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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplungs-Brems-Kombination nach dem Hauptanspruch.
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Derartige Kupplungs-Brems-Kombination sind bekannt, siehe z. B.
US 4,633,986 A .
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Kupplungs-Brems-Kombinationen mit nasslaufenden Kupplungs- und Bremslamellen weisen unter Betriebsbedingungen mit geringen oder normalen Belastungen den Vorteil des nicht messbaren Verschleißes auf.
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Es handelt sich durch den Nasslauf um ein praktisch dauerfestes System.
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Da allerdings das hierzu notwendige Fluid stets von innen nach außen durch die Lamellen geführt werden muss, muss für den geschlossenen Fluidkreislauf ein relativ hoher Bauaufwand betrieben werden.
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Bekannt ist insoweit, das Fluid über die Zentralwelle mittels einer Drehdurchführung oder ähnlichem in das System zu pumpen und nachdem es die Kupplungs- bzw. Bremslamellen über deren Außendurchmesser verlassen hat über ein kommunizierendes Leitungssystem erneut über die Dreheinführung zu dem Innendurchmesser der Lamellen zu pumpen usw.
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Der insoweit notwendige Schmier-Kühlkreislauf verlangt deshalb nach einem externen Pumpaggregat ggf. einem Wärmetauscher und vor allem einem geschlossenen Leitungssystem, welches über die Dreheinführung mit der zentralen Welle der Kupplungs-Brems-Kombination verbunden ist.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer Kupplungs-Brems-Kombination der bekannten Bauart mit nasslaufenden Kupplungs- und Bremslamellen den Bauaufwand für den notwendigen Schmier-Kühlkreislauf zu verringern und trotzdem hohe Belastungen zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs.
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Wesentlich ist die Anordnung eines in sich geschlossenen Kreislaufs des Schmier- bzw. Kühlmittels innerhalb eines öldichten Gehäuses, welches auch die Kupplungs- und die Bremslamellen umschließt.
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Es handelt sich demnach um ein in sich geschlossenes System, innerhalb dessen auch die Zentralwelle angeordnet ist, so dass keine Abdichtung des Leitungssystems zur Umgebung erforderlich ist.
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Das geschlossene System ist zur Umgebung völlig öldicht und der Schmier-Kühl-Kreislauf vollständig innerhalb des geschlossenen System innerhalb des öldichten Gehäuses untergebracht.
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Von besonderem Vorteil ist die Anordnung der Schöpfleitungen so, dass zwischen den Schöpfleitungen und der Innenwand des Gehäuses eine Relativrotation erfolgt.
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Die Realtivrotation sorgt daher für eine Pumpfunktion, um das Schmier-Kühlmittel innerhalb des geschlossenen Gehäuses zum Zwecke der Durchströmung der Lamellen umzupumpen damit der geforderte verschleißfreie Betrieb gewährleistet ist.
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Die Schöpfleitungen tauchen zu diesem Zweck mit ihren Stauöffnungen voraus in das Schmier-Kühlfluid ein, wobei die Relativbewegung zwischen den Stauöffnungen und dem Schmier-Kühlfluid für eine Förderung desselben in den Schöpfleitungen sorgt.
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Lediglich die Rotationsgeschwindigkeit der Schöpfleitungen muss so gering sein, dass der Flüssigkeitsdruck in Richtung zur Zentralwelle größer als die auf das Fluid wirkenden Fliehkräfte ist, solange die Stauöffnungen durch das Fluid tauchen.
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Durch die somit erzwungene Förderung des Schmier-Kühlfluids über die Schöpfleitungen zum kommunizierenden Kanalsystem, über welches die Kupplungs- und Bremslamellen dann von innen nach außen mit dem Fluid versorgt werden, wird der Schmier-Kühlkreislauf in sich geschlossen, so dass ein ständige Versorgung der Lamellen mit dem Fluid sichergestellt ist.
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Dabei können die Schöpfleitungen intermitierend oder kontinuierlich durch das Fluid tauchen.
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Für den Fall der intermitierenden Beaufschlagung wird ergänzend vorgeschlagen, in den Schöpfleitungen, vorzugsweise kurz hinter den Stauöffnungen, selbsttätig schließende Rückschlagventile vorzusehen, so dass die Schöpfleitungen nicht leer geschleudert werden können, sobald die Stauöffnungen nicht mehr durch das Fluid tauchen.
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Andererseits sind auch konstruktive Maßnahmen denkbar, so dass die Schöpfleitungen permanent durch das Fluid tauchen.
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Rückschlagventile hätten dann die Funktion, die Notlaufeigenschaften des Systems für einen gewissen Zeitraum sicherzustellen.
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Diese Funktion kann durch das System realisiert werden, weil die zwischen die jeweils offenen Lamellenpaarungen geförderte Fluidmenge einem gesicherten Druckpotential ausgesetzt ist, welches einen Förderstrom nach außen bewirkt.
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Der von innen nach außen abnehmende Druck ermöglicht daher einen gewissen Nachsaugeffekt, der zumindest für einen gewissen Zeitraum Notlaufeigenschaften ermöglicht.
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Der Betrieb derartiger Kupplungs-Brems-Kombinationen erfolgt abwechselnd so, dass jeweils nur das Lamellenpaket der Bremse bzw. das Lamellenpaket der Kupplung geöffnet ist.
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Das jeweils offene Lamellenpakt muß aber auch nur geschmiert werden. Über das kommunizierende Kanalsystem, welches sowohl an die Kupplungs- als auch an die Bremslamellen angeschlossen ist, ist sichergestellt, dass zumindest das jeweils offene Lamellenpaket mit dem Fluid versorgt wird.
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Der zwischen den Stauöffnungen und den Schöpfleitungen hin zum kommunizierenden Kanalsystem entstehende Staudruck fördert also die jeweils benötigte Menge an Schmier-Kühlfluid in das jeweils offene Lamellenpaket.
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Zweckmäßigerweise ist die Dimensionierung der Stauöffnungen und der Schöpfleitungen so, dass am kommunizierenden Kanalsystem stets ein Überangebot an Schmier-Kühlfluid bereitsteht, so dass die gesamte Kupplungs-Brems-Kombination dauerhaft und verschleißfrei betrieben werden kann.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die erzielbare Fördermenge abhängig von der jeweiligen Drehzahl ist.
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Da mit steigender Drehzahl die anfallende Reibleistung steigt, muss auch mit steigender Drehzahl mehr Schmier-Kühlfluid gefördert werden.
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Dies ist durch das erfindungsgemäße Schmiersystem gewährleistet, weil durch das schnellere Durchtauchen der Schöpfleitung auch die förderbare Fluidmenge ansteigt.
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Insbesondere stellt die Erfindung folglich sicher, dass der Betrieb der Kupplungs-Brems-Kombination in einem weiten Drehzahlbereich erfolgen kann, ohne dass ein Schmiermittelmangel befürchtet werden muss.
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Die Zuführung des Schmier-Kühlfluids auf einem Durchmesser in das kommunizierende Kanalsystem, der kleiner als der Innendurchmesser der Lamellen ist, erfolgt gegen die Fliehkräfte auf das Fluid in den Schöpfleitungen und vermeidet in Folge der Förderwirkung einen Trockenlauf der Lamellen.
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Demzufolge bietet das erfindungsgemäße System stets die Sicherheit eines verschleißfreien Betriebs, obwohl die auf das Fluid wirkenden Fliehkräfte innerhalb der jeweils offenen Lamellen zur einer Schmiermittelverarmung vom Innendurchmesser zum Außendurchmesser der Lamellen führen würden.
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Die nachgeförderte Fluidmenge über die Schöpfleitungen erfolgt stets mit einem Überangebot, welches am kommunizierenden Kanalsystem ansteht und abhängig vom jeweils geöffneten Lamellenzustand auch genau zwischen diese Lamellen entlassen wird.
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Dabei ist der Aufwand für die Erfindung, gemessen am Vorteil, sehr gering.
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Die Schöpfleitungen können beispielsweise als einfache Rohrleitungen ausgeführt sein, die mit Staudrucköffnungen auf derjenigen Seite versehen sind, mit welcher sie voraus in das Fluid, z. B. ein Schmieröl, eintauchen.
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Geeignete Dimensionierung vorausgesetzt, setzt innerhalb der Schöpfleitungen dann eine Förderfunktion ein, die zu einer Versorgung der Lamellen an deren Innendurchmesser über das kommunizierende Kanalsystem erfolgt, wobei sich der geschlossene Kreislauf aufgrund der Fliehkräfte in den rotierenden Lamellen stets von selbst ergibt.
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Insoweit müssen die Stauöffnungen der Schöpfleitungen auf einem Radius angeordnet werden, der außerhalb des größtmöglichen Radius der Lamellen liegt, um das Schmiermittelversorungssystem in sich als geschlossenen Kreislauf auszubilden.
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Berücksichtigt man, dass aufgrund der Rotationsbewegung von Kupplungs- bzw. Bremslamellen das Schmier-Kühlfluid unter dem Einfluss der Fliehkraft stets von innen nach außen gefördert wird, kommt dem Merkmal einer lediglich teilweisen Füllung des öldichten Gehäuses mit dem Fluid, eine besondere erfinderische Qualität zu.
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Durch die Erfindung ist nämlich sichergestellt, dass das Schmier-Kühlfluid innerhalb des geschlossenen Gehäuses insbesondere dann einer nur geringen Planscharbeit unterworfen wird, wenn das öldichte Gehäuses nur teilweise gefüllt ist.
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Dieser Vorteil wird dadurch erreicht, dass die Schöpfleitungen mit ihren Stauöffnungen voraus in das Fluid eintauchen und dieses in Richtung zur Zentralachse der Kupplungs-Brems-Kombination befördern, wo es zwischen dem Innendurchmesser und dem Außendurchmesser der Lamellen benötigt wird. Der Förderstrom in Richtung zur Zentralwelle, der ausschließlich innerhalb des öldichten Gehäuses erfolgt, verlangt zwar nach einer gewissen Überschussmenge an Schmier-Kühlfluid, nicht jedoch nach einer vollständigen Füllung des öldichten Gehäuses.
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Das öldichte Gehäuse hat soweit auch eine Tankfunktion, wobei – je nach Anordnung – auch ein Schmierölsumpf in Betracht kommt.
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Wird jedoch das öldichte Gehäuse drehfest mit dem Antrieb der kupplungs-Brems-Kombination verbunden und die Schöpfleitungen mit dem Bremsstator, wird sich bei entsprechend bemessener Fluidmenge unter allen Betriebsbedingungen auf der Innenwand des Gehäuses ein Flüssigkeitsmantel ausbilden, der zusammen mit dem Gehäuse umläuft.
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Die Schöpfleitungen mit ihren Stauöffnungen voraus tauchen dann kontinuierlich in den Flüssigkeitsmantel ein, so dass eine kontinuierliche Förderung von Schmier-Kühlfluid in Richtung zur Zentralwelle und von dort über das kommunizierende Kanalsystem in die Lamellen gewährleistet ist.
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Zu diesem Zweck wird ergänzend vorgeschlagen, die Schöpfleitungen im wesentlichen radial zur Zentralwelle anzuordnen und so lang zu bemessen, dass sie mit ihren Stauöffnungen voraus in den mit umlaufenden Flüssigkeitsmantel eingetaucht bleiben, solange die Kupplungs-Brems-Kombination sich dreht.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert:
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Es zeigen:
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1. eine erfindungsgemäße Kupplungs-Brems-Kombination im Axialschnitt
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2 die Kupplungs-Brems-Kombination gemäß 1 im Radialschnitt
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Sofern im folgenden nichts anderes gesagt ist, gilt die folgende Beschreibung stets für alle Figuren.
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Die Figuren zeigen eine Kupplungs-Brems-Kombination 1. Es handelt sich um eine derartige Kombination mit Sicherheitsbremse.
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Zu diesem Zweck sind die im linken Teil der 1 erkennbaren Bremslamellen 3 über einen federbelasteten Kolben 15 in Schließrichtung beaufschlagt. Es handelt sich bei den Federn 16 um Druckfedern, die den Kolben 15 in Richtung zu den Bremslamellen 3 verlagern, sobald der links vom Kolben 15 befindliche Druckraum druckentlastet ist.
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Wird dieser Druckraum allerdings über das entsprechende Kanalsystem mit Druckfluid gefüllt, öffnet die Bremse, weil die Federn 16 zusammengedrückt werden und der Kolben 15 beaufschlagt anschließend die Kupplungslamellen 2 in Schließrichtung, so dass die vom Antrieb 11 ausgehende Drehbewegung auf die Zentralwelle 14 übertragen wird.
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Bezüglich der nicht genannten Einzelheiten derartiger Kupplungs-Brems-Kombinationen mit Sicherheitsbremse wird auf den Stand der Technik verwiesen. Siehe z. B. www.ortlinghaus.com.
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Wesentlich ist, dass sowohl die Kupplungslamellen 2 als auch die Bremslamellen 3 in einem Schmier-Kühlfluid nass laufen und zu diesem Zweck aus einem Fluidreservoir über einen geschlossenen Kreislauf zumindest bedarfsweise mit Fluid versorgt werden. Bedarfsweise im Umfang vorliegender Anmeldung bedeutet, dass die jeweils offenen Lamellenpaarungen von dem Schmier-Kühlfluid durchströmt werden, so dass zwischen den benachbarten Reibpartnern Flüssigkeitsreibung besteht.
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Aufgrund der Zentrifugalkräfte zwischen dem Innendurchmesser und dem Außendurchmesser der jeweiligen Lamellen muss daher das Schmier-Kühlfluid von innen nach außen durch die Lamellen gefördert werden.
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Dies muss in einem geschlossenen Kreislauf erfolgen.
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Zu diesem Zweck sind sowohl die Kupplungslamellen 2 als auch die Bremslamellen 3 von einem öldichten Gehäuse 4 umschlossen, innerhalb dessen auch der geschlossene Kreislauf eingeschlossen ist.
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Dies bedeutet, dass die gesamte Versorgung mit dem Schmier-Kühlfluid ausschließlich innerhalb des geschlossenen Gehäuses 4 erfolgt, welches seinerseits zur Umgebung sehr einfach abzudichten ist.
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Insbesondere bedarf es zur Versorgung mit Schmier-Kühlfluid keiner bauaufwendigen Dreheinführung in das Gehäuse 4, weil sich die gesamte Menge an Schmier-Kühlfluid innerhalb des Gehäuses 4 befindet.
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Dabei kann die bei den Reibvorgängen anfallende Wärme, die zunächst von dem Fluid aufgenommen wird, über die Außenfläche des Gehäuses 4 an die Umgebung abgegeben werden.
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Das öldichte Gehäuse 4 dient daher als Fluidbehälter einerseits und andererseits als Kühlaggregat.
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Zur Beförderung des Schmier-Kühlfluids dienen Schöpfleitungen 5, die derart angeordnet sind, dass zwischen ihnen und der Innenwand 6 des Gehäuses eine Relativrotation erfolgt.
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Um das Schmier-Kühlfluid in Folge dieser Relativrotation bedarfsgerecht zum Minimaldurchmesser der Kupplungs- bzw. Bremslamellen zu fördern, sind darüber hinaus an den Schöpfleitungen 5 Stauöffnungen 7 vorgesehen, so dass die Schöpfleitungen 5 mit ihren Stauöffnungen 7 voraus bei der Relativrotation in das Fluid eintauchen.
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Dabei wird infolge des an den Stauöffnungen 7 anstehenden Staudrucks das Fluid in die Schöpfleitungen 5 hineingefördert. Die Schöpfleitungen 5 ihrerseits münden in der Nähe der Zentralwelle 14 in einem kommunizierenden Kanalsystem 9, von wo aus das Schmier-Kühlfluid zu den Innendurchmessern der Kupplungslamellen 2 bzw. Bremslamellen 3 gefördert wird.
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Von dort aus kann das Fluid dann stets über die jeweils offenen Lamellenpaarungen strömen, um den Zustand der Flüssigkeitsreibung sicherzustellen.
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Dabei können die Schöpfleitungen – je nach Anordnung innerhalb des öldichten Gehäuses 4 – nur zeitweilig durch das Fluid tauchen.
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Um in diesem Fall ein Ausschleudern der Schöpfleitungen 5 während derjenigen Zeit zu verhindern, in denen sie mit ihren Stauöffnungen 7 nicht durch das Fluid fahren, sind in Richtung zu den Stauöffnungen 7 selbstschließende Rückschlagventile 10 vorgesehen.
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Diese selbstschließenden Rückschlagventile 10 können auch für den Fall vorgesehen sein, dass die Schöpfleitungen 5 ununterbrochen durch das Fluid tauchen.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird dies dadurch erreicht, dass das öldichte Gehäuse über die angedeutete links am Gehäuse 4 befindliche Ringverschraubung drehfest mit dem Antrieb 11 der Kupplungs-Brems-Kombination 1 verbunden ist.
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Es handelt sich bei dem Antrieb beispielsweise um ein Schwungrad einer von der Kupplungs-Brems-Kombination angetriebenen Presse.
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Das öldichte Gehäuse vollzieht daher die Drehbewegung des Antriebs 11 ständig mit, so dass sich bei einer entsprechenden Teilbefüllung des Gehäuses 4 ein umlaufender Flüssigkeitsmantel 13 auf der Innenwand 6 des Gehäuses 4 ausbildet, welcher prinzipiell mit dem rotierenden Gehäuse 4 mit umläuft.
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Dabei tauchen die Stauöffnungen 7 der Schöpfleitungen 5 permanent in den Flüssigkeitsmantel 13 ein, so dass die Schöpfleitungen 5 bis zum ihrem Kleinstdurchmesser ständig mit dem Schmier-Kühlfluid gefüllt sind.
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Dabei liegt der Kleinstdurchmesser, auf den die Schöpfleitungen 5 in das kommunizierende Kanalsystem 9 münden, auf einem kleineren Durchmesser, als dem Kleinstdurchmesser 8 der Kupplungs 2- bzw. Bremslamellen 3.
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Nachdem also das Schmier-Kühlfluid die Schöpfleitungen 5 an deren innerem Ende verlassen hat, um in das kommunizierende Kanalsystem 9 einzutreten, wird das Fluid durch die dort anstehende Fliehkraft automatisch zu den und dann durch die Lamellen gefördert.
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Bei dieser Weiterbildung der Erfindung mit dem mitdrehenden Gehäuse 4 besteht insbesondere der Vorteil der erhöhten Konvektion auf der rotierenden Oberfläche des Gehäuses 4.
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Die verbesserte Konvektion führt zu einer guten Kühlwirkung, die darüber hinaus mit steigender Drehzahl des Gehäuses 4 auch zunimmt.
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Diese Merkmale sind daher systemgerecht, da mit steigender Drehzahl der Kupplungs-Brems-Kombination auch die abzuführende Reibwärme zunimmt.
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Darüber hinaus zeigt insbesondere 1 in Verbindung mit 2 die Anordnung der Schöpfleitungen 5 bezüglich der Zentralwelle 14.
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Einerseits sind die Schöpfleitungen diametral paarweise vorgesehen und andererseits sind sie fest mit dem Bremsstator 12 verbunden.
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Der Bremsstator 12 steht also, ebenso wie die Schöpfleitungen 5, innerhalb des Gehäuses 5, welches sich mit dem Antrieb 11 dreht, starr.
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Die vorliegende Erfindung zeichnet sich folglich durch eine einfach zu realisierende Bauweise bei den üblichen Kupplungs-Brems-Kombinationen aus, unabhängig davon, ob der Antrieb 11 mit Schwungrad betrieben wird oder ohne Schwungrad mit entsprechend dimensionierten Servomotoren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplungs-Brems-Kombination
- 2
- Kupplungslamellen
- 3
- Bremslamellen
- 4
- öldichtes Gehäuse
- 5
- Schöpfleitungen
- 6
- Innenwand
- 7
- Stauöffnung
- 8
- Kleinstdurchmesser
- 9
- Kanalsystem
- 10
- Rückschlagventil
- 11
- Antrieb
- 12
- Bremsstator
- 13
- Flüssigkeitsmantel
- 14
- Zentralwelle
- 15
- Kolben
- 16
- Feder
