JP5703131B2 - 回転クラッチ及び該回転クラッチを備える駆動構造 - Google Patents

回転クラッチ及び該回転クラッチを備える駆動構造 Download PDF

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Description

本発明は、タブ要素を備える回転クラッチと、そのような回転クラッチを装備された駆動構造とに関する。
タブ要素を備える回転クラッチは、たとえば特許文献1、特許文献2、特許文献3から知られている。
欧州特許出願公開第0167654号明細書 独国特許第19515101号明細書 独国特許第1040854号明細書
本発明の課題は、タブ要素を備える回転クラッチであって、すべてのタブ要素が故障した場合でも、回転クラッチの信頼できる回転保護がある回転クラッチを提供することである。本発明の課題はさらに、そのような回転クラッチを装備された、大型内燃機関のための駆動構造を提供することである。
上記の課題は、請求項1に記載の回転クラッチ、もしくは請求項10に記載の駆動構造によって解決される。本発明のさらなる形態は、従属請求項において定義されている。
本発明の第1の態様に従えば、回転クラッチは第1支持体と第2支持体とを備えている。当該第1支持体は、回転式に駆動する要素と接続されるべき第1ベース部と、当該第1ベース部から延伸して、互いに円周方向に間隔を取って回転クラッチの円周方向に設けられている複数の第1クラッチアームと、を備え、当該第1クラッチアームはそれぞれ1つの第1連結部を備え、当該第1連結部は共同して、回転クラッチの回転軸に対して同心状かつ垂直に延在する第1平面を画定する。第2支持体は、回転式に駆動されるべき要素と接続されるべき第2ベース部と、当該第2ベース部から延伸して、互いに円周方向に間隔を取って円周方向に設けられている複数の第2クラッチアームと、を備え、当該第2クラッチアームはそれぞれ1つの第2連結部を備え、当該第2連結部は共同して、回転軸に対して同心状かつ垂直に延在する第2平面を画定する。その際、第1支持体と第2支持体とは、第1平面と第2平面とが一致し、第1クラッチアームと第2クラッチアームとが互いに向かい合って交互に、互いに噛合して、互いに円周方向に間隔を取って設けられているように、かつ第1ベース部と第2ベース部とが回転軸に沿って逆に配列されているように、設けられており、第1連結部と第2連結部とのそれぞれが、弾性のあるそれぞれのタブ要素を介して、それぞれ両側で隣り合う連結部と連結されている。
好ましくはタブ要素は、回転軸に関して、軸方向両側に対称的に、連結部に備えられている。すなわち各連結部は、平行な2つのタブ要素を介して、それぞれ円周方向に隣り合う連結部と接続されている。
本発明に従って第1クラッチアームと第2クラッチアームとを歯車のように噛合させることによって、すべてのタブ要素が故障した場合でも、回転クラッチのための信頼できる回転保護が保証される。個々のタブ要素が故障しても、回転クラッチの全体的な機能には単にわずかな影響があるだけである。
本発明に係る回転クラッチをモジュール式に構成することによって、回転クラッチは、単純かつ安価になり、伝達可能なトルクに関して、同一のタブ要素の数のヴァリエーションによって容易に適合され得る。
それによって回転クラッチのための、本発明に係る解決法では、同一の消耗部品が、広範囲の異なる性能タイプ/構成の大きさについて応用可能である。
本発明に係る、回転クラッチの形態によって、回転式に駆動する要素にも、回転式に駆動されるべき要素(たとえばシャフトの両端部)にも、軸方向、側面方向かつ角度に関する偏向に際してわずかな復元力が生じる。さらに、本発明に係る回転クラッチは、広い範囲において「調節可能な」もしくは適合可能な力・変位挙動と減衰挙動とを備える。
本発明に係る、回転クラッチの開放的な形態によって、当該回転クラッチは、その機能の信頼性に関して容易に検証可能であり(たとえば目視でのもしくは視覚的な検査によって)、消耗した個々の部材(たとえばプルタブ)あるいは回転クラッチ全体も、クラッチを取り外すことなくかつ標準的な工具を使用して、迅速かつ容易に交換可能である。回転クラッチの取り付けもしくは取り外しのために、付加的な装置あるいはリフティング装置は必要ない。
本発明に係る回転クラッチの実施形態に従えば、第1クラッチアームはそれぞれ1つのU字形の横断面を備え、各第1クラッチアームの脚部は第1ベース部と接続されており、かつ、ブリッジを介して1つの脚部と接続されている、各第1クラッチアームの別の脚部は、当該第1クラッチアームの第1連結部を形成する。
本発明のこの形態により、第1クラッチアームの湾曲弾性挙動によって、付加的な負荷の分散を得ることができる。さらに、そのように構成された第1クラッチアームは、広い表面積と小さな体積とによって、熱損失の発生はわずかとなり、そのことが、本質的に改善された排熱という結果となり、このような改善された排熱によって、弾性のあるタブ要素の熱負荷は非常にわずかなものとなり、かつそれにより耐久年数が長くなり、クラッチの使用性が高くなる。
本発明に係る回転クラッチのさらなる実施形態に従えば、第2クラッチアームはそれぞれ1つの、軽度に伸ばされたZ字形の横断面を備え、各第2クラッチアームの脚部は第2ベース部と接続されており、かつ、ブリッジを介して1つの脚部と接続されている、各第2クラッチアームの別の脚部は、当該第2クラッチアームの第2連結部を形成する。
本発明のこの形態により、第2クラッチアームの湾曲弾性挙動によって、付加的な負荷の分散を得ることができる。さらに、そのように構成された第2クラッチアームは、広い表面積と小さな体積とによって、熱損失の発生はわずかとなり、そのことが、本質的に改善された排熱という結果となり、このような改善された排熱によって、弾性のあるタブ要素の熱負荷は非常にわずかなものとなり、かつそれにより耐久年数が長くなり、クラッチの使用性が高くなる。
さらに、本発明に係る回転クラッチのさらなる実施形態に従えば、第1ベース部はリングとして形成されており、第1クラッチアームは、回転軸に関して軸方向に第1平面の外側に設けられた第1ベース部の内周から、回転軸に向かう方向に向かって半径方向内側へ延伸する。
第1ベース部のリング状の形態によって、回転クラッチの総重量は大幅に減少する。第1クラッチアームが半径方向内側に延伸することによって、本発明に係る回転クラッチの半径方向の寸法は、大幅に減少する。
さらに、本発明に係る回転クラッチの実施形態に従えば、第2ベース部はリングとして形成されており、第2クラッチアームは、回転軸に関して軸方向に第2平面の外側に設けられた第2ベース部の外周から、回転軸から離れる方向に向かって半径方向外側へ延伸する。
第2ベース部のリング状の形態によっても、回転クラッチの総重量は大幅に減少する。第2クラッチアームが半径方向外側に延伸することによって、当該第2クラッチアームは省スペースかつ最適に、第1クラッチアームと協働することができる。
本発明に係る解決法は、たとえば回転式に駆動する要素と回転式に駆動される要素の接続フランジ間に側面挿入することによって、容易な取り付けを提供する。さらに、本発明に係る回転クラッチは、予め完全に組み立てられた組立てユニット(中心システム)として調達可能であり、かつ組立て可能である。
本発明に係る回転クラッチのさらなる実施形態に従えば、第1ベース部と第2ベース部とはそれぞれ、リング板として形成されている。これは付加的に、動かされる質量と材料費とを節約する。
さらに、本発明に係る回転クラッチのさらなる実施形態に従えば、第1クラッチアームは第1ベース部に一体的に成形され、第2クラッチアームは第2ベース部に一体的に成形されている。
好ましくは、第1支持体と第2支持体とは、熱間成形あるいは冷間成形された平らな材料もしくは板から製造され、クラッチアームは、当該クラッチアームが配列された状態で、同一の軸方向かつ半径方向の位置で、すなわち第1平面と第2平面とが合致して作動するよう、構成されている。
さらに、本発明に係る回転クラッチの実施形態に従えば、タブ要素はそれぞれ、非常に堅い繊維充填材が混ぜられたエラストマーで形成されている。それにより、横方向に極めて弾性のあるタブ要素が提供され、繊維充填材を通って力の伝達が行われ、かつエラストマーが本質的に緩衝材および支持システムとして用いられる。
さらに、本発明に係る回転クラッチのさらなる実施形態に従えば、各タブ要素の反対側の端部で、それぞれ1つのパイプスリーブがエラストマーにはめ込まれており、第1連結部と第2連結部のそれぞれが2つの連結穴を備え、各連結穴には、配設されたタブ要素の1つの端部にあるパイプスリーブを貫通して延伸する接続ボルトが挿入されており、その結果タブ要素は当該連結部と連結されており、当該タブ要素の別の端部は、タブ要素のパイプスリーブを通りかつ円周方向に隣り合う連結部の連結穴を通って延伸する接続ボルトによって、隣り合う連結部と連結されている。
本発明の第2の態様に従えば、駆動構造は、回転式に駆動する要素が備えられているクランクシャフトを有する大型内燃機関と、回転式に駆動されるべき要素が備わっている消費ユニットと、考えられ得るそれぞれの組み合わせで、本発明の既述の実施形態の1つあるいは複数あるいはすべてに従った回転クラッチと、を備え、第1支持要素の第1ベース部は、大型内燃機関の回転式に駆動する要素と駆動接続されており、第2支持要素の第2ベース部は、消費ユニットの回転式に駆動されるべき要素と駆動接続されている。
本発明に係る駆動構造の実施形態に従えば、回転式に駆動する要素は、振動板として形成されている。
本発明に係る駆動構造のさらなる実施形態に従えば、回転式に駆動されるべき要素は、たとえば電気ジェネレータあるいは圧縮機あるいはまた脈動機の、クラッチフランジとして形成されている。
さらに、本発明に係る駆動構造のさらなる実施形態に従えば、大型内燃機関は、発電所あるいは圧縮設備あるいは船舶駆動のための、大型ディーゼル機関および/あるいは大型ガス機関として形成されている。
産業用の大型内燃機関の類似の別形態は、本発明の範囲に含まれるものとみなされ得る。
以下に本発明が、好ましい実施形態に基づいて、かつ添付の図に関連して、より詳細に記述される。
本発明の実施形態に従った回転クラッチを軸方向で見た上面図である。 図1に記載の回転クラッチを装備された、本発明の実施形態に従った駆動構造の概略側面図である。 図2中のX領域の拡大図である。 図1及び図2の回転クラッチの第1支持体を軸方向で見た上面図である。 図4の第1支持体の側面図である。 図5中のV領域とW領域の拡大図である。 図1及び図2の回転クラッチの第2支持体を軸方向で見た上面図である。 図7の第2支持体の側面図である。 図8中のZ領域の拡大図である。
図2が示すように、本発明の実施形態に従った駆動構造は、大型ディーゼル機関の形状をした大型内燃機関2と、電気ジェネレータの形状をした消費ユニット3と、大型内燃機関2と消費ユニット3とを回転駆動連結している回転クラッチ1とを備える。
大型内燃機関2は、エンジンブロック2aと、クランクシャフト2bと、大型内燃機関2の回転式に駆動する要素2cとしての振動板とを備える。
大型内燃機関2の回転式に駆動する要素2cは、ネジ接続部4を介して、回転クラッチ1の第1支持体10と回転駆動連結されている。
消費ユニット3は、内部に当該消費ユニット3の固定子と回転子(図示されず)とが設けられているジェネレータ本体3aと、回転子と接続されている駆動シャフト3bと、を備え、当該駆動シャフト3bは、シャフトの歯を介して、内歯のクラッチフランジ体の形状をした、回転式に駆動されるべき要素5と回転駆動連結されている。回転式に駆動されるべき要素5は、ネジ接続部6を介して、回転クラッチ1の第2支持体20と回転駆動連結されている。
図1、図3、図4、図5、図7、図8に付加的に関連して、回転クラッチ1の第1支持体10は、ネジ接続部4を介して、大型内燃機関2の回転式に駆動する要素2cと接続されている第1ベース部11と、当該第1ベース部11から延伸して、互いに円周方向に間隔を取って回転クラッチ1の円周方向URに設けられている複数の第1クラッチアーム12と、を備える。
第1クラッチアーム12は、それぞれ1つの第1連結部12aを備え、当該第1連結部12aは共同して、回転クラッチ1の回転軸RAに対して同心状かつ垂直に延在する第1平面E1を画定する。
第1ベース部11は、円周方向に等しく分散された複数の孔11aを備え、当該孔11aを介して、第1ベース部11は、貫通させられるネジ(別個に記載されず)によってネジ接続部4を作るために、大型内燃機関2の、ネジ孔(記載されず)を備える回転式に駆動する要素2cと接続されている。
第1ベース部11はリング板として形成されており、第1クラッチアーム12は、回転軸RAに関して軸方向に第1平面E1の外側に設けられた第1ベース部11の内周11bから、回転軸RAに向かう方向に向かって半径方向内側へ延伸する。
第1クラッチアーム12はそれぞれ1つのU字形の横断面を備え、そのブリッジ12b(図3参照)は、たとえば半径R=50mmであってよく、各第1クラッチアーム12の脚部12cは一体的に第1ベース部11と接続もしくは第1ベース部11に成形されており、各第1クラッチアーム12の別の脚部は、当該第1クラッチアーム12の第1連結部12aを形成する。
第2支持体20は、ネジ接続部6を介して、回転式に駆動されるべき要素5と接続されている第2ベース部21と、当該第2ベース部21から延伸して、互いに円周方向に間隔を取って円周方向URに設けられている複数の第2クラッチアーム22と、を備える。
第2クラッチアーム22はそれぞれ1つの第2連結部22aを備え、当該第2連結部22aは共同して、回転軸RAに対して同心状かつ垂直に延在する第2平面E2を画定する。
第2ベース部21は、円周方向に等しく分散された複数のネジ孔21aを備え、当該ネジ孔21aを介して、第2ベース部21は、貫通させられるもしくは螺入されるネジ(別個に記載されず)によってネジ接続部6を作るために、消費ユニット3の、孔(記載されず)を備える回転式に駆動されるべき要素5と接続されている。
第2ベース部21はリング板として形成されており、第2クラッチアーム22は、回転軸RAに関して軸方向に第2平面E2の外側に設けられた第2ベース部21の外周21bから、回転軸RAから離れる方向に向かって半径方向外側へ延伸する。
第2クラッチアーム22はそれぞれ1つの、軽度に伸ばされたZ字形の横断面(図8の上部に最もよく表されている)を備え、各第2クラッチアーム22の脚部22cは一体的に第2ベース部21と接続もしくは第2ベース部21に成形されており、ブリッジ22bを介して隣り合った、各第2クラッチアーム22の別の脚部は、当該第2クラッチアーム22の第2連結部22aを形成する。
好ましくは、第1支持体10と第2支持体20とは、熱間成形あるいは冷間成形された平らな材料もしくは板から製造され、当該平らな材料もしくは板から、それぞれ第1クラッチアーム12もしくは第2クラッチアーム22が、たとえば湾曲プレスによって、成形されている。
図2から明らかなように、第1支持体10と第2支持体20とは、第1平面E1と第2平面E2とが一致し、もしくは合致し(すなわち、回転クラッチ1の軸方向ARで、同じ位置に設けられている)、第1クラッチアーム12と第2クラッチアーム22とが互いに向かい合って交互に、指状にもしくは歯車のように互いに噛合して、かつ互いに円周方向に間隔を取って設けられているように、設けられている。
さらに第1支持体10と第2支持体20とは、第1ベース部11と第2ベース部21とが回転軸RAに沿って逆に配列されているように設けられている。
さらに図1から図3までから明らかなように、第1連結部12aと第2連結部22aのそれぞれが、弾性のあるそれぞれのタブ要素30を介して、それぞれ両側で隣り合う連結部22aもしくは12aと連結されている。
言い換えれば、特に図2及び図3から明らかなように、タブ要素30は、回転軸RAに関して、軸方向両側に対称的に、第1連結部12aと第2連結部22aとに備えられている。すなわち各連結部12aと22aは、互いに平行な2つのタブ要素30,30を介して、それぞれ円周方向に隣り合う連結部22aもしくは12aと接続されている。
タブ要素30はそれぞれ、非常に堅い繊維充填材が混ぜられたエラストマーで形成されている。各タブ要素30の反対側の端部で、それぞれ1つのパイプスリーブ31が、それぞれのタブ要素30のエラストマーにはめ込まれている。
第1連結部12aのそれぞれが、円周方向URで互いに円周方向に間隔をあけられた、貫通孔の形状をした2つの連結穴12dを備えている。同様に、第2連結部22aのそれぞれが、円周方向URで互いに円周方向に間隔をあけられた2つの連結穴22dを備えている。
各連結穴12d及び22dには、配設されたタブ要素30の1つの端部にあるパイプスリーブ31を貫通して延伸する、雌ネジ(別個に記載されず)が備わっているネジボルトの形状をした接続ボルト32が挿入されており、その結果タブ要素30は当該連結部12aもしくは22aと連結されており、当該タブ要素30の別の端部は、タブ要素30のパイプスリーブ31を通りかつ円周方向に隣り合う連結部22aもしくは12aの連結穴22dもしくは12dを通って延伸する接続ボルト32によって、隣り合う連結部22aもしくは12aと連結されている。
引き続いて図6及び図9に関連して明らかなのは、第1クラッチアーム12も第2クラッチアーム22も、たとえばR=20mm、R=30mmもしくはR=50mmのような、いわゆる出口半径が備わっていることであり、その結果、尖った縁部とひいては潜在的な破損箇所が回避されている。
1 回転クラッチ、2 大型内燃機関、2a エンジンブロック、2b クランクシャフト、2c 回転式に駆動する要素、3 消費ユニット、3a ジェネレータ本体、3b 駆動シャフト、4 ネジ接続部、5 回転式に駆動されるべき要素、6 ネジ接続部、10 第1支持体、11 第1ベース部、11a 孔、11b 内周、12 第1クラッチアーム、12a 第1連結部、12b ブリッジ、12c 脚部、12d 連結穴、20 第2ベース部、21a ネジ孔、21b 外周、22 第2クラッチアーム、22a 第2連結部、22b ブリッジ、22c 脚部、22d 連結穴、30 タブ要素、31 パイプスリーブ、32 接続ボルト、UR 円周方向、AR 軸方向、RA 回転軸、E1 第1平面、E2 第2平面、R 半径

Claims (10)

  1. 第1支持体(10)と第2支持体(20)とを備える回転クラッチ(1)であって、
    前記第1支持体(10)は、回転式に駆動する要素(2c)と接続されるべき第1ベース部(11)と、該第1ベース部(11)から延伸して、互いに円周方向に間隔を取って前記回転クラッチ(1)の円周方向(UR)に設けられている複数の第1クラッチアーム(12)と、を備え、該第1クラッチアーム(12)はそれぞれ1つの第1連結部(12a)を備え、該第1連結部(12a)は共同して、前記回転クラッチ(1)の回転軸(RA)に対して同心状かつ垂直に延在する第1平面(E1)を画定し、
    前記第2支持体(20)は、回転式に駆動されるべき要素(5)と接続されるべき第2ベース部(21)と、該第2ベース部(21)から延伸して、互いに円周方向に間隔を取って円周方向(UR)に設けられている複数の第2クラッチアーム(22)と、を備え、該第2クラッチアーム(22)はそれぞれ1つの第2連結部(22a)を備え、該第2連結部(22a)は共同して、前記回転軸(RA)に対して同心状かつ垂直に延在する第2平面(E2)を画定し、
    第1支持体と第2支持体(10,20)とは、前記第1平面と前記第2平面(E1,E2)とが一致し、前記第1クラッチアームと前記第2クラッチアーム(12,22)とが互いに向かい合って交互に、互いに噛合して、互いに円周方向に間隔を取って設けられているように、かつ第1ベース部と第2ベース部(11,21)とが前記回転軸(RA)に沿って逆に配列されているように、設けられており、
    前記第1連結部及び前記第2連結部(12a、22a)のそれぞれが、弾性のあるそれぞれのタブ要素(30)を介して、それぞれ両側で隣り合う前記連結部(22a、12a)と連結されていることを特徴とする回転クラッチ。
  2. 前記第1クラッチアーム(12)はそれぞれ1つのU字形の横断面を備え、各第1クラッチアーム(12)の脚部(12c)は前記第1ベース部(11)と接続されており、かつ各第1クラッチアーム(12)の別の脚部は、前記第1クラッチアーム(12)の第1連結部(12a)を形成することを特徴とする請求項1に記載の回転クラッチ。
  3. 前記第2クラッチアーム(22)はそれぞれ1つのZ字形の横断面を備え、各第2クラッチアーム(22)の脚部(22c)は前記第2ベース部(21)と接続されており、かつ各第2クラッチアーム(22)の別の脚部は、前記第2クラッチアーム(22)の第2連結部(22a)を形成することを特徴とする請求項1または2に記載の回転クラッチ。
  4. 前記第1ベース部(11)はリングとして形成されており、かつ前記第1クラッチアーム(12)は、前記回転軸(RA)に関して軸方向に前記第1平面(E1)の外側に設けられた前記第1ベース部(11)の内周(11b)から、前記回転軸(RA)に向かう方向に向かって半径方向内側へ延伸することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の回転クラッチ。
  5. 前記第2ベース部(21)はリングとして形成されており、かつ前記第2クラッチアーム(22)は、前記回転軸(RA)に関して軸方向に前記第2平面(E2)の外側に設けられた前記第2ベース部(21)の外周(21b)から、前記回転軸(RA)から離れる方向に向かって半径方向外側へ延伸することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の回転クラッチ。
  6. 前記第1ベース部と前記第2ベース部(11,21)とはそれぞれ、リング板として形成されていることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の回転クラッチ。
  7. 前記第1クラッチアーム(12)は前記第1ベース部(11)に一体的に成形され、かつ前記第2クラッチアーム(22)は前記第2ベース部(21)に一体的に成形されていることを特徴とする請求項6に記載の回転クラッチ。
  8. 前記タブ要素(30)はそれぞれ、繊維充填材が混ぜられたエラストマーで形成されていることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の回転クラッチ。
  9. 各タブ要素(30)の反対側の端部で、それぞれ1つのパイプスリーブ(31)がエラストマーにはめ込まれており、前記第1連結部及び前記第2連結部(12a、22a)のそれぞれが2つの連結穴(12d、12d、22d、22d)を備え、各連結穴(12d、22d)には、配設されたタブ要素(30)の1つの端部にある前記パイプスリーブ(31)を貫通して延伸する接続ボルト(32)が挿入されており、その結果前記タブ要素(30)は前記連結部(12a、22a)と連結されており、当該タブ要素(30)の別の端部は、前記タブ要素(30)のパイプスリーブ(31)を通りかつ円周方向に隣り合う連結部(22a、12a)の前記連結穴(22d、12d)を通って延伸する接続ボルト(32)によって、隣り合う前記連結部(22a、12a)と連結されていることを特徴とする請求項8に記載の回転クラッチ。
  10. 回転式に駆動する要素(2c)が備えられているクランクシャフト(2b)を有する大型内燃機関(2)と、
    回転式に駆動されるべき要素(5)が備わっている消費ユニット(3)と、
    請求項1から9のいずれか一項に記載の回転クラッチ(1)と、を備える駆動構造であって、
    前記第1支持要素(10)の前記第1ベース部(11)は、前記大型内燃機関(2)の前記回転式に駆動する要素(2c)と駆動接続されており、かつ前記第2支持要素(20)の前記第2ベース部(21)は、前記消費ユニット(3)の前記回転式に駆動されるべき要素(5)と駆動接続されていることを特徴とする駆動構造。
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