CN110945257A - 联轴器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机械工程领域并涉及一种联轴器,其例如可以用于车辆驱动器中、特别是轨道车辆驱动器中。本发明的目的是提供一种联轴器,利用该联轴器可靠地防止该联轴器的驱动侧与从动侧之间的电接触,并且提供一种简单且成本低廉的制造该联轴器的方法。本发明用以达成上述目的的解决方案为一种联轴器,其至少由位于驱动侧的联轴器半体和位于从动侧的联轴器半体组成,其中,至少一个联轴器半体具有至少两个叠置的中空筒体,这两个中空筒体布置在联轴器半体中的孔口中,其中,第二中空筒体由电绝缘材料制成,其中,至少第一中空筒体至少在其外表面上和孔口的至少内表面上至少部分地具有滚纹。
Description
技术领域
本发明涉及机械工程领域,并且涉及一种联轴器,其例如作为齿式联轴器、法兰式联轴器、环形盘式联轴器、板式联轴器、全金属联轴器、膜片式联轴器、多片式联轴器、摩擦联轴器或组合联轴器在两个机器轴之间传递扭矩,例如可用于车辆驱动器中、特别是轨道车辆驱动器中,本发明还涉及一种制造联轴器的方法。
背景技术
现有技术中已公知联轴器。这些联轴器用于将扭矩从一个轴传递到另一个轴。这类联轴器可以例如是刚性或弹性的联轴器或者是可切换或不可切换的联轴器。这类联轴器也用于两轴间的刚性、扭转刚性、弹性、扭转弹性和/或可活动的连接,其中,通过这些联轴器能够补偿轴之间的扭矩波动和/或角度误差。
这类联轴器尤其用于例如汽车、卡车、商用车、公共汽车或甚至轨道车辆之类的车辆的传动系。它们直接集成到例如马达的驱动单元与作业机器之间的驱动连接中或者可以切换到这种连接中。
除了上述这类联轴器必须满足的要求之外,对于联轴器而言,联轴器的各个组件还应彼此电绝缘。例如,在电动轨道车辆中,必须中断轮组与车辆传动系之间的电接触才能防止电压闪络。车辆中应始终避免这种电压闪络。
为此,已知各种不同的解决方案,它们在车辆传动系的至少一个部位处具有用于电绝缘的部件,以中断电连接并有针对性地导出电压。
例如,DE 10 2014 204 590 A1揭示了一种齿式联轴器,其具有待连接到驱动轴的第一联轴器区段和待连接到从动轴的第二联轴器区段以及使这两个联轴器区段彼此连接并彼此电绝缘的中间管,这两个联轴器区段中的至少一个具有驱动齿,该驱动齿具有内齿圈和与内齿圈啮合的外齿圈,并且中间管由电绝缘材料制成。这种电绝缘材料有利地是纤维增强塑料。
此外,DE 20 2013 010 678 U1揭示了一种联轴器,其中,联轴器毂被分成环状内毂部分和环状外毂部分,环状内毂部分用于容纳至少一个轴组件,环状外毂部分具有由内表面界定的开口,内毂部分被引入到开口中,其中,内毂部分具有与外毂部分的内表面相连接的外表面,其中,内毂部分的外表面与外毂部分的内表面之间存在电绝缘层,在进一步组装之前,将该电绝缘层施加于呈内毂部分形式和/或外毂部分形式的绝缘层载体上。这里,绝缘层有利地由陶瓷材料制成并且其层厚远小于绝缘层载体的厚度。
DE 10 2007 036 001 A1揭示了一种电绝缘的轴连接元件,其中外轴元件具有内开口,外轴元件的内表面形成在该内开口中,内轴元件具有内轴元件外表面,该外表面借助压配合嵌入外轴元件的内开口中,外轴元件的内表面和/或内轴元件的外表面具有电绝缘涂层,该电绝缘涂层使外轴元件与内轴元件彼此电绝缘。
根据DE 10 2013 007 126 A1揭示了一种用于传递扭矩的联轴器以及特别是用于轨道车辆的车辆传动系。该联轴器包括可以接到驱动器的第一联轴器半体以及可以接到工作机器的第二联轴器半体,这两个联轴器半体中的至少一个被分成两个部分,包括第一部分和第二部分,这两个部分布置成互不接触,从而两者之间无电流流动,这两个部分界定空腔,该空腔包含至少一个电绝缘主体,该空腔和该主体被设计并布置成使得在运行中将扭矩从一部分传递到另一部分。
现有技术中的解决方案的缺陷在于,在使用绝缘层进行联轴器的驱动侧与从动侧之间电绝缘的情况下,无法充分中断电接触来防止电压闪络,其原因尤其是绝缘层可达的电容过高。
另一缺陷在于,现有技术中的联轴器的绝缘层通常只有不均匀的层和/或不均匀的层厚,从而这些部位形成绝缘效果较差的区域并决定整个联轴器的电气特性。
同样不利的是,现有技术中的绝缘层通常布置成紧邻齿圈,这样尤其不利的是,除了期望的电绝缘之外,还会发生热绝缘,这导致运行所需的热消散显著下降,因此导致联轴器的温度较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种联轴器,利用该联轴器可靠地防止该联轴器的驱动侧与从动侧之间的电接触,并且提供一种简单且成本低廉的制造该联轴器的方法。
本发明用以达成上述目的的解决方案在权利要求1中示出。有利技术方案是从属权利要求的主题。
根据本发明的联轴器至少由位于驱动侧的联轴器半体和位于从动侧的联轴器半体组成,其中,至少一个联轴器半体具有始自驱动轴或从动轴并与所述驱动轴或从动轴以形状配合、力配合和/或材料配合的方式连接的至少两个中空筒体,这两个中空筒体叠置并以形状配合、力配合和/或形状配合的方式连接,这两个中空筒体布置在联轴器半体的孔口中,该孔口以基本上平行于驱动轴或从动轴的旋转轴线的方式布置于联轴器半体中,其中,第一中空筒体和联轴器半体至少在孔口的区域中由导电材料制成,而第二中空筒体由电绝缘材料制成,其中,至少第一中空筒体至少在其背离驱动轴或从动轴的一侧上的外表面上至少部分地具有滚纹,并且至少联轴器半体中的孔口的内表面至少部分地具有滚纹,且其中,第二中空筒体至少在整个圆周上与第一中空筒体的外表面和联轴器半体中的孔口的内表面基本上完全至少形状配合地接触。
有利地,所述联轴器是齿式联轴器、板式联轴器、环形盘式联轴器、法兰式联轴器、摩擦式联轴器或膜片式联轴器。
同样有利地,第一中空筒体和联轴器半体至少在孔口的区域中由金属材料制成。
更有利地,第二中空筒体由弹性体、热固性塑料或热塑性塑料制成,优选由环氧树脂、聚甲醛、聚醚醚酮、聚酰胺、聚氨酯或玻璃纤维增强塑料制成。
还有利地,第二中空筒体的材料的介电常数或介电系数至多为9。
也有利的是,第二中空筒体的壁厚至少为1mm。
更有利的是,第一中空筒体的表面和联轴器半体中的孔口的表面上的滚纹的形状与驱动轴或从动轴的旋转轴线成0°至90°之间的角度布置。
同样有利的是,联轴器半体和两个中空筒体相互之间以及与孔口的内表面之间具有形状配合与力配合的接触、或者形状配合与材料配合的接触、或者形状配合、力配合与材料配合的接触。
也有利的是,至少在第一中空筒体的内表面和外表面以及联轴器半体的孔口的内表面的整个圆周上,滚纹至少部分地或全部地存在于中空筒体和孔口的整个高度上。
更有利的是,滚纹在至少一个表面上是均匀的。
同样有利的是,第二中空筒体在内表面和/或外表面上部分或全部地具有滚纹。
还有利的是,第一中空筒体的内表面对应于驱动轴或从动轴的外表面的形状,并且第一中空筒体和第二中空筒体以及孔口的所有其他表面至少分别对应于与其接触的表面的形状,以建立力配合、形状配合或材料配合的连接。
还有利的是,第一中空筒体的外表面、第二中空筒体的内表面和/或外表面以及孔口的内表面具有锥形形状或阶梯形状,和/或中空筒体和/或孔口的直径在其长度上相同或不同并且直径为圆形、椭圆形或多边形的,和/或第二中空筒体的端面止于第一内部中空筒体和具有孔口的联轴器半体的端面和/或表面处,并且第二中空筒体的端面实现第一中空筒体和联轴器半体的电绝缘。
在根据本发明的用于制造联轴器的方法中,制造至少两个联轴器半体,并且由至少两个叠置的中空筒体制造至少一个联轴器半体,其中,首先由导电材料制造第一内部中空筒体和联轴器半体,然后在联轴器半体中引入孔口,该孔口实现联轴器半体基本上平行于驱动轴或从动轴的旋转轴线布置,至少第一内部中空筒体的外表面和联轴器半体中的孔口的内表面设有滚纹,随后将由电绝缘材料制成的第二中部中空筒体以基本上完全至少形状配合接触的方式引入内部中空筒体与联轴器半体中的孔口之间的间隙中。
有利地,借助在第一中空筒体的表面和联轴器半体中的孔口的表面上进行滚花、压印、攻丝、车削、铣削或压花来引入滚纹。
同样有利地,第二中空筒体的电绝缘材料以固态、浆状、液态或熔融形式引入。
更有利地,引入诸如弹性体、热固性塑料或热塑性塑料的聚合物材料作为第二中空筒体的电绝缘材料。
还有利地,将第二中空筒体的材料压入或注入内部中空筒体与联轴器半体中的孔口之间的间隙中。
通过本发明,提供一种联轴器,利用该联轴器可靠地防止该联轴器的驱动侧与从动侧之间的电接触,并且提供一种简便且成本低廉的制造该联轴器的方法。
由一种联轴器实现该方案,该联轴器至少由位于驱动侧上的联轴器半体和位于从动侧上的联轴器半体组成。有利地,这种联轴器可以是齿式联轴器、环形盘式联轴器、板式联轴器、法兰式联轴器、膜片式联轴器或组合式联轴器。
至少一个联轴器半体具有始自驱动轴或从动轴并与驱动轴或从动轴以形状配合、力配合和/或材料配合方式连接的至少两个中空筒体,这两个中空筒体叠置并以形状配合、力配合和/或形状配合的方式彼此连接。
在本发明的上下文中,中空筒体原则上是指沿其轴线具有孔口的直的圆形筒体。
在此情形下,中空筒体的外表面在其外形上可以采用不同构造。中空筒体的内表面和/或外表面可以例如具有锥形形状或阶梯形状,并且中空筒体的内径和/或外径在其长度上的尺寸也可以相同或不同,而且直径的形状也可以是圆形的、椭圆形的或多边形的并随中空筒体的长度而变化。
更进一步,第二中空筒体不仅能在端面而且还能在表面的区域中实现第一内部中空筒体和联轴器半体的电绝缘,即例如以成角度的形式,使得联轴器半体的外表面部分地包含联轴器半体的材料、第二中空筒体的材料和第一内部中空筒体的材料。
不管第二中空筒体的形状、壁厚和材料如何,根据本发明必须实现第一中空内部筒体与具有孔口的联轴器半体的完全电绝缘。
仅限定第一内部筒体的内表面的形状,该形状须对应于驱动轴或从动轴在它们以形状配合、力配合和/或材料配合的方式相互连接的区域中的形状。
两个中空筒体直接叠置,以使第一内部中空筒体的最小内径对应于驱动轴或从动轴的直径。第二中部中空筒体的内径对应于第一内部中空筒体的外径。
第二中部中空筒体布置在联轴器半体中的孔口中,该孔口以基本上平行于驱动轴或从动轴的旋转轴线的方式布置于联轴器半体中。
在此情形下,第二中部中空筒体的外径对应于孔口的内径。
此外,第一中空筒体和联轴器半体至少在孔口的区域中由导电材料制成,而第二中空筒体由电绝缘材料制成。
基本上金属材料作为导电材料。诸如弹性体、热固性塑料和/或热塑性塑料的聚合物材料作为电绝缘材料。这类聚合物材料有利地由环氧树脂、聚甲醛(POM)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰胺(PA)、聚氨酯(PU)组成或者是玻璃纤维增强塑料。
此外,至少第一中空筒体至少在其背离驱动轴或从动轴的一侧上的外表面上至少部分地具有滚纹,并且至少孔口在其面对驱动轴或从动轴的内表面上同样至少部分地具有滚纹。
在本发明的上下文中,滚纹应指借助滚花、压印、攻丝、车削、铣削或压花产生的压入金属旋转体中的表面的外周形状偏差。
这里有利地,第一中空筒体的表面和孔口的表面上的滚纹的形状与驱动轴或从动轴的旋转轴线基本上平行或成0°至90°之间的角度布置。
同样有利地,至少在第一中空筒体的外表面以及孔口的内表面的整个圆周上,滚纹至少部分地或全部地存在于中空筒体和孔口的整个高度上。
也有利的是,表面上的滚纹是均匀的。
也有利的是,第二中空筒体也可以在内表面和/或外表面上部分或全部地具有滚纹。
此外,第二中空筒体至少在整个圆周上与第一中空筒体的外表面和孔口的内表面基本上完全至少形状配合地接触。在此情形下,两个中空筒体相互之间以及与孔口之间有利地具有形状配合与力配合的接触或形状配合与材料配合的接触或者形状配合、力配合与材料配合的接触。在任何情况下,均须确保通过联轴器以及通过两个中空筒体相互之间的连接以及中空筒体经孔口与联轴器半体的连接和中空筒体与轴的连接实现在两轴之间传递扭矩。
在本发明的上下文中,力配合连接应指法向力施加于待连接表面上并因摩擦防止待连接表面相对移位的力配合连接。
在本发明的上下文中,形状配合连接应指通过至少两个连接配对件的机械互锁而基于连接配对件的几何形状精确匹配促成力传递的形状配合连接。在无动力传递或动力传递中断的情况下,连接配对件不会被释放。
在本发明的上下文中,材料配合连接应指连接配对件通过原子力或分子力保持在一起的材料配合连接,其中,材料配合连接是一种通过破坏连接机构才能分离的不可释放连接。
更有利的是,选择介电常数或介电系数至多为9的电绝缘材料。
由绝缘介质的介电常数和导电体的几何形状确定彼此绝缘的两个导电体之间的电容。
介电系数ε(又称介电导率或介电函数)表示某种材料在动电和静电中对于电场的介电率。
如果第二中部中空筒体的壁厚过小,则导电中空筒体和联轴器半体的电容不足以低至可靠地防止联轴器的驱动侧与从动侧之间的电接触并防止电压闪络。
此外,通过电绝缘材料的电阻阻止电流流动。电气工程中的电阻是允许一定强度的电流流过电导体(元件、电路)所需的电压量度。在根据本发明关于电绝缘材料的解决方案的情况下,体积比电阻应大于1*1010Ωcm。
根据本发明,通过一种方法来制造根据本发明的联轴器,其中,制造至少两个联轴器半体,并且至少一个联轴器半体由联轴器半体的孔口中的至少两个叠置的中空筒体制成。
在此情形下,首先,第一内部中空筒体和第二联轴器半体至少在孔口的区域中由导电材料制成。
然后,至少内部中空筒体的外表面和孔口的内表面设有滚纹。
有利地,可以在第一中空筒体的外表面和孔口上借助滚花、压印、攻丝、车削、铣削或压花来引入滚纹。
随后,将由电绝缘材料制成的第二中部中空筒体以基本上完全至少形状配合接触的方式引入内部中空筒体与联轴器半体中的孔口之间的间隙中。
有利地,可以引入诸如弹性体、热固性塑料或热塑性塑料的聚合物材料作为第二中空筒体的电绝缘材料。
在此情形下,第二中空筒体的电绝缘材料可以固态、浆状、液态或熔融形式引入。可以有利地通过压入或注入进行引入。
根据本发明的解决方案的另一优点在于,特别是在齿式联轴器的情况下,利用根据本发明的解决方案能够改进现有技术中已经实现的电绝缘布置。
此外,根据本发明的解决方案不会产生功能上不必要的空腔,由此实现在两个机器轴之间可靠地传递扭矩。
此外,根据本发明,无需以高成本将昂贵的陶瓷或其他电绝缘层施加到联轴器的部件上,并且根据本发明还能实现以相同方式均匀地引入电绝缘材料。
根据本发明的解决方案的优点还在于,由电绝缘材料制成的中空筒体构成十分匀质的层和均匀的层厚,使得整个联轴器的电气特性在所有部位都相同且同样良好。
根据本发明的解决方案的另外优点在于,由电绝缘材料制成的中空筒体在一个或多个联轴器半体内定位于一个部位处,这就不会限制其他联轴器部件的功能或作用。这样,由电绝缘材料制成的中空筒体也能布置成相当远离例如齿式联轴器的齿圈,除了期望的电绝缘之外,这样特别有利于尽量避免热绝缘,从而不妨碍散热,因此联轴器的温度不会升高。
附图说明
下面结合示例性实施例更详细地说明本发明。
附图中:
图1示出根据本发明的联轴器。
具体实施方式
示例1:
齿式联轴器1用于连接驱动轴2和从动轴3。例如,驱动轴2可以是马达轴,而从动轴3可以是车辆的传动轴。齿式联轴器1基本上由两个联轴器半体4、5组成,一个联轴器半体位于驱动侧2上,而另一个联轴器半体位于从动侧3上。
驱动侧2上的联轴器半体4相对于现有技术中的齿式联轴器不变。从动侧3上的联轴器半体5具有根据本发明的结构。
由钢制成的第一内部中空筒体6的内径对应于从动轴3的外径。
第一中空筒体6的壁厚为14mm且长度为65mm。借助平行于从动轴3的旋转轴线布置的滚纹,在第一中空筒体6的整个外表面上引入肋状滚纹7。相互平行布置的肋的高度为0.6mm且相互间隔为0.6mm。
齿式联轴器1的联轴器半体5的孔口围绕第一中空筒体6布置并且以与从动轴3旋转对称的方式引入联轴器半体5中。孔口的直径比第一中空筒体6的外径大5mm。
联轴器半体5在孔口区域中同样由钢制成。孔口在整个内表面上具有肋状滚纹9。这些肋相互平行并平行于从动轴3的旋转轴线布置。
第一中空筒体6经孔口固定到基座上,同时沿周向保持5mm的距离,并在120℃的温度下将浆状环氧树脂注入第一中空筒体6与孔口的间隙中且将该间隙完全填满。在环氧树脂完全硬化之后,移除树脂可能的突出部分。硬化后的环氧树脂形成第二中空筒体8。第二中空筒体8的壁厚为5mm。环氧树脂的介电常数为4.3。
随后,组装齿式联轴器1的其他部分并制成联轴器。
根据本发明的齿式联轴器1可靠地防止联轴器的驱动侧与从动侧之间的电接触,并且制造简单且成本低廉。
附图标记列表
1 联轴器;
2 驱动轴;
3 从动轴;
4 位于驱动侧的第一联轴器半体;
5 位于从动侧的第二联轴器半体;
6 第一中空筒体;
7 内部中空筒体上的滚纹;
8 第二中空筒体;
9 第二中空筒体上的滚纹。
Claims (19)
1.一种联轴器,该联轴器至少由位于驱动侧的联轴器半体和位于从动侧的联轴器半体组成,其中,至少一个联轴器半体具有始自驱动轴或从动轴并与所述驱动轴或所述从动轴以形状配合、力配合和/或材料配合的方式连接的至少两个中空筒体,这两个中空筒体叠置并以形状配合、力配合和/或材料配合的方式连接,这两个中空筒体布置在所述联轴器半体的孔口中,所述孔口以基本上平行于所述驱动轴或所述从动轴的旋转轴线的方式布置于所述联轴器半体中,其中,第一中空筒体和所述联轴器半体至少在所述孔口的区域中由导电材料制成,而第二中空筒体由电绝缘材料制成,其中,至少所述第一中空筒体至少在其背离所述驱动轴或所述从动轴的一侧上的外表面上至少部分地具有滚纹,并且所述联轴器半体中的所述孔口的内表面至少部分地具有滚纹,且其中,所述第二中空筒体至少在整个圆周上与所述第一中空筒体的外表面和所述联轴器半体中的所述孔口的内表面基本上完全至少形状配合地接触。
2.根据权利要求1所述的联轴器,其中,所述联轴器是齿式联轴器、板式联轴器、环形盘式联轴器、法兰式联轴器、摩擦式联轴器或膜片式联轴器。
3.根据权利要求1所述的联轴器,其中,所述第一中空筒体和所述联轴器半体至少在所述孔口的区域中由金属材料制成。
4.根据权利要求1所述的联轴器,其中,所述第二中空筒体由弹性体、热固性塑料或热塑性塑料制成,优选由环氧树脂、聚甲醛、聚醚醚酮、聚酰胺、聚氨酯或玻璃纤维增强塑料制成。
5.根据权利要求1所述的联轴器,其中,所述第二中空筒体的材料的介电常数或介电系数至多为9。
6.根据权利要求1所述的联轴器,其中,所述第二中空筒体的壁厚至少为1mm。
7.根据权利要求1所述的联轴器,其中,所述第一中空筒体的表面和所述联轴器半体中的所述孔口的表面上的滚纹的形状基本上平行于所述驱动轴或所述从动轴的旋转轴线布置。
8.根据权利要求1所述的联轴器,其中,所述第一中空筒体的表面和所述联轴器半体中的所述孔口的表面上的滚纹的形状与所述驱动轴或所述从动轴的旋转轴线成0°至90°之间的角度布置。
9.根据权利要求1所述的联轴器,其中,所述联轴器半体和所述两个中空筒体相互之间以及与所述孔口的内表面之间彼此具有形状配合与力配合的接触、或者形状配合与材料配合的接触、或者形状配合、力配合与材料配合的接触。
10.根据权利要求1所述的联轴器,其中,至少在所述第一中空筒体的内表面和外表面以及所述联轴器半体的所述孔口的内表面的整个圆周上,所述滚纹至少部分地或全部地存在于所述中空筒体和所述孔口的整个高度上。
11.根据权利要求1所述的联轴器,其中,所述滚纹在至少一个表面上是均匀的。
12.根据权利要求1所述的联轴器,其中,所述第二中空筒体在内表面和/或外表面上部分或全部地具有滚纹。
13.根据权利要求1所述的联轴器,其中,所述第一中空筒体的内表面对应于所述驱动轴或所述从动轴的外表面的形状,并且所述第一中空筒体和所述第二中空筒体以及所述孔口的所有其他表面至少分别对应于与其接触的表面的形状,以建立力配合、形状配合或材料配合的连接。
14.根据权利要求1所述的联轴器,其中,所述第一中空筒体的外表面、所述第二中空筒体的内表面和/或外表面以及所述孔口的内表面具有锥形形状或阶梯形状,和/或所述中空筒体和/或所述孔口的直径在其长度上相同或不同并且所述直径为圆形、椭圆形或多边形的,和/或所述第二中空筒体的端面终止于第一内部中空筒体和具有孔口的联轴器半体的端面和/或表面处,并且实现所述第一中空筒体和所述联轴器半体的电绝缘。
15.一种用于制造联轴器的方法,其中,制造至少两个联轴器半体,并且由至少两个叠置的中空筒体制造至少一个联轴器半体,其中,首先由导电材料制造第一内部中空筒体和所述联轴器半体,然后在所述联轴器半体中引入孔口,所述孔口实现所述联轴器半体基本上平行于驱动轴或从动轴的旋转轴线布置,至少所述第一内部中空筒体的外表面和所述联轴器半体中的所述孔口的内表面设有滚纹,随后将由电绝缘材料制成的第二中部中空筒体以基本上完全至少形状配合接触的方式引入所述内部中空筒体与所述联轴器半体中的所述孔口之间的间隙中。
16.根据权利要求15所述的方法,其中,借助在所述第一中空筒体的表面和所述联轴器半体中的所述孔口的表面上进行滚花、压印、攻丝、车削、铣削或压花来引入所述滚纹。
17.根据权利要求15所述的方法,其中,所述第二中空筒体的电绝缘材料以固态、浆状、液态或熔融形式引入。
18.根据权利要求15所述的方法,其中,引入诸如弹性体、热固性塑料或热塑性塑料的聚合物材料作为所述第二中空筒体的电绝缘材料。
19.根据权利要求15所述的方法,其中,将所述第二中空筒体的材料压入或注入所述内部中空筒体与所述联轴器半体中的所述孔口之间的间隙中。
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