Rillenscheiben-Reibungskupplung Die Erfindung betrifft eine Ri'llenscheiben-Reibungs- kupplung, bei welcher mindestens zwei Scheiben mit keilförmig ineinander greifenden Rillen zwecks Erhö hung dies Reibungsmomentes vorgesehen sind, welche dadurch gekennzeichnet ist,
dass beide Scheiben aus Ma terialien mit mindestens angenähert gleichen Koeffizien ten der Wärmedehnung ausgebildet sind und dass min destens eine der Scheiben mit einer das Reibungsverhal ten verbessernden metallischen Oberflächenschicht ver sehen ist.
Rillenscheibenkupplungen, bei welchen durch die in einander greifenden Rillen bzw. Kämme eine Erhöhung des Reibungsmomentes erzielt wird, haben eine Reihe von Vorteilen. So haben diese einen einfachen Aufbau und bestehen aus robusten Elementen, die sich für den härtesten Betrieb eignen. Mit deren Aufbau hängt eine eindeutige Trennung der Reibungsflächen in aus gekuppeltem Zustand zusammen, was zu geringen Leer- laufverlusten führt.
Wegen der Keilwirkung der Rillen benötigen diese Kupplungen für deren Betätigung auch relativ geringe Kräfte, z.B. geringen Öldruck bei hy draulischer Betätigung. Zur Verbesserung der Reibungs verhältnisse werden die Reibflächen dieser Kupplungen vorzugsweise geölt. Da bei Rillenku,pplungen die Reib bungsflächen schmal sind, wird das zugeführte Öl von diesen beim Einkuppeln rasch verdrängt. Es entsteht dabei eine sogenannte Grenzflächenreibung, bei welcher hohe Reibungszahlen erreichbar sind.
Um ein Fressen und einen starken Verschleiss der Reibungsflächen zu vermeiden, war es bei dieser Art von Kupplungen bisher notwendig, die Paare zusammen wirkender Scheiben aus unterschiedlichem Material her- zustellen. Es wurde fasst ausschliesslich die Paarung von Stahl- und Bronzescheiben verwendet. Die Scheiben eines derartigen Paares dehnen sich durch die im -Betrieb ent standene Reibungswärme infolge ihrer unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten ungleich aus und verfor men sich.
Dabei kommen die Reibungsflächen der ein zelnen, auf verschiedenen Radien liegenden Rillen und Kämme nicht gleichmässig zum Tragen. Das hat die Entstehung hoher örtlicher Flächenpressungen, eine ungleichmässige Erwärmung und ein Verziehen der Scheiben zur Folge. Um eine unzulässig hohe Abnützung zu vermeiden, muss daher die zulässige Flächenpressung der Reibflächen relativ gering gehalten werden.
Trotz dem erfordert es unter diesen Verhältnissen, um ver lässlich funktionierende und belastbare R.ill'enscheiben auszubilden, komplizierter und kostspieliger fabrikatori- scher Massnahmen.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Rillenschei- ben mit radialen Einschnitten zu versehen, um eine bes sere Anpassung der Riffen bei verschiedenen Betriebs und Wärmezuständen zu erzielen.
Eine derartige Mass- nahme schwächt jedoch die Scheiben und ist dabei nicht voll befriedigend, da im wesentlichen die Nachteile der ungleichen Wärmedehnungen verbleiben. In diesem Zu- sammenhang ist auch die Möglichkeit der Verwendung von Scheiben aus Stahl erwähnt worden, wobei allerdings festgestellt wurde,
dass diese im Vergleich zu der nor malen Ausführung mit der Paarung Stahl-Bronze un günstigere Resultate ergeben. Da jedoch Rillenscheiben- Reibungskupplungen überwiegend für relativ grosse Be lastungen gebaut werden, ist diese ungünstigere Aus führung nicht in die Praxis übergegangen.
Die Erfindung hat die Ausbildung einer Rillenschei- ben-Reibungskuppl'ung zum Ziel, die die erwähnten Nach teile vermeidet, billiger ist als die bisherigen Rillen- scheiben-Reibungskupplungen und diese dabei in ihrer Belastbarkeit noch übertrifft. Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Aus- führungsbeispiel'es erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 den Schnitt einer erfindungsgemässen Kupp lung, Fig. 2 ein Detail aus der Fig. 1 in vergrössertem Massstab.
Fig. 3 ein der Fig. 2 entsprechendes Detail mit einer anderen Ausführungsfarm der Oberflächenschicht.
Die in Fig. 1 beispielsweise dargestellte Kupplung ist in einem Zahnkranz 1 eingebaut. Der Zahnkranz ist zu beiden Seiten mit äusseren Rillenscheiben 2, 3 ver sehen, die mit dem Zahnkranz 1 durch Schrauben 4 und Stifte 5 verbunden sind. Innerhalb der äusseren Rillen- scheiben 2, 3 befinden sich zwei innere Rillen:scheiben 6 und 7, zwischen denen ein Dichtungsring 8 angeordnet ist.
Die inneren Rmllenscheben 6 und 7 werden durch eine Feder 10 zusammengezogen. Durch eine Bohrung 11 in der Welle 12, auf welcher die inneren Scheiben 6, 7 verschiebbar, jedoch drehfest gelagert sind,
wird dem Zwischenraum 13 zwischen den beiden inneren Rnllen- seheiben 6, 7, im Bedarfsfalle Druckmittel, z.B. Drucköl, zugeführt. Die inneren Scheiben 6, 7 sind mit zylin drischen Vorsprüngen 14, 15 versehen, auf deren Aus- senflächen die äusseren Rillenscheiben 2,
3 zusammen mit dem Zahnkranz 1 koaxial drehbar gelagert sind. Durch eine zentrale Bohrung 16 und Bohrungen 17, 18, die sich in einer anderen Ebene befinden und deshalb in der Fig. 5 strichpunktiert dargestellt sind,
wird den Gleit- flächen sowie den Reibungsflächen der Kupplung öl zur Schmierung und Kühlung zugeführt. Einer besseren Ver teilung des Öles dienen radiale Bohrungen 20 der inneren Scheiben 6, 7, welche die Rillen verbinden.
Da beim Einschalten der Kupplung das öl von den Reibungsflä chen verdrängt werden muss, sind zusätzlich die äusseren Rillenscheiben 2 und 3 mit in axialer Richtung ver laufenden Bohrungen 21 versehen, welche zusammen mit den Bohrungen 20 ein Entweichen des Öles aus den Rillen nach aussen. ermöglichen. Bohrungen 22, die durch den Kranz 1 radial nach aussen führen, dienen der Ableitung des Öles und gleichzeitig der Schmierung der Verzahnung.
Die dargestellte Kupplung arbeitet vorzugwense in einem Getriebgehäuse, das in an sich bekannter Weise ein Druckschmiersystem enthält.
In der Fig. 2, die einen Ausschnitt aus der Fig. 1 in vergrössertem Massstab darstellt, sind die Rillen der Scheiben 2 und 6 in einer Stellung gezeichnet, die dem ausgekuppelten Zustand entspricht. Bei dieser Ausfüh rung sind die Flanken der Scheibe 6 mit Oberflächen schichten 30 versehen.
Diese Schichten verbessern das Reibungs- und Verschleissverhalten der Kupplung, ohne dabei die Wärmedehnung des Grundmaterials der Rillen scheibe zu beeinflussen. Es ist daher möglich, die beiden zusammenwirkenden Seheiben aus Stahl, Gusseisen oder allgemein aus Materialien mit mindestens angenähert gleicher Wärmedehnung herzustellen, ohne Rücksicht auf das gegenseitige Verhalten der Grundmaterialien bei der Reibung.
In der Fig. 3 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei welcher die Rillenscheibe 6 entlang ihrer ganzen berillten Fläche mit einer Oberflächenschicht 40 versehen ist.
Diese Ausführung hat unter Umständen fabrikato- rische Vorteile und es kann so bei dieser Ausführung auch ein Trennen der Schicht vom Grundmaterial er schwert werden.
Die Oberflächenschichten 30, 40 können z.B. aus Sin- terbronze bestehen, der zur Verbesserung der Reibungs eigenschaften Blei, Kohlenstoff, Silizium, Eisen usw. zu gesetzt werden kann. Die Oberflächenschicht kann je doch ohne weiteres auch auf eine andere Weise, z.B. durch Elektrolyse oder Aufspritzen aufgetragen werden.
Unter gewissen Voraussetzungen ist es auch möglich, die Schicht metallurgisch aufzutragen, d.h. aufzugiessen, aufzusintern, aufzulöten oder z.B. aufzuschweissen. Es ist auch denkbar, den Schichten entsprechende Folien, bzw.
Ringe auf die Flanken der Nuten durch geeignete Klebstoffe aufzukleben. Die Schichten können dabei je nach der Art der Anordnung und nach dem Material der zusammenwirkenden Reibungsfläche aus Bronze, Hartchrom, Stahl,
Gusseisen und ähnlichen Materialien mit günstigen Reibungseigenschaften. bestehen. Dabei versteht es sich, dass die Schichten auch auf beiden zusammenwirkenden Scheiben eines Scheiben- paaresangebracht sein können.
Andererseits brauchen nicht die Rillenscheiben aus Stahl hergestellt zu sein. Es ist z.B. möglich, mindestens eime der kämmenden Scheiben aus Gusseisen auszuführen. Besonders vorteilhaft in dieser Beziehung ist wegen seiner Festigkeitseigenschaften und metallurgischen Eigenschaf ten Sphäroguss.
Die erfindungsgemässe Reibungskupplung verhält sich im Betrieb vorteilhafter als die bisher bekannten Rlllenkupplungen, da die Rillenscheiben bei allen Be- triebszuständen die gleiche Wärmedehnung erhalten. Es ist daher immer ein eindeutiges Aufliegen aller Reib flächen aufeinander und
damit eine optimale Ausnützung derselben gewährleistet. Zudem ist eine erfindungsgemäss ausgebildetet Kupplung billiger als eine der bekannten Bauart, und zwar nicht nur wegen der normalweise viel geringeren Materialkosten, sondern auch aus dem Grunde, dass die komplizierte Bearbeitung der Rillen, die bei den bisherigen Kupplungen erforderlich war, entfällt.
Grooved disk friction clutch The invention relates to a belt disk friction clutch, in which at least two disks with wedge-shaped interlocking grooves are provided for the purpose of increasing this frictional torque, which is characterized in
that both disks are made of materials with at least approximately the same coefficients of thermal expansion and that at least one of the disks is provided with a metallic surface layer which improves the frictional behavior.
Grooved disk clutches, in which an increase in the frictional torque is achieved due to the intermeshing grooves or ridges, have a number of advantages. These have a simple structure and consist of robust elements that are suitable for the toughest operation. Their structure is related to a clear separation of the friction surfaces when disconnected, which leads to low idling losses.
Because of the wedge effect of the grooves, these clutches also require relatively small forces to operate them, e.g. low oil pressure with hydraulic actuation. To improve the friction conditions, the friction surfaces of these clutches are preferably oiled. Since the friction surfaces are narrow with Rillenku, pplungen, the supplied oil is quickly displaced by them when the clutch is engaged. This creates what is known as interface friction, at which high coefficients of friction can be achieved.
In order to avoid fretting and excessive wear of the friction surfaces, it was previously necessary with this type of clutch to manufacture the pairs of interacting disks from different materials. The pairing of steel and bronze disks was used almost exclusively. The disks of such a pair expand unevenly and deform due to the frictional heat generated during operation due to their different coefficients of thermal expansion.
The friction surfaces of the individual grooves and ridges on different radii do not come into play evenly. This results in high local surface pressures, uneven heating and warping of the panes. In order to avoid inadmissibly high wear, the permissible surface pressure of the friction surfaces must therefore be kept relatively low.
In spite of this, under these circumstances, in order to develop reliably functioning and resilient pulleys, more complicated and expensive manufacturing measures are required.
It has already been proposed to provide the grooved washers with radial incisions in order to achieve better adaptation of the reefs in different operating and heat conditions.
Such a measure, however, weakens the panes and is not completely satisfactory, since essentially the disadvantages of the unequal thermal expansions remain. In this context, the possibility of using steel washers has also been mentioned, although it was stated that
that these result in more favorable results in comparison to the normal version with the steel-bronze pairing. However, since grooved disc friction clutches are mainly built for relatively large loads, this less favorable design has not been put into practice.
The aim of the invention is to design a grooved disk friction clutch which avoids the disadvantages mentioned, is cheaper than the previous grooved disk friction clutches and even exceeds them in terms of their load capacity. The invention is explained using an exemplary embodiment shown schematically in the drawing.
1 shows the section of a coupling according to the invention, FIG. 2 shows a detail from FIG. 1 on an enlarged scale.
FIG. 3 shows a detail corresponding to FIG. 2 with another embodiment of the surface layer.
The coupling shown for example in FIG. 1 is installed in a ring gear 1. The ring gear is seen on both sides with outer grooved pulleys 2, 3 ver, which are connected to the ring gear 1 by screws 4 and 5 pins. Inside the outer grooved disks 2, 3 there are two inner grooves: disks 6 and 7, between which a sealing ring 8 is arranged.
The inner Rmllenscheben 6 and 7 are pulled together by a spring 10. Through a bore 11 in the shaft 12, on which the inner disks 6, 7 are slidably but non-rotatably mounted,
is the space 13 between the two inner ring disks 6, 7, if necessary pressure medium, e.g. Pressure oil, supplied. The inner disks 6, 7 are provided with cylindrical projections 14, 15, on the outer surfaces of which the outer grooved disks 2,
3 are rotatably mounted coaxially together with the ring gear 1. Through a central bore 16 and bores 17, 18, which are located in a different plane and are therefore shown in phantom in FIG. 5,
oil is supplied to the sliding surfaces and the friction surfaces of the clutch for lubrication and cooling. A better distribution of the oil Ver are radial bores 20 of the inner discs 6, 7, which connect the grooves.
Since the oil must be displaced from the Reibungsflä surfaces when the clutch is switched on, the outer grooved disks 2 and 3 are additionally provided with bores 21 running in the axial direction, which together with the bores 20 allow the oil to escape from the grooves to the outside. enable. Bores 22, which lead radially outward through the ring 1, serve to drain the oil and at the same time to lubricate the toothing.
The clutch shown works vorzugwense in a gear housing that contains a pressure lubrication system in a manner known per se.
In FIG. 2, which shows a detail from FIG. 1 on an enlarged scale, the grooves of the disks 2 and 6 are drawn in a position which corresponds to the disengaged state. In this Ausfüh tion, the flanks of the disc 6 with surface layers 30 are provided.
These layers improve the friction and wear behavior of the clutch without affecting the thermal expansion of the base material of the grooved disc. It is therefore possible to manufacture the two interacting washers from steel, cast iron or generally from materials with at least approximately the same thermal expansion, regardless of the mutual behavior of the base materials in terms of friction.
FIG. 3 shows an embodiment in which the pulley 6 is provided with a surface layer 40 along its entire grooved area.
Under certain circumstances, this design has manufacturing advantages and it can also be difficult to separate the layer from the base material with this design.
The surface layers 30, 40 can e.g. consist of sintered bronze, which can be added to lead, carbon, silicon, iron, etc. to improve the frictional properties. The surface layer can, however, easily be made in some other way, e.g. applied by electrolysis or spraying.
Under certain conditions it is also possible to apply the layer metallurgically, i.e. pouring, sintering, soldering or e.g. weld on. It is also conceivable to use foils or films corresponding to the layers.
Glue rings on the flanks of the grooves using suitable adhesives. Depending on the type of arrangement and the material of the interacting friction surface, the layers can be made of bronze, hard chrome, steel,
Cast iron and similar materials with favorable frictional properties. consist. It goes without saying that the layers can also be applied to both interacting panes of a pair of panes.
On the other hand, the pulleys need not be made of steel. It is e.g. possible to make at least one of the meshing disks from cast iron. Nodular cast iron is particularly advantageous in this regard because of its strength properties and metallurgical properties.
The friction clutch according to the invention behaves more advantageously in operation than the previously known roller steering clutches, since the grooved disks receive the same thermal expansion in all operating states. It is therefore always a clear bearing of all friction surfaces on each other and
thus ensuring optimal utilization of the same. In addition, a coupling designed according to the invention is cheaper than one of the known types, not only because of the normally much lower material costs, but also for the reason that the complicated machining of the grooves, which was required in the previous couplings, is eliminated.