JP2023553410A - トルク制限継手 - Google Patents

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Abstract

本発明は、動力伝達経路(1)のためのトルク制限継手(7)であって、軸(11)に対する摩擦係合を提供するために、二重壁スリーブ(23)内に流体チャンバ(27)を有しているトルク制限継手(7)に関する。流体チャンバ(27)には、剪断管(37)が流体接続されていて、剪断管は剪断ゲート(45)に割り当てられている。剪断ゲートは、剪断ゲート(45)によって剪断管(37)を剪断することにより、流体チャンバ(27)を開放するように、軸に固定的に接続されている。流体チャンバ(27)を閉鎖するために、かつ剪断ゲート(45)と相互作用するために、少なくとも1つの第1の剪断管(37)と第2の剪断管(37)とが配置されている。剪断ゲート(45)は、少なくとも1つの切断縁(51,53)を提供しており、1つの切断縁(51,53)による剪断管(37)のうちの一方の遮断位置(38)では、他方の剪断管(37)は非遮断位置に位置している。

Description

発明の技術分野
本発明は、トルク制限継手に関する。トルク制限継手は、第1の回転可能な軸を第2の回転可能な軸に接続するために使用される。第1の回転可能な軸は、モータとも称されるパワーユニットによって駆動され得る。第2の軸は、負荷に接続されている。過負荷状態では、第1の軸と第2の軸との接続は、スリップするかつ/または分離される。トルク制限継手として、安全な継手を使用することができる。
特にトルク制限継手は、解放機構を有している。このようなトルク制限継手は、しばしば安全継手と称される。このような継手の一例は、米国特許第10767711号明細書に開示されている。この種のトルク制限継手は、解放機構による分離が行われる前に、所定の範囲にわたってスリップを可能とする。開示された安全継手は、駆動継手部材と被駆動継手部材とを有している。被駆動継手部材と駆動継手部材とは、摩擦接続部によって係合している。継手はさらに、解放エレメントを有している。遠心装置を備えた解放エレメントは、上記駆動継手部材と上記被駆動継手部材との間の上記摩擦接続部を、回転速度、および駆動継手部材と被駆動継手部材との間のスリップに応じて解放するように構成されている。このような機構は複雑であるため、このような安全継手は、極めて高価である。
米国特許出願公開第2009/0264253号明細書は、エンジンと被駆動機器の一部との間に挿入されたクラッチ制御システムを開示している。クラッチ制御システムは、入力速度センサと出力速度センサとを備えたクラッチアセンブリを含み、これらのセンサは、それぞれ、エンジンおよび被駆動機器の軸回転速度に対応する信号を提供する。圧力センサが、クラッチアセンブリに接続されていて、クラッチ圧に対応する出力信号を提供する。温度センサもクラッチアセンブリと協働し、クラッチアセンブリの操作温度に対応する温度信号を提供する。様々な形式のトランスデューサも、動作条件、例えば衝撃負荷等の検出のために使用されている。また、被駆動機器に接続された機械制御システムと、エンジンに接続されたエンジン制御モジュールとが含まれている。これらの信号はクラッチ制御ユニットへ供給され、このクラッチ制御ユニットが当該信号を用いてシステムの動作条件を評価し、これにしたがって圧力制御弁を介してクラッチ圧力を調整する。広汎な動作データアレイがシステムから利用可能であり、クラッチ制御ユニットによって利用されて、エンジンおよび被駆動装置に合わせてクラッチ圧力を調整することにより、ひいてはクラッチスリップ量の最小化、および衝撃負荷状況の回避もしくは即時補正を行うことで、最適動作が保証される。クラッチのスリップは、毎分回転数(rpm)で測定される。
国際公開第2007/085861号は、入力軸および出力軸の相対回転速度の差を計算する方法を開示している。
欧州特許出願公開第3228895号明細書は、動力伝達経路用のトルク制限継手に関する。トルク制限継手の入力側は、パワーユニットに接続可能であって、出力側は負荷に接続可能である。トルク制限継手の入力側には第1速度センサが割り当てられていて、出力側には第2速度センサが割り当てられている。センサは、エンコーダおよび検出器を有している。エンコーダは、スリップ事象の正確な検出を提供するために多数のマーキングを有している。これにより、周方向でミリメートル範囲の小さなスリップ事象を検出することができる。さらに、スリップの方向の検出も可能である。
本発明の目的は、コストを低減する、解放機構を備えたトルク制限継手を提供することである。
さらに本発明の課題は、トルク制限継手の解放を快適かつ有益に可能にする、トルク制限継手の使用方法を提供することである。
本発明のトルク制限継手は、二重壁スリーブ内に流体チャンバを有している。二重壁スリーブの加圧により、軸に対する摩擦係合が提供され得る。ほとんどの場合、二重壁スリーブは、軸と同軸に配置された中空スリーブ内に配置されているが、軸の半径方向内側に二重壁スリーブを有することもでき、この場合、軸は、二重壁スリーブと同軸に、かつ二重壁スリーブの半径方向外側に配置されている。
流体チャンバの加圧のために、第1の剪断管および別の剪断管が、流体チャンバに流体接続されている。剪断ゲートは、軸に固定的に接続されている。剪断ゲートは、少なくとも1つの剪断縁を提供する。少なくとも1つの剪断縁による、剪断管のうちの一方の遮断位置で、他方の剪断管は、剪断ゲートに関して非遮断位置に位置している。これにより、遮断されていない剪断管を介して流体チャンバを減圧することができる。これにより、少なくとも1つの剪断管が、流体チャンバの加圧または減圧のために動作可能であるので、遮断された剪断管の剪断は必要ない。スリップを生じさせる欠陥が生じた場合、流体チャンバの迅速な減圧を提供し、これにより、二重壁スリーブと軸とを迅速に切り離すために、すべての剪断管を剪断することができる。剪断管のうちの1つの剪断管の欠陥の場合、少なくとも別の剪断管は、減圧のために剪断される。したがって、トルク制限継手は極めて安全である。遮断されていない剪断管を常に提供することにより、快適な取扱いが提供される。予め規定された位置で、トルク制限継手をリセットするために、トルク制限継手を減圧することもできる。これにより、機能性が向上する。
好ましい実施形態では、剪断ゲートが、少なくとも1つの凹部を有している。凹部は、時計回り方向でのスリップの場合にトルク制限継手を解放するための第1の切断縁と、反時計回り方向でのスリップの場合にトルク制限継手を解放するための第2の切断縁とを提供している。時計回りおよび反時計回りの方向は、トルク伝達の方向の測定により決定される。いずれの切断縁も、少なくとも1つの剪断管に割り当てられている。割り当てられた剪断管は、スリップの際に、その剪断縁によって最初に剪断される剪断管である。1つの剪断管を、第1の剪断縁および第2の剪断縁に割り当てることも可能である。さらに、第1の剪断管を、第1の剪断縁に割り当て、別の剪断管を、第2の剪断縁に割り当てることも可能である。第1および第2の剪断縁によって、両方向のスリップに対して反応するトルク制限継手を提供することができる。剪断管のうちの1つが剪断縁によって遮断されている場合、少なくとも1つの剪断管は遮断されていない。
別の実施形態では、剪断ゲートが、第1の凹部と第2の凹部とを有しており、第1の凹部は、凹部内において第1の剪断管を配置するために設けられていて、第2の凹部は、第2の凹部内において第2の剪断管を配置するために設けられている。これにより、剪断管と剪断ゲートとの明確な割り当てが存在している。
凹部内に剪断管を配置することによって、かつ凹部の寸法および凹部内のまたは剪断縁に対する剪断管の位置によって、使用例に応じてトルク制限継手を調整することが極めて簡単に可能である。さらに、トルク制限継手の解放なしに、許容されたスリップ角度を提供することができる。遮断されていない剪断管を使用する解放の可能性によって、トルク制限継手の再調整が、極めて快適な方法で提供され得る。
流体の流れのため、剪断管の対称の配置は、好ましい解決手段である。剪断ゲートを適合するだけで、極めて簡単にトルク制限継手を、多くの使用例に合わせて調整することができる。
1つの凹部と、この凹部内に配置された少なくとも2つの剪断管が設けられている場合は、周方向で間隔を置いて配置された剪断管が好ましい。好ましい実施形態では、剪断管は、解放されない最大許容スリップ角を提供するために、周方向で互いに近接して配置されている。
さらなる実施形態では、剪断ゲートの1つの凹部の第1の剪断縁および第2の剪断縁は、少なくとも10度の、好ましくは少なくとも45度の角度位置で配置されている。解放されない大きな許容スリップ角を提供するためには、少なくとも90°が最も好ましい。
好ましい実施形態では、第1の剪断管と第2の剪断管とは、少なくとも1つのポンプ接続座部に接続されており、ポンプ接続座部は、剪断ゲートの軸方向外側に位置するように、二重壁スリーブ内に軸方向で間隔を置いて配置されている。これにより、ポンプ接続座部は、剪断ゲートの位置とは関係なく常に利用可能である。
1つの実施形態では、ポンプ接続座部は、剪断ゲートの剪断縁に関して剪断管の反対側に配置されている。これにより、ポンプ接続座部は、剪断管の非遮断位置の場合に利用可能である。
好ましい実施形態では、トルク制限継手は、角度の範囲のスリップ事象に関する情報を提供するための、好ましくは1つの方向のスリップ角度の合計を提供するためのセンサシステムを有している。これにより、トルク制限継手をリセットする作動と、トルク制限継手の解放を回避する作動とをトリガすることができる。
本発明のトルク制限継手の作動方法であって、圧力の調整または流体チャンバの流体の交換のために、流体チャンバへの流体接続を提供するために、遮断されていない剪断管が開放される。好ましくは、流体接続は、流体チャンバからポンプ接続座部へと提供され、この場合、接続を提供するために、剪断管が開放される。そのためには、少なくとも1つの剪断管が、非遮断位置にあることが重要である。
一般的に、剪断管とは独立して開くことができる別個のポンプ接続座部を有することができる。しかしながらこのようなポンプ接続座部により、追加コストが発生する。
本発明は、その目的および利点とともに、本発明の好ましい実施形態の以下の説明を添付の図面とともに参照することによって、最もよく理解され得る。本発明の範囲はこれらの実施形態に限定されない。
トルク制限継手を示す図である。 図1のトルク制限継手を示す分解図である。 図1のトルク制限継手を示す断面図である。 剪断ゲートを示す図である。 角度シフトされた剪断ゲートを備えたトルク制限継手を示す図である。 図5の剪断ゲートを示す図である。 1つの凹部と2つの剪断縁とを備えた剪断ゲートを示す概略図である。 動力伝達経路を示す図である。 多層継手(lamella coupling)を備えたトルク制限継手を示す図である。 2つのギヤ半部の間のトルク制限継手を示す図である。 フレキシブル継手を備えたトルク制限継手を示す図である。
有利な実施形態の詳細な説明
図1および図2は、トルク制限継手7を示している。パワーユニット3との接続のために、フランジ15が入力側に配置されている。トルク制限継手7の他方の軸方向端部には、負荷5との接続のためにフランジ17が位置している。図示した配置では、フランジ15は、軸11に固定的に接続されている。軸11は、その外周面に摩擦面21を有している。摩擦面21は、同軸に配置された中空軸13の摩擦面25に面している。摩擦面25は、中空軸13の内面に配置されている。中空軸13は、軸11に対して同軸に配置されている。中空軸13と軸11との摩擦係合を提供するために、流体チャンバ27が設けられている。流体チャンバは、周方向で閉じたループであって、軸方向で延在している。圧力に応じて、流体チャンバ27は、半径方向で膨張する。これにより、軸の摩擦面21と、中空軸13の摩擦面25との摩擦係合は調整可能である。この実施形態では、流体チャンバ27は、中空軸13内に配置されている。しかしながら、例えば、独国特許出願公開第4028158号明細書により開示されているように、半径方向内側に配置されている軸内における流体チャンバのように配置されてもよい。
図示した実施形態では、流体チャンバは、二重壁スリーブ23の一部である。加圧のために、ポンプ接続座部41と剪断管とが設けられている。加圧のために、ポンプが、ポンプ接続座部に接続される。剪断管37は、加圧のために、所定の位置まで二重壁スリーブ23内にねじ込まれる。これにより、流体チャンバ27の外部への直接的な流体接続部は閉じられる。しかしながらポンプに対する流体接続部は、依然として利用可能である。これにより、減圧および加圧が可能である。加圧後、剪断管は、終端位置までねじ込まれ、この場合、ポンプ接続座部41への接続部が閉じられる。軸11上における中空軸13の支持は、2つの軸受29によって提供される。これらの軸受は、シール31によってシールされていて、軸受の潤滑は、潤滑コネクタ39によって可能である。中空軸13を閉鎖するために、フランジ17の側にキャップ33が配置されている。剪断管37との相互作用のために、剪断管の軸方向の高さで、二重壁スリーブ23に対して同軸に、剪断ゲート45が配置されている。剪断ゲート45と剪断管37とは、解放機構35を提供する。この場合、剪断ゲートは、ねじ46によってフランジ15の軸11に固定的に接続されている。剪断ゲートは、図7に示されているように、少なくとも1つの凹部を有している。図3および図4の実施形態では、剪断ゲートは、第1の凹部47と第2の凹部49とを有している。第1の凹部47と第2の凹部49とを有した剪断ゲートを備えた別の実施形態は、図5および図6に開示されている。図3~図6の実施形態は、2つの剪断管を備えた解決手段を示している。しかしながら、使用例に応じて、周方向に分布されたより多数の剪断管を有することもできる。2つの剪断管を選択することにより、トルク制限継手の解放を行わない大きなスリップ角度が提供され得る。トルク制限継手の解放前に、90°を超えるスリップ角度が可能である。軸方向は、符号95によって示されており、回転軸線と整合する。半径方向は、図1において符号91で示されていて、周方向は符号93で示されている。
図3および図4は、1つの実施形態を示しており、この場合、第1の凹部47は、第2の凹部49よりも周方向で小さい寸法を有している。第1の凹部における1つの剪断管は、常に最初に剪断される。図3に示されたように、剪断管37のうちの一方は、遮断位置38にあり、この場合、剪断管37のねじ固定を解除することはできない。他方の剪断管37は、非遮断位置36にある。これにより、遮断されていない剪断管のねじ固定を解除することはできる。流体チャンバは、剪断管のうちの一方の剪断を必要とせずに減圧させることができる。減圧された流体チャンバによって、トルク制限継手の再調整が可能である。さらに、遮断されていない剪断管37の利用により、流体圧の適合が可能である。
深刻な欠陥の場合は、最初に遮断位置に到達する剪断管がまずは剪断される。その後、第2の剪断管が剪断される。剪断管のうちの一方が、欠陥であり、欠陥のある剪断管によっては流体をなくすことができない場合には、別の剪断管によって、分離が提供される。
図5および図6は、周方向で同じ延在の第1の凹部47と第2の凹部49とを備えた剪断ゲート45を有する実施形態を開示している。すべての凹部に、剪断管が配置されている。剪断管37の位置に関する第1の凹部47および第2の凹部49の位置により、第1の凹部において剪断管が遮断位置にある場合は、第2の凹部における剪断管は非遮断位置にあり、逆も同様であることがわかる。
剪断管は、スリップ方向に応じて第1の剪断縁51または第2の剪断縁53による剪断管の剪断により開かれる。剪断縁51’,53’は、より遅い時点で剪断管を剪断している。
ポンプ接続座部は、剪断ゲートの凹部内の、剪断縁の反対側に配置されている。しかしながら、ポンプ接続座部を、剪断管から軸方向の間隔を置いて配置することもでき、この場合、ポンプ接続座部41は、剪断ゲート45の軸方向の範囲の外側にある。
図7により、1つだけの凹部を備えた剪断ゲートが開示されている。このような剪断ゲートによって、トルク制限継手の分離なしに大きなスリップ角度を提供することができる。大きなスリップ領域を提供するために、この場合、トルク制限継手は、係合しておらず、剪断管は、周方向で数度のみの間隔を置いて配置されなければならない。
両方向でスリップのみが行われる場合には、剪断管は、スタート位置として、凹部47,49の中央に位置している。一方向でスリップのみが行われる場合は、剪断管は、スタート位置として、剪断縁から最大の距離を置いて位置している。
図8は、トルク制限継手7を有した動力伝達経路1を開示している。動力伝達経路1は、入力軸4を回転駆動するためのパワーユニット3を有している。入力軸4は、トルク制限継手7に接続されている。トルク制限継手7によって、トルクが、出力軸8に伝達可能である。出力軸8は、負荷5に接続されている。この実施形態では、トルク制限継手7は、センサシステム61を有している。エンコーダ67が入力側に配置されている。エンコーダ67は、インパルス発生器である。エンコーダ67は、検出器65によって読み出される。入力側の検出器65によって読み出された信号は、制御装置100に伝達される。図示した実施形態では、入力側の検出器65と制御装置100との間にデータラインがあるが、無線接続も可能である。入力側のエンコーダ67と検出器65とは、入力側のセンサ63の部分である。トルク制限継手7の出力側に別のエンコーダ77が配置されている。出力側のこのエンコーダ77には、検出器75が割り当てられている。エンコーダ77と検出器75とは、出力軸8の回転速度を測定するための、トルク制限継手7の出力側のセンサ73の部分である。出力側のセンサ73の信号は、制御装置100へと伝達される。
制御装置100は、第1のセンサ63の信号に基づき、トルク制限継手7の入力軸4の角度位置を測定する。さらに、制御装置100は、トルク制限継手7の出力軸8の角度位置を測定する。トルク制限継手7の入力軸4および出力軸8の角度位置は、時間の同じ瞬間について測定される。トルク制限継手7のスリップ量を測定するために、入力側のセンサ63と、出力側のセンサ73とによって検出された、時間の1つの瞬間において測定された角度位置の差が測定される。測定された差は、トルク制限継手7におけるスリップ量に相関する。所定の時間にわたるスリップ角度とスリップ方向とを記憶することによって、スリップ事象およびスリップ継続時間が分析可能である。小さいスリップ事象が測定される場合があり、かつ長いスリップ事象が測定される場合がある。測定されたスリップ事象、頻度、継続時間に応じて、トリガ信号を送信することができる。トルク制限継手7の解放を回避するために、測定されたスリップ事象に基づいて、特に、一方向でのスリップ角度の合計に基づいて、作動間隔を決定することができる。さらに、さらなるスリップを回避するためにパワーユニット3により提供されるトルクを減じることができ、またはさらなるスリップを回避するために負荷5に適合させることができる。特に、これは、トルク制限継手7の解放を回避するために、トルク制限継手のリセットが行われない限り可能である。
図9は、多層継手111と直列に配置されたトルク制限継手7の使用を開示している。図10には、2つのギヤ継手半部131の間のトルク制限継手7の配置が示されている。図11は、フレキシブル継手121と直列に配置されたトルク制限継手7を示している。
1 動力伝達経路
3 パワーユニット
4 入力軸
5 負荷
7 トルク制限継手
8 出力軸
11 軸
13 中空軸
15 フランジ入力側
17 フランジ出力側
21 摩擦面外側
23 二重壁スリーブ
24 摩擦面内側
27 流体チャンバ
29 軸受
31 シール
33 キャップ
35 解放機構
36 非遮断位置
37 剪断管
38 遮断位置
39 潤滑コネクタ
41 ポンプ接続座部
45 剪断ゲート
46 ねじ
47 第1の凹部
49 第2の凹部
51 第1の/時計回りの切断縁、第1の/時計回りの剪断縁
53 第2の/反時計回りの切断縁、第2の/反時計回りの剪断縁
61 センサシステム
63 センサ入力側
65 検出器入力軸
67 エンコーダ出力軸
73 センサ出力側
75 検出器出力軸
77 エンコーダ出力軸
91 半径方向
93 周方向
95 軸方向
100 制御装置
111 多層継手
121 フレキシブル継手
131 ギヤ継手半部

Claims (15)

  1. 動力伝達経路(1)のためのトルク制限継手(7)であって、軸(11)に対する摩擦係合を提供するために、二重壁スリーブ(23)内に流体チャンバ(27)を有しており、前記流体チャンバ(27)には、剪断管(37)が流体接続されていて、前記剪断管は剪断ゲート(45)に割り当てられており、前記剪断ゲートは、前記剪断ゲート(45)によって前記剪断管(37)を剪断することにより、前記流体チャンバ(27)を開放するように、前記軸に固定的に接続されているトルク制限継手(7)において、
    前記流体チャンバ(27)を閉鎖するために、かつ前記剪断ゲート(45)と相互作用するために、少なくとも1つの第1の剪断管(37)および第2の剪断管(37)が配置されており、前記剪断ゲート(45)は、少なくとも1つの切断縁(51,53)を提供しており、1つの切断縁(51,53)による前記剪断管(37)のうちの一方の遮断位置(38)では、他方の剪断管(37)は、前記剪断ゲート(45)に関して非遮断位置に位置していることを特徴とする、トルク制限継手(7)。
  2. 前記剪断ゲート(45)は、少なくとも1つの凹部(47,49)を有しており、前記凹部は、第1の時計回り方向でのスリップの場合にトルク制限継手を解放するための第1の切断縁(51)と、第2の反時計回り方向でのスリップの場合にトルク制限継手を解放するための左の切断縁(53)とを提供しており、切断縁(51,53)の各々は、少なくとも1つの剪断管(37)に割り当てられている、請求項1記載のトルク制限継手(7)。
  3. 前記剪断ゲート(45)は、第1の凹部(47)および第2の凹部(49)を有しており、前記第1の凹部(47)は、前記凹部(47)内に前記第1の剪断管(37)を配置するために設けられていて、前記第2の凹部(49)は、前記第2の凹部(49)内に前記第2の剪断管(37)を配置するために設けられている、請求項1または2記載のトルク制限継手。
  4. 前記剪断ゲート(45)の前記第1の凹部(47)と前記第2の凹部(49)とは、前記凹部(47,49)内に配置された前記剪断管(37)に対して非対称に配置されている、請求項3記載のトルク制限継手。
  5. 前記剪断ゲート(45)の前記凹部(47,49)は、周方向で同じ延在を有している、請求項1から4までのいずれか1項記載のトルク制限継手。
  6. 前記剪断ゲート(45)の前記第2の凹部(49)は、前記第1の凹部(47)と比較して周方向でより大きな延在を有している、請求項1から4までのいずれか1項記載のトルク制限継手。
  7. 前記剪断ゲートの前記1つの凹部(47)内に、前記第1の剪断管および前記第2の剪断管(37)が配置されており、前記第1の剪断管と前記第2の剪断管(37)とは周方向で間隔を置いて配置されている、請求項1から4までのいずれか1項記載のトルク制限継手。
  8. 前記剪断ゲート(45)の前記1つの凹部(47,49)の前記第1の剪断縁(51)および前記第2の剪断縁(53)は、周方向で少なくとも10度の、好ましくは少なくとも45度の間隔を置いて配置されている、請求項1から7までのいずれか1項記載のトルク制限継手。
  9. 前記第1の剪断管と前記第2の剪断管(37)とは、少なくとも1つのポンプ接続座部(41)に接続されており、前記ポンプ接続座部(41)は、前記剪断ゲート(45)の軸方向外側に位置するように、前記二重壁スリーブ(23)内に軸方向で間隔を置いて配置されている、請求項1から8までのいずれか1項記載のトルク制限継手。
  10. 前記ポンプ接続座部(41)は、前記凹部(47,49)の前記剪断縁(51,53)に対して、前記剪断管の反対側に配置されている、請求項1から8までのいずれか1項記載のトルク制限継手。
  11. 前記継手は、角度の範囲のスリップ事象に関する情報を提供するための、好ましくは各周方向のスリップ角度の合計を提供するためのセンサシステム(61)を有している、請求項1から10までのいずれか1項記載のトルク制限継手。
  12. パワーユニット(3)、負荷(5)、および請求項1から11までのいずれか1項記載のトルク制限継手(7)を有している動力伝達経路。
  13. 前記動力伝達経路(1)に制御装置(100)が割り当てられており、前記負荷(5)と前記パワーユニット(3)とは、前記トルク制限継手(7)の測定されたスリップ量に応じて制御可能である、請求項12記載の動力伝達経路。
  14. 請求項1から11までのいずれか1項記載のトルク制限継手(7)の作動方法であって、圧力の調整または流体の交換のために、好ましくはポンプ接続座部(41)から流体チャンバ(27)への流体接続を提供するために、遮断されていない剪断管(37)が開放される、方法。
  15. 請求項13記載の動力伝達経路内においてトルク制限継手(7)を使用するための方法において、制御装置(100)が、スリップ角度位置を計算し、予め定められた最大スリップ角度に達すると必要なリセットの信号をトリガすることを特徴とする、方法。
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