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Die
Erfindung betrifft eine druckmittelbetätigte Reibkupplung oder -bremse
mit einer drehbeweglichen Reibscheibe sowie mit einem die Reibscheibe umgebenden
Gehäuse,
in dem eine durch ein Druckmittel beaufschlagbare, axial bewegliche
Druckscheibe angeordnet ist, die reibschlüssig mit der Reibscheibe in
Verbindung bringbar ist, wobei die Druckscheibe mittels einer axial
federelastischen Membran rückstellbar
ist, die an dem Gehäuse
einerseits und an der Druckscheibe andererseits eingespannt ist.
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Eine
derartige druckmittelbetätigte
Reibkupplung ist aus der
DE
81 31 995 U1 bekannt. Um ein Drehmoment zwischen Reibscheibe
und Gehäuse
und damit zwischen Reibscheibe und Druckscheibe zu übertragen,
wird die Druckscheibe druckmittelbeaufschlagt, wodurch sie gegen
die Reibscheibe gepresst wird. Für
ein Lüften
der Kupplung wird der Druckmittelraum gbelüftet, wodurch die Scheibenmembran
die Druckscheibe in die gelüftete
Ausgangsstellung zurückführt. In
dieser Luftstellung kann die Reibscheibe sich drehen, ohne auf das
Gehäuse
und die Druckscheibe eine Drehmomentübertragung auszuüben. Problematisch
kann es bei einer derartigen Reibkupplung sein, dass in geöffnetem, d.h.
gelüftetem
Zustand der Kupplung durch Vibrationen eines entsprechen den Antriebsmotors,
an den die Kupplung gekoppelt ist, Verschleißerscheinungen auftreten.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine druckmittelbetätigte Reibkupplung oder -bremse
der eingangs genannten Art zu schaffen, die durch Vibrationen in gelüftetem Zustand
auftretende Verschleißerscheinungen
vermeidet.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass die Membran im Bereich ihres Außenumfanges gehäuseseitig
und im Bereich ihres Innenumfanges druckscheibenseitig eingespannt
ist, und dass das Gehäuse
einen über
eine Gehäusemittelachse
hinweg offenen, zentralen Zylinderraum aufweist, in dem ein mit der
Druckscheibe verbundener Druckkolben axial beweglich angeordnet
ist. Beim Stand der Technik war die Druckscheibe und damit der Druckkolben
als Scheibenring ausgeführt.
Auch der als Druckraum dienende Zylinderraum des Gehäuses war
als Ringraum ausgeführt.
Dadurch waren sowohl radial innenseitig als auch radial außenseitig
Dichtungen notwendig. Dementsprechend war auch die Membran innenseitig
am Gehäuse
und außenseitig
an der Druckscheibe eingespannt. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird
die Anzahl der spielbehafteten Bauteile, die durch Vibrationen im
gelüfteten
Zustand Geräusche
oder mechanische Verschleißerscheinungen
bewirken können,
reduziert. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglich ein
verdrehspielfreies Konzept. Dadurch, dass der Druckkolben und der den
Druckkolben lagernde Zylinderraum, der den mit Druckmittel zu beaufschlagenden
Druckraum definiert, zentral angeordnet sind, wird relativ zum Gehäuse und
damit zwischen Druckkolben und Zylinderraum lediglich eine einzelne
Mantelfläche
definiert, die mit einer Dichtung versehen werden muss. Durch die
Anordnung der Membran wird eine Zentrierung des Druckkolbens und
damit eine Zentrierung der Druckscheibe geschaffen, wodurch mittels
der einzelnen Dichtung dennoch zuverlässig eine metallische Trennung
zwischen Druckkolben und Zylinderraum er zielt wird. Auch Vibrationen
können
damit nicht zu metallischen Reiberscheinungen zwischen Druckkolben
und Zylinderraum und damit zwischen Druckkolben und Gehäuse führen, so
dass zuverlässig
mechanischer Verschleiß vermieden
wird. Die erfindungsgemäße Lösung eignet
sich insbesondere für
den Einsatz in Land- und Forstmaschinen, bei denen vorzugsweise
dieselmotorische Antriebe eingesetzt werden, die starken Vibrationen
unterliegen.
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Die
der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch dadurch gelöst, dass
zur axialen Rückstellung
der Druckscheibe ergänzend
eine Druckfederanordnung vorgesehen ist, die in Parallelschaltung
zu der Membran auf die Druckscheibe einwirkt. Dadurch ergibt sich
eine steile Federkennlinie, die ein sehr schnelles Zurückdrücken der
Druckscheibe und des Druckkolbens in die gelüftete Ausgangsposition ermöglicht.
Zudem kann auf eine Vorspannung der Membran in der gelüfteten Ausgangsposition
verzichtet werden. Die Druckfederanordnung hält die Druckscheibe in ihrer
gelüfteten
Position mit großer Kraft
zurück,
so dass Vibrationen, die auf die Kupplung oder Bremse wirken, die
Druckscheibe nicht vibrierend abheben können. Dadurch werden Klingelgeräusche und
mechanische Verschleißerscheinungen
durch entsprechende metallische Reibkontakte vermieden.
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In
Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Druckfederanordnung mehrere,
gleichmäßig über den
Umfang der Druckscheibe verteilt angeordnete Schraubendruckfedern,
die an einem äußeren Umfangsbereich
der Druckscheibe abgestützt
sind. Dadurch wird eine besonders schnelle und sichere Luftfunktion
der Druckscheibe erzielt.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Druckscheibe an ihrem äußeren Umfangsbereich
auf der den Schraubendruckfedern abgewandten Stirnseite eine Stützkontur
auf, die eine axiale Stützfläche bildet.
Durch die axiale Stützfläche wird
eine flächige
Anlage an dem Gehäuse
oder an der Membran erzielt, so dass die Druckscheibe in ihrer gelüfteten Ausgangsstellung
gleichbleibend positioniert bleibt.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung bildet das Gehäuse radial
innerhalb eines außenliegenden
Einspannbereiches der Membran eine axiale Anlagefläche für die Membran.
Dadurch wird eine spannungsarme Ruhelage für die Membran in der gelüfteten Ausgangsposition
der Druckscheibe erzielt.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Stützfläche der Druckscheibe auf gleicher
radialer Höhe
angeordnet wie die axiale Anlagefläche des Gehäuses für die Membran. Dadurch wird
eine weitere Verbesserung einer sicheren und gleichbleibenden festen
Anlage der Druckscheibe in ihrer gelüfteten Ausgangsposition erzielt.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung verläuft die Membran zwischen der
Stützfläche der Druckscheibe
und der Anlagefläche
des Gehäuses.
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Durch
die beschriebenen Maßnahmen
liegt die Membran in der gelüfteten
Ausgangsposition der Druckscheibe im Wesentlichen spannungsfrei
flächig zwischen
den parallelen Axialflächen
der Druckscheibe und des Gehäuses,
wodurch auch eine relativ großflächige Anlage
der Druckscheibe mit vergleichsweise geringer Flächenpressung erzielt wird, so
dass bei ausreichender Rückstellkraft
der Schraubendruckfedern in der gelüfteten Ausgangsposition auch
bei Vibrationen des Antriebs- oder Abtriebsstranges die sichere
und gleichbleibende Positionierung der Druckscheibe in der gelüfteten Ausgangslage
erhalten bleibt.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Druckscheibe auf ihrer
den Schraubendruckfedern zugewandten Stirnseite axial ausgespart.
Dadurch ist für
die Kupplung oder Bremse in axialer Richtung ein relativ kompakter
Aufbau erzielbar, da die axial ausgerichteten Schraubendruckfedern
die Druckscheibe in einem Teilbereich axial überlagern.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Membran mit Druckentlastungsbohrungen
versehen. Dadurch ist ein Druckausgleich zwischen entsprechenden
Hohlräumen
auf den gegenüberliegenden
axialen Stirnseiten der Membran ermöglicht.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind an der Druckscheibe Druckentlastungsprofilierungen oder –durchtritte
vorgesehen. Als Druckentlastungsprofilierungen sind insbesondere
Druckentlastungsnuten vorgesehen. Druckentlastungsdurchtritte können vorzugsweise
durch Druckentlastungsbohrungen gebildet sein. Dadurch kann beim
Ein- und Ausschalten der Kupplung oder Bremse ein Ausgleich des
Luftvolumens zwischen der Druckscheibe und der Membran erfolgen.
Bei beiden zuvor beschriebenen Ausgestaltungen wird somit vermieden,
dass die Druckscheibe oder die Membran gegen ein „Luftkissen" arbeiten müssen, um
den entsprechenden axialen Weg zurückzulegen.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindungen ergeben sich aus den Ansprüchen sowie
aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung, das anhand der einzigen Zeichnung dargestellt ist.
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Die
einzige Zeichnung zeigt in einer Schnittdarstellung eine obere Hälfte einer
Ausführungsform einer
zumindest weitgehend rotationssymmetrischen Reibkupplung.
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Eine
Reibkupplung 1 gemäß der einzigen Zeichnung
ist für
den Einsatz bei einer Land- oder Forstmaschine vorgesehen und ist
beim dargestellten Ausführungsbeispiel
als Zuschaltkupplung ausgeführt,
um eine weitere Funktionseinrichtung an einen vorzugsweise dieselmotorischen
An trieb zu koppeln. Eine Riemenscheibe 2 des dieselmotorischen Antriebs
ist in der Zeichnung strichpunktiert dargestellt. Eine Abtriebswelle 3 des
dieselmotorischen Antriebs (nicht dargestellt) ist mittels einer
Keilnutverzahnung drehfest, aber axial relativbeweglich mit einer
Kupplungsnabe 4 verbunden. Die Kupplungsnabe 4 trägt einen
scheibenartigen Reibbelagträger 5, der
radial zu einer Drehachse der Abtriebswelle 3 und der Kupplungsnabe 4 radial
nach außen
ragt. Der Reibbelagträger 5 trägt mehrere
Reibbelagflächen 6,
die aufeinander gegenüberliegenden
Stirnflächen
des Reibbelagträgers 5 befestigt
sind.
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Der
Reibbelagträger 5 einschließlich seiner Reibbeläge 6 ist
von einem Kupplungsgehäuse 7, 8, 9 umgeben,
das relativ zur Abtriebswelle 3 koaxial drehbeweglich gelagert
ist. Die Abtriebswelle 3 ist drehbeweglich relativ zur
Riemenscheibe 2 gelagert. Die Riemenscheibe 2 hingegen
ist drehfest mit dem Kupplungsgehäuse 7, 8, 9 der
Reibkupplung 1 verbunden. Durch ein Zuschalten der Reibkupplung 1 wird
somit ein Kraftfluss zwischen Abtriebswelle 3 und Riemenscheibe 2 erzielt,
so dass über
die Riemenscheibe 2 eine entsprechende Zusatzfunktion antreibbar
ist, die je nach Schaltzustand der Reibkupplung 1 zu- oder
abgeschaltet ist.
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Das
Kupplungsgehäuse 7, 8, 9 weist
einen glockenartigen Kupplungsabschnitt 9 auf, der einen Zylinder
für einen
koaxial zur Drehachse axial beweglichen Druckkolben 10 definiert.
Der Druckkolben 10 erstreckt sich rotationssymmetrisch
zur Drehachse über
diese hinaus und bilden gemeinsam mit dem Gehäuseabschnitt 9 einen
als zentraler Zylinderraum dienenden Druckraum 16, der
druckmittelbeaufschlagbar ist. Als einzige gemeinsame Mantelfläche, die
zwischen der zylinderförmigen
Innenseite des Gehäuseabschnittes 9 und
dem zylindrischen Außenmantel
des Druckkolbens 10 gebildet ist, ist eine Ringdichtung 20 vorgesehen.
Der Druckraum 16 ist daher druckdicht abgedichtet. Der
Druckraum 16 ist durch ein pneumatisches oder hydraulisches
Druckmittel, nämlich
Druckluft oder Öl,
beaufschlagbar. Hierzu ist ein Druckmittelanschluss 17 vorgesehen, der
koaxial zur Drehachse der Reibkupplung 1 in eine entsprechende
Anschlussöffnung
des Gehäuseabschnittes 9 eingebracht
ist.
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Der
axial verschiebbare Druckkolben 10 trägt über eine Schraubverbindung
eine Druckscheibe 11, die sich innerhalb des Kupplungsgehäuses 7 bis 9 parallel
zum Reibbelagträger 5 radial
nach außen
erstreckt. Die Druckscheibe 11 ist als Scheibenring ausgeführt und
weist an ihrem Innenumfang einen Ringflansch auf, der mittels der
durch mehrere in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnete Axialschrauben
gebildeten Schraubverbindung mit dem Druckkolben 10 verschraubt
ist. Zwischen dem Ringflansch der Druckscheibe 11 und dem
Druckkolben 10 ist eine scheibenförmige Membran 12 eingespannt,
die vorzugsweise aus einem Federstahl besteht. Die Scheibenmembran 12 weist
in axialer Richtung federelastische Eigenschaften auf, um die Druckscheibe 11 in
eine nachfolgend näher
beschriebene, gelüftete
Ausgangsstellung zurückzustellen. Die
Scheibenmembran 12 erstreckt sich von dem Druckkolben 10 ausgehend
radial nach außen
und ist im Bereich ihres radialen Außenumfangs mittels einer weiteren
Anzahl von gleichmäßig über den
Umfang des Kupplungsgehäuses 7 bis 9 verteilt
angeordneten Axialschrauben in dem Kupplungsgehäuse 7 bis 9 eingespannt.
Dabei ist die Membran 12 zwischen dem Kupplungsabschnitt 9 und
einem axial verlaufenden Ringabschnitt 8 des Kupplungsgehäuses eingespannt.
Der koaxial zur Drehachse der Reibkupplung 1 ausgerichtete
axiale Ringabschnitt 8 des Kupplungsgehäuses ist wiederum mit einem
weiteren Gehäuseabschnitt 7 des
Kupplungsgehäuses verschraubt,
der über
nicht näher
bezeichnete Schraubverbindungen mit der Riemenscheibe 2 fest verbunden
ist.
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Der
Gehäuseabschnitt 7 bildet
eine stirnseitige Reibfläche
für die
Reibbeläge 6.
Die Druckscheibe 11 bildet eine weitere, der Reibfläche des
Gehäuseabschnittes 7 gegenüberliegende
Reibfläche
für die Reibbeläge 6,
so dass eine Zweiflächenkupplung
definiert ist. Der Reibbelagträger 5 kann
in gewissen Grenzen federelastisch ausgeführt sein, um bei einem Verschleiß der Reibbeläge 6 eine
gewisse elastische Nachgiebigkeit und eine sichere Anlage aller Reibflächen zu
ermöglichen.
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Die
Druckscheibe 11 weist im Bereich ihres Außenumfanges
eine Stützkontur 14 auf,
die sich flächig
an der Membran 12 in gelüftetem Zustand der Druckscheibe 11 und
des Druckkolbens 10 abstützt. Die Membran 12 wiederum
stützt
sich auf gleicher radialer Höhe
an einer flächigen
Stützfläche 15 des
Gehäuseabschnittes 9 ab,
so dass in gelüftetem
Zustand der Druckscheibe 11 sich über eine gesamte Stirnfläche der
Stützkontur 14 eine
flächige
Abstützung
zu dem Gehäuseabschnitt 9 ergibt.
Auf der der Membran 12 abgewandten Stirnseite weist die
Stützkontur 14 der
Druckscheibe 11 einen ausgesparten Bereich auf, in dem über den
Umfang der Druckscheibe 11 verteilt mehrere Schraubendruckfedern 13 axial
angreifen, die in axial ausgerichteten Sacklöchern des Ringabschnittes 8 des
Kupplungsgehäuses
abgestützt
sind.
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In
einem – radial
gesehen – mittleren
Bereich ist die Druckscheibe 11 mit zur Membran 12 hin
offenen Aussparungen 18 versehen. Auch der Gehäuseabschnitt 9 ist
auf der der Membran 12 zugewandten Stirnseite mit schmalen
Aussparungen 19 versehen.
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Die
Kupplungsnabe 4 des Reibbelagträgers 5 ist mittels
der keilnutförmig
ausgeführten
Verschiebeverzahnung axial verschiebbar auf der Abtriebswelle 3 gehalten,
so dass ein Verschleiß der
Reibbeläge 6 durch
einfachen axialen Nachlauf der Kupplungsnabe 4 auf der
Abtriebswelle 3 ausgeglichen werden kann.
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Um
die Reibkupplung 1 aus der gelüfteten Ausgangslage in eine
drehmomentübertragende Stellung
zu überführen, wird
der Druckraum 16 in grundsätzlich bekannter Weise mit
einem Druckmittel beaufschlagt, wo durch der Druckkolben 10 axial
in Richtung des Reibbelagträgers 5 verschoben
wird. Dadurch wird auch die Druckscheibe 11 axial in Richtung
des Reibbelagträgers 5 und
in Richtung des Gehäuseabschnittes 7 verschoben.
Die entsprechende Stirnfläche
der Druckscheibe 11 drückt
die Reibbeläge 6 gegen
die gegenüberliegende
Stirnfläche
des Gehäuseabschnittes 7,
wodurch das Drehmoment des sich drehenden Reibbelagträgers 5 auf
die Druckscheibe 11 und den Gehäuseabschnitt 7 übertragen
wird. Das Kupplungsgehäuse 7 bis 9 wird
daher mitgenommen. Durch die drehschlüssige Verbindung mit der Riemenscheibe 2 wird
auch diese in Drehung versetzt. Die Membran 12 wird durch
die axiale Verschiebebewegung der Druckscheibe 11 durch
entsprechende elastische Biegung gespannt. Die Schraubendruckfedern 13 werden
durch die Axialverschiebung der Druckscheibe 11 komprimiert. Sobald
nun der Druckraum 16 gelüftet wird, stellen die Federkräfte der
Membran 12 und die Federkräfte der zu der Membran 12 parallel
geschalteten Schraubendruckfedern 13 die Druckscheibe 11 wieder
in ihre Ausgangslage axial zurück,
wobei die Schraubendruckfedern 13 die Stützkontur
gegen die Membran 12 und diese gegen die Stützfläche 15 des
Gehäuseabschnittes 9 pressen.
Dadurch werden die Reibbeläge 6 und
der Reibbelagträger 5 wieder
freigegeben, so dass keine Kraftübertragung
mehr zwischen der Abtriebswelle 3 und dem Kupplungsgehäuse 7 bis 9 und
damit der Riemenscheibe 2 erfolgt. Die Riemenscheibe 2 ist
somit wieder abgeschaltet.
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Bei
der zuvor beschriebenen Ausführungsform
gemäß der einzigen
Zeichnung ist die als Zahnnabe ausgebildete Kupplungsnabe 4 als
einziges Bauteil mit einem Drehspiel behaftet. Bei einer nicht dargestellten
Ausführungsform
der Erfindung wird dieses Drehspiel der Kupplungsnabe 4 ausgeschaltet,
indem eine Klemmvorrichtung in Form eines Spannsatzes oder ähnlichem
oder ein Pressverband eingesetzt werden. Dadurch ist es möglich, sämtliche,
im Drehmomentfluss der Reibkupplung liegende Bauteile – in Drehrichtung
gesehen – spielfrei
auszuführen.
Da bei der Ausführung
der Kupplungsnabe 4 ohne Drehspiel auch eine axiale Verschiebbarkeit, die
bei entsprechendem Verschleiß für die Lüftung der
Kupplung notwendig ist, fehlt, ist bei dieser Ausführungsform
der Reibbelagträger 5 als
axial nachgiebige Membran ausgeführt.