓷材料的抗断裂强度。在本发明中，优选的是，稳定部是有弹性的。

在优选实施例中，阈值应力低于弹性稳定部5s的屈服应力或断裂应力。以此方式，当施加至外管8的应力降低至阈值应力以下时，弹性稳定部恢复至或接近其初始形状，因此将至少一个突出构件接合至该至少一个凹部中。这在外管将转矩传递至陶瓷元件的应用中是非常有利的。如果转矩的峰值高于阈值应力，则外管与陶瓷元件分离，因此防止陶瓷元件断裂。只要转矩降低至阈值应力以下，外管就再次自动地耦接至陶瓷元件并且可重新将转矩传递至陶瓷元件。这在陶瓷元件是圆柱形传送元件的应用中是特别有利的。

如果阈值应力高于稳定部5s的屈服应力或断裂应力，则在应力的峰值高于陶瓷元件的抗断裂强度的情况下，保护陶瓷元件免于断裂，但是自从稳定部5s永久地变形或断裂时起，一旦应力降低至阈值应力以下，就不能恢复外管与陶瓷元件之间的耦接。在这种情况下，内心轴的作用类似于代替陶瓷元件断裂的牺牲熔断器。新的内心轴必须取代永久变形或断裂的内心轴以恢复外管与陶瓷元件的耦接。

在本发明的一个示例中，陶瓷元件1的圆柱形孔壁2可包括环形凹部，从而在所述圆柱形孔壁中形成圆周凹槽。在该配置中，沿着纵向轴线X1获得了陶瓷元件1与金属杆之间的平移方面的机械耦接。然而，通过环形凹部4，并忽略任何摩擦力，金属杆围绕其纵向轴线X1自由地旋转。因此在金属杆与陶瓷元件之间获得平移方面的机械耦接，但是没有显著的转矩可从金属杆传递至陶瓷元件。

如果除了平移方面的机械耦接之外还期望旋转方面的机械耦接，则陶瓷元件1的圆柱形孔壁还可包括至少一个凹部4，该凹部4在周向方向上相对于纵向轴线X1具有有限尺寸，并且插入在这样的凹部4中的突出构件7b、7p的突出部分在周向方向上相对于纵向轴线X1具有与凹部大致上相同的尺寸。在图3(a)、5、6和8中所说明的情况下(其中突出构件7b、7p通过通孔9接合在凹部中)，通孔9则有利地在周向方向上相对于纵向轴线X1具有一定的尺寸，该尺寸允许突出构件在通孔的大致上整个周边上接触通孔壁。在该配置中，一旦突出部分由借助于心轴5的稳定部5s来稳定至凹部中，金属杆在平移和旋转这两个方面机械地耦接至陶瓷元件1，其特征是，外管8既不能相对于陶瓷元件沿着纵向轴线X1滑动也不能围绕纵向轴线X1旋转。因此通过旋转外管可将转矩从金属杆传递至陶瓷元件。

在本发明的示例中，圆柱形陶瓷孔壁包括三个或更多个凹部4，并且该三个或更多个凹部在位于垂直于该纵向轴线X1的横向平面P1上的投影均匀地分布在所述圆柱形陶瓷孔在该横向平面P1上的投影的圆周上。该配置特别令人感兴趣，因为通过使至少三个凹部4围绕纵向轴线X1均匀分布，金属杆可自居中在圆柱形陶瓷孔中，使得陶瓷元件1和金属杆在机械耦接时在相同的纵向轴线X1上对准。这对于金属杆在旋转方面机械耦接至陶瓷元件是特别重要的，其中金属杆的纵向轴线X1必须与陶瓷元件的期望旋转轴线同轴。

三个或更多个凹部4可属于圆柱形孔壁2的垂直于纵向轴线X1的相同横向平面。在另一种配置中，三个或更多个凹部可相对于纵向轴线X1轴向偏移地分布。这对于薄陶瓷结构可能是有利的，因为在圆柱形陶瓷孔的相同圆周上对准的三个或更多个凹部可能会削弱陶瓷元件的机械性质。

在脱离本发明的实施例中，内心轴5的稳定部5s可为径向刚性的。本文将刚性稳定部特征化为在预期工作温度下具有至少0.1GPa的压缩或挠曲模量。在本发明的这种示例中，至少一个突出构件的突出部分刚性地稳定在至少一个凹部中。因而，在外管8与陶瓷元件1之间施加平移或旋转应力时，在不断开机械耦接的情况下，不可能将突出元件7b、7p的突出部分从凹部4中移出。

在本发明的替代实施例中，内心轴5的稳定部5s具有径向弹性使得突出构件7b、7p的突出部分可下压至弹性部分上，并且因此在外管8上施加比预定阈值力更大的力时从凹部4中移出。这对于转矩可在金属杆与陶瓷元件1之间传递并且这种传递的转矩不能超过给定阈值以免陶瓷元件断裂的应用场合而言是特别有益的。例如，陶瓷元件1可为传送系统的一系列传送带滚子，它们的旋转由电动机驱动以允许传送负载。在负载重量超过允许负载的情况下，或者如果货物被阻挡并在滚子旋转作用下不能移动，则这种阻塞可能会在货物与传送带之间产生不必要的摩擦，从而可能破坏一些滚子。当转矩大小达到给定阈值时，借助于突出构件径下压至心轴的径向弹性稳定部上而将突出构件的突出部分从凹部中移出允许金属杆相对于陶瓷元件旋转但不会损坏任何部件。当阻塞被移除时，突出构件最终再次面向凹部，并且可与凹部接合以重新建立旋转方面的机械耦接。触发金属杆与陶瓷元件分离的转矩的预定阈值可通过改变心轴的稳定部的弹性(刚度)水平来微调。

在本发明的示例中，内心轴5可包括具有限定可弹性变形结构的几何形状的径向弹性稳定部。如图4A至6中所说明，这种几何形状例如可由至少一个纵向带6i限定，该纵向带6i可弹性变形并且在至少纵向带的第一和第二端处耦接至内心轴。在这种配置中，可通过选择具有适当挠曲刚度的材料和/或通过改变带的厚度来微调阈值力或转矩的值。带的挠曲模量可为不大于0.1GPa、优选地不大于0.01GPa的量级。如图4A至6中所示，在纵向带下方并且可能在纵向带的侧面上提供中空部，以当转矩达到阈值时对纵向带的弹性变形提供空间。

在替代实施例中，心轴5的稳定部5s可为中空管形式，其具有可弹性变形的心轴壁尺寸以在施加比阈值力更高的力时将突出构件从对应凹部中移出。

在本发明的其它示例中，内心轴5在预期工作温度下可为完整的圆柱体，其包括由弹性材料(例如弹性体材料)制成的稳定部。弹性材料是指压缩模量不超过0.1GPa、优选地不超过0.01GPa的材料。在这种配置中，可通过选择具有适当弹性的材料和/或所述材料的厚度来微调阈值力或转矩的值，所述材料可围绕由刚性材料制成的圆柱形内芯。

实施例

示例1

在图4A至6中，示出根据本发明的用于将陶瓷元件1机械地耦接至金属杆的套件的实施例。在该套件中，圆柱形孔壁包括位于垂直于纵向轴线X1的相同横向平面中的三个凹部4，这三个凹部均匀地分布在所述圆柱形陶瓷孔的圆周上。突出构件7b包括具有球体直径D的三个大致上球形球体，该球体可通过设置在外管壁的圆柱形部分8c中的三个对应通孔9接合至陶瓷元件的凹部4中。三个通孔9具有比球体直径D更大的直径。当外管插入至圆柱形陶瓷孔中时，这三个球体因此可卡在外管孔内，并且当通孔面向对应凹部时可通过该通孔接合至对应凹部中。在突出构件是球体7b的本发明示例中，凹部4有利地大致上为球形并且具有小于或优选地大致上等于球形球体7b的半径D/2的曲率半径。在优选实施例中，凹部和大致上球形球体具有相同的曲率半径。

如图5和6中所示，内心轴5具有包括三个不同部分的特定几何形状：

·圆柱形近端部5p，该圆柱形近端部5p具有半径R5并且包括该稳定部，

·圆柱形远端部10，该圆柱形远端部10具有半径R5d<R5，以及

·截头圆锥形中间部11，该截头圆锥形中间部11夹在圆柱形近端部与远端部之间。

球体直径D使得R8b≤(D+R5d)≤(R8+δ)＝R2，其中R8b是外管孔的半径，R8是外管的插入部8i的外半径，R2是圆柱形陶瓷孔的半径，并且δ是外管与圆柱形陶瓷壁之间的公差δ＝(R2–R8)。球体优选地由金属制成，但是它可由陶瓷材料制成，或者取决于预期工作温度，可由聚合物材料制成，并且甚至可由诸如弹性体等弹性材料制成。

在本发明的该实施例中，金属杆与陶瓷元件1的耦接如下进行。内心轴5首先被引入至外管孔中，直至具有半径R5d的圆柱形远端部10面向所述外管8的通孔9的深度。球体7b可通过通孔9引入以搁置在圆柱形远端部10上。球体一定不能通过对应通孔9从外管壁中伸出超过公差δ＝(R2–R8)，使得由外管、内心轴和球体组成的组件可插入至圆柱形陶瓷孔中。因此，球体直径D≤(R2–R5d)。另一方面，当内心轴位于外管孔中时，球体不应当远离内心轴的远端部10自由滚动。因此，球体直径D≥(R8b–R5d)。因此，具有被定义为(R8b–R5d)≤D≤(R2–R5d)的直径D的球体被轴向阻挡在搁置于内心轴的远端部10上并且嵌入在对应通孔9中的位置中。通过使用磁体、通过用粘附在接触表面上的油脂涂覆球体、或者通过在通孔水平面处使用缠绕在外管周围的粘合带，在将外管插入至圆柱形陶瓷孔2中所需的时间内，球体可短时间地径向地固定在嵌入通孔9中的该位置中。

外管8的插入部可插入至圆柱形陶瓷孔内直至通孔面向对应凹部4，此时内心轴接合在外管孔中且球体7b搁置在内心轴的远端部10上并且嵌入至每个对应通孔9中。有利地在外管的插入部8i与伸出部8p之间设置凸缘14。当外管中的通孔面向陶瓷孔中的凹部时，这种凸缘因此抵靠陶瓷元件。外管相对于凹部位置的角取向可通过外管上(例如，凸缘上)和陶瓷元件上的适当标记来指示。

在该阶段中，内心轴可更深地推入至外管孔中。由于球体的直径D(如上文所讨论)，当向前推动内心轴时，球体不能从通孔移开。因此，球体沿着内心轴的远端部的表面滚动，直至球体到达截头圆锥形中间部11，在那里，随着球体在由所述截头圆锥形中间部11形成的斜面上向上滚动，球体径向向外移动，直至球体到达内心轴的圆柱形近端部5p，并且停止在稳定部5s处。如上文所讨论，稳定部5s具有半径R5s≥R5，其中R5是内心轴的圆柱形近端部的半径。如果内心轴的稳定部是刚性的，则R5s＝R5，或者仅略高出在预期工作温度下测量的公差范围δ。如果稳定部是弹性的，则R5s可大于R5，只要稳定部随着球体挤压弹性部分可变形直至R5s＝R5。

如果稳定部5s是弹性的，则它可包括在预期工作温度下具有所需可压缩性的弹性材料。如上文所讨论，它的半径R5s可等于内心轴的圆柱形近端部的半径R5，或者半径R5s可大于R5。在这种情况下，弹性稳定部可形成凸起，并且可能限定用于容纳球体的托架。在施加高于预定阈值的应力时，弹性稳定部可进一步变形，直至它限定小于或等于R2-D的半径，使得外管可沿着纵向轴线X1平移并围绕纵向轴线X1旋转。

替代地，可在结构上实现稳定部的弹性。例如，如图4A至6中所说明，心轴5是中空圆柱体，并且心轴的稳定部5s包括可弹性变形的纵向带6i。纵向带在其第一和第二端处耦接至内心轴。至少一个纵向带的中心部优选地限定半径R5s，其中静止时R5s≥R5。如果半径R5s大于内心轴的圆柱形近端部的半径R5，则纵向带在静止时形成限定所述半径R5s的拱形部，其可通过球体变形直至由纵向带限定的半径等于R5。在施加高于预定义阈值的应力时，纵向带可进一步变形，直至它们限定小于或等于R2-D的半径，使得外管可沿着纵向轴线X1平移并围绕纵向轴线X1旋转。

示例2

在图7中所说明的替代实施例中，套件进一步包括由中间管壁限定并且具有远端部58d的中间管58，该中间管58可从外管8的近端插入至外管孔中。中间管包括突出部7p，该突出部7p在从尖端至基部在高度Dp上径向地延伸，该基部刚性地耦接至弹性可挠的纵向带58s，该弹性可挠的纵向带形成中间管壁的一部分并且以悬臂结构耦接至中间管的近端部58p。突出部的径向高度Dp优选地限定为包括在R24的90％至105％之间的(Dp+R8b)，其中R8b是外管孔半径并且R24是纵向轴线X1与凹部4的底部之间的距离。外管8与示例1中描述的外管相同。外管8的插入部8i因此包括圆形通孔9，它的直径允许突出部7p穿过其中并接合。

在本发明的该实施例中，金属杆与陶瓷元件1的耦接如下进行。首先将外管的插入部8i插入至陶瓷孔2中，直至通孔面向陶瓷孔的凹部4。同样，有利地在外管的插入部8i与伸出部8p之间设置凸缘14。当外管中的通孔面向陶瓷孔中的凹部时，这种凸缘因此抵靠陶瓷元件。外管相对于凹部位置的角取向可通过外管上(例如，凸缘上)和陶瓷元件上的适当标记来指示。

然后如图7(b)中所说明，中间管58的远端部58d接合在外管孔中，此时包括突出部7p的纵向带58s向内弯曲，使得突出部紧贴在外管孔内，直至它们到达通孔的水平面。在该阶段中，纵向带上的挠曲应力被释放，因为突出部可径向向上移动穿过通孔并且接合至凹部中，如图7(c)中所说明。一旦突出部7p接合在圆形通孔中和凹部4中，半径R5大致上等于中间管孔半径R58b的内心轴5可从所述中间管58的近端部58p插入至中间管孔58b中。突出部7p因此被稳定在凹部4中。

同样，如果内心轴的稳定部是刚性的，则在外管与陶瓷元件之间形成刚性机械耦接。如果内心轴的稳定部是弹性可挠的，则在施加高于阈值的应力时，突出部可通过弯曲纵向带而从凹部中撤回。阈值可通过选择内心轴的可压缩性来控制。如关于示例1所讨论的，稳定部的弹性可通过选择弹性材料和/或通过设计弹性结构来实现。

示例3

如图8中所示，在根据本发明的套件的替代实施例中，外管8不包括任何通孔，而是包括突出部7p，该突出部7p从尖端至基部在高度Dp上径向地延伸，该基部刚性地耦接至弹性可挠的纵向带8s，该弹性可挠的纵向带形成外管的插入部8i的外管壁的一部分并且以悬臂结构耦接至外管的近端部8p。突出部的径向高度Dp优选地限定为包括在R24的90％至105％之间的(Dp+R8)，其中R8是外管壁半径并且R24是纵向轴线X1与凹部4的底部之间的距离。

在本发明的该实施例中，金属杆与陶瓷元件1的耦接如下进行。如图8(b)中所说明，首先将外管的插入部8i插入在陶瓷孔2中，此时包括突出部7p的纵向带向内弯曲，使得突出部紧贴在圆柱形陶瓷孔2内，直至它们到达凹部4的水平面。在该阶段中，纵向带上的挠曲应力被释放，因为随着突出部接合至凹部中，突出部可径向向上移动，如图8(c)中所说明。同样，有利地在外管的插入部8i与伸出部8p之间设置凸缘14。当外管中的通孔面向陶瓷孔中的凹部时，这种凸缘因此抵靠陶瓷元件。外管相对于凹部位置的角取向可通过外管上(例如，凸缘上)和陶瓷元件上的适当标记来指示。

一旦突出部7p接合在凹部4中，半径R5大致上等于外管孔半径R8b的内心轴5可从所述外管8的近端部8p插入至外管孔8b中。突出部7p因此稳定在凹部4中。同样，如果内心轴的稳定部是刚性的，则在外管与陶瓷元件之间形成刚性机械耦接。如果内心轴的稳定部是弹性可挠的，则在施加高于阈值的应力时，突出部可通过使纵向带弯曲而从凹部中撤回。阈值可通过选择内心轴的可压缩性来控制。如关于示例1所讨论的，稳定部的弹性可通过选择弹性材料和/或通过设计弹性结构来实现。

示例4：

在图9中，示出根据本发明的用于将陶瓷元件1机械地耦接至金属杆的套件的实施例。在该套件中，圆柱形孔壁包括位于垂直于纵向轴线X1的相同横向平面中的三个凹部4，这三个凹部均匀地分布在所述圆柱形陶瓷孔的圆周上。外管8与示例1和2中所述的外管相同，其中圆柱形部分8c包括三个通孔9。突出构件7b包括具有球体直径D的三个大致上球形球体，它们可通过外管壁的三个对应通孔9接合至陶瓷元件的凹部4中。三个通孔9具有比球体直径D更大的直径。当外管插入至圆柱形陶瓷孔中时，三个球体因此可卡在外管孔内，并且当通孔面向对应凹部时，三个球体可通过通孔接合至对应凹部中。如同本发明示例1(其中突出构件是球体7b)，凹部4有利地大致上为球形并且具有小于或优选地大致上等于球形球体7b的半径D/2的曲率半径。在优选实施例中，凹部和大致上球形球体具有相同的曲率半径。

如图9(c)中所示，内心轴5具有特定几何形状，其包括具有一横截面的稳定部5s，该横截面不是旋转几何形状，而是优选地相对于内心轴的纵向轴线轴对称。对于包括N个球体7b的系统，稳定部5s的横截面包括具有径向尺寸R5L的N个锁定表面5L和具有径向尺寸R5i<R5L的N个插入表面5i。在图9中，N＝3。这些锁定表面5L和插入表面5i在所述内心轴5的圆周上以交替顺序均匀分布。

球体直径D使得R8b<(D+R5i)<R2，其中R8b是外管孔的半径，并且R2是圆柱形陶瓷孔2的半径，如上文所解释。球体优选地由金属制成，但是它可由陶瓷材料制成，或者取决于预期工作温度，可由聚合物材料制成。

在本发明的该实施例中，金属杆与陶瓷元件1的耦接如下进行。首先将内心轴5引入至外管孔中达到一深度，在该深度上心轴的稳定部5s面向外管的通孔9，并且以使得稳定部5d的插入表面5i面向通孔9的角取向引入至外管孔中。球体7b然后可通过通孔9引入以搁置在对应的三个插入表面5i上。球体一定不能通过对应通孔9从外管壁中伸出超过公差δ＝(R2–R8)，使得由外管、内心轴和球体组成的组件可插入至圆柱形陶瓷孔中。因此，球体直径D≤(R2–R5i)。另一方面，当内心轴位于外管孔中时，球体不应当在内心轴的插入表面上自由地滚动。因此，球体直径D≥(R8b–R5i)。因此，具有被限定为(R8b–R5i)≤D≤(R2–R5i)的直径D的球体被阻挡在插入表面与球体所嵌入的通孔之间，并且因此可不从插入部5s移开。通过使用磁体、通过用粘附在接触表面上的油脂涂覆球体、或者通过在通孔水平面处使用缠绕在外管周围的粘合带，在将外管、内心轴和球体插入至圆柱形陶瓷孔中所需的时间内，球体可径向地固定在嵌入到通孔9中的该位置中。

外管8的插入部可插入至圆柱形陶瓷孔内直至通孔面向对应凹部4，此时内心轴接合在外管孔中，球体7b搁置在稳定横截面的插入表面5i上并且嵌入至每个对应通孔9中。有利地在外管的插入部8i与伸出部8p之间设置凸缘14。当外管中的通孔面向陶瓷孔中的凹部时，这种凸缘因此抵靠陶瓷元件。外管相对于凹部位置的角取向可通过外管上(例如，凸缘上)和陶瓷元件上的适当标记来指示。

在该阶段中，内心轴可相对于外管孔围绕纵向轴线X1旋转。由于球体的直径D(如上文所讨论)，当内心轴旋转360°/2N的角度时，球体不能从通孔移开。在图9中N＝3个球体的情况下，内心轴可旋转60°的角度。内心轴5的旋转用于将球体从插入表面5i引导到内心轴的稳定部5s的锁定表面5L上。插入部的横截面必须使得球体7b可随着内心轴的旋转而从插入表面滚动至锁定表面。因此，插入表面与相邻锁定表面之间的过渡区域优选地是光滑的，并且不应当具有大于R5L的径向尺寸，以免撞击凹部的底表面的球体会阻挡内心轴的旋转。在内心轴的旋转期间，当球体从与纵向轴线X1隔开距离R5i的插入表面滚动至与纵向轴线X1隔开距离R5L>R5i的锁定表面时，球体径向向外移动并且接合至凹部中。由于R2<(R5L+D)≤R24，当球体搁置在对应锁定表面上时，它们接合在凹部中并且嵌入在外管的通孔中，因此将外管机械地耦接至陶瓷元件。

同样，如果内心轴的稳定部是刚性的，则在外管与陶瓷元件之间形成刚性机械耦接。如果内心轴的稳定部是弹性可挠的，则在施加高于阈值的应力时，可通过使纵向带的弯曲而将突出部从凹部中撤回。阈值可通过选择内心轴的可压缩性来控制。如关于示例1所讨论的，稳定部的弹性可通过选择弹性材料和/或通过设计弹性结构来实现。

结束语

如上所述，本发明提供了一种可靠的解决方案以按多种配置将金属杆机械地耦接至陶瓷元件。具体地，它允许平移和/或旋转方面的机械耦接。仅通过控制内心轴的稳定部5s的几何形状和/或材料，机械耦接可为刚性的或弹性的。这允许容易地控制将金属杆从与陶瓷元件的机械耦接的状态可逆地分离所需的阈值力。

本发明适用于任何陶瓷元件，不管它包括通孔还是盲孔。使用盲孔的机械耦接是有利的，因为容易实现并且使金属杆与陶瓷元件所使用在的任何高温环境隔开，因此降低了用于杆的金属的热需求。典型示例是如图4A-4C中所说明的传送系统的陶瓷滚子，该传送系统用于传送货物通过高温熔炉。通过将金属杆在陶瓷滚子两端处的深入长度限制为减小的长度，金属杆可处于熔炉的高温区之外。类似地，在用于控制从中间包流出的金属熔体的流量的阻流器中，金属杆不一定比金属熔体的液面更深地深入陶瓷阻流器，因此降低了它被暴露在的温度。

因此，本发明还涉及一种套件，其中所述陶瓷元件是传送带系统的传送带滚子1，该传送带滚子1用于传送暴露于或处于至少200℃、优选地至少500℃、更优选地至少800℃的高温下的产品，并且其中所述杆的所述插入部暴露于至少150℃、优选地至少200℃、更优选地至少300℃并且优选地不超过500℃、更优选地不超过400℃的温度。

附图标记列表

1：陶瓷元件

2：陶瓷孔

4：陶瓷元件的凹部

5：内心轴

5i：内心轴的插入表面

5L：内心轴的锁定表面

5p：内心轴的圆柱形近端部

6i：内心轴的纵向带

7：突出构件

7b：作为突出构件的球体

7p：作为突出构件的突出部

8：外管

8c：外管的圆柱形部

8i：外管的插入部

8p：外管的伸出部

9：外管中的通孔

10：内心轴的远端部

11：内心轴夹在心轴的圆柱形近端部与圆柱形远端部之间的截头圆锥形中间部

14：凸缘

58：中间管

58s：中间管的可挠的纵向带

58p：中间管的近端部

D：球体直径，

Dp：突出部的高度

X1：纵向轴线

R2：圆柱形陶瓷孔的半径

R24：陶瓷的纵向轴线X1与凹部4的封闭端之间的距离

R8b：外管孔的圆柱部分的半径

R8：由外管壁限定的圆柱形部分的半径

R5：心轴的圆柱形近端部的半径

R5L：内心轴的锁定表面的径向尺寸

R5i：内心轴的插入表面的径向尺寸

R5s：内心轴的稳定部的半径

R5d：圆柱形远端部10的半径

R58b：中间管孔的半径

P1：垂直于纵向轴线X1的横向平面，

δ：外管与圆柱形陶瓷壁之间的公差δ＝(R2–R8)。

Claims (28)

1.一种用于将陶瓷元件(1)机械地耦接至包括由金属制成的外表面的杆的套件，其中：

(a)所述陶瓷元件(1)包括圆柱形陶瓷孔(2)，所述圆柱形陶瓷孔(2)由圆柱形孔壁限定并且沿着纵向轴线X1延伸，其中所述圆柱形孔壁包括至少一个凹部(4)，

并且其中所述杆包括：

(b)外管(8)，所述外管(8)包括与插入部(8i)相邻的伸出部(8p)，并且进一步包括：

·外管壁，所述外管壁由金属制成并且限定所述杆的所述外表面，其中所述外管的所述外管壁的一部分为圆柱形，沿着管轴线从所述伸出部的近端延伸至所述插入部的远端，并且具有与所述圆柱形陶瓷孔配合的半径R8，

·外管孔，所述外管孔沿着所述管轴线从所述外管的近端延伸并且在所述伸出部的整个长度上延伸并进一步在所述插入部的长度的至少一部分上延伸，

(c)至少一个突出构件(7b、7p)，所述至少一个突出构件(7b、7p)包括具有可插入至所述陶瓷元件的所述至少一个凹部(4)中的几何形状的突出部分，

(d)内心轴(5)，所述内心轴(5)沿着轴线延伸并且具有适用于插入至所述外管孔中的径向尺寸，其中

(e)所述外管的所述插入部可插入至所述陶瓷孔中，使得所述至少一个突出构件的所述突出部分接合在所述至少一个凹部中并且使得所述伸出部从所述陶瓷元件中伸出，并且其中

(f)所述内心轴可从所述外管的所述近端插入至所述外管孔中，使得所述至少一个突出构件的所述突出部分通过所述内心轴的稳定部(5s)弹性地稳定在所述至少一个凹部中，并且所述杆因此机械地耦接至所述陶瓷元件，其特征是，所述外管不能相对于所述陶瓷孔沿着所述纵向轴线X1平移，

其特征在于，所述内心轴(5)的所述稳定部(5s)是径向地具有弹性的，使得在将力施加至所述外管上时所述至少一个突出构件(7b、7p)可从所述至少一个凹部(4)中移出，所述力大于用于将所述杆与所述陶瓷元件分离所需的预定阈值力。

2.根据权利要求1所述的套件，其中所述外管孔包括半径为R8b的圆柱形部分，所述内心轴(5)包括半径为R5≤R8b的圆柱形部分。

3.根据权利要求2所述的套件，其中所述至少一个突出构件和所述至少一个凹部的所述几何形状使得当所述至少一个突出构件接合并且稳定在所述至少一个凹部中时，所述杆机械地耦接至所述陶瓷元件，使得所述外管不能相对于所述陶瓷孔围绕所述纵向轴线X1旋转。

4.根据权利要求2或3所述的套件，其中所述杆包括三个或更多个突出构件，并且其中所述圆柱形孔壁包括三个或更多个凹部(4)，并且其中所述三个或更多个凹部(4)在垂直于所述纵向轴线X1的横向平面P1上的投影均匀地分布在所述圆柱形陶瓷孔在所述横向平面P1上的投影的圆周上。

5.根据权利要求4所述的套件，其中所述三个或更多个凹部(4)位于垂直于所述纵向轴线X1的相同横向平面中。

6.根据权利要求2所述的套件，其中所述内心轴(5)的所述稳定部具有限定可弹性变形结构的几何形状。

7.根据权利要求6所述的套件，其中所述内心轴(5)的所述稳定部为中空管形状。

8.根据权利要求2所述的套件，其中所述内心轴(5)的所述稳定部包括可弹性变形材料。

9.根据权利要求2所述的套件，其中，

·所述至少一个突出构件包括具有球体直径D的大致上球形球体(7b)，并且

·所述外管(8)的所述插入部(8i)包括至少一个圆形通孔(9)，所述至少一个圆形通孔(9)的直径大于所述球体直径D。

10.根据权利要求9所述的套件，其中所述内心轴(5)包括，

·圆柱形近端部(5p)，所述圆柱形近端部(5p)具有半径R5并且包括所述稳定部，

·圆柱形远端部(10)，所述圆柱形远端部(10)具有半径R5d<R5，以及

·截头圆锥形中间部(11)，所述截头圆锥形中间部(11)夹在所述圆柱形近端部与所述圆柱形远端部之间，并且

其中所述球体直径D使得R8b<(D+R5d)<(R8+δ)，其中δ是所述外管与所述圆柱形陶瓷孔之间的公差δ＝(R2-R8)，R2是所述圆柱形陶瓷孔的半径。

11.根据权利要求9所述的套件，其中所述内心轴(5)的所述稳定部包括至少一个纵向带(6i)，所述纵向带(6i)可弹性变形并且在所述至少一个纵向带的第一和/或第二端处耦接至所述内心轴。

12.根据权利要求11所述的套件，其中所述至少一个纵向带的中心部限定半径R5s，其中静止时R5s≥R5，使得D≥(R24-R5s)，其中R24是所述纵向轴线X1与所述至少一个凹部(4)的底部之间的距离，并且其中当暴露于弯曲应力时，所述纵向带可弯曲以将所述半径R5s减小为R5s<R5。

13.根据权利要求12所述的套件，所述纵向带可弯曲以将所述半径R5s至少减小至值R5s≤(R24–D)。

14.根据权利要求2所述的套件，其中所述至少一个突出构件由突出部组成，所述突出部从尖端至基部在高度Dp上径向地延伸，所述基部刚性地耦接至弹性可挠的纵向带，所述弹性可挠的纵向带形成所述外管的所述插入部(8i)的所述外管壁的一部分。

15.根据权利要求14所述的套件，其中(Dp+R8)包括在R24的90％至105％之间，其中R24是所述纵向轴线X1与所述至少一个凹部(4)的封闭端之间的距离。

16.根据权利要求2所述的套件，其中

·所述套件进一步包括中间管(58)，所述中间管(58)包括近端部(58p)、远端部(58d)、中间管壁、和中间管孔(58b)，其中所述中间管的所述远端部(58d)可从所述外管的所述近端插入至所述外管孔中，

·所述至少一个突出构件由突出部组成，所述突出部从尖端至基部在高度Dp上径向地延伸，所述基部刚性地耦接至弹性可挠的纵向带，所述弹性可挠的纵向带形成所述中间管的所述远端部的所述中间管壁的一部分，

·所述外管(8)的所述插入部(8i)包括至少一个圆形通孔(9)，所述至少一个圆形通孔(9)的直径允许所述至少一个突出部穿过其中并接合，并且

一旦所述外管的所述插入部插入至所述陶瓷孔中并且所述中间管接合在所述外管孔中并使得所述至少一个突出部接合在所述至少一个圆形通孔中和所述至少一个凹部中，所述内心轴(5)具有直径R5，使得它可从所述中间管(58)的所述近端部(58p)插入至所述中间管孔中，以将所述至少一个突出部稳定在所述至少一个凹部(4)中。

17.根据权利要求16所述的套件，其中(Dp+R8b)包括在R24的90％至105％之间，其中R24是所述纵向轴线X1与所述至少一个凹部(4)的封闭端之间的距离。

18.根据权利要求2所述的套件，其中所述圆柱形陶瓷孔(2)是所述陶瓷元件(1)中的盲孔。

19.根据权利要求3所述的套件，其中所述陶瓷元件是传送带系统的传送带滚子，所述传送带系统用于传送暴露于或处于至少200℃的高温下的产品，并且其中所述外管的所述插入部暴露于至少150℃。

20.根据权利要求19所述的套件，其中所述传送带系统用于传送暴露于或处于至少500℃的高温下的产品。

21.根据权利要求19所述的套件，其中所述传送带系统用于传送暴露于或处于至少800℃的高温下的产品。

22.根据权利要求19所述的套件，其中所述外管的所述插入部暴露于至少200℃并且不超过500℃。

23.根据权利要求19所述的套件，其中所述外管的所述插入部暴露于至少300℃并且不超过500℃。

24.根据权利要求19所述的套件，其中所述外管的所述插入部暴露于至少200℃并且不超过400℃。

25.根据权利要求19所述的套件，其中所述外管的所述插入部暴露于至少300℃并且不超过400℃。

26.根据权利要求19所述的套件，其中所述外管的所述插入部暴露于不超过500℃的温度。

27.根据权利要求19所述的套件，其中所述外管的所述插入部暴露于不超过400℃的温度。

28.一种用于传送暴露于或处于至少200℃的高温下的产品的传送带系统的传送带滚子组件，所述传送带滚子包括：

(a)圆柱体，所述圆柱体由陶瓷制成并且沿着纵向轴线X1延伸，所述圆柱体包括第一端和第二端，所述第一端和第二端分别被设置有由圆柱形孔壁限定并且沿着所述纵向轴线X1延伸的第一和第二圆柱形陶瓷孔(2)，其中所述圆柱形孔壁包括至少一个凹部(4)，

(b)第一和第二杆，所述第一和第二杆沿着所述纵向轴线延伸并且分别弹性地耦接至所述第一和第二圆柱形陶瓷孔(2)，所述第一和第二杆中的每一个包括：

(c)外管(8)，所述外管(8)包括插入至对应的圆柱形陶瓷孔中的插入部(8i)，所述插入部(8i)与从所述对应的圆柱形陶瓷孔中伸出的伸出部(8p)相邻，并且所述外管(8)进一步包括：

·外管壁，所述外管壁由金属制成并且限定所述第一和第二杆的外表面，其中所述外管的所述外管壁的一部分为圆柱形，具有与所述对应的圆柱形陶瓷孔配合的半径R8，

·外管孔，所述外管孔包括半径为R8b的圆柱形部分，所述外管孔沿着所述纵向轴线X1从所述外管的近端延伸并且在所述伸出部的整个长度上延伸并进一步在所述插入部的长度的至少一部分上延伸，

(d)至少一个突出构件(7b、7p)，所述至少一个突出构件(7b、7p)包括接合在所述圆柱体的所述至少一个凹部(4)中的突出部分，

(e)内心轴(5)，所述内心轴(5)从所述外管的所述近端插入至所述外管孔中，使得所述至少一个突出构件的所述突出部分通过所述内心轴的稳定部(5s)弹性地稳定在所述至少一个凹部中，并且所述第一和第二杆因此机械地耦接至所述圆柱体，所述外管相对于所述对应的圆柱形陶瓷孔不能沿着所述纵向轴线X1平移，

其特征在于，所述内心轴(5)的所述稳定部(5s)是径向地具有弹性的，使得在将力施加至所述外管上时所述至少一个突出构件(7b、7p)可从所述至少一个凹部(4)中移出，所述力大于用于将所述第一和第二杆与所述圆柱体分离所需的预定阈值力。

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