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Die
Erfindung betrifft eine nass laufende Lamellenkupplung oder -bremse
mit zwei oder mehreren in Reihe angeordneten, von einem Kühlmittel
angeströmten ringförmigen Lamellen, die abwechselnd als
unbelegte Stahllamelle und als Reibbelaglamelle oder nur als einseitig
mit einem Reibbelag belegte Stahllamellen ausgebildet sind und eine
zur Verbindung mit einem äußeren und einem inneren
Lamellenträger abwechselnd ausgebildete Außen-
und Innenverzahnung aufweisen.
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Lamellenkupplungen
oder Lamellenbremsen umfassen üblicherweise eine Mehrzahl
von ringförmigen Lamellen. Dabei ist eine erste Gruppe
mit außen verzahnten Lamellen verdrehfest in einem rohrförmigen
Lamellenträger (z. B. Kupplungskorb) angeordnet und eine
zweite Gruppe mit innen verzahnten Lamellen verdrehfest auf einer
Welle oder Nabe befestigt. Die beiden Gruppen sind in axialer Richtung relativ
zueinander verschiebbar und können dabei paarweise in reibschlüssige
Verbindung gebracht werden. Die erste Lamellengruppe kann beispielsweise
unbelegte, vorzugsweise aus Stahl bestehende Lamellen (Stahllamellen)
umfassen, während die zweite Gruppe aus sandwichartig aufgebauten
Reibbelaglamellen, das heißt beidseitig mit einem Reibbelag
beschichteten, vorzugsweise aus Stahl bestehenden Trägerblechen,
gebildet ist. Die Lamellen können auch sämtlich
einseitig mit einem Reibbelag beschichtet sein. Dabei wirken jeweils
zwei benachbarte Lamellen zusammen, indem in eingerücktem Zustand
der Reib belag der einen Lamelle mit der unbelegten Seite der anderen
Lamelle in Kontakt gelangt. Bei der Verwendung von beidseitig belegten Reibbelaglamellen
ist jeweils eine Reibbelaglamelle zwischen zwei benachbarten, nicht
belegten Lamellen, üblicherweise Stahllamellen, angeordnet.
In den überwiegend aus Papier und/oder Kohlefasermaterial
bestehenden Reibbelag sind Nuten eingeformt, so dass ein das Lamellenpaket
anströmendes Kühl- und Schmiermittel radial zwischen
der Reibfläche der einen Lamelle und der glatten metallischen
Fläche der anderen Lamelle hindurchströmen kann
und dadurch ein Teil der durch die Reibarbeit entstehenden großen
Wärmemenge abgeführt werden kann und darüber
hinaus zum einen ein durch die Adhäsionswirkung des Kühlmittels
verursachtes Restdrehmoment und zum anderen der Verschleiß verringert
werden kann. Zur Verringerung des durch die Adhäsionswirkung
des Kühl- und Schmiermittels bedingten Restdrehmoments
kann auch eine besondere Gestaltung der Form der Lamellen dienen,
beispielsweise deren wellenförmige Ausbildung, um den Ölfluss
in geöffneter Stellung der Lamellen zu unterbrechen. Darüber hinaus
kann auch der Zustrom des Kühl- und Schmiermittels zu den
Lamellen bei geöffneter Kupplung bzw. Bremse unterbrochen
werden, um das Leerlaufschlupfmoment zu vermeiden. Andererseits kann
jedoch die Unterbrechung der Ölschmierung zu starker Erwärmung
und erhöhtem Verschleiß führen.
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Die
nicht belegten oder nur einseitig belegten Stahllamellen sind zudem
sehr steif, so dass schon geringe geometrische Fehler, zum Beispiel
eine Dickentoleranz oder Wellung oder eine Verformung (Tellerung)
der Stahllamelle aufgrund thermischer Belastung zu geometrischem
Rupfen oder infolge lokaler Pressungen zu örtlichen Temperaturerhöhungen
(Hot Spots) auf der Reibfläche der Stahllamellen kommen
kann. Aufgrund der Hot Spots kommt es zur Abtragung von Material,
das an anderer Stelle wieder aufge tragen wird und wandern und sich
vergrößern kann. Durch derartige geometrische
Fehler wird das Reibungs- und Verschleißverhalten der Reibpaarung negativ
beeinflusst. Trotz der massiv ausgebildeten Stahllamellen und deren
entsprechend hoher Wärmekapazität kommt es bei
länger andauernder thermischer Belastung doch zu einer
stärkeren Erwärmung der Stahllamelle, die von
dem in begrenzter Menge zugeführten Kühlmedium
nur unvollständig aufgenommen werden kann. Der Reibbelag,
der gegenüber der benachbarten Stahloberfläche
eine bestimmte Elastizität aufweist und eine gleichmäßige Flächenpressung
zwischen Reiblamelle und Stahllamelle bewirken soll, kann infolge
Verhärtung, Verschmutzung und Verbrennung der Oberfläche
durch thermische Belastung das oben geschilderte nachteilige Verschleißverhalten
weiter verstärken.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine nass laufende Lamellenkupplung
oder -bremse der eingangs erwähnten Art so auszubilden,
dass deren sichere Funktion und lange Lebensdauer gewährleistet
ist.
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Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe mit einer gemäß den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 ausgebildeten Lamellenkupplung oder -bremse gelöst. Weitere
Merkmale sowie vorteilhafte Weiterbildungen und zweckmäßige
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei
einer nass laufenden Lamellenkupplung oder -bremse der eingangs
erwähnten Art besteht der Grundgedanke der Erfindung darin,
dass die Stahllamellen mehrteilig ausgebildet sind und jeweils erste
und zweite ringförmige Reibbleche umfassen, die sich an
einem zwischen diesen angeordneten, elastisch verformbaren und für
das Kühlmittel durchlässigen Zwischenring abstützen
und an ihren Innen- und Außenrändern unter Freilassen
von Kühlmittelein- und -austrittsöffnungen axial
beweglich miteinander ver bunden sind. Die beiden Reibbleche – bzw. bei
einer einseitig beschichteten Stahllamelle das unbeschichtete Reibblech – sind
aufgrund einer sehr geringen Dicke elastisch verformbar.
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Aufgrund
der durch die innere Kühlung verringerten thermischen Belastung
und der elastischen Ausbildung der Stahllamelle werden geometrische Formabweichungen
verhindert bzw. ausgeglichen und ebenso lokale Überhitzungen
und daraus resultierende Materialanhäufungen vermieden
oder aufgrund des elastischen Verhaltens ebenfalls ausgeglichen.
Aufgrund der zusätzlichen Innenkühlung der Stahllamellen
verbunden mit einem vergrößerten Durchflußquerschnitt
für das Kühlmittel und des dadurch erhöhten
möglichen Kühlmittelvolumenstroms kann die Kühlwirkung
verbessert und somit die maximale Reibflächentemperatur
unter thermischer Belastung reduziert werden. Weiterhin kann im
Leerlauf zudem bei vorhandenem Kühlmittelvolumenstrom das
Schlupfmoment verringert werden. Das Betriebsverhalten der so ausgebildeten
Lamellenkupplung oder -bremse kann verbessert und deren Lebensdauer
erhöht werden, da zum einen das geometrische oder durch örtliche Überhitzung
und Materialanhäufung verursachte Rupfen der Kupplung und
zum anderen der Verschleiß minimiert wird.
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In
weiterer Ausbildung der Erfindung sind zur Ausbildung der Innen-
oder Außenverzahnung der Stahllamellen bzw. der einseitig
beschichteten Stahllamellen am Innen- oder Außenrand der
beiden Reibbleche im Wechsel radial abstrebende Zahnhüllen und
Zahnkerne angeformt. Die Zahnkerne des einen Reibblechs greifen
jeweils mit Spiel, d. h. axial beweglich, in die Zahnhüllen
des gegenüberliegenden Reibblechs ein. An den der Verzahnung
gegenüberliegenden Rändern der beiden Reibbleche
sind zum jeweils gegenüberliegenden Reibblech hin auskragende
und dieses hinterfassende Haltehaken angeformt. Die beiden Reibbleche
sind somit an den Außen- und Innenrändern axial
beweglich miteinander verbunden und können entgegen der
Wirkung des elastischen Zwischenrings zusammengedrückt
und auch wieder auseinander gedrückt werden, um Formabweichungen
oder Formänderungen auszugleichen und eine gleichmäßige
Flächenpressung zwischen den Stahllamellen und den Reibbelaglamellen
zu bewirken und dadurch das geometrische Rupfen zu vermeiden und
den Verschleiß zu verringern.
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In
Ausgestaltung der Erfindung greifen die Haltehaken in Ausnehmungen
des jeweils gegenüberliegenden Reibblechs ein. Dadurch
sind die Reibbleche – wie bereits im Bereich der Verzahnung – auch
im Bereich der Haltehaken gegeneinander verdrehsicher verbunden.
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In
weiterer Ausbildung der Erfindung verbleibt zwischen den von den
Zahnhüllen und Zahnkernen gebildeten Zähnen der
Stahllamelle und den am gegenüberliegenden Rand vorgesehenen
Haltehaken ein ausreichender Abstand zur Ausbildung der Kühlmittelein-
und -austrittsöffnungen.
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In
Ausgestaltung der Erfindung ist der elastisch zusammendrückbare
Zwischenring aus Stahlwolle gebildet oder besteht aus einer temperaturbeständigen,
kühlmittelfesten Kunstfaser.
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Die
Dicke der elastisch verformbaren unbeschichteten Reibbleche beträgt
zwischen 10 und 20% der Blechdicke herkömmlicher massiver
Stahllamellen und liegt somit zwischen 0,1 und 0.5 mm.
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Der
Reibbelag der einseitig beschichteten Stahllamellen oder der Reibbelaglamellen
weist in bekannter Weise eine Nutenstruktur auf.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung
näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein
in auseinander gezogenem Zustand dargestelltes Lamellenpaket, bestehend
aus im Wechsel angeordneten beidseitig unbeschichteten Stahllamellen
und beidseitig beschichteten Reibbelaglamellen;
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2 eine
mehrteilige, unbeschichtete Stahllamelle mit Außenverzahnung;
und
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3 die
mehrteilige Stahllamelle nach 2 in demontierter
Darstellung.
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Das
in 1 gezeigte Lamellenpaket besteht aus Stahllamellen 1 mit
einer Außenverzahnung 2 sowie zwischen den Stahllamellen 1 positionierten
Reibbelaglamellen 3 mit einer Innenverzahnung 4.
Die Außenverzahnung 2 dient zur drehfesten Anordnung
der Stahllamellen 1 am Innenumfang eines beispielsweise
rohrförmigen Kupplungsträgers (nicht dargestellt),
während die Innenverzahnung 4 zur Befestigung
der Reibbelaglamellen 3 an einer Welle (nicht dargestellt)
vorgesehen ist. Die Reibbelaglamellen 3 bestehen jeweils
aus einem Stahlträger mit auf diesen aufgeklebtem Reibbelag.
In der Oberfläche, das heißt dem elastischen Reibbelag
der Reibbelaglamellen 3 ist eine Nutenstruktur 5 ausgebildet,
die für einen gleichmäßigen Kühlmittelfluss zwischen
den Stahllamellen 1 und den Reibbelaglamellen 3 und
eine hohe Kühlwirkung zur Abführung der im Betrieb
der Kupplung entstehenden Reibungswärme sowie große
Reibkräfte und ein geringes Schlupfmoment sorgt.
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Die
in 2 in montiertem Zustand und in 3 in
demontierten Zustand als Explosionsansicht dargestellte Stahllamelle 1 ist
dreiteilig ausgebildet und umfasst zwei vergleichsweise dünne
und daher elastisch verformbare ringförmige Reibbleche 6 und 7 sowie
einen vollflächig zwischen diesen angeordneten, in axialer
Richtung elastisch verformbaren Zwischenring 8. Die Stärke
der Reibbleche 6, 7 beträgt nur etwa
15 bis 20% der üblichen Dicke herkömmlicher einteiliger,
massiv ausgebildeter Stahllamellen. Der Zwischenring 8 besteht
in der vorliegenden Ausführungsform aus Stahlwolle und
ist daher elastisch und öldurchlässig, kann aber
auch aus einem anderen elastischen und porösen, d. h. das Durchströmen
eines Kühlmittels erlaubenden Werkstoff bestehen. Die beiden
den elastischen Zwischenring 8 umhüllenden Reibbleche 6, 7 sind
am Innenrand und am Außenrand derart miteinander verbunden,
dass deren axiale Beweglichkeit in Richtung des elastischen Zwischenrings 8 (Zusammendrücken) gewährleistet
ist und darüber hinaus ein Kühlmittel (Kühlöl)
zwischen den beiden Reibblechen 6, 7 hindurch
strömen kann und schließlich auch die Außenverzahnung 2 ausgebildet
wird.
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Zu
diesem Zweck besteht die Außenverzahnung 2 aus
an den Außenrand der ersten Reibscheibe 6 und
der zweiten Reibscheibe 7 im Abstand im Wechsel angeformten
Zahnhüllen 9, 9' und Zahnkernen 10, 10'.
In montiertem Zustand sind die Zahnkerne 10, 10' zur
Gewährleistung der axialen Beweglichkeit jeweils mit Spiel
in einer zugehörigen Zahnhülle 9, 9' des
jeweils gegenüberliegenden Reibblechs 6 bzw. 7 angeordnet.
An den Innenrand des ersten Reibblechs 6 und des zweiten
Reibblechs 7 sind jeweils zueinander versetzt in Richtung
des gegenüberliegenden Reibblechs 6 bzw. 7 axial
auskragende Haltehaken 11, 11' angeformt, die
in Ausnehmungen 12, 12' des jeweils anderen Reibblechs
eingreifen und dieses hinterfassen und so die beiden Reibbleche 6, 7 am
Innenrand aneinander halten. Durch die gegenseitige Halterung einerseits
mittels als Zahn 13 geformten Zahnhüllen und Zahnkernen
am Außenrand und ande rerseits mittels Haken und Ausnehmungen
am Innenrand sind die beiden Reibbleche 6, 7 axial
beweglich, das heißt elastisch zusammendrückbar,
aber ansonsten fest miteinander verbunden. Selbstverständlich
können die Zähne auch am Innenrand und die Haken
auch am Außenrand der Stahllamelle vorgesehen sein. Zwischen
den beiderseitigen Haltehaken und Ausnehmungen und zwischen den
beiderseitigen Zahnhüllen und Zahnkernen – das
heißt den Zähnen 13 – besteht
ein ausreichend großer Abstand, so dass am Innenrand und am
Außenrand der mehrteiligen Stahllamelle 1 Kühlmittelein-
und -austrittsöffnungen 14 frei bleiben und ein
Kühlmittel zwischen den Reibblechen 6, 7 und durch
den offenporigen elastischen Zwischenring 8, der hier aus
Stahlwolle besteht, strömen kann.
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Aufgrund
der – infolge der geringen Dicke – elastischen
Reibbleche 6, 7 und deren zueinander axial beweglicher
Anordnung und elastischer Abstützung an dem elastischen
und zugleich flüssigkeitsdurchlässigen Zwischenring 8 werden örtliche
hohe Pressungen an der Stahllamelle 1 ausgeglichen und somit
lokale Temperaturerhöhungen (Hot Spots) und Materialanhäufungen
auf der Reibfläche vermieden. Durch die elastische Bauweise
der Stahllamelle 1 können zudem geometrische Fehler
(Dickentoleranz, Wellung) oder Verformungen (Tellerung) verhindert bzw.
ausgeglichen werden. Ein geometrisches oder durch lokale Temperaturerhöhung
und Materialanhäufung (Hot Spots) verursachtes Rupfen und
dadurch hervorgerufene, die Lebensdauer verringernde Verschleißerscheinungen
können reduziert werden. Da die Stahllamelle 1 neben
dem äußeren Kühlmittelstrom zusätzlich
durch einen inneren Kühlmittelstrom gekühlt wird,
kann die Kühlleistung verbessert und damit die thermische
Belastung der Stahllamelle 1 und die Gefahr der Ausbildung
von Hot Spots verringert werden. Eine daraus folgende Verringerung
des äußeren Kühlmittelstroms reduziert
außerdem das Schlupfmoment der La mellenkupplung oder -bremse im
Leerlauf. Der innere Kühlmittelstrom ist aber auch insofern
unerlässlich, als die dünnen Reibbleche 6, 7 nur über
eine geringe Wärmespeicherkapazität verfügen
und daher eher als die aus dem Stand der Technik bekannten massiv
ausgebildeten Stahllamellen gekühlt werden müssen.
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Die
Erfindung ist nicht auf die zuvor erläuterte Ausführungsform
beschränkt. Im Rahmen des Grundgedankens der Erfindung
sind insbesondere Modifikationen hinsichtlich der zusammendrückbaren
Verbindung der dünnen Reibplatten, der Anordnung der Zähne
am Innen- oder am Außenrand oder der Ausbildung des elastischen, öldurchlässigen
Zwischenrings denkbar.
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Darüber
hinaus kann die Stahllamelle auch als einseitig mit einem Reibbelag
versehene Lamelle ausgebildet sein. Im Unterschied zu der in der
oben beschriebenen Art ausgebildeten mehrteiligen Stahllamelle ist
in diesem Fall ein steifes, stabiles, an der Außenseite
mit einem Reibbelag beschichtetes Reibblech vorgesehen, an dem unter
Zwischenschaltung eines Zwischenrings aus elastischem, öldurchlässigen
Material ein dünnes elastisches Reibblech elastisch andrückbar
gehalten ist. Der Vorteil der so ausgeführten einseitig
mit einem Reibbelag beschichteten – single sided – Lamelle
liegt insbesondere in der durch die beidseitige Kühlmöglichkeit
bedingten Vermeidung des sogenannten Tellerns und des somit verringerten
Verschleißes.
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- 1
- Stahllamellen
- 2
- Außenverzahnung
- 3
- Reibbelaglamellen
- 4
- Innenverzahnung
- 5
- Nutenstruktur
- 6
- erstes
Reibblech v. 1
- 7
- zweites
Reibblech v. 1
- 8
- Elastischer
Zwischenring
- 9,
9'
- Zahnhüllen
v. 13
- 10,
10'
- Zahnkerne
v. 13
- 11,
11'
- Haltehaken
- 12,
12'
- Ausnehmungen
- 13
- Zahn
- 14
- Kühlmittelein-
und -austrittsöffnungen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 60032442
T2 [0002]
- - DE 10342271 A1 [0002]
- - DE 1575983 [0002]