具有離合器的動力工具的製作方法
2023-06-14 06:37:21 4
專利名稱：具有離合器的動力工具的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種離合器，具體涉及一種用於動力工具的離合器，該離合器包括第一離合器元件和第二離合器元件，它們設置成相對於彼此轉動，並且可在它們之間傳輸轉矩，此外該離合器還包括用於致動這兩個離合器元件中的至少一個的致動元件。
本發明還涉及一種具有所述類型離合器的動力工具。
背景技術：
US-5 159 522描述了一種離合器，其包括具有第一盤狀離合器元件的驅動軸，驅動軸的轉矩可通過摩擦襯片從該第一盤狀離合器元件傳輸至關聯的離合器盤，後者與驅動軸相連。該離合器設計為電磁離合器，其中當通過電晶體電路適當地驅動線圈時，由該線圈產生接觸壓力。
這種離合器可用於許多的操作功能。然而，這種離合器的缺點在於，用於實現足夠的轉矩傳輸所需的輸入功率相當大。
在現有技術中還已知許多其它的包括各種致動元件的離合器類型。例如在汽車工業中，液壓操作離合器已經為人所知許多年了。其它已知的離合器包括例如電動操作離合器，並且當然包括由控制杆等致動的機械操作離合器。
發明內容
鑑於此，本發明的目的在於公開一種離合器，其中可通過易於操作的致動元件使兩個共同作用的離合器元件彼此互相作用。這種離合器的功率要求應儘可能低。另外，該離合器應迅速地響應以允許實現甚至特殊的操作功能，例如在達到預定轉矩時關掉動力工具的功能。
本發明的另一目的在於提供一種動力工具，其包括設計迅速可靠的電動離合器。
根據本發明，通過將上述類型離合器中的致動元件設計成納米管致動器(nanotube actuator)而實現該目的。
這樣就完全實現了本發明的目的。這是因為使用納米管致動器作為致動元件，允許離合器以很低的功率輸入迅速致動。很低的電壓已經足以使該離合器操作。該離合器可以以高精度操作，並且即使在多次致動循環之後的連續操作中也能提供很高的可靠性。該離合器還適於傳輸在動力工具中尤其會遇到的10Nm或以上量級的高轉矩。
從EP 1 277 905 A2已知一種用於使兩個部件互鎖的裝置，這兩個部件可以相對於彼此移動。該裝置包括由納米管致動器構成的致動元件。然而，對於該文獻本發明並不是顯而易見的，因為在鎖定裝置的情況下所經受的轉矩明顯低於在動力工具中所經受的轉矩。而且，已知的裝置需要用於生成所需轉矩的傳動裝置。因此，本領域的技術人員不會考慮將該文獻的教導用於設計具體適用於動力工具的離合器。
根據本發明的離合器通常可具有任何期望的結構。例如，它可以構造成盤形離合器、錐形摩擦離合器、牙嵌式離合器、齒輪離合器、爪形離合器或可轉換的超越彈簧離合器(overrunning-spring clutch)。該離合器還可設計成用於力鎖定動力傳輸和/或形狀鎖定(form-locking)動力傳輸。
根據本發明的另一優選改進，所述致動元件包括碳納米管致動器。
根據本發明的另一有利改進，所述納米管致動器包括至少一層，納米管以優選的定向設置在其中。
在這種情況下，所述納米管致動器可以包括至少一層單壁或多壁的碳納米管、或者由其它無機成分(例如BN、MoS2或V2O5)構成的納米管。
使用所述碳納米管可產生大大高於先前已知的聚合物和壓電致動器的力。該碳納米管還能以大約1伏的非常低的電源電壓進行操作，而聚合物致動器需要70至300伏的電源電壓，壓電致動器甚至需要高達1000伏的電源電壓。此外，在碳納米管中不會出現過衝狀態。
由於具有優選方向的納米管的定向結構，因此可實現改進的致動特性。
所述納米管致動器可包括通過CVD(化學氣相沉積)工藝構成的、包括納米管或納米管纖維的至少一層。
根據本發明的另一優選實施例，所述納米管致動器包括至少一層在互相平行的板之間外延生長的納米管。
這使得能夠實現特別高容量和高效率的致動器。
然而，基本上同樣可以使用堆疊層結構的致動器。
優選地，所述納米管致動器與其電解液一起被密封地容納在殼體中，並且電解液體積的任何膨脹都通過膜片轉換成至少一個活塞的軸向運動。
由於任何施加的電壓都會導致納米管致動器的軸向和徑向膨脹，因此可以通過液壓傳動將體積的膨脹轉換成軸向運動，從而可將例如1％的沿全部三個方向的膨脹轉化成大約3％的軸向運動。
所述納米管致動器還可以包括例如多個環狀盤元件，它們彼此堆疊並且串聯連接，這可以降低所需的電源電壓。所堆疊盤的數量(堆疊高度)取決於使離合器分離所需的位移以及納米管致動器與膜片作用於其上的活塞表面積之間的液壓傳動比。
根據本發明的另一有利改進，所述致動器設置成用於使所述兩個離合器元件分離，並且用於抵抗偏壓力的作用，當所述致動器處於其不工作狀態時，通過該偏壓力可實現所述離合器元件的主動(active)接合。
這提供的優點在於，在離合器的接合狀態下，該動力傳輸不受納米管致動器的影響，而受到例如由適當大小的彈簧所提供的偏壓力的影響。
根據本發明的動力工具包括驅動軸和輸出軸，且在它們之間設有根據本發明的所述類型的離合器以用於動力傳輸。在這種情況下，將致動器設計成用於使離合器元件相對於彼此進行軸向運動，並用於抵抗作用在離合器元件之間的回覆力。
優選地，所述離合器元件通過回復力被推入接合位置，所述致動器設計成使得所述兩個離合器元件之間的相對運動進入分離位置，在該位置這兩個離合器元件之間的動力傳輸中斷。
這提供的優點在於，僅需要致動納米管致動器以中斷這兩個離合器元件之間的相互作用。
根據本發明的另一有利改進，可通過滑動接觸連接向所述致動器施加電壓。
所述離合器可以構成為例如盤形離合器，其具有至少一個包括用於動力傳輸的摩擦襯片的離合器元件。
根據本發明的動力工具的另一有利改進，所述輸出軸的一端可轉動地座靠在所述驅動軸上，並包括第一離合器元件和關聯的第二離合器元件，該第二離合器元件與驅動軸連接以與其一起轉動，並且可通過納米管致動器軸向移動，用於使所述兩個離合器元件分離以將它們移動至斷開位置。
這就保證了簡單、緊湊且可靠的結構。
基本上，當然同樣可以進行相反的作用，在這種情況下通過施加電壓而使納米管致動器致動，會使得離合器接合。
可以理解的是，本發明的上述特徵和將在下文說明的特徵，不僅可以以示出的各種組合進行使用，還可以以其它組合進行使用或單獨使用。
本發明的其它特徵和優點將在以下參照附圖對本發明優選實施例的描述中更加明顯。
圖1表示根據本發明的電動工具的簡圖，該電動工具具有根據本發明的離合器。
具體實施例方式
附圖表示根據本發明的動力工具的簡圖，該動力工具大體上由附圖標記10表示。所示的工具例如可以是螺旋操作件(screw runner)，其設有大體上由附圖標記23表示的轉矩控制電動離合器。該螺旋操作件例如可用於以精確的轉矩擰緊螺紋連接。為此，可設置轉矩感測器(未示出)，用於在達到預定轉矩時致動離合器23，從而中斷轉矩的傳輸。
根據本發明的電動工具10包括驅動軸12，其通過由附圖標記20示意性表示的電機驅動，必要時通過傳動裝置驅動。驅動軸12的旋轉運動可通過離合器23傳輸至輸出軸14，在該輸出軸14上可安裝一工具，為此在圖中示意性地顯示出工具夾持器16。
輸出軸14的工具端部座靠在軸承18中，同時其面向驅動軸12的端部與凸緣22連接，用於與凸緣22一起轉動。離合器23的筒形第一離合器元件24通過螺紋連接與凸緣22連接。與驅動軸12相連以與其一起轉動的第二離合器元件30，座靠在驅動軸12的面向輸出軸14的部分上，用於軸向移動。同樣，第二離合器元件30具有凸緣的形狀，並被引導以在驅動軸12的表面上軸向移動。
為了實現用於與驅動軸12一起轉動的連接，設有容納在驅動軸12上的滑鍵36，該滑鍵可滑動地接合在第二離合器元件30內的容納槽38中。第二離合器元件30包括盤狀摩擦襯片32，該摩擦襯片與第一離合器元件的關聯摩擦襯片26共同作用，以允許兩個離合器元件24、30之間的力鎖定動力傳輸。
第一離合器元件24的中心孔抵靠在第二離合器元件30的柱形部分的外表面上，從而被可轉動地引導。襯套28安裝在驅動軸12的遠離輸出軸14並與之相對的端部上。在襯套28與第二離合器元件30面向其的端面之間設有彈簧元件34，通過該彈簧元件將第二離合器元件30朝向第一離合器元件24的摩擦表面26偏壓。如圖中所示，彈簧元件34例如可採取螺旋彈簧的形式，或者盤簧的形式等。彈簧元件34用於推動第二離合器元件30的摩擦表面32以抵靠第一離合器元件24的共同作用摩擦表面26，從而由彈簧元件34的強度預先確定傳輸轉矩所需的接觸壓力。
離合器23包括大體上由附圖標記25表示的致動元件，在根據本發明的實施例中，該致動元件包括納米管致動器56。納米管致動器56與電解液一起可密封地容納在殼體54中，該殼體同軸地封裝驅動軸12的遠離輸出軸14朝向的部分。
在施加電壓時，納米管致動器56沿全部三個方向膨脹，從而使電解液移動，該電解液由在其面向離合器側的密封件(膜片52)密封。膜片52與三個活塞44接觸，該活塞44的軸向移動傳遞至軸承座42。容納在該軸承座中的軸承40將所述運動轉換成第二離合器元件30沿與彈簧元件34的作用相反的方向的軸向移動。因此，納米管致動器56的膨脹使得第二離合器元件30沿分離方向軸向移動，從而摩擦元件32與關聯的摩擦表面26之間的相互作用中斷，從而離合器23分離。
通過電解液的液壓傳動具有這樣的效果，即，將納米管致動器56的體積沿全部三個空間方向的膨脹轉換成軸向運動。
用於納米管致動器56的殼體54在驅動軸12的遠離輸出軸14朝向的一側支撐在軸承62上，並包括用於容納納米管致動器56的環狀空間。納米管致動器56包括碳納米管，其通過CVD工藝在兩個端板58、60之間以定向布置外延生長，或者如上所述，包括呈環狀盤形式的堆疊的碳納米管。電解液可形成為滷化物、硝酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽、磷酸二氫鹽、磷酸氫鹽、滷化鹽、過滷化鹽、氫氧化物、醋酸鹽、草酸鹽(olaxate)的鹼金屬、鹼土金屬、鋁和金屬鹽的溶液，或它們的酸或混合物的溶液。
例如，可以使用Na2SO4或Na2HPO4或Na2PO4或KCl的水溶液，且濃度例如可以在0.1mol和1mol之間變化。例如使用1mol的KCl和1mol的Na2SO4可獲得最高的力。
在遠離軸承62朝向的一側上，納米管致動器56由密封件52朝向外部密封，該密封件52用作三個關聯活塞44上的膜片。殼體54擰在容納有活塞44的蓋50上，且密封件52放置在這兩個元件之間。例如可設有三個活塞40，它們以120°的均勻角度間隔設置，且與驅動軸12的縱向軸線軸向平行，並從該軸線向外徑向分開。在圖的上半部可看見活塞44，而在圖的下部示意性地顯示了另一活塞46。活塞44、46容納在蓋50的軸向孔中以縱向移動，並分別支撐在納米管致動器56或密封件(膜片)52的端面上。
活塞44通過O型環密封件48而相對於它們在蓋50中的容納孔被密封。因此，通常可實現殼體54中的納米管致動器與蓋50朝向外部的完全密封。納米管致動器56的板58、60可適當地通過滑動觸點(未示出)連接在外部電壓源上，以允許納米管致動器的致動。
活塞44、46將電壓引起的移動傳遞給軸承座42的端面，在該軸承座中，第二離合器元件30座靠在設計為滾珠軸承的軸承40中。
因此，活塞44、46的軸向移動直接轉換成第二離合器元件30的分離運動。
由於納米管致動器56即使對於1伏量級的微電壓脈衝也非常迅速地響應，因此可以確保離合器23特別精確和迅速的響應，從而產生離合器23的分離或接合運動。
權利要求
1.一種離合器，尤其是用於動力工具(10)的離合器，其包括第一離合器元件(24)和第二離合器元件(30)，它們設置成相對於彼此轉動並可以在它們之間傳輸轉矩，該離合器還包括用於所述兩個離合器元件(24，30)中的至少一個的致動元件(25)，其特徵在於，所述致動元件(25)包括納米管致動器(56)。
2.根據權利要求1所述的離合器，其特徵在於，所述離合器(23，30)構造成盤形離合器、錐形摩擦離合器、牙嵌式離合器、齒輪離合器、爪形離合器或可轉換的超越彈簧離合器。
3.根據權利要求1或2所述的離合器，其特徵在於，所述離合器元件(24，30)設計成用於力鎖定動力傳輸。
4.根據前述任一項權利要求所述的離合器，其特徵在於，所述離合器元件設計成用於形狀鎖定動力傳輸。
5.根據權利要求1或2所述的離合器，其特徵在於，所述致動元件(25)包括碳納米管致動器(56)。
6.根據前述任一項權利要求所述的離合器，其特徵在於，所述納米管致動器(56)包括至少一層，納米管以優選的定向設置在其中。
7.根據前述任一項權利要求所述的離合器，其特徵在於，所述納米管致動器(56)包括至少一層單壁或多壁的碳納米管、或者由其它無機成分，例如BN、MoS2或V2O5構成的納米管。
8.根據前述任一項權利要求所述的離合器，其特徵在於，所述納米管致動器(56)包括至少一層在互相平行的板(58，60)之間外延生長的納米管。
9.根據前述任一項權利要求所述的離合器，其特徵在於，所述納米管致動器(56)包括通過CVD工藝構成的、包括納米管或納米管纖維的至少一層。
10.根據前述任一項權利要求所述的離合器，其特徵在於，所述納米管致動器與電解液一起被密封地容納在殼體(54)中，並且電解液體積的任何膨脹都通過膜片(52)轉換成至少一個活塞(44)的軸向運動。
11.根據前述任一項權利要求所述的離合器，其特徵在於，所述納米管致動器(56)設置成用於使所述兩個離合器元件(24，30)分離，並且用於抵抗偏壓力的作用，當所述納米管致動器(56)處於其不工作狀態時，通過該偏壓力實現所述離合器元件(24，30)的主動接合。
12.根據權利要求11所述的離合器，其特徵在於，所述第一離合器元件(24)和第二離合器元件(30)由彈簧元件(34)推動至相對於彼此接合的位置，在該位置實現所述離合器元件之間的動力傳輸。
13.一種動力工具，其包括根據前述任一項權利要求所述的離合器(23)。
14.根據權利要求13所述的動力工具，其特徵在於，包括驅動軸(12)和輸出軸(14)，在它們之間設有根據權利要求1至11中任一項所述的離器(23)以用於動力傳輸，所述納米管致動器(56)設計成用於使離合器元件(24，30)相對於彼此進行軸向運動，並用於抵抗作用在離合器元件(24，30)之間的回覆力。
15.根據權利要求13所述的動力工具，其特徵在於，所述離合器元件(24，30)通過回復力被推入接合位置，所述致動器(56)設計成使得所述兩個離合器元件(24，30)相對於彼此運動至分離位置，在該位置兩個離合器元件(24，30)之間的動力傳輸中斷。
16.根據權利要求13、14或15所述的動力工具，其特徵在於，可以通過滑動接觸連接向所述致動器(56)施加電壓。
17.根據權利要求13至16中任一項所述的動力工具，其特徵在於，所述離合器(23)可設計成盤形離合器，其具有包括用於動力傳輸的摩擦襯片(32)的離合器元件(24，30)中的至少一個離合器元件(24)。
18.根據權利要求14至17中任一項所述的動力工具，其特徵在於，所述輸出軸(14)的一端可轉動地座靠在驅動軸(12)上，並包括第一離合器元件(24)和關聯的第二離合器元件(30)，該第二離合器元件與驅動軸(12)連接並與其一起轉動，所述第二離合器元件可通過納米管致動器(56)軸向移動，用於使所述兩個離合器元件(24，30)分離以將它們移動至斷開位置。
全文摘要
本發明公開了一種構成為尤其用於動力工具(10)的離合器，該離合器包括第一離合器元件(24)和第二離合器元件(30)，它們設置成相對於彼此轉動並可在它們之間傳輸轉矩。該離合器包括致動元件(25)，該致動元件用於使第一離合器元件和第二離合器元件相互作用。該致動元件(25)包括納米管致動器(56)。
文檔編號F16D13/00GK1796813SQ20051012746
公開日2006年7月5日 申請日期2005年12月6日 優先權日2004年12月6日
發明者奧利弗·格雷斯, 伊維卡·科拉裡克 申請人:C.& E.費恩有限公司, 德國弗勞恩霍夫應用研究促進協會