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Die Erfindung betrifft eine druckmittelbetätigte Reibkupplung oder -bremse mit einer – auf eine Kupplungs- oder Bremsendrehachse bezogen – axial beweglichen Druckkolbenanordnung sowie mit wenigstens einer durch die Druckkolbenanordnung beaufschlagbaren Reibscheibe, wobei der Druckkolbenanordnung einerseits ein mit einem Druckmittel beaufschlagbarer Druckraum und andererseits eine mechanische Rückstellfederanordnung zugeordnet sind, und wobei die Druckkolbenanordnung zwei Kolben umfasst.
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Zur Druckmittelbetätigung sind flüssige oder gasförmige Medien vorgesehen. Besonders bevorzugt ist die erfindungsgemäße Reibkupplung oder -bremse hydraulisch betätigt, wobei das Hydraulikmedium vorteilhaft durch ein Hydrauliköl gebildet ist.
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Eine druckmittelbetätigte Reibkupplung oder -bremse ist aus der
DE 10 2010 049 811 A1 bekannt. Die bekannte Kupplung oder Bremse umfasst eine Druckkolbenanordnung aus zwei radial konzentrisch zueinander angeordneten Druckkolben, wobei ein Druckkolben radial innenliegend und der andere Druckkolben radial außenliegend relativ zu der Kupplungs- oder Bremsendrehachse angeordnet sind. Beiden Druckkolben ist ein durch ein Hydraulikmedium beaufschlagbarer Druckraum zugeordnet, wobei beide Druckkolben Stirnflächen aufweisen, die direkt dem Druckraum zugeordnet sind und demzufolge durch das Hydraulikmedium beaufschlagbar sind. Der radial außenliegende Druckkolben ist zusätzlich axial an dem radial innenliegenden Druckkolben abgestützt. Der radial außenliegende Druckkolben wird durch eine erste Rückstellfederanordnung in seiner Ruhelage gehalten. Der radial innenliegende Druckkolben wird durch eine federelastische Scheibenmembran in seiner Ruhestellung gehalten. Der radial innenliegende Druckkolben dient zur Beaufschlagung der Reibscheiben, um einen entsprechenden Schaltvorgang, d. h. einen Kupplungsvorgang oder einen Bremsvorgang, der Reibkupplung oder -bremse zu erzielen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine druckmittelbetätigte Reibkupplung oder -bremse der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine zuverlässige Kupplungs- oder Bremsfunktion auch bei ungleichmäßiger Druckmittelbeaufschlagung im Druckraum ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein erster Kolben als Druckkolben gestaltet ist, der durch das Druckmittel aus dem Druckraum mit Druck beaufschlagbar ist, und dass ein zweiter Kolben als mechanischer Reibkolben ausgeführt ist, der relativ zu dem Druckraum axial beabstandet hinter dem Druckkolben angeordnet und mit der wenigstens einen Reibscheibe in Reibschluss bringbar ist, und dass axial zwischen dem Druckkolben und dem Reibkolben eine Druckfederanordnung vorgesehen ist, die sich an dem Druckkolben einerseits und an dem Reibkolben andererseits abstützt. Durch die erfindungsgemäße Lösung kann der Druckkolben relativ zu dem Reibkolben einen begrenzten axialen Weg durchführen, ohne dass der Reibkolben selbst axial verlagert wird. Hierdurch weist der Druckkolben zusätzlich die Funktion eines Druckspeichers auf, um Druckspitzen bei ungleichmäßiger Druckmittelbeaufschlagung im Druckraum zumindest teilweise ausgleichen zu können. Die erfindungsgemäße Lösung ist besonders vorteilhaft einsetzbar bei schwierigen hydraulischen Rahmenbedingungen. Erfindungsgemäß wird eine Anfederung des Druckkolbens erzielt. Erfindungsgemäß sind der Druckkolben und die Druckfederanordnung sowie der Reibkolben in Reihe zueinander angeordnet. Die Druckfederanordnung zwischen dem Druckkolben und dem Reibkolben bildet einen Federpuffer. Sobald die Druckfederanordnung bei einer entsprechenden Druckbeaufschlagung auf Block zusammengepresst ist, fungieren der Druckkolben und der Reibkolben direkt als gemeinsame Druckkolbeneinheit, die verlustfrei eine volle Axialkraft der Druckmittelbeaufschlagung auf die wenigstens eine Reibscheibe ausüben kann. Erfindungsgemäß wird der Druckkolben über den Druckraum mit Druck beaufschlagt, wodurch der Druckkolben sich gegen die Druckkraft der Druckfederanordnung axial relativ zu dem Reibkolben bewegen kann. Der Reibkolben wird durch die mechanische Rückstellfederanordnung entgegengesetzt zur Axialkraft des Druckkolbens kraftbeaufschlagt.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist eine Druckkraft der Druckfederanordnung betragsmäßig kleiner als eine Rückstellkraft der Rückstellfederanordnung ausgelegt. Je nach Auslegung und Abstimmung der Druckfederanordnung und der Rückstellfederanordnung ist es möglich, das Schaltverhalten der Kupplung oder Bremse an gewünschte Einsatzzwecke anzupassen. Neben der Funktion eines Druckspeichers kann der durch die Erfindung vorgesehene zusätzliche Kolbenhub je nach Auslegung von Druckfederanordnung und Rückstellfederanordnung zur weiter verbesserten Nutzung eines Gesamthubs der Druckkolbenanordnung im Betrieb der Kupplung oder Bremse auch eine Druckstufe realisieren. Das Aufeinanderabstimmen der Druckfederanordnung und der Rückstellfederanordnung ermöglicht bei einer hydraulischen Druckbeaufschlagung ein zeitgleiches oder zeitlich versetztes Axialverlagern des Druckkolbens und des Reibkolbens, wodurch unterschiedliche Steuerkennlinien für entsprechende Kupplungs- oder Bremsfunktionen erzielbar sind.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Druckkraft der Druckfederanordnung derart ausgelegt, dass bei einem Auftreten von Druckspitzen bei Druckbeaufschlagung des Druckkolbens durch das Druckmittel der Druckkolben einen Axialweg in Richtung der Reibscheibe zurücklegt, wohingegen der Reibkolben durch die Rückstellfederanordnung in seiner Ruhestellung gehalten wird. Hierdurch wird die Funktion eines Druckspeichers erzielt, die es ermöglicht, Druckspitzen bei hydraulischer Druckbeaufschlagung auszugleichen, die aufgrund schwieriger Rahmenbedingungen des Hydrauliksystems auftreten können. Hierzu zählen insbesondere eine ungleichmäßige Hydraulikdruckerzeugung durch eine Hydraulikpumpe oder ungleichmäßige Funktionen entsprechender hydraulischer Stellorgane.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Druckkraft der Druckfederanordnung betragsmäßig gleich groß oder größer als eine Rückstellkraft der Rückstellfederanordnung ausgelegt. Bei dieser Ausgestaltung erfolgt in einer ersten Druckstufe eine axiale Druckbeaufschlagung der wenigstens einen Reibscheibe ausschließlich durch die Druckfederkraft der Druckfederanordnung, wobei die Axialkraft durch die Differenz zwischen der Rückstellkraft der Rückstellfederanordnung und der Druckkraft der Druckfederanordnung definiert ist. Sobald in einer zweiten Stufe der Druckkolben hydraulisch beaufschlagt wird und axial an dem Reibkolben zur Anlage kommt, ist die Druckfederanordnung wirkungslos gestellt, wodurch nun nur noch die hydraulische Axialkraft des Druckraumes über den Druckkolben auf die wenigstens eine Reibscheibe wirkt. Die Wirkungslosstellung der Druckfederanordnung kann auch dadurch erfolgen, dass die Druckfederanordnung auf Block zusammengepresst wird, bevor der Druckkolben an dem Reibkolben axial zur Anlage gelangt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Druckfederanordnung und die Rückstellfederanordnung derart aufeinander abgestimmt, dass eine mehrstufige Druckbeaufschlagung der wenigstens einen Reibscheibe erzielbar ist, wobei in einer ersten Druckstufe eine auf die wenigstens eine Reibscheibe wirkende Axialkraft durch eine Federkennlinie der Druckfederanordnung definiert ist und wobei in einer zweiten Druckstufe die Druckfederanordnung wirkungslos gestellt ist, insbesondere durch eine axiale Anlage des Druckkolbens am Reibkolben. Durch diese Ausgestaltung ist ein mehrstufiger Schaltvorgang einer entsprechenden Kupplung oder Bremse erzielbar, wobei neben den aufeinander abgestimmten, einander entgegenwirkenden Federkräften der Druckfederanordnung und der Rückstellfederanordnung auch die Kolbenhübe des Druckkolbens und des Reibkolbens berücksichtigt werden. Falls die Druckkraft der Druckfederanordnung und die Rückstellkraft der Rückstellfederanordnung betragsmäßig zumindest weitgehend gleich groß sind, kann eine hydraulische Druckbeaufschlagung eine zumindest nahezu gleichzeitige Axialverlagerung beider Kolben, d. h. des Druckkolbens und des Reibkolbens, bewirken, wobei die durch den Reibkolben auf die wenigstens eine Reibscheibe aufgebrachte Reibkraft in einer ersten Stufe zunächst zumindest im Wesentlichen der Druckkraft der Druckfederanordnung entspricht, bevor bei weiterer hydraulischer Druckbeaufschlagung die Druckfederanordnung auf Block zusammengepresst ist oder die beiden Kolben axial aneinanderliegen. Sobald die Druckfederanordnung auf Block zusammengepresst ist oder der Drehkolben am Reibkolben anliegt, wirken der Druckkolben und der Reibkolben als einheitliche Kolbenanordnung, die die volle Axialkraft der hydraulischen Druckbeaufschlagung auf die wenigstens eine Reibscheibe übertragen kann. Die zuvor beschriebene Ausführung gilt für betragsmäßig gleich große Kräfte zwischen der Druckfederanordnung und der Rückstellfederanordnung. Falls die Druckfederanordnung eine Federkennlinie mit Druckkräften aufweist, die größer sind als die Rückstellkräfte der Rückstellfederanordnung, wird in der ersten Druckstufe eine auf die wenigstens eine Reibscheibe über den Reibkolben wirkende Axialkraft ausschließlich durch die Federkennlinie der Druckfederanordnung definiert. Nach entsprechender Wirkungslosstellung der Druckfederanordnung wirkt ausschließlich die hydraulische Axialkraft, die über den Druckraum auf den Druckkolben ausgeübt wird, der wiederum in der zweiten Druckstufe entweder am Reibkolben axial anliegt, oder aber die Druckfederanordnung auf Block zusammengepresst hat, so dass diese als quasi starre Verbindung zwischen Druckkolben und Reibkolben wirkt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Druckfederanordnung durch eine Vielzahl von Tellerfedern gebildet, die als Tellerfederpakete zusammengeführt sind. Die Tellerfedern ermöglichen eine zuverlässige und gleichmäßige Kraftübertragung. Zudem benötigen die Tellerfedern lediglich einen geringen Bauraum, so dass eine kompakte Unterbringung der entsprechenden Tellerfederpakete gewährleistet ist.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, das anhand der Zeichnungen dargestellt ist.
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1 zeigt in einer Frontansicht eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen, hydraulisch betätigten Reibkupplung,
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2 eine Schnittdarstellung der Reibkupplung nach 1 entlang der Schnittlinie II-II in 1,
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3 eine weitere Schnittdarstellung der Reibkupplung nach 1 entlang der Schnittlinie III-III in 1 und
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4 schematisch ein Druck-Weg-Diagramm für einen Betrieb der Reibkupplung nach den 1 bis 3.
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Eine hydraulisch betätigte Reibkupplung 1 nach den 1 bis 3 wird vorzugsweise im Landmaschinenbau eingesetzt. Die Reibkupplung 1 weist ein Gehäuse 2 auf, das in betriebsfertig montiertem Zustand stationär gehalten ist und mehrteilig ausgeführt ist, um eine Montage und Demontage der Reibkupplung 1 zu ermöglichen. Die Reibkupplung 1 umfasst zudem eine Druckkolbenanordnung 4, 5, die einen Druckkolben 4 sowie einen Reibkolben 5 aufweist. Sowohl der Druckkolben 4 als auch der Reibkolben 5 sind koaxial zu einer Kupplungsdrehachse D angeordnet. Ein stirnseitiger Gehäuseabschnitt des Kupplungsgehäuses 2 sowie eine dem Gehäuseabschnitt zugewandte Stirnfläche des Druckkolbens 4 begrenzen einen Druckraum 3, der für eine Schaltfunktion der Reibkupplung 1 mit einem Hydraulikmedium, vorliegend Hydrauliköl, befüllt wird. Der Druckkolben 4 ist mittels einer Kolbendichtung 10 relativ zu dem als Kolbenraum dienenden Druckraum 3 abgedichtet.
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Der Reibkolben 5 ist – auf die Ausrichtung zum Druckraum 3 bezogen – axial hinter dem Druckkolben 4 positioniert. Dabei ist der Reibkolben 5 in einem Ruhezustand der Reibkupplung 1, wie sie in 2 dargestellt ist, zu dem Druckkolben 4 axial beabstandet, wie ein Axialspalt A in 2 und 3 verdeutlicht. Der Reibkolben 5 weist auf einer zu dem Druckkolben 4 abgewandten Stirnfläche eine Reibfläche auf, die mit einer ersten Reibscheibe 6 zusammenwirkt. Die Reibkupplung 1 umfasst eine weitere, zu der ersten Reibscheibe 6 axial beabstandete Reibscheibe 6. Axial zwischen den beiden Reibscheiben 6 ist eine nicht näher bezeichnete, axial verlagerbare Stützscheibe vorgesehen, die mit entsprechenden Reibflächen beider Reibscheiben 6 zusammenwirkt. Beide Reibscheiben 6 sind relativ zur Kupplungsdrehachse D drehbeweglich gelagert und wirken in betriebsfertig montiertem Zustand der Reibkupplung 1 mit einer zweiten Kupplungsseite, insbesondere einer An- oder Abtriebswelle, zusammen. Das Kupplungsgehäuse 2 ist in betriebsfertig montiertem Zustand der Reibkupplung 1 mit einer ersten Kupplungsseite fest verbunden.
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Der Druckkolben 4 und der Reibkolben 5 werden über eine Druckfederanordnung 8 zueinander beabstandet gehalten. Die Druckfederanordnung 8 wird durch mehrere, über einen Umfang der Druckkolbenanordnung verteilt angeordnete Tellerfederpakete gebildet, die jeweils über einen Lagerbolzen 9 in einer entsprechenden Aussparung zwischen dem Druckkolben 4 und dem Reibkolben 5 fixiert sind.
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Über den Reibkolben 5, die beiden Reibscheiben 6, die Stützscheibe sowie ein nicht dargestelltes Kupplungsbauteil ergibt sich insgesamt eine Vierflächenkupplung, d. h. es ergeben sich für die beiden Reibscheiben 6 insgesamt vier Reibflächen.
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Der Reibkolben 5 wird über eine Rückstellfederanordnung 7 in seiner Ruhestellung gehalten, die einer Lüftstellung für die Reibscheiben 6 entspricht. Die Rückstellfederanordnung 7 wird durch mehrere, über einen Umfang der Reibkupplung 1 verteilt angeordnete Schraubendruckfedern 7 gebildet, die achsparallel zu einer Wirkrichtung der Tellerfedern der Druckfederanordnung 8 ausgerichtet sind und sich am Kupplungsgehäuse einerseits und am Reibkolben 5 andererseits abstützen. Die Tellerfederpakete der Druckfederanordnung 8 stützen sich einerseits am Druckkolben 4 und andererseits am Reibkolben 5 ab.
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Anhand der 3 ist der mehrteilige Aufbau des Kupplungsgehäuses 2 erkennbar, wobei einzelne Gehäuseteile über Schraubverbindungen miteinander verbunden sind. Zudem ist in 3 eine Transportsicherung 11 für die Reibkupplung 1 erkennbar.
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Dem Druckraum 3 ist in dem stirnseitigen Gehäuseabschnitt des Kupplungsgehäuses 2 ein Hydraulikanschluss 12 zugeordnet, über den der Druckraum 3 mit einem entsprechenden Hydrauliksystem verbindbar ist, um den Druckraum 3 mit Hydrauliköl zu versorgen und mit entsprechend hydraulischem Druck zu beaufschlagen.
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Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Tellerfederpakete der Druckfederanordnung 8 auf die Schraubendruckfedern der Rückstellfederanordnung 7 derart abgestimmt, dass der Druckkolben 4 als Druckspeicher zum Ausgleich von Druckspitzen innerhalb des Druckraums 3 dient und die Druckfederanordnung 8 demzufolge einen Federpuffer bildet. Dies bedeutet, dass im Betrieb der Reibkupplung 1 beim Auftreten von Druckspitzen der Druckkolben 4 gegen die Axialkraft der Druckfederanordnung 8 axial bewegt werden kann, während die Rückstellfederanordnung 7 den Reibkolben 5 in seiner Lüftstellung sichert. Damit wird im Ruhezustand, d. h. im Lüftzustand der Reibkupplung 1, sichergestellt, dass Druckspitzen im Hydrauliksystem nicht unbeabsichtigt zu einem Schaltvorgang durch ein entsprechendes axiales Verlagern des Reibkolbens 5 in Richtung der Reibscheiben 6 führen. Sobald nun durch das Hydrauliksystem ein Schaltvorgang der Reibkupplung 1 eingeleitet wird, wird im Druckraum 3 der hydraulische Druck erhöht, wodurch der Druckkolben 4 sich über den Axialweg A an den Reibkolben 5 anlegt und so der Druckkolben 4 und der Reibkolben 5 als gemeinsame Druckkolbenanordnung wirken. Denn der Druckkolben 4 liegt nun axial bündig und auf Stoß an dem Reibkolben 5 an, so dass eine weitere Druckkrafterhöhung durch das Hydrauliksystem zu einer gemeinsamen Axialbewegung des Druckkolbens 4 und des Reibkolbens 5 in Richtung der Reibscheiben 6 führt. Dies bewirkt einen entsprechenden Schaltvorgang. Dabei ist die Axialkraft, die durch entsprechende Druckbeaufschlagung im Hydrauliksystem aufgebracht wird, höher als die Rückstellkraft der Rückstellfederanordnung 7, um eine Axialverlagerung des Reibkolbens 5 zu ermöglichen.
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Bei einer modifizierten Reibkupplung 1 sind die Tellerfederpakete der Druckfederanordnung 8 stärker ausgelegt, so dass bei einer hydraulischen Druckbeaufschlagung die Druckfederanordnung 8 die entsprechende Axialkraft des Druckkolbens 4 so überträgt, dass auch der Reibkolben 5 bereits einen gewissen Axialweg in Richtung der Reibscheiben 6 durchführt. Hierbei müssen die betragsmäßigen Kräfte der Druckfederanordnung 8 und der Rückstellfederanordnung 7 entsprechend aufeinander abgestimmt sein, wobei vorzugsweise die Druckfederanordnung 8 und die Rückstellfederanordnung 7 zumindest annähernd gleich groß sind. Dadurch ist bei Einleitung eines entsprechenden Schaltvorgangs für die Reibkupplung 1 auch eine Druckstufe erzielbar, indem der Reibkolben 5 zunächst in einer ersten Schaltstufe über die Druckfederanordnung 8 in Richtung der Reibscheiben 6 verlagert wird, bevor die volle Axialkraft des Hydraulikdrucks den Druckkolben 4 unter Kompression der Druckfederanordnung 8 den Axialweg A überwinden lässt und damit die volle Hydraulikkraft auch auf den Reibkolben 5 verlustfrei übertragen wird.
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In der Lüftstellung des Reibkolbens 5 wird dieser durch die Rückstellfederanordnung 7 gegen einen Axialanschlag des Kupplungsgehäuses 2 gedrückt. Auch der Druckkolben 4 wird in seiner Ruhestellung, wie in 2 gezeigt, an einem Axialanschlag des stirnseitigen Gehäuseabschnitts des Kupplungsgehäuses 2 im Bereich des Druckraums 3 abgestützt.
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Anhand der 4 ist erkennbar, dass die gestrichelte Kennlinie für einen Schaltvorgang der Reibkupplung 1 nach den 1 bis 3 aus dem ausgeschalteten Zustand des Druckkolbens 4, der den Druckraum 3 begrenzt, zunächst den Axialweg A zurücklegt, ohne dass der Druck stark ansteigt. In diesem Bereich wirkt der Druckkolben 4 gegen die Federkraft der Druckfederanordnung 8, wohingegen der Reibkolben 5 in seiner Lüftstellung gehalten wird. Am Ende des Axialwegs A erfolgt der eigentliche Schaltvorgang der Reibkupplung 1, indem der Druckkolben 4 auf Stoß an dem Reibkolben 5 anliegt und nun den Reibkolben 5 in Richtung zu den Reibscheiben 6 hin mitnimmt. Die durchgezogene Linie zeigt dann den Einkuppelvorgang, bei dem unter allmählicher Druckerhöhung die Druckkolbenanordnung aus Druckkolben 4 und Reibkolben 5 immer stärker gegen die Reibscheiben 6 gepresst wird, bis die volle Axialkraft erreicht ist.
