专利名称：一种用于重型船用变速器的轴承装置的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及一种变速器，尤其是涉及一种在船用变速器内的轴组件的轴承装置。
背景技术：
由铝铸件制造船用变速器的壳体以减轻变速器的总重量是习惯作法。尽管如此， 还是注意到变速器轴组件的部件(诸如，例如离合器轴组件和它们各自的轴承装置)通常由钢制造。然而铝的热膨胀系数与钢的不同，因此由铝制造的部件往往比由钢制造的部件膨胀更大的程度。因此，在变速器内，由钢制造的轴组件和它们各自的轴承装置比铝的变速器的壳体部件每单位温升膨胀得相对较小。这种不同的材料特性可能会在例如支承钢轴组件的轴承装置的钢轴承设置或安置在铝的变速器的壳体的相对铝壁内时表现出问题。这是因为当变速器温度升高时，所述相对铝壁之间的距离增加的程度大于钢轴组件的长度和设置在所述铝壁内的支承该轴组件的轴承之间的距离。换言之，限定在铝壁与相应的轴承之间的“定位”或间隙值随着温度的增大而增大。这种额外的间隙或轴承定位的增加允许轴承和轴组件部件轴向浮动，从而该轴产生轴端间隙的明显增加。这可以导致不均勻的轴承滚子载荷以及由轴组件驱动的齿轮的不均勻载荷，从而导致轴承、齿轮和/或在变速器内的需要与轴的中心线对准的其它部件的早期磨损。为了解决这种与壳体和轴承之间的热膨胀系数的差异相关联的问题已经进行了多种尝试。这些尝试中的大部分包括复杂的组件，所述组件具有止推垫圈和/或其它的由聚合物、弹性体或各种特殊材料制成的部件。然而，由这些材料制成的部件可能非常昂贵， 并且比其它的变速器部件磨损得更快，从而导致它们自身的失效或协作部件的失效。
发明内容
本发明提供了一种轴承装置，用于减小变速器的壳体部件与轴组件或轴承部件之间的热膨胀率的不同的影响。这可以通过提供一种轴承装置来实现，所述轴承装置以沿着由具有共同热膨胀系数的材料制成的部件建立轴承调定叠置路径的方式相对于轴组件的其它部件定位轴承，尽管轴组件和轴承装置安装在由具有不同热膨胀系数的材料制成的壳体内。相应地，轴承调定叠置路径中的部件响应于温度变化以整体方式动作，从而保证轴承装置中的轴承不会在紧设置和松设置之间循环。在这方面，轴承将轴相对于轴组件的其它部件保持在恒定位置，该恒定位置保持变速器内的旋转部件的对准和对正的完整性。根据本发明的一方面，提供了一种船用或其它重型变速器，其具有壳体和离合器组件，所述壳体由具有第一热膨胀系数的第一材料制成，所述离合器组件设置在所述壳体内。转动轴与所述离合器组件驱动地连接，并且由具有第二热膨胀系数的第二材料制成。 所述第二热膨胀系数小于所述第一热膨胀系数。因此，对于给定的温度增加，所述壳体比所述转动轴经受更大的热膨胀量。在所述壳体内支承所述转动轴的轴承装置包括端部轴承， 所述端部轴承同心地安置在所述转动轴的端部上，并且轴向固定在所述转动轴的所述端部上。中间轴承与所述端部轴承同轴地对准，并且与所述转动轴同心地间隔开。设置有轴承保持器，该轴承保持器具有沉头孔，所述沉头孔在其内同心地容纳所述端部轴承的至少一部分。该轴承保持器具有夹置在所述端部轴承与中间轴承之间的唇形部。在该实施方式的另一方面中，所述轴承装置包括离合器轴承，所述离合器轴承与所述端部轴承和所述中间轴承在轴向上间隔开地安装，并且同心地安置在所述转动轴上， 并且轴向固定到所述转动轴上。所述轴承装置可以还包括保持螺母，所述保持螺母附连在所述转动轴上，并邻接所述端部轴承，从而防止所述端部轴承相对于所述转动轴在第一方向上进行轴向运动。此外，可以在转动轴上设置轴肩，所述轴肩邻接所述离合器轴承以防止所述离合器轴承相对于所述转动轴在相反的第二方向上进行轴向运动。可以在所述轴承装置内，例如在所述离合器轴承与所述转动轴的轴肩之间或者在所述端部轴承和中间轴承中的一个与所述轴承保持器之间设置垫片。根据该实施方式的另一方面，齿轮(例如小齿轮)可以同心地安装在所述转动轴的外部，并且可以在轴向上安装在所述中间轴承与所述离合器轴承之间，所述齿轮驱动离合器组件内的各种部件。所述齿轮可以具有在其端部处的径缩部，所述中间轴承的内座圈安置在所述齿轮的径缩部上。根据另一优选的实施方式，所述轴承保持器包括圆柱形侧壁、凸缘和唇形部，所述凸缘从所述圆柱形侧壁径向向外地延伸，所述唇形部从所述圆柱形侧壁径向向内地延伸。 一对轴承邻接所述轴承保持器的所述唇形部的一对相对表面。在该实施方式的另一方面中，所述轴承保持器具有环形台肩和垫片，所述环形台肩凹入到所述轴承保持器的端部内，所述垫片抵靠所述轴承保持器的环形台肩安置，因此位于所述轴承保持器与例如中间轴承之间。根据该实施方式的又一方面，所述轴承保持器的凸缘连接到所述变速器的壳体上。所述凸缘可以安装到所述变速器的壳体的外表面或其它的适当表面上。在本发明的再一方面中，所述一对轴承中的轴承具有不同的外径，使得所述一对轴承包括小直径轴承和大直径轴承。所述轴承保持器可以还包括轴向延伸到该轴承保持器中的沉头孔，所述沉头孔可以在其内至少部分地容纳小直径轴承。当结合下面的说明和附图考虑时，本发明的这些方面以及其它方面和目的将会被更好地认识和理解。但是应当理解到，下面的说明(虽然指出了本发明的优选实施方式) 通过示例性而非限制性的方式给出。可以在本发明的范围内进行许多变化和修改，而不背离本发明的精神，本发明包括所有这种修改。
在附图中图示了本发明的优选示例性实施方式，相同的附图标记在所有的附图中代表相同的部件，在附图中图1是现有技术的船用变速器的离合器轴组件的截面图2是根据本发明的轴承装置的船用变速器的端视图3是根据本发明的轴承装置的船用变速器的截面图4是具有根据本发明的轴承装置的船用变速器的离合器轴组件的放大截面图
图5是具有根据本发明的轴承装置的船用变速器的输出轴组件的放大截面图6是结合有图3的轴承装置的第一变型的船用变速器的截面图
图7是图6的船用变速器和轴承装置的截面图，示出了轴承调定·^置路径；
图8是结合有图3的轴承装置的第二变型的船用变速器的截面图
图9是图8的船用变速器和轴承装置的截面图，示出了轴承调定·^置路径；
图10是图6的轴承保持器的图示图11是图6的轴承保持器的另一图示图；以及
图12是图10的轴承保持器的通过12-12线截取的截面图。
具体实施例方式参照附图，特别地参照图1，图中示出了船用变速器100的现有技术的离合器轴组件102的截面图。离合器轴组件102的部件(例如离合器轴110)由钢制成，而变速器的壳体104由铝制成。离合器轴组件102的热膨胀长度被定义为由于温度变化造成的离合器轴 110的端部之间的距离的变化。变速器的壳体104的热膨胀长度被定义为由于温度变化造成的变速器的壳体104的端壁之间的距离的变化。止推轴承106和108的外座圈抵靠变速器的壳体104的端壁设置。由于铝的热膨胀系数大于钢的热膨胀系数，所以变速器的壳体 104的热膨胀长度大于离合器轴组件102的热膨胀长度。仍然参照图1的现有技术的轴承装置。调定叠置路径由限定封闭路径的一系列箭头示出。应该注意到，所述调定叠置路径图示出轴承装置被变速器的壳体104轴向约束在其端部处。由于铝变速器的壳体104的热膨胀长度大于离合器轴组件102的热膨胀长度， 因此升高变速器100的温度导致增加了止推轴承106和108的调定，从而在止推轴承106 和108与变速器的壳体104之间形成更大的间隙。这可能导致变速器100中的部件的错位和/或给变速器100中的部件带来损坏。图2示出了船用变速器10的端视图，所述船用变速器10包括铝壳体20。剖切平面线12通过主离合器轴组件14和输出轴组件16的中心线绘制。船用变速器10还包括辅助离合器轴组件18和变速器的壳体20。图3至图9示出了本发明的各种轴承装置1。轴承装置1用于将转动部件定位在变速器10内，以及在使用过程中保持所述转动部件各自的位置。这可以通过有目的地设计轴承调定叠置体来达到，这种轴承调定叠置体是共同地设定轴承以及因此定位或限制轴承的轴向运动的轴向邻接的部件，从而在热膨胀方面，整个轴承调定叠置体作为一个单元起作用，而不是该轴承调定叠置体的不同部分对温度变化以不同的热膨胀率起作用。例如，轴承装置1设置在轴承调定叠置体中，所述轴承调定叠置体由由具有相似热膨胀系数的材料制成的部件组装而成。这允许在所述叠置体的部件之间的间隙在使用过程中大致保持恒定，从而所述叠置体在暴露于温度的变化中时不会过度地松开或收紧。优选地，轴承装置1构造成使得轴承调定叠置体的两端都轴向地直接或间接地固定在共用部件(诸如限定轴组件的中心轴线的转动轴)上。现在参照图3和图4，轴承装置1包括小齿轮止推(或中间)轴承22、小齿轮滚子轴承49、离合器轴止推(或端部)轴承M、轴滚子轴承沈和止推垫圈30。主离合器轴组件14由轴承装置1可转动地支承，并包括离合器轴32、小齿轮34、保持螺母55、小齿轮保持器洲和离合器组件36。离合器轴止推(端部)轴承M的内座圈38保持在离合器轴32的一端上，并且内座圈38的另一端由保持螺母55保持。轴滚子轴承沈的内座圈40保持在离合器轴32的另一端上。离合器轴止推(端部)轴承M的外座圈42在一端处由变速器的壳体20的第一端部附近的端盖或集合器(collector)保持，轴滚子轴承沈的外座圈44 保持在变速器的壳体20的另一端。小齿轮34根据离合器的接合相对于离合器轴32在任一方向上转动。小齿轮止推(中间)轴承22的内座圈46通过小齿轮轴承保持器观保持在小齿轮34的一端上。小齿轮止推(中间)轴承22的外座圈48保持在变速器的壳体20 内。小齿轮轴承保持器观优选地通过紧固件(未示出)或类似物附连于小齿轮34的所述一端。小齿轮滚子轴承(或离合器)轴承49保持在设置于小齿轮34的基本另一端的小齿轮孔51中，从而使得小齿轮34相对于离合器轴32转动。止推垫圈30由至少两个销钉50或类似物保持在小齿轮轴承保持器28上。离合器轴止推(端部)轴承M的内座圈38物理地接触止推垫圈30，并频繁地在与止推垫圈30 相反的方向上转动。由于来自离合器轴止推(端部)轴承M的内座圈38的摩擦接触，因此止推垫圈30由耐磨的特殊材料制造。所述特殊材料在过去是不可得到的直到最近。该特殊材料必须具有至少1，000，000psi-ft/min的压力-速度值。一种合适的特殊材料是由杜邦公司(DuPont Jnc.)制造的以Vespel SP-21的商品名出售的。然而，所述特殊材料不应局限于Vespel SP-21，而是应当包括任何具有至少1，000，000psi-ft/min的压力-速度特性的材料。在过去即使由最坚硬的材料制成的止推垫圈也会在短期内磨损并失效。(由特殊材料制造的)止推垫圈30允许将止推(中间和端部)轴承22 J4设置得很靠近。热膨胀的长度被限制在两个(中间和端部)轴承22、24的相对端部之间的距离。参照图5，输出轴组件16包括输出轴58和输出齿轮60。输出齿轮60由小齿轮34 驱动。第一止推轴承52的内座圈和第二止推轴承M的内座圈在相同的方向上转动，因此被设置成彼此接触而不会引起磨损。第一推力轴承52保持在第二推力轴承M与轴承保持盖64之间。轴承保持盖64通过多个紧固件66附连于变速器的壳体20。第二止推轴承M保持在第一止推轴承52、管状间隔装置66与输出轴58上的第二阶梯部68之间。轴滚子轴承56保持在输出轴58上的第三阶梯部71与输出凸缘70之间。 输出凸缘70通过端板72和至少两个紧固件74固定在输出轴58的端部上。热膨胀长度被限制在第一止推轴承和第二止推轴承的相对端部之间的距离。现在参照图6至图9，在一些实施方式中，在轴承装置1中没有设置止推垫圈30。 代替图4中所示的圆柱形滚子(离合器)轴承49，这种实施方式还结合有作为(离合器) 轴承49的锥滚子轴承。图6至图9的实施方式包括轴承装置1，该轴承装置1结合到轴承调定叠置体中，所述轴承调定叠置体在各端直接或间接地轴向固定于离合器轴32。如图7中最佳地示出的，轴承调定叠置路径由一系列箭头的封闭环路表示出来，所述箭头在轴承装置1的两端部之间穿过轴承调定叠置体的部件。特别地参照图6和图7，与图4中所示的装置相比，轴承22和M中的每个都被翻转，使得相应的锥部面向另外的方向。因此，轴承22的滚子如图所示向右或朝向轴承对成圆锥形地向内倾斜。轴承M的滚子如图所示向左或朝向轴承22成圆锥形地向内倾斜。轴承49的滚子如图所示向右或朝向轴承22成圆锥形地向内倾斜。轴承49被夹置和轴向约束在位于一侧上的小齿轮34和位于另一侧上的垫片35之间，所述垫片邻接位于离合器轴 32上的轴肩32A。仍参照图6和图7，在这种构造中，所有的轴承22J4和49都包含在铁部件中，或者轴向邻接铁部件，或者抵靠铁部件设置，由此缓和了在与轴承和离合器轴组件14的部件的热膨胀率相比时铝壳体的热膨胀率较大的影响。换言之，沿离合器轴32的长度，轴承22、 24和49被铁部件在纵向上限制或约束，所述铁部件优选地都连接到离合器轴32本身上或由离合器轴32本身固定。所述铁部件可以包括以下部件中的若干个，例如(i)轴承保持器 28, (ii)封装离合器轴组件14的最末端部分的端盖，(iii)在轴承保持器观内的轴肩、凸台、唇形部、凸出部、沉头孔或其它适当的机械对接型结构，在轴承保持器观上的端盖、轴肩、凸台、唇形部、凸出部，和端盖，(iv)在轴承保持器观内的轴肩、凸台、唇形部、凸出部、 沉头孔或其它适当的机械对接型结构，在离合器轴32上的端盖、轴肩、凸台、唇形部、凸出部，和小齿轮34，和/或其它适于靠近离合器轴组件14以用作轴承支承型结构的铁结构。现在参照图6-7和图10-12，轴承保持器28优选地实施作为轴承调定叠置体的一部分，并且用作在轴承装置1和离合器轴组件14与变速器10的铝壳体20之间的过渡件。 轴承保持器观具有带有圆柱形侧壁130的本体，并且限定背向离合器组件36的背侧部132 和面向离合器组件36的前侧部134。沉头孔140延伸到轴承保持器128的本体的背侧部 132 中。仍然参照图6-7和图10-12，凸缘145在侧壁130的与沉头孔140相对的另一侧上从侧壁130的外表面径向向外延伸。槽148延伸到凸缘145的前向表面中，并且完全围绕侧壁130延伸但是与侧壁130间隔开，该槽148构造成保持位于轴承固定器观与铝壳体 20之间的0型圈或其它密封件。在一些实施方式中，凸缘145构造成与轴承保持器观的其它部分以能够使轴承保持器观适应铝变速器的壳体20的热膨胀率与离合器轴组件14的各个铁部件的热膨胀率之间的差的方式协作。例如，凸缘145的直径和凸缘145从侧壁130延伸的径向距离与凸缘145的厚度尺寸一起进行选择，以提供相对于轴承保持器观的其余部分的所需的柔性或挠曲的量。在这种构造中，当轴承保持器28的本体的其余部分固定在例如轴承22和M之间时，当铝制壳体20在受到大于轴承装置1或轴承调定叠置体的部件所经受的热膨胀量的热膨胀量时推动凸缘145时，该凸缘145可以弯曲离开离合器组件136，其中凸缘145安装在离合器组件36上。因此，凸缘145的柔性以铝壳体20的更大热膨胀量不转移至轴承调定叠置体的方式吸收和适应这种热膨胀率的差，由此轴承的调定不会增加，并且轴承调定叠置体不被松动。仍然参照图6-7和图10-12，唇形部150从轴承保持器128的侧壁130的内表面径向向内地延伸。唇形部150与轴承保持器128的本体的前侧部134轴向间隔开，从而第一环形台肩巧5由唇形部150的前向表面限定。第二环形台肩158限定在唇形部150的相对侧(换言之，面向轴承保持器观的本体的背侧部132的一侧)上。如图7中示出的，垫片160可以抵靠第一环形台肩158安置。垫片160装配在轴承保持器28与轴承M的相应部分之间，同时注意到，前侧部155的外表面邻接外座圈48 的侧表面。在图7中还示出，轴承M抵靠唇形部150的第二环形台肩158安置，S卩，外座圈 42的侧表面邻接第二环形台肩158，由此轴承保持器观的唇形部150结合到轴承调定叠置体中。仍然参照图7，轴承调定叠置体由在轴向上相互邻接的并因此定位轴承组件1的轴承的部件限定。轴承调定叠置体的这种部件包括(i)轴承49以及它的相应滚子和座圈， 以及任选地，它的垫片35，(ii)离合器轴32，(iii)保持器螺母55，(iv)轴承M以及它的相应滚子和座圈38、42，(ν)唇形部150和/或轴承保持器观的其它部分，以及任选地，它的垫片160，(vi)轴承22以及它的相应滚子和座圈48、46，和(vii)小齿轮34。再次地，在优选的实施方式中，在轴承调定叠置体中的这些部件的全部或基本上全部由铁材料、最优选地钢制成。现在参考图8和图9，设想了一些替代性实施方式，在这些实施方式中在轴承组件 1中没有使用轴承保持器观，而是，轴承22和M彼此直接地邻接，或者任选地，轴承22和 M彼此邻接，在它们之间具有垫片。图8显示出轴承22和轴承M，它们的滚子朝向彼此向内渐缩，类似于图4所示的结构。图9示出轴承22和轴承M，它们的滚子在相反的方向上渐缩，也就是朝向彼此向内渐缩。现在特别参考图9。图9示出了另一轴承调定叠置路径，其中轴承22和轴承M相互处于相邻的面对面关系，没有介入轴承保持器观的唇形部。因此，图9中所示的轴承调定叠置路径与图7中的轴承调定叠置路径十分类似，只是没有轴承保持器观的唇形部150。轴承装置1无需限制于用于船用变速器的离合器轴，而是可以包括任何具有在轴上沿与轴相反的方向转动的物体的轴应用。该物体可以是齿轮、离合器、离合器组件或任何其它装置。无论如何，应该注意到，可以对本发明进行很多变化和修改，而不脱离本发明的精神。这些变化中的一些的范围在上文进行了讨论，其余变化的范围从所附权利要求中将变得更加清楚。
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权利要求
1.一种重型变速器，其包括壳体，所述壳体由具有第一热膨胀系数的第一材料制成；离合器组件，所述离合器组件设置在所述壳体内；转动轴，所述转动轴与所述离合器组件驱动地连接，并且由具有第二热膨胀系数的第二材料制成，所述第二热膨胀系数小于所述第一热膨胀系数，从而对于给定的温度升高，所述壳体比所述转动轴经受更大的热膨胀量；轴承装置，所述轴承装置在所述壳体内支承所述转动轴，并且包括端部轴承，所述端部轴承同心地安置在所述转动轴的端部上，并且轴向固定在所述转动轴的端部上；中间轴承，所述中间轴承与所述端部轴承同轴地对准，并且与所述转动轴同心地间隔开；和轴承保持器，所述轴承保持器具有沉头孔和唇形部，所述沉头孔在其内同心地容纳所述端部轴承的至少一部分，所述唇形部夹置在所述端部轴承与所述中间轴承之间。
2.如权利要求1所述的重型变速器，所述轴承装置还包括离合器轴承，所述离合器轴承与所述端部轴承和所述中间轴承轴向间隔开地安装，并且同心地安置在所述转动轴上且轴向固定在所述转动轴上。
3.如权利要求2所述的重型变速器，所述轴承装置还包括保持器螺母，所述保持器螺母附连于所述转动轴，并且邻接所述端部轴承，以防止所述端部轴承相对于所述转动轴在第一方向上的轴向运动。
4.如权利要求3所述的重型变速器，所述转动轴还包括轴肩，所述轴肩邻接所述离合器轴承，以防止所述离合器轴承相对于所述转动轴在相反的第二方向上的轴向运动。
5.如权利要求4所述的重型变速器，所述轴承装置还包括至少一个垫片，所述至少一个垫片夹置在所述离合器轴承与所述转动轴的轴肩之间。
6.如权利要求4所述的重型变速器，还包括齿轮，所述齿轮同心地安装在所述转动轴的外部，位于所述中间轴承与所述离合器轴承之间。
7.如权利要求6所述的重型变速器，所述齿轮还包括在其端部处的径缩部，其中，所述中间轴承的内座圈安置在所述齿轮的径缩部上。
8.一种重型变速器，其包括壳体，所述壳体由具有第一热膨胀系数的第一材料制成；转动轴，所述转动轴与离合器组件驱动地连接，并且由具有第二热膨胀系数的第二材料制成，所述第二热膨胀系数小于所述第一热膨胀系数，从而对于给定的温度升高，所述壳体比所述转动轴经受更大的热膨胀量；轴承保持器，所述轴承保持器同心地安装在所述转动轴的外部，所述轴承保持器包括圆柱形侧壁；凸缘，所述凸缘从所述圆柱形侧壁径向向外地延伸；和唇形部，所述唇形部从所述圆柱形侧壁径向向内地延伸；以及一对轴承，所述一对轴承邻接所述轴承保持器的唇形部的一对相对表面。
9.如权利要求8所述的重型变速器，还包括至少一个垫片，所述至少一个垫片夹置在所述一对轴承中的至少一个轴承与所述轴承保持器的唇形部之间。
10.如权利要求9所述的重型变速器，所述轴承保持器还包括环形台肩，所述环形台肩凹入到所述轴承保持器的端部中，所述至少一个垫片抵靠所述轴承保持器的环形台肩安置。
11.如权利要求8所述的重型变速器，其中，所述轴承保持器的所述凸缘连接到所述变速器的所述壳体上。
12.如权利要求11所述的重型变速器，其中，所述轴承保持器的所述凸缘安装到所述变速器的所述壳体的外表面上。
13.如权利要求8所述的重型变速器，其中，所述一对轴承具有不同的外径，从而所述一对轴承包括小直径轴承和大直径轴承。
14.如权利要求8所述的重型变速器，所述轴承保持器还包括沉头孔，所述沉头孔轴向延伸到所述轴承保持器中。
15.如权利要求14所述的重型变速器，所述轴承保持器还包括沉头孔，所述沉头孔轴向延伸到所述轴承保持器中。
16.如权利要求15所述的重型变速器，其中，所述小直径轴承安置在所述轴承保持器的所述沉头孔中。
17.如权利要求13所述的重型变速器，还包括齿轮，所述齿轮同心地安装在所述转动轴的外部，并且能够相对于所述转动轴转动。
18.如权利要求17所述的重型变速器，其中，所述大直径轴承的内座圈安置在所述齿轮的外表面上。
19.如权利要求18所述的重型变速器，还包括离合器轴承，所述离合器轴承径向安装在所述齿轮与所述转动轴之间。
20.如权利要求19所述的重型变速器，还包括保持器螺母，所述保持器螺母连接在所述转动轴上，并且限制所述小直径轴承在第一方向上的轴向运动；以及轴肩，所述轴肩限定在所述转动轴的外表面中，并且限制所述离合器轴承在相反的第二方向上的轴向运动。
全文摘要
本发明提供了一种轴承装置(1)，所述轴承装置(1)减小了由不同材料制成的变速器的壳体与轴组件之间的热膨胀率的不同的影响。所述轴承装置(1)以沿着由具有共同热膨胀系数的材料制成的部件建立轴承调定叠置路径的方式相对于轴组件的其它部件定位轴承，尽管轴组件(102)和轴承装置(1)安装在由具有不同热膨胀系数的材料制成的壳体(104)内。
文档编号F16H57/00GK102203465SQ200980142188
公开日2011年9月28日 申请日期2009年10月26日 优先权日2008年10月24日
发明者安德鲁·克拉克 申请人:双环公司