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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplungslamelle für eine ölgekühlte Lamellenkupplung.
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Eine derartige Kupplungslamelle ist z. B. bekannt aus
DE 1 199 548 A .
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Lamellenkupplungen, deren Kupplungslamellen ölgekühlt laufen, sind ausgelegt zur Übertragung hoher Leistungen, wobei die Kühlflüssigkeit auch im fortlaufenden Schleifbetrieb die entstehende Wärme abführt, so dass die Reibbeläge auch langfristig keinen Schaden nehmen.
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Die thermische Leistungsfähigkeit als Synonym für die Belastbarkeit einer derartigen Kupplung ist sehr hoch.
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Es hat nicht an Versuchen gefehlt, über eine Variation des Musters, welches von den jeweiligen Nuten im Reibbelag aufgespannt wird, die thermische Leistungsfähigkeit noch zu erhöhen.
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Bekannt sind insoweit Kupplungslamellen, die ausschließlich Radialnuten aufweisen, solche die zusätzlich auch noch Spiralnuten aufweisen und insbesondere auch Nuten, die an ihrem radial äußeren Ende verengt sind, um zu vermeiden, dass die Kühlflüssigkeit infolge der Radialkräfte herausgeschleudert wird.
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Die
EP 0 790 426 A2 offenbart eine Reiblamelle mit einer Stahllamelle als Träger für eine Sinterreibbelag. In den Sinterreibbelag ist ein schachbrettartiges Muster von Rillen eingepresst. Um auf eine nachträgliche Wärme- und Druckbehandlung der gesinterten Reiblamelle verzichten zu können, wird vorgeschlagen, dass in die Stahllamelle über deren Fläche verteilt örtlich begrenzte Vertiefungen durch den Sinterreibbelag eingedrückt werden.
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Die
US 4,878,282 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Reiblamellen. In einem Reibbelag werden Rillen eingebracht, welche an der Außenseite geschlossen ausgebildet sind, so dass ein Ölabfluss reduziert beziehungsweise verlangsamt werden kann.
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Die
DE 1 199 548 A betrifft eine Kupplungslamelle für eine Lamellenkupplung. In die Lamelle sind sowohl Radialnuten, als auch Quernuten eingebracht. Diese in Gruppen angeordneten Muster sind auf beiden Seiten der Lamelle spiegelbildlich angeordnet, allerdings jeweils in Umfangsrichtung zueinander versetzt.
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Die vorliegende Erfindung geht davon aus, dass die gattungsgemäßen Kupplungslamellen durch einfache Maßnahmen noch verschleißfester gestaltet werden können.
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Zu diesem Zweck ist vorgesehen, dass Nuten im Reibbelag vor dem Außenrand der Kupplungslamelle mit einem Verschluss enden.
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Aus der Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass mit einfachen Maßnahmen ein Herausschleudern der Kühlflüssigkeit durch Fliehkräfte bis auf ein Minimum unterbunden wird, sobald die Kupplungslamelle in den Berührungsbereich ihres benachbarten Reibpartners kommt, weil mit Annäherung der beteiligten Reibflächen auch der am Ende jeder Nut befindliche Verschluss wirksam wird.
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Die dabei innerhalb der Nut befindliche Kühlflüssigkeit kann daher auch bei höchsten Drehzahlen nur langsam aus der Nut entweichen und steht im Bereich der Reibpaarungen nach wie vor als Kühlflüssigkeit zur Verfügung.
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Darüber hinaus weist die Kupplungslamelle auf jeder ihrer beiden Seiten einen Reibbelag auf, wobei das Muster der einen Seite um 45° zu dem Muster der anderen verdreht ist.
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Da üblicherweise der Reibbelag auch eine gewisse Menge an Kühlflüssigkeit infolge seiner Porösität aufnehmen kann, kommt es durch die im Bereich der Reibbeläge verbleibende Kühlflüssigkeit zu einer verbesserten Kühlung, so dass die thermische Leistungsfähigkeit einer so bestückten Lamellenkupplung steigt.
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Dabei genügt es, die Nuten erst kurz vor dem Außenumfang der Kupplungslamelle entsprechend zu verschließen.
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Da die Nuten üblicherweise in den Reibbelag eingearbeitet sind, braucht bei der Fertigung die Nut lediglich kurz vor dem Außenrand des Reibbelages enden, um die Erfindung zu realisieren.
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Die Kupplungslamellen mit einer höchsten thermischen Leistungsfähigkeit weisen üblicherweise Nuten auf, die in Form eines regelmäßigen Waffelmusters angeordnet sind.
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Dabei verlaufen die Nuten geradlinig in zwei unterschiedlichen Richtungen, die vorzugsweise senkrecht aufeinander stehen und weisen jeweils übereinstimmenden Abstand voneinander auf.
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Die sich auf diese Weise kreuzenden Nuten bilden ein Waffelmuster, für welches lediglich zwei ausgezeichnete Richtungen genau radial verlaufen.
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Alle anderen Richtungen verlaufen sekantial oder tangential, so dass der Schleudereffekt auf die Kühlflüssigkeit nur sehr gering ist.
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Diese Maßnahme, insbesondere die 45°-Verdrehung der Muster auf beiden Seiten der Kupplungslamelle zueinander, dient daher der größtmöglichen Kühlwirkung und dem kleinstmöglichen Schleudereffekt auf die Kühlflüssigkeit auf jede einzelne Kupplungslamelle.
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Von besonderer Bedeutung ist eine Weiterbildung, bei welcher die Kupplungslamelle eine Innenverzahnung für den Mitnehmer einer Welle aufweist, oder eine entsprechende Außenverzahnung für den Mitnehmer einer Hohlwelle.
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Prinzipbedingt gibt es Kupplungslamellen mit Innenverzahnung und Kupplungslamellen mit Außenverzahnung. Kupplungslamellen mit Innenverzahnung sitzen auf einer während des Betriebs rotierenden Welle, welche eine korrespondierende Außenverzahnung aufweist.
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Kupplungslamellen mit Außenverzahnung sitzen in einer während des Betriebs rotierenden Hohlwelle, welche eine korrrespondierende Innenverzahnung aufweist.
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Die Verzahnung dient in einer solchen Lamellenkupplung der Übertragung von Drehmomenten zwischen Kupplungslamelle und zugehöriger Welle.
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Diese Verzahnungen müssen zur Vermeidung unnötigen Verschleißes mit Öl versorgt werden.
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Die dafür benötigte Ölmenge muss durch entsprechende Pumpenleistung bereitgestellt werden.
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Will man allerdings eine möglichst geringe Pumpenleistung, die letztlich als nicht nutzbare Verlustleistung im System verbleibt, kommt der Erfindung besondere Bedeutung zu.
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Durch Querkräfte auf die Wellen, z. B. durch Zahnräder oder andere Exentrizitäten tritt nämlich zwischen den Verzahnungen der Kupplungslamelle und der zugehörigen Welle ein Verschleiß auf, der unerwünscht ist.
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Diesem Verschleiß kann man durch eine ausreichende Schmiermittelversorgung erheblich mindern.
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Der geschlossene Rand im Waffelmuster einer Kupplungslamelle führt nämlich zu einem Rückstau der von Innen nach Außen geförderten Ölmengen und somit einerseits zu einer ausreichenden Schmiermittelversorgung im Bereich der Innenverzahnung und der Welle. Andererseits lässt der geschlossene Rand beim Schließen der Kupplung noch genügend Öl durch, um auch die Außenverzahnung benachbarter Lamellen ausreichend zu schmieren.
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Damit wird der Verschleiß sowohl an der Innen- als auch an der Außenverzahnung auffällig geringer, da ein tröpfchenweises Durchsickern am Außenumfang der Kupplungslamelle ebenfalls zu einer Ölversorgung und damit zur Schmierung auf dem gesamten Umfang führt.
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Die Kühlflüssigkeit wird daher dank der Erfindung einerseits bevorzugt der Verzahnungspaarung zur Verfügung gestellt und andererseits trotzdem gleichmäßig über den Umfang der Kupplungslamelle am Außenrand verteilt.
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Durch die gute Ölverteilung zwischen Innendurchmesser und Außendurchmesser entsteht eine hohe thermische Leistungsfähigkeit, obwohl keine Vergrößerung der Bauform notwendig ist.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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2 eine Kupplungslamelle in radialer Aufsicht
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3 die Rückseite der Kupplungslamelle gem. 1,
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4 eine vergrößerte Detailansicht,
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5 eine vergrößerte Detailansicht der Rückseite,
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6 einen Diametralschnitt durch eine erfindungsgemäße Kupplungslamelle,
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7 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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8 das Ausführungsbeispiel gem. 7 in radialer Aufsicht,
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9 die Rückseite der Kupplungslamelle gem. 7
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10 ein Paar erfindungsgemäßer Kupplungslamellen im Zusammenwirken mit einer Stahllamelle.
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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 Kupplungslamelle 1 für eine ölgekühlte Lamellenkupplung.
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Eine derartige Kupplungslamelle weist in ihrem jeweiligen Reibbelag 2, 3 ein Muster 4 aus Nuten 5 auf.
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Die Nuten verlaufen hierzu in zwei unterschiedlichen Richtungen für jede Seite der Kupplungslamelle.
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Die beiden unterschiedlichen Richtungen 6, 7 sind jeweils parallel zueinander und kreuzen sich gegenseitig.
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Dabei zeigen die Figuren, dass die Nuten geradlinig und regelmäßig verlaufen.
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Wesentlich ist jetzt, dass die Nuten 5 vor dem Außenrand der Kupplungslamelle 1 mit einem Verschluss 9 enden.
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Die Nuten, die hier in dem jeweiligen Reibbelag 2, 3 eingearbeitet sind, enden daher im Reibbelag mit einer Wand an ihrem Außenumfang, so dass in den Nuten 5 befindliche Kühlflüssigkeit nicht über den Rand hinaus geschleudert werden kann, sobald der Reibbelag der benachbarten Kupplungslamelle hinreichend nahe am Reibbelag 2, 3 der gezeigten Kupplungslamelle sitzt.
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In den gezeigten Ausführungsbeispielen erstreckt sich der Reibbelag praktisch ringförmig zwischen einem inneren und einem äußeren Umfang.
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Demgemäß enden die Nuten 5 noch innerhalb des Reibbelags 2, 3.
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Zusätzlich stehen die beiden Richtungen 6, 7, unter welchem sich die zueinander parallelen Nuten kreuzen, senkrecht aufeinander.
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Wie ein Vergleich der 1 mit 3 bzw. 7 mit 9 zeigt, weist die Kupplungslamelle 1 auf jeder Seite einen Reibbelag 2, 3 auf und das Muster 4 der einen Seite ist um 45° zu dem Muster 4 der anderen Seite verdreht.
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Weiterhin zeigen die 1 bis 6 eine Kupplungslamelle 1, die hier in besonderer Ausführungsform eine Innenverzahnung 10 für den Mitnehmer einer nicht gezeigten Welle aufweist.
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Man kann sich leicht vorstellen, dass die Welle eine der Innenverzahnung 10 korrespondierende Außenverzahnung trägt, auf welcher die Kupplungslamelle in axialer Richtung leicht verschiebbar angeordnet ist.
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Die dabei zwischen den Flanken der Innenverzahnung der Kupplungslamelle und den Flanken der Außenverzahnung der Welle entstehenden Kontaktkräfte führen langfristig zu einem gewissen Verschleiß, der nur durch entsprechend ausreichende Kühlflüssigkeit/Schmierflüssigkeit vermieden werden kann.
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Hier trägt die Erfindung erheblich zu einer deutlichen Verminderung dieses Verschleißes bei, weil die Verschlussstellen der einzelnen Nuten am Außenrand der Kupplungslamelle zu einem Rückstau der Kühlflüssigkeit/Schmierflüssigkeit fuhren, die den einzelnen Kontaktstellen der Verzahnungspaarung zugeführt wird.
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Darüber hinaus zeigen die 7 und 8 eine Kupplungslamelle 1, die hier in besonderer Ausführungsform eine Außenverzahnung 12 für den Innenmitnehmer einer nicht gezeigten Hohlwelle aufweist.
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Insoweit wird auf die vorangegangene Beschreibung in vollem Umfang Bezug genommen.
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Es hat sich allerdings zusätzlich gezeigt, dass derartige Kupplungslamellen mit Außenverzahnung und den erfindungsgemäß verschlossenen Nuten 5 ebenfalls für eine bessere Schmiermittelversorgung zwischen der Außenverzahnung der Kupplungslamellen und der Innenverzahnung der Hohlwellen führen.
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Dieser Effekt wird darauf zurückgeführt, dass durch die am Außenrand verschlossenen Nuten der Schleudereffekt auf das Schmieröl stark reduziert wird aber dennoch nicht vollständig unterbunden werden kann, so dass jetzt eine feindosierte Schmiermittelmenge im Verzahnungsbereich zur Verfügung steht.
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Die Erfindung trägt daher sowohl bei Kupplungslamellen mit Innenverzahnung als auch bei Kupplungslamellen mit Außenverzahnung zu einem verbesserten Verschleißverhalten im Bereich der jeweiligen Verzahnungspaarungen bei, weil es zu einem verbesserten Ölfilm kommt, der sich im Bereich der Verzahnungspaarungen ausbildet, so dass ein deutlich geringerer Verschleiß zu erwarten ist.
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Um insoweit zu einer rotationssymmetrischen Versorgung mit Kühlflüssigkeit/Schmierflüssigkeit zu kommen, wird vorgeschlagen, dass alle Verschlüsse 9 der einzelnen Nuten 5 auf einem gemeinsamen Kreis 11 liegen und somit praktisch auch einen übereinstimmenden Abstand zu den Kontaktstellen der Verzahnungspaarungen besitzen.
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Diese Maßnahme führt daher zu einer über den Umfang gesehen gleichmäßigen Verteilung der Kühlflüssigkeit/Schmierflüssigkeit.
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Weiterhin zeigt 10 die Anordnung eines Paares von erfindungsgemäßen Kupplungslamellen, die zwischen sich eine Stahlgegenlamelle 13 einschließen.
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Eine derartige Paarung von Kupplungslamellen mit Stahlgegenlamelle wird vorteilhafter Weise für Kupplungen verwendet, mit denen Dauerrutschvorgänge ausgeführt werden.
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Sinusgewellte Stahlgegenlamellen sind an sich bekannt.
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In Verbindung mit der vorliegenden Erfindung ergeben sich jedoch besondere Vorteile.
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Durch die sinusförmige Vorspannung der Gegenlamelle entstehen nämlich zwischen den jeweiligen Reibbelägen 2, 3 der einzelnen Kupplungslamellen 1 und der Gegenflächen an der Stahlgegenlamelle zwischen den einzelnen Berührzonen liegende Kanäle 14, welche die Ausbildung einer Kühl-Öl-Strömung fördern.
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Da bei derartigen Dauerrutschvorgängen nicht die vollen Schließkräfte auf das Lamellenpaket wirken, bleiben die Querschnitte der Kanäle 14 zumindest im Dauerrutschbetrieb geringfügig geöffnet, so dass ein entsprechender Ölvolumenstrom das Lamellenpaket radial durchströmen kann.
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Die dabei vom Ölvolumenstrom aufgenommene Wärmemenge wird so letztlich aus der rutschenden Kupplung heraustransportiert, während zugleich die in den Nuten 5 befindlichen Ölmengen einerseits den erfindungsgemäßen Rückstau begünstigen und andererseits die thermische Leistungsfähigkeit erhöhen.
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Durch eine derartige Kombination aus zumindest einer einzigen erfindungsgemäßen Kupplungslamelle mit einer zugeordneten sinusförmig gewellten Stahlgegenlamelle wird daher eine thermisch äußerst leistungsfähige Kupplungspaarung bereitgestellt, die auch für den Dauerrutschbetrieb hervorragend geeignet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplungslamelle
- 2, 3
- Reibbelag
- 4
- Muster
- 5
- Nute
- 6
- erste Richtung
- 7
- zweite Richtung
- 8
- Außenrand
- 9
- Verschluss
- 10
- Innenverzahnung
- 11
- gemeinsamer Kreis
- 12
- Außenverzahnung
- 13
- Stahlgegenlamelle
- 14
- Kanäle
- 15
- Strömungsrichtung
