CN112789423B - 包括电气控制系统的转矩限制离合器 - Google Patents

Abstract

一种用于旋转轴(10)的离合器(100)，所述离合器(100)包括具有套筒表面(131)的环形压力室(110)，套筒表面(131)接合表面(11)，以将轴驱动地连接到离合器，还包括触发装置(140)和通道系统(150)，通道系统(150)能够在轴(10)与室(110)之间进行相对角运动时由所述触发装置(140)启动，以将轴(10)从壳体(120)释放。本发明的特征在于离合器(100)还包括控制装置(160)，控制装置(160)布置成通过通道系统(150)从室(110)接收所述流体，并且包括用于将流体泵送到所述室(110)的泵(161)。控制装置(160)被固定地布置到壳体(120)，以和轴(10)一起旋转。离合器(100)包括发电机装置(163)，发电机装置(163)从轴(10)的旋转收集电能并且向控制装置(160)供电。

Description

包括电气控制系统的转矩限制离合器

技术领域

本发明涉及一种用于旋转轴的离合器，具体涉及一种布置为限制这种旋转轴的转矩的离合器。

背景技术

现有技术包括许多不同的这种转矩限制离合器。特别是对于相对于轴尺寸非常大的转矩，已经证明提出适当的解决方案是更有问题的。特别地，需要这样一种转矩限制离合器，该离合器具有小尺寸、低重量，并且具有在脱离接合机构脱扣之后快速复位的能力。

SE0602818中公开了一种通常为现有类型的现有技术离合器，该离合器包括具有薄壁套筒的壳体，该薄壁套筒形成了环形室的轴向延伸壁，该环形室又具有小的径向厚度。室被布置为供应有用于使套筒基本上弹性变形的加压流体，使得套筒的表面与轴的平滑互补形状的表面接合，以驱动地连接到离合器。室连接到离合器，并且连接到通道系统，该通道系统布置成在轴与离合器之间相对运动时被启动进入加压流体可以通过通道系统流动离开室的状态，以便允许轴独立于离合器旋转。当由于轴与离合器之间的相对角运动而导致的抵靠轴的包络面并以有限的枢转稳定性支撑在所述表面上的支撑腿倒下并因此影响从室排出加压流体的阀的状态时，脱离接合机构脱扣。

该设计存在许多问题。

首先，当离合器的脱离接合机构脱扣时，离开室的加压流体将从机构泄漏，这导致污染并且还可能导致环境问题。

其次，脱离接合机构在不脱扣的情况下不能允许非常短的转矩峰值，这在某些应用中是期望的。

第三，室中的压力通常将随着操作温度而变化，从而导致使脱离接合机构脱扣所需的绝对转矩的变换。类似的效果将是加压流体中的小泄漏的结果。通常，在构造中使用的密封面越大，泄漏越多。比如，对于与100mm直径的轴一起使用的离合器，1ml的流体泄漏通常将使离合器无用。

第四，为了限制泄漏，薄壁套筒通常焊接到壳体。所使用的可焊接材料通常具有相对低的硬度，这在脱离接合机构没有适当地脱扣时又导致离合器与轴之间的卡住(seizing)损坏的风险。

发明内容

本发明解决了至少一些上述问题。

因此，本发明涉及一种用于旋转轴的离合器，所述离合器包括环形室、壳体和形成环形室的轴向延伸的薄壁的薄壁套筒，该室被布置为供应有用于使套筒基本上弹性变形的加压流体，使得套筒的表面接合平滑的互补形状的表面，使得轴驱动地连接到离合器，离合器还包括触发装置和通道系统，通道系统在轴与壳体之间进行相对角运动时可由所述触发装置启动，室连接到所述通道系统，并且通道系统被布置为当由所述触发装置启动时呈现加压流体可通过通道系统流动离开室的状态，使得轴可独立于壳体旋转，并且其特征在于，离合器还包括控制装置，控制装置被布置为接收通过通道系统流动离开室的所述流体，并且还被布置有泵，该泵又被布置为将流体泵送到室以实现其中的所述压力，在于，控制装置相对于壳体固定地布置，使得控制装置被布置为与轴一起旋转，在于，离合器还包括发电机装置，发电机装置被布置为从轴的旋转收集电能，并且在于，发电机装置被布置成为控制装置供电。

附图说明

下面将参考本发明的示例性实施例和附图详细描述本发明，附图中：

图1是根据本发明的第一示例性实施例的具有固定控制装置和回转功能的离合器的概览图；

图2是根据本发明的第二示例性实施例的具有旋转控制装置的离合器的概览图；

图3a是根据本发明的凸轮的示例性实施例的截面视图；

图3b是根据本发明的处于第一非加压状态的阀或触发装置布置的截面视图；

图3c是图3b所例示的、但处于第二加压和接合状态的阀或触发装置布置的截面视图；

图3d是图3a所例示的、但处于第三脱扣和脱离接合状态的阀或触发装置布置的截面视图；

图4是根据本发明的套筒布置的、沿着在径向角平面中截取的轴线的横截面的截面视图；

图5是与根据本发明的离合器一起使用的阀或触发装置布置的截面视图，其中例示了用于计算离合器公差的旋转角度；以及

图6是根据本发明的第三示例性实施例的离合器的概览图，其中离合器部分地布置成轴的一部分。

具体实施方式

所有附图对于相同或对应的部分共享相同的附图标记。

因此，图1和图2都例示了用于旋转轴10的相应示例性离合器100。轴10与轴向或长度尺寸AD、径向尺寸RD和中心对称轴线13相关联。离合器100包括布置成根据应用而填充有诸如油或水的加压流体的环形室110。离合器100还包括壳体120和径向薄壁套筒130，该径向薄壁套筒130形成环形室110的轴向延伸的薄限制壁。

在图1、图2和图6所示的所有三个实施例中，离合器100被布置成通过壳体120经由如本文所述的摩擦接合与轴旋转地接合而驱动地连接到轴10。然后，可以将负载或类似物附接到壳体120以进行旋转运动。

室110布置成经由属于通道系统150的供应或引导通道A被供应加压流体以用于使套筒130基本上弹性变形，使得套筒130的外表面131接合平滑互补形状的表面，使得轴10因此与壳体120接合，因此驱动地连接到壳体120。套筒130的变形是“基本上弹性的”意味着套筒130不会通过在室110中施加这种压力而永久变形，而是一旦室110中的压力通过经由也属于通道系统150的返回通道B释放流体而返回到诸如大气压力的较低压力，就返回到静止状态。壳体120在以下意义上可以是基本刚性的：通过在室110中施加足以实质上影响壳体120与轴10之间的摩擦接合的所述流体压力，其不变形。

在图1和图2中，所述互补形状表面是轴的互补形状表面11。然而，在图6中，套筒130被布置为轴10的一部分，使得套筒表面131是轴10的表面，并且互补形状表面11a是壳体120的一部分。因此，在图6所例示的实施例中，离合器100包括与轴10成一体的部分(诸如室110)和与轴10脱离的部分(诸如壳体120)。应认识到，套筒130和在图6中被例示为轴10的部分的其他部分可以由轴10材料形成为实质上一体的组成部分，或者通过与离合器100的组装和/或离合器100在轴10上的安装有关的适当紧固装置被永久地或非永久地紧固到轴。

在整个说明书中，应当注意，离合器100可以包括被布置为轴10的一部分和/或被布置为不是轴10的一部分的外部部分的组成部分，如图1、图2和图6中例示的，只要在轴10与壳体120之间执行接合离合器100的摩擦夹持即可。

壳体120利用轴承170，诸如常规的滚珠轴承或轧辊轴承，来与轴10旋转地接合。

因此，通过经由通道A在室110中施加液体压力，所述弹性变形将所述外表面131压靠在所述互补形状表面11、11A上，从而提供壳体120与轴10之间的摩擦接合。通过释放室110中的压力，弹性变形反向，并且壳体120与轴10之间的摩擦接合被再次释放，以优选地在表面11/11a、131之间产生一定游隙。使用压力室的摩擦接合的一般原理本身是公知的，并且在比如SE0602818中有广泛的描述。因此，本文不作进一步详细描述。

为了限制轴10与壳体120之间的转矩，离合器100还包括触发装置140和所述通道系统150。通道系统150可在轴10与壳体120之间相对角运动时由所述触发装置140启动。因此，触发装置140被布置成自动地检测轴10与壳体120之间的相对角运动，不管两者之间的摩擦接合如何，该相对角运动都发生，并且触发装置140被布置成在这种相对运动检测时自动地释放摩擦接合，因此使离合器100与轴10脱离接合。因此，该脱离接合通过以下方式来实现：触发装置140启动通道系统150，使得流体可以经由通道B从室110中快速排出，从而将室110中的流体压力降低到一压力，该该压力下，套筒130的弹性变形被充分恢复以在所述表面131、11之间产生游隙。

因此，室110连接到通道系统150以用于所述流体排出。如下面将描述的，室110可以直接连接到通道A，并且经由触发装置140间接连接到通道B。

因此，通道系统150被布置成当其被所述触发装置140启动时呈现一状态，在该状态中，加压流体可以通过通道系统150的通道B从室110流出并流动离开室110，使得轴10可以独立于壳体120旋转。

根据图2例示的本发明的第一方面，离合器100还包括控制装置160，该控制装置160被布置成当离合器100与轴10脱离接合时，接收通过通道系统150的通道B流出和离开室110而从室110排出的所述流体。此外，控制装置160还布置有泵161，该泵又布置成将所述流体从控制装置160经由通道A泵送至室110，以便实现其中的上述流体压力，从而实现所述弹性套筒130变形，并因此使壳体120与轴10接合。控制装置160还可包括压力调节器162，该压力调节器162布置成接收来自泵161的加压流体，并在通过通道A向室110提供受控且期望的流体压力。压力调节器还可以包括压力传感器，该压力传感器被布置成测量瞬时的室110流体压力并将检测到的压力传送到控制CPU 169或类似物。

进一步根据本发明的该第一方面，控制装置160相对于离合器100固定地布置，使得控制装置160布置成与离合器100的其余部分一起与轴10一起旋转。

仍然进一步根据本发明的该第一方面，离合器100还包括发电机装置163，该发电机装置163被布置成从轴10的机械旋转收集电能。而且，发电机装置163被布置成向控制装置160、特别是所述泵161的操作供电。优选地，操作控制装置160及其各个组成部分161、162、163、166、167、168、169(参见下文)所需的所有电能都源自于发电机装置163中的旋转能量收集，其可能与电池167中存在的初始电荷分离。

因此，控制装置160可以被布置成既向室110提供上述类型的流体，又在离合器100经由通道系统150的所述启动而脱离接合时接收来自室110的这种返回流体。这样，离合器100可以设计成完整的、独立的系统，该系统被布置成基本上整体地安装在轴10上并与其一起旋转。由于在表面131、11之间实现上述摩擦接合所需的流体量通常相对较小，所以流体可以在闭环系统中循环(如下文更详细地描述)，而不会不利地影响轴10在许多应用中的性能。这不仅有助于设计简单的模块化系统，而且从环境观点来看也是有利的，因为通过在脱离接合期间再使用返回流体而不是从离合器100释放出返回流体，可以将流体泄漏保持到最小。

特别地，图2示出了嵌入到板160a中的微型液压控制装置160，该板160a直接螺栓连接到离合器100并连接到通道系统150的通道A和B。液压控制装置160由电池167电驱动，该电池167经由充电调节器166充电，该充电调节器166又经由转子165接收感应脉冲，该转子165呈永久缠绕磁体形式，相对于静止、固定并与离合器100的其余部分分离的定子164运动。应注意，定子164是离合器100中唯一需要作为单独单元安装的部分，不随轴10旋转。是不需要电力干线或其它连接的无源部件的定子164可根据具体应用容易地紧固在离合器100附近的适当静止结构上。

因此，所述发电机装置163可以包括静止的并且不随轴10旋转的定子164，以及固定到控制装置160并且因此随轴10旋转的转子165。

如上所述，控制装置160可以进一步包括电池167，该电池167被布置为由发电机装置163供电，并且电池167可以进一步被布置为给泵161供电。

微型液压控制装置160还可以由CPU 169或其它集成电路，诸如常规的片上微型计算机控制。因此，CPU 169可以被布置成与泵161以及压力调节器162通信并控制其操作。该操作可以有利地使用无线电控制信号(或其它无线控制信号)接收装置168来远程控制，该无线电控制信号接收装置168被布置成接收并解译从远程控制单元(图中未示出)发射的无线电波信号(或其它无线信号)。这样，即使在壳体120与轴10一起高速旋转的情况下，离合器100也可以通过用户的远程命令而接合、脱离接合或复位。泵161将流体输送到压力调节器162。返回流体经由端口B进入容器或罐151。

因此，控制装置160可以进一步包括所述无线远程控制接收器168，该无线远程控制接收器168被布置成接收用于控制控制装置160的操作的所述远程控制信号。

在优选实施例中，控制装置160布置成通过将上述足够大的流体压力施加到室110中而将壳体120驱动地连接(接合)到轴10，并且通过降低室110中的所述流体压力以便在表面131、11/11a之间实现游隙而将壳体120从轴10断开(脱离接合)。离合器100的该接合和脱离接合可以通过以下方式来进行：CPU 169经由适当的且本身常规的电信号来控制压力调节器162，以便调节通道A中的流体压力并因此调节室110中的流体压力到期望值。

特别地，控制装置160可以被布置成：在壳体120的用于驱动连接到轴10的接合操作期间，将室110中的流体压力控制为基本恒定在设定的期望值，该值是特定于应用的，但是通常优选地在100巴至1000巴之间，并且控制装置160被布置成以大约±1％或更小的公差将压力控制为设定压力。

如图2例示，来自触发装置140并最终来自室110的返回流体到达用于返回流体的容器151中。容器151可以与泵161流体连接，使得由压力调节器162提供给室110的流体从容器151中取出。当然，容器151也是控制装置160的一部分，与轴10一起旋转。

在操作期间，轴10可以以至少10rpm旋转，但是在一些应用中，轴可以以高达约5000rpm旋转。对于高于500rpm的旋转，优选的是将容器151布置成具有过压，诸如大约1巴或更大的过压。

这样，控制装置160可以被设置成使所述流体在闭环回路中循环，该闭环回路包括室110和用于流体的容器151，通过通道系统150流动离开室110的流体经由通道B被引导到该容器151。

由于操作离合器100的接合和脱离接合所需的流体总量通常较小，所以这允许非常紧凑且小的离合器100设计。特别地，这种类型的布置已经被证明在所使用的流体的总量(换言之，所述闭合回路中的流体的总量)为壳体120的总材料体积的至多0.2％的优选情况下是非常高效的。在许多应用中，这意味着闭合回路中的流体总量将小于10ml。

特别地，室110的流体容量可以有利地在总流体体积的25％至75％之间，诸如至多5ml。

如上所述，控制装置160包括压力调节器162，该压力调节器162又被布置成将检测到的压力测量值传送给CPU或微型计算机169。在这种情况下，并且在控制装置160可以访问关于室110流体压力变化的更新信息的其它情况下，控制装置160可以被布置成感测流体中的室110的突然压降。为此，控制装置160然后可优选地因此被布置成诸如通过控制压力调节器162来使流体快速减压。然后，比如，流体可以被允许经由通道A和压力调节器162快速地逸出室110，以再次被接收在容器151中，以在随后的离合器100接合步骤中再次使用。该流体排出可以非常快速地执行，这为了避免一旦离合器100脱离接合时轴10的损坏是重要的。即，当离合器100由于检测到的轴10与壳体120之间的相对角运动而脱离接合时，重要的是通过控制装置160自动且快速地实现离合器100的完全脱离接合，以便避免脱离接合后的表面11/11a与131之间的任何直接物理接触。下面将进一步详细描述该机构的优选模式。当流体的所述突然压降超过预定的极限压力差和/或预定的极限压力时间梯度时，脱离接合可以由控制装置160检测到。

由控制装置160执行的室110流体压力控制还可布置成在离合器100的接合操作期间补偿由于操作温度变化和随时间的少量流体泄漏而引起的少量体积变化，因此提供非常恒定的室110流体压力。因此，触发离合器100的脱离接合所需的阈值转矩将是稳定的并且随着时间的推移被良好地限定。同时，通过调节通道A中的流体压力，控制装置160然后可以非常快速且可靠地接合和脱离接合离合器100。

特别地，这通过压力调节器162经由通道A直接连接到室110而得到促进。经由这种直接连接，压力调节器162可以间歇地或连续地测量流体压力，因此实时地或接近实时地调节室110的压力。压力调节器162优选地至少每小时测量室压力100一次(对于大的联接器)，优选地至少每分钟测量一次(对于较小的联接器)。为了实现压力调节器162与室110之间的所述直接流体连通，特别优选的是，在压力调节器162与室110之间没有布置防止流体自由流动的阀，并且特别地没有布置止回阀。

常规上，如上所述，套筒130焊接到壳体120，以便使泄漏最小化。然而，上述对室110流体压力的连续调节使得可以随着时间的推移而接受一定的小的流体泄漏，而不会不利地影响离合器100的性能，原因在于，在非焊接的旋转接头上产生的这种小的泄漏相对于离合器100中使用的流体总量通常非常小。

特别地，优选的是，套筒130不是通过焊接而是使用垫片密封件而被密封到壳体120，垫片密封件诸如为橡胶O形环或包括弹性密封材料的任何其它常规垫片密封件。

这种密封将不提供与焊接密封一样好的流体容纳，但是另一方面，这种密封将使得可以使用由硬金属材料(诸如高速钢(HSS))或具有极高硬度的金属材料(诸如优选的硬质合金)制成的套筒130。这种硬金属材料可能是不可焊接的，并且也可以是与壳体120的材料不同的材料。这提供了离合器100的适当性能，同时在离合器100由于某些原因发生故障并且当相对于轴滑动时不立即释放其夹持的情况下，由于卡住而引起的材料轴10或离合器100损坏的风险被最小化。

此外，当套筒130由这种不易焊接的硬金属材料制成时，这提供了一种优选的方式，该方式使得可以安全地设计离合器100以在一定时间或角滑动延迟(诸如以下面详细描述的方式)的情况下释放其在轴10上的夹持，以进而允许在不释放其夹持的情况下的短转矩峰值。

为了迫使套筒130与壳体120一致地旋转，并且因此保证室110的几何完整性，密封的套筒130优选地与壳体120角接合。实现这种角接合的一个优选方式在图4中例示，其中例示了使用分别布置在套筒130和壳体120上的协作花键133，套筒130与壳体120呈角花键接合(angular spline engagement)，当离合器100安装在轴10上时，所述花键133在轴向尺寸AD上延伸。

在图6所例示的情况下，其中套筒130是轴的一部分，对应的解决方案可以通过布置与密封件132相对应的密封件但将套筒130密封到轴10的其余部分来实现，然后，套筒130可以由与轴10的其余部分的材料不同的、不可焊接的且硬的材料制成。这种材料可以是上述类型。而且，对应于133的花键接合可设置在这种套筒130与轴10的其余部分之间。

现在转到图1，例示了本发明的替代实施例，其中控制装置160不与轴10一起旋转，而是静止的。在这种情况下，离合器100的通道系统150包括密封的回转装置152，被布置成经由回转装置152向控制装置160和从控制装置160供应所述流体。在图1中，容器151被例示为被布置成与回转装置152连接，但是应认识到容器151也可被布置在控制装置160自身中。

回转装置152本身可以是常规的，诸如包括密封的旋转对称轨道，这些轨道被布置成与沿所述轨道行进的孔口相互作用，并且在此将不进行详细描述。这种回转装置152可被布置成在操作期间仅提供小的流体泄漏，因此对于具有经由回转装置152而与室110直接流体连通的压力调节器162的连续压力监测控制装置160是有用的，如上文已经描述的，对于静止布置的控制装置160而不是与轴10一起旋转的控制装置是有用的。

图3a至图3d和图5例示了本发明的第二方面，根据该方面，触发装置140包括凸轮141。如本文所用，术语“凸轮”表示结构，该结构布置成在轴10的角方向上跨包络面12滚动，并且具有包括变化的滚动半径的凸轮外围形状。

在图1和图2中，触发装置140固定地布置到壳体120，并且凸轮141跨轴10的包络面12(诸如外包络面12)滚动。然而，应当认识到，触发装置140可以替代地固定地布置到轴10，并且凸轮141滚动跨越的包络面于是成为壳体120的包络面，诸如内包络面。重要的是，凸轮随着轴10与壳体120之间的角运动而滚动。下面，将描述第一种情况。然而，应当认识到，本发明同样适用于第二种情况。

特别地，凸轮141具有跨第一角间隔AI1的基本上恒定的第一半径R1和跨第二角间隔AI2的基本上恒定的第二半径R2，该第二半径R2小于第一半径R2，参见图3a。优选地，第二半径R2跨第二角间隔AI2是可变的，这与第一半径R1跨第一角间隔AI1是恒定的相反。

第一半径R1“基本上恒定”意味着凸轮141被布置成以基本上滚动的方式在包络面12上跨第一角间隔AI1滚动，这与折叠或以步进的方式跨第一角间隔AI1运动相反。因此，小的连续第一半径R1增大或减小可以跨第一角间隔AI1存在，然后该增大或减小优选地关于第一角间隔AI1中心点对称布置。然而，优选的是，第一半径R1跨第一角间隔AI1简单地恒定。

进一步根据本发明的该第二方面，凸轮141布置成在凸轮141与轴10的包络面12之间的接触点处被支撑在轴10的所述包络面12上，当离合器100处于其接合状态时，接触点在凸轮141的第一角间隔AI1内。而且，凸轮141被布置成由于轴10与壳体120之间的相对角运动(凸轮141在轴10的角方向上固定到壳体120)而从所述接触点相对于轴10的包络面12旋转。然后，触发装置140布置成当凸轮141旋转使得所述接触点位于第二角间隔AI2内时，使凸轮141径向地朝向轴10的包络面12移位，并且因此启动所述通道系统150以如上所述从室110排出流体。

触发装置140的这种构造(因此被布置成与轴10和离合器100的其余部分一起旋转)提供了在检测到轴10与壳体120之间的相对角运动(沿轴的角方向)时非常可靠地触发离合器100脱离接合。此外，触发离合器100的脱离接合所需的这种最小相对角运动可以非常精确地被预先确定，以实现离合器100允许在离合器100不与轴10脱离接合的情况下出现良好限定的转矩峰值。如上所述可以被微调的室110流体压力限定最大允许转矩，而限定最小相对角运动的凸轮141限定离合器100在脱离接合之前的最大滑动。

特别地，第一半径R1是“恒定的”(或如上定义的“基本上恒定的”)意味着凸轮141具有(基本上)恒定的半径，因此被设计为跨整个第一角间隔A1的圆形对称轮。另一方面，第二半径R2是“可变的”意味着轮滚动半径跨第二角间隔AI1的至少一部分变化。如图3a例示，优选的是，第一角间隔AI1和第二角间隔AI2一起形成连续的角间隔，该角间隔可覆盖360°的凸轮141旋转，并且第一半径R1和第二半径R2在相应角间隔AI1与AI2之间的角边界点处相同。这提供了凸轮141在包络面上的平滑滚动动作，而被凸轮141支撑的触发装置140相对于轴10径向地不执行任何剧烈运动。

第二半径R2“小于”第一半径R1意味着其跨整个开放式第二间隔AI2严格小于第一恒定半径R1。优选地，作为凸轮141角度的函数的第二半径R2描述了曲线，对于跨第二间隔A2的所有凸轮141角度，该曲线的角二次导数≥0。

如图3a例示，第二半径R2可被限定为包括凸轮141上的基本上线性的平坦表面，该平坦表面可能具有连接到第一角间隔AI1的平滑端部。当离合器100脱离接合时，这种平坦表面将为凸轮141与包络面12之间的接触提供良好限定且稳定的着陆面。

图3b至图3d和图5各自示出了通过触发装置140的相应横截面，其中流体经由通道A的端口被引入，并且当触发装置140脱扣时，经由通道B的端口被引出。

图3b示出了处于非加压状态的触发装置140及其组成部分的位置，其中离合器100与轴10脱离接合，并且在凸轮141与轴10的包络面12之间存在游隙。在该脱离接合状态下的游隙优选地为轴10直径的至少约0.2％，在许多应用中为至少约1mm。

图3c示出了处于加压室110流体状态的触发装置140及其组成部分的位置，其中壳体120与轴10接合，并且凸轮141直接抵靠轴10的包络面12。在离合器100的该接合状态下，凸轮141优选地对轴10施加(以下面将要描述的方式)压力，所述压力的大小通过由于室110与触发装置140之间经由通道A的直接流体连通而引起的室110中的流体压力来确定。优选地，在室110与触发装置140之间没有布置防止流体的自由流动的阀、特别是没有止回阀。

如将从下文理解的，触发装置140用作室110中存在的加压流体的阀，并且经由通道A与触发装置140连通，从而在检测到轴10与触发装置140之间的相对角运动以及因此与壳体120之间的相对角运动时，通过通道B将该进入的流体释放。同时，室110中的加压流体用于将凸轮141推靠在轴10的包络面12上，以便能够经由凸轮141的滚动来检测所述相对角运动。

因此，凸轮141可以支撑在包括在触发装置140中的活塞装置143上，该活塞装置143布置成：可径向运动，并且当凸轮141与包络面12之间的所述接触点在第一角间隔AI1内时，在施加到活塞装置143的、室110中的所述加压流体的压力的影响下，将凸轮141径向压靠在轴10的包络面12上。因此，当室110中的流体被加压时，通过推动凸轮141与轴10接触，触发装置140被自动地启动。换言之，控制装置160能够通过在室110中施加上述预定流体压力而启动和接合离合器100。

活塞装置143进一步布置成当所述接触点由于凸轮141的滚动动作而运动并且变成布置在第二角间隔AI2内时，进一步迫使凸轮141在所述流体压力的影响下朝向轴10的包络面12径向运动RD。活塞装置143和凸轮141的结果状态如图3d例示。

活塞装置143可以通过一个力而径向远离轴10被弹簧加载，该力小于由由上述加压流体的压力在活塞装置143上实现的反向力。因此，活塞装置143布置成使得在没有来自室110中的加压流体的压力的情况下，当所述接触点在第一间隔AI1内时，在轴10的包络面12与凸轮141之间实现径向距离，诸如轴10直径的至少大约0.2％，在许多应用中至少大约1mm。

当触发装置140脱扣并使离合器100脱离接合时，控制装置160优选地被布置成快速检测室110中的突然流体压降，并因此将压力降低到诸如大气压力的静止压力。结果，活塞装置143不再被流体压力径向地压向轴10，并且弹簧装置148然后可以迫使活塞装置143径向地远离轴10。结果，当凸轮141与轴10的包络面12之间的所述接触点在第二角间隔AI2内时，在凸轮141与轴10的包络面12之间也优选存在游隙，诸如为轴10的直径的至少约0.2％，在许多应用中为至少约1mm。

优选地，活塞装置143可包括止回阀144，当所述接触点在第一间隔AI1内时，该止回阀144处于关闭状态以防止加压流体流过止回阀144，而当所述接触点在第二间隔AI2内时，该止回阀144诸如由于由加压流体提供的压力而处于打开状态，使得加压流体可流过止回阀144。

特别地，并且如图3b至图3c和图5例示，止回阀144包括可移动体145，诸如阀球。止回阀144还可以包括：第一体座146，诸如密封球座，其被布置成与活塞装置143一起径向运动；以及第二静止体座147，其不与活塞装置143一起径向运动。然后，当室110流体被加压时并且当所述接触点在第一间隔AI1内时，可移动体145布置成被密封地接收在第一体座146中(而不是在第二体座147中)；并且当室110流体被加压并且当接触点在第二间隔AI2内时，可移动体145被布置为没有被非密封地接收在第一体座146中，而是被非密封地接收在第二体座147中。

在图3b所例示的状态下，可以是盘簧或任何其它合适的弹簧的弹簧装置148经由保持环149将活塞143径向远离轴10压向球145，该球145进而由壳体120或触发装置140的固定部分支撑，从而为球座146提供密封。在该状态下，在凸轮141与轴10的包络面12之间存在径向游隙，诸如为轴10直径的至少大约0.2％，在许多应用中为至少大约1mm。由于第一球座146密封，流体不能通过止回阀144。

根据优选实施例，触发装置140包括第二弹簧装置142，诸如扭簧，其被布置成相对于凸轮141和其自身的角滚动方向施加角向力(angular force)，以推动凸轮141进入一位置，在该位置中，凸轮141与轴10的包络面12之间的接触点位于第一角间隔AI1内。因此，凸轮141使用扭簧保持在正确的角度开始位置，使得当施加流体压力并且离合器与轴10接合时，该角位置被维持。

优选地，所述角向力被布置成推动凸轮141进入一位置，在该位置中，凸轮141与轴10的包络面12之间的所述接触点位于第一角间隔AI1的角中心。这实现了在接触点达到第二角间隔AI2之前，凸轮141可沿任一方向旋转相同的相应轴10的角距离，并且触发装置140因此脱扣。换言之，在脱离接合之前，壳体120然后被允许相对于轴10在任一方向上滑动相同的轴10的角距离。

在图3b所例示的示例中，凸轮141可以转动大约±120°而不触发离合器100的脱离接合，这意味着轴10可以转动β°，其中，β根据以下公式计算：

图5例示了在壳体120释放其夹持之前由轴10实现的旋转角度β，给定的变量

(凸轮141在其到达第二角间隔AI2之前行进的凸轮141的角距离)、r(凸轮141的第一半径R1)和R(轴10的包络面12的半径)。

包络面12可以是轴10的表面，根据应用，该表面被车削(lathed down)或填充(padded)至期望的半径。

本发明的该第二方面的一个优点是凸轮141可以设计成具有选定的第一角间隔AI1，以便在自动脱离接合之前精确地限定壳体120的旋转滑动公差。如上所述，该滑动公差将取决于变量

r和R。重要的是注意，通过将凸轮141替换为具有不同φ值的不同凸轮，换言之，凸轮141的第一角间隔AI1与被替换的凸轮141不同，可以容易地改变/>

值。这样，可以容易地改变离合器的滑动公差。因此，优选的是，凸轮141是可更换的，诸如经由与触发装置140的其余部分的螺纹接合或卡扣接合。

通常，优选的是，与本发明一起使用的凸轮141具有第一角间隔，该第一角间隔至少30°宽，使得凸轮141必须在触发装置140脱扣且离合器100因此自动脱离接合之前在至少一个滚动方向上滚动至少15°。

图3c例示了在液压流体压力通过通道A施加的状态下的触发装置140和其组成部分的位置。球145密封地压靠其第一球座146，以使得活塞143通过所述液压流体压力被径向地朝向轴10(在图5中向下)带动，以将凸轮141向下压成与轴10的包络面12直接物理接触并抵靠该轴10的包络面12。

当已经达到完全的流体压力时，轴10可以以期望的方式被旋转驱动。如上所述，允许的转矩由套筒130与互补的轴10的表面11(替代地为壳体120的表面11a)之间的摩擦力限定，该摩擦力又由室110中的设定流体压力确定。在超过该允许的转矩的情况下，套筒130开始相对于轴10的表面11(或表面11a)成角度地滑动，这导致凸轮141开始跨轴10的包络面12成角度地滚动，参见图3d。

当凸轮141已经达到第一角间隔AI1的极限时，在所例示的示例性情况下，在凸轮141沿任一方向旋转大约120°之后，接触点进入第二角间隔AI2，因此由凸轮141提供的砧座(anvil)塌缩，这就是活塞143(通过流体压力)被径向地压向轴10的包络面12一定塌缩距离的原因，在该情况下，该一定塌缩距离为大约2mm，但是可以是从大约0.5mm到大约5mm。球145由第二球座147停止，该第二球座147被布置成不在球145与第二球座147之间提供流体密封，据此，流体可自由地流动经过球145并通过通道B流出，进一步流到如上所述的容器151。这将在室110中产生瞬时流体压降。

然后，如上所述，压力调节器162将检测该突然的流体压降，并且作为反应，立即将室110的流体压力控制到基本零过压。这又将通过弹簧装置148的弹簧作用使触发装置140返回到图3b所示的状态，并且扭力弹簧142将确保凸轮141返回到静止状态，其中期望的起始接触点面向并平行于轴10的包络面12。

如上所述，优选的是，由于触发装置140脱扣并且可移动体145与其第一体座146脱离接合而流过止回阀144的流体被引导到用于所述流体的容器151，特别地用于在上述用于流体的闭合回路中被再次使用。

如上所述，离合器100可以包括控制装置160，该控制装置160被布置成控制室110中的流体压力，流向所述容器151的该流体被泵送到室110中，以便增加室110中的流体压力。然后，优选的是，室110和活塞装置143在以下意义上被连接：在以上定义的类型的室与活塞装置之间存在直接流体连接，特别是在它们之间没有任何止回阀，使得室110中存在的流体压力将总是基本上对应于施加到活塞装置143的所述压力，以将其径向地朝向轴10推动。

以上，描述了优选实施例。然而，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明的基本思想的情况下，可以对所公开的实施例进行许多修改是显而易见的。

比如，根据具体应用，如上所述的离合器100可以包括本文未公开的附加特征。通道系统150可以由穿过壳体的钻孔通道制成，该壳体可以是一块大块金属材料的形式。或者，通道系统150可以使用外部管道来构造。存在许多可以变化的实施细节的这种示例。

如果兼容的话，本文所提出的实施例一般可自由组合。特别地，所有关于第一方面所述的内容也适用于第二方面，反之亦然，如果适用的话。比如，带有凸轮141的触发装置140可与关于图2所述的旋转控制装置160结合使用，或者与关于图1所述的带有回转连接件152的静止旋转控制装置160结合使用。对应的也适用于套筒130的布置，该套筒130可布置为壳体120的一部分(如图1和图2中)或轴10的一部分(如图3中)。

因此，本发明不限于所述的实施例，而是可以在所附权利要求的范围内变化。

Claims (14)

1.一种用于旋转的轴(10)的离合器(100)，所述离合器(100)包括环形的室(110)、壳体(120)和薄壁的套筒(130)，所述套筒(130)形成所述室(110)的轴向延伸的薄壁，所述室(110)被布置成供应有用于使所述套筒(130)基本上弹性变形的加压的流体，使得所述套筒(130)的表面(131)接合平滑的互补形状表面(11)，使得所述轴(10)驱动地连接到所述离合器(100)，所述离合器(100)还包括触发装置(140)和通道系统(150)，所述通道系统(150)在所述轴(10)与所述壳体(120)之间进行相对角运动时能够由所述触发装置(140)启动，所述室(110)连接到所述通道系统(150)，并且所述通道系统(150)被布置成当其由所述触发装置(140)启动时呈现一状态，在该状态中，所述流体能够通过所述通道系统(150)流动离开所述室(110)，使得所述轴(10)能够独立于所述壳体(120)旋转，其特征在于，所述离合器(100)还包括控制装置(160)，所述控制装置(160)被布置成接收通过所述通道系统(150)流动离开所述室(110)的所述流体，并且还包括泵(161)，所述泵(161)又被布置成将流体泵送到所述室(110)以实现其中的压力，所述控制装置(160)相对于所述壳体(120)固定地布置，使得所述控制装置(160)被布置成与所述轴(10)一起旋转，所述离合器(100)还包括发电机装置(163)，所述发电机装置(163)被布置成从所述轴(10)的旋转收集电能，并且所述发电机装置(163)被布置成为所述控制装置(160)供电。

2.根据权利要求1所述的离合器(100)，其特征在于，所述发电机装置(163)包括静止的定子(164)和固定到所述控制装置(160)的转子(165)。

3.根据权利要求1所述的离合器(100)，其特征在于，所述控制装置(160)包括电池(167)，所述电池(167)被布置成由所述发电机装置(163)供电，并且所述电池(167)还被布置成为所述泵(161)供电。

4.根据前述权利要求中任一项所述的离合器(100)，其特征在于，所述控制装置(160)还包括无线远程控制接收器(168)，所述无线远程控制接收器(168)被布置成接收远程控制信号以控制所述控制装置(160)的操作。

5.根据权利要求4所述的离合器(100)，其特征在于，所述控制装置(160)被布置成通过在所述室(110)中施加所述压力而将所述壳体(120)驱动地连接到所述轴(10)，并且被布置成通过降低所述室(110)中的所述压力而将所述壳体(120)与所述轴(10)断开。

6.根据权利要求4所述的离合器(100)，其特征在于，所述控制装置(160)被布置成使所述流体在闭合回路中循环，所述闭合回路包括所述室(110)和用于所述流体的容器(151)，通过所述通道系统(150)流动离开所述室(110)的流体被引导至所述容器(151)。

7.根据权利要求6所述的离合器(100)，其特征在于，在所述闭合回路中的流体的总量是所述壳体(120)的总材料体积的至多0.2％。

8.根据权利要求6所述的离合器(100)，其特征在于，所述室(110)的流体容量介于所述闭合回路中的流体的总量的25％至75％之间。

9.根据权利要求4所述的离合器(100)，其特征在于，所述控制装置(160)被布置成在所述离合器(100)用于在所述壳体(120)和所述轴(10)之间进行驱动连接的操作期间将所述室(110)中的流体压力控制成基本上恒定在设定的期望值。

10.根据权利要求9所述的离合器(100)，其特征在于，所述期望值在100巴至1000巴之间。

11.根据权利要求4所述的离合器(100)，其特征在于，所述控制装置(160)被布置成感测所述流体中的突然压降，并且由此使所述流体减压。

12.根据权利要求4所述的离合器(100)，其特征在于，所述套筒(130)使用垫片密封件(132)被密封到所述壳体(120)。

13.根据权利要求12所述的离合器(100)，其特征在于，所述套筒(130)由诸如高速钢(HSS)或硬质合金的硬金属材料制成，所述硬金属材料是不能焊接的。

14.根据权利要求4所述的离合器(100)，其特征在于，所述套筒(130)与所述壳体(120)呈角花键(133)接合。

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