Reibungskupplung Gegenstand der Erfindung ist eine Rei bungskupplung, die vorzugsweise zur Über tragung von Kräften oder Momenten zwi schen bewegten Maschinenelementen ausge bildet und schaltbar oder nicht schaltbar sein kann.
Bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art sind mit den kraftübertragenden Elemen ten feste Körper mit Reibflächen verbunden. Durch eine entsprechende Druckkraft und die dadurch bedingte Reibungskraft wird die Übertragung von Kräften ermöglicht.
Die Reibungskupplungen bekannter Art haben den Nachteil, dass beim Rutschen die Reibzahl in hohem Masse von der Gleit- geschwindigkeit, der Temperatur und der Schmierung der Reibflächen abhängig ist. Ausserdem ist es bei Kupplungen mit bekann ten Reibungselementen nicht möglich, die Kupplungen mit vollem Drehmoment längere Zeit rutschen zu lassen, da die erzeugte Rei bungswärme nicht abgeführt werden kann und die Entstehung hoher Temperaturen die Kupplungen beschädigen. Bei Reibungskupp lungen zur Übertragung von Drehmomenten, die als Überlastungsschutz dienen sollen, ist ausserdem das Drehmoment zum Einleiten der Rutschdrehung je nach den Betriebsbe dingungen sehr schwankend.
Bei der Kupplung gemäss der Erfindung können diese Nachteile vermindert oder ver mieden werden. Die Erfindung ist gekenn zeichnet durch mindestens zwei kraftüber- tragende Elemente mit Reibflächen, zwischen denen ein oder mehrere Sätze von Rollen an geordnet sind, die durch Haltemittel minde stens bei der Kraftübertragung so gehalten werden, dass ihre Achsen zur Bewegungs richtung einen Winkel einschliessen, der von 90 abweicht.
Die Form der Rollen kann je nach Er fordernis zylindrisch, kegelig, ballig oder auch anders geartet sein. Die Haltevorrich tung der. Rollen bzw. der Käfig kann aus einem oder mehreren Teilen bestehen.
Es sind zwar bereits Vorrichtungen be kannt, bei denen Rollen in Käfigen so ge führt werden, dass ihre Achsen einen Winkel zur Achsebene eines andern Elementes ein schliessen. Jene Rollen bewegen sich jedoch nur rollend, senkrecht zu ihrer Achse mit dem Zweck, eine schraubenlinienförmige Bewegung zu erzeugen, aus der sich sekundär andere Wirkungen ergeben.
Im vorliegenden Falle schliessen die Achsen der Rollen einen Win kel zur Bewegungsrichtung ein, der von 90 abweicht, wodurch die Rollen an der reinen Rollbewegung gehindert und gezwungen wer den, gleichzeitig mit der Rollung auch, gegen über den Reibflächen, eine Gleitbewegung in Richtung ihrer Achse auszuführen und Rei bungskräfte entsprechend ihrer jeweiligen von aussen her wirkenden Belastung zu erzeu gen. Die so erzeugten Reibungskräfte dienen unmittelbar der Wirkung der vorliegenden Erfindung. In den Abbildungen sind verschiedene Aus führungsbeispiele dargestellt.
Es zeigen: Abb.1 ein Reibungselement der Kupp lung für geradlinige Kraftübertragung und Relativbewegung in der Pfeilrichtung für ebene Reibflächen, Abb.2 ein Reibungselement der Kupp lung zur Übertragung von Reibungsmomenten für ebene Reibflächen, Abb. 3 ein Reibungselement der Kupplung zur Übertragung von Reibungsmomenten für kegelige Reibflächen im Axialschnitt, Abb. 4 das Reibungselement nach Abb. 3 in Draufsicht, Abb.5 eine Kupplung mit zylindrischer oder ebenen Reibflächen zur Übertragung von Kräften in axialer Richtung im Axialschnitt,
Abb. 6 eine Kupplung im Axialschnitt zur Übertragung von Drehmomenten; Abb.7 eine Kupplung im Axialschnitt, bei welcher der die Rollen führende Käfig das Reibungsmoment überträgt, Abb.8 und 9 eine Kupplung zur Über tragung von Momenten mit schwenkbaren Rollen, in Draufsicht bzw. Axialschnitt.
In der Abb. 1 ist ein plattenförmiger Käfig 1 mit zwei Fenstern wiedergegeben. In jedem Fenster sind 3: Rollen 2 unterge bracht, deren Achsen gegen die Bewegungs richtung den Winkel w haben, der von 90U abweicht. Der Käfig wird zwischen den Reib. flächen der kraftübertragenden Elemente in der Pfeilrichtung geführt. Die die Rei bungsflächen tragenden Elemente - nicht dargestellt - werden mit bekannten Mitteln ebenfalls in der Pfeilrichtung geführt und gegen die Rollen gepresst. Die Anpresskraft ist in alle Abbildungen als senkrecht zu den Reibflächen wirkend vorausgesetzt.
In der Abb. 2 ist ein Reibungselement zur Übertragung von Drehmomenten dargestellt. Es besteht aus einem scheibenförmigen Käfig 3 mit vier Fenstern, die beispielsweise in verschiedenen Grössen ausgeführt sind und ein, zwei, drei bzw. vier Rollen aufnehmen. Die durch die Fensterform des Käfigs vorge schriebenen Neigungswinkel w1, w2, w3 und w4 können gleich oder, wie gezeigt, verschie- den gemacht werden. Der Käfig wird in der Drehrichtung geführt.
Er kann zu diesem Zweck entweder an seinem äussern Durch messer oder in seiner Bohrung konzentrisch zu den kraftübertragenden, im allgemeinen gleichachsig gelagerten Elementen gehalten werden.
Werden nach Abb.1 die Reibflächen in Richtung des Pfeils gegeneinander verscho ben oder nach Abb. 2 gegeneinander ver dreht, so führen die Rollen zwei Bewegungen aus, und zwar eine Drehbewegung um ihre Achse und relativ zu den Reibflächen eine Gleitbewegung in Richtung ihrer Achse. Der Anteil dieser beiden Bewegungen hängt ab von der Grösse des Neigungswinkels w. Es ist der Anteil der Drehung gleich dem Sinus, der Anteil der Gleitbewegung gleich dem Kosinus des Neigungswinkels. Man kann da her das Verhältnis dieser beiden Bewegungen durch entsprechende Wahl des Neigungswin kels in beliebigen Grenzen wählen.
Die Abb.3 und 4 betreffen eine Kupp lung mit Reibungselementen mit kegeliger Reibfläche 23 bzw. 24; Abb. 3: Der Käfig 1 hat ebenfalls eine kegeJige Form. Die Rollen sind beispielsweise tonnenförmig ausgeführt, um eine Auflage mit guter Schmiegung an die Reibflächen 23 und 24 zu ermöglichen. Der Taugens des Kegelwinkels k ist dabei stets grösser als die Reibzahl.
Abb.5 zeigt eine Kupplung, bei welcher ein Dorn 34 in eine passende Ausnehmung eines Hohlkörpers 35 so eingeführt werden kann, dass die Aussenflächen des Dornes 34 und die Innenflächen des Hohlkörpers 35 ganz oder teilweise parallel zueinander zu liegen kommen und eine oder mehrere Rollen reihen 32, 33, die in einem Käfig 31 mit ver schiedenen Winkeln w32, was gehalten werden, zwischen diese Flächen eingefügt werden kön nen. Es wird zunächst angenommen, dass der Dorn 34 sowie die Ausriehmung des Hohl körpers 35 zylindrisch seien.
Durch einen Stift 36, fest in der Stange 34, der in einem axialen Schlitz 37 des Elementes 35 passend gleiten kann, sei angedeutet, dass die beiden Ele mente 34 und 35 wohl axial gegeneinander verschiebbar, aber nicht verdrehbar sind. Die Anpressung zwischen den Elementen 34 und 35 und den Rollen kann durch äussere Kräfte erfolgen, oder aber auch dadurch erzeugt werden, dass die Durchmesser der Rollen und der zylindrischen Reibflächen der Elemente 34 und 35 unter Berücksichti gung der durch die Rollenschränkung ent stehenden Spreizwirkung der Rollen 32 und 33 so gegeneinander abgestimmt werden,
dass die genannten Teile beim Zusammenbauen eine elastische Deformation erfahren, die ihrer seits eine gegenseitige Anpres3ung dieser Teile zur Folge hat.
Verwendet man zylindrische Rollen 32 und 33, so liegen diese an den zylindrischen Flächen der Elemente 34 und 35 nur punkt weise an, und zwar gegen die Stange 34 in der Rollenmitte gegen den Hohlzylinder 35 an den Rollenenden. Dies beeinträchtigt die Wirkung nicht. Bei geeigneter Wahl des Rollendurchmessers findet eine Anschmiegung der Rollen an die Zylinderflächen der Ele mente 34 und 35 statt. In dieser Ausfüh rungsform kann zwischen den Elementen 34 und 35 eine axiale Kraft übertragen werden.
Sind die Querschnitte sowohl des Dornes 34 als auch der Aussparung des Hohlkörpers 3'5 Polygon, beispielsweise quadratisch, und auch der Käfig 31 dieser Form so angepasst, dass die Rollen wieder zwischen den eben falls wieder zueinander parallel liegenden Reibflächen der Elemente 34 und 35 mit Vor spannung eingefügt werden können, so Un- nen ohne weitere Fixierung zwischen diesen Elementen 34 und 35 axiale Kräfte übertra gen werden.
Die in Abb.6 angegebene Reibungskupp lung zur Übertragung von Drehmomenten zeigt nicht nur den Grundgedanken der Über tragung von Momenten bei zylindrischen Reibflächen, sondern auch die Möglichkeit der Erzielung besonderer Wirkungen durch Verbindung verschiedener Ausführungsformen des Erfindungsgedankens. In einem zylin drischen Käfig 41 sitzt eine Anzahl Rollen 42 mit verschiedenen Schränkungswinkeln w14, w.4 zwischen den Reibflächen eines Zy- linders 44 und eines Hohlzylinders 45.. Der Zylinder 44 sei mit der Welle 46,
der Hohl zylinder 45 mit der dazu koaxialenWelle 4'7 fest verbunden. Der Anpressungsdruck der Rollen 42 an die Reibflächen der Elemente 44 und 45 sei wie bei Abb.5 angegeben durch ent sprechende Dimensionierung der Rollen und elastische Deformation aller Teile 42; 44 und 45 in der gewünschten Grösse vorhanden. Es wird also von der Welle 46 auf die Welle 47 über die Rollen 42 ein bestimmtes Rei bungsmoment übertragen. Wenn die Anord nung der Rollen entsprechend gewählt wird, so entstehen ausser den Momenten auch axiale Kräfte zwischen den Elementen 44 und 45.
Diese können beispielsweise von Zylinder 44 über die in einem Käfig 49 geführten Kugeln 48, einer Platte 10 und einem Sprengring 11 ohne ein wesentliches Reibungsmoment züi erzeugen auf das Element 45 übertragen werden.
Man kann aber auch entsprechend der Abb.2 und wie in der Abb.6 links ange geben, Rollen 12, die in einem: Käfig 13 geführt werden, stirnseitig anordnen. Eine auf diese Rollen ausgeübte Kraft wird, wie bei Abb. 2 angegeben, eine von der Grösse der Winkel der Rollen 12 abhängiges Rei bungsmoment erzeugen. Diese Wirkung wird besonders gross, wenn zum Beispiel die Rollen 42 alle mit dem gleichen Winkel w14 ge führt werden.
Es entstehen dann axiale Kräfte zwischen den Elementen 44 und 45, die in einer Drehrichtung eine Belastung der Rollen und damit ein wesentliches zu sätzlicher Reibungsmoment erzeugt, wäh rend bei entgegengesetzter Drehung eine axiale Kraft auf die Kugeln 48 wirkt, die kein nennenswertes Reibungsmoment über tragen.
Man hat also im vorliegenden Falle eine Reibungskupplung, die je nach Drehrichtung verschiedene Drehmomente übertragen kann.
Die gleiche Wirkung kann auch erzeugt werden durch andere Kombinationen von Reibungselementen gemäss der Erfindung in Verbindung mit ebenen, kegeligen oder mit zylindrischen Reibflächen. Im Axialschnitt nach Abb. 7 sind ähnlich wie in Abb. 2 in einem scheibenförmigen Käfig 56 Rollen 52 mit Neigungswinkeln zur Um fangsrichtung angeordnet, in axialer Richtung hierzu jedoch stets zwei oder mehrere Rollen parallel nebeneinander.
Der Käfig überträgt hier ein Moment von der Welle 51 auf die Rollen 52. Diese Rollen 52 leiten dieses Moment auf die Reibflächen der Teile 53 und 54, welche mit der Welle 55 drehfest verbunden sind. Das von der Welle 51 auf die Welle '55 zu übertragende Moment wird also hier über den Käfig geleitet. Zwi schen den Rollen 52 und den Reibflächen 53, 54 tritt jedoch auch die Rollgleitreibung auf. Die Anordnung nach Abb. 7 kann sinngemäss auch zur Übertragung von Kräften und Mo menten nach den Abb.1 bis 6 Anwendung finden.
In den Abb. 8 und 9 ist in der Draufsicht bzw. im Achsschnitt eine Ausführung des Er findungsgedankens für eine Drehmoment- kupplung wiedergegeben, bei welcher der Nei- gungswinkel der Rollenachsen gegen die Dreh richtung veränderlich ist. Der scheibenförmige Käfig 61 trägt mehrere kreisförmige Ausspa- rungen 62, in denen Schwenkhalter 63 dreh bar sitzen. Diese Halter haben in Achsrich tung ein rechteckiges Loch, welches die Rolle 64 passend aufnimmt. In der Abb.8 liegen die Rollenachsen radial.
Die Schwenkhalter 63 besitzen zum Beispiel einen Schwenkarm 65, durch welchen sie von einem zentral gelager ten Antriebselement in bekannter Weise mit einander geschwenkt werden können.
Die gleiche Wirkung kann erreicht werden, wenn die Halter 63 eine Verzahnung tragen, mit der sie in ein zentralgelagertes Zahnrad 66 eingreifen.
Der Käfig 61 mit seinen Haltern 63 und Rollen 64 ist zwischen den die Reibungsflächen tragenden, mit dem An- bzw. Abtriebselement verbundenen Platten 67 und 68 eingesetzt. Eine Kraft P erzeugt den Anpressungsdruck. Wirkungsweise Beim Schwenken der Rollen durch die Hebel 65 bzw. Zahnrad 66 nimmt der Winkel der Rollenachsen zur Umfangsrichtung, der in Abb. 8 90 beträgt, stetig ab.
Damit steigt das übertragbare Drehmoment etwa mit dem ; Cosinus dies genannten Winkels stetig und stoss frei. Die Verdrehung kann bis zu 90 betragen.
Die mit den beschriebenen Reibungsele menten und Reibungskupplungen nach den Abb.1 bis 9 übertragbaren Kräfte und Mo- ; mente sind proportional den Anpresskräften. Sind Einrichtungen vorhanden, durch welche diese- Anpresskräfte geändert oder ganz aufge hoben werden können, so ändern sich die über tragbaren Kräfte bzw. Momente jeweils in g gleicher Weise.
Es ergeben sich folgende Vorteile: 1. Die gemischte Bewegung der Rollen ge genüber den Reibflächen der sie belastenden Elemente erzeugt eine Läppwirkung, die eine i zunehmende Verbesserung der Oberfläche er zeugt und dadurch die Abnützung mehr oder weniger stark vermindert.
Bei Wahl geeigneter Werkstoffe, zum Bei spiel gehärteter Stähle, erlaubt diese gemischte Bewegung eine Belastung der Kupplung, die ein Vielfaches der bisher üblichen Werte be trägt, wobei ausserdem eine hohe Verschleiss festigkeit besteht.
2. Infolge der Drehung der Rollen sind die Reibflächenteile jeweils nur ganz kurzzeitig in gegenseitiger Berührung. Es ist daher mög lich, mittels einer an sich bekannten Kühlein richtung, durch welche eine Kühlflüssigkeit zwischen den Rollen und den andern Reib flächen durchgeführt wird, eine dauernde un mittelbare Kühlung der Reibflächen und damit eine sehr wirksame Abfuhr der Rei bungswärme zu erreichen.
Durch die Läppwirkung einerseits und die Möglichkeit der Wärmeabführung unmittelbar von den Reibflächen kann die Kupplung auch längere Zeit mit vollem Drehmoment rutschen ohne nachteilige Wirkung.
3. Durch das Nichtvorhandensein einer Flächenberührung ist eine _Ölfilmbildung, wie bei andern geschmierten Reibungskupplungen nicht möglich. Der Übergang von relativer Drehung zum relativen Ruhestand geht daher stossfrei vor sich. Die Reibungszahl ist unab- hängig von der Art der Schmierung und der Schmiermittel.
Kupplungen mit Reibelementen nach Abb.1, 2, 3 und 4 sowie Kupplungen nach Abb. 7, 8 und 9 können auch durch Anord nung von mehreren Systemen von Reibflächen und Reibelementen auf einer Achse nach Art von Lamellenkupplungen ausgeführt werden.
4. Die Kupplung ist ausbildbar bzw. auf Grund der genannten Eigenschaften verwend bar als: Schaltbare Kupplung in Triebwerken, Sicherheitskupplung für Überlastschutz, Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingun gen, Stossdämpfer, Bremse.