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Die Erfindung betrifft eine Reiblamelle für eine nass laufende Kupplungseinrichtung, umfassend einen ringförmigen Träger, an dem an wenigstens einer Seite ein Reibbelag aufgebracht ist.
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Derartige Reiblamellen sind Teil eines Lamellenpakets, das zusätzlich noch Stahllamellen aufweist, die innerhalb des Lamellenpakets abwechselnd mit den Reiblamellen angeordnet sind. Das Lamellenpaket ist Teil einer nass laufenden Kupplungseinrichtung. Die Reiblamellen sind an einem ersten Lamellenträger axial verschiebbar angeordnet, die Stahllamellen an einem zweiten Lamellenträger axial verschiebbar. Das Lamellenpaket kann über ein Betätigungselement, beispielsweise einen Drucktopf, axial gegen ein Widerlager bewegt werden. Hierbei kommen die Reiblamellen in Kontakt mit den Stahllamellen, es kommt zum Reibschluss, so dass der angetriebene Lamellenträger den anderen Lamellenträger mitnimmt und ein Drehmoment übertragen werden kann. Der grundsätzliche Aufbau einer solchen Kupplungseinrichtung ist bekannt.
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Innerhalb eines solchen Lamellenpakets kann es zu einem sogenannten „Lamellentaumeln“ kommen, das durch eine auf die Lamellen wirkende Kraft erzeugt wird, die die Lamellen verkippen lässt. Durch dieses Lamellentaumeln kann das Schleppmoment signifikant erhöht werden, da sich der Abstand der Lamellen zueinander verändert. Insbesondere bei Anwendungen von Kupplungseinrichtungen in Hybridfahrzeugen kann aufgrund der hohen Drehzahl im Kupplungsbereich das Lamellentaumeln vorkommen.
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Um diesem Lamellentaumeln entgegenzuwirken, ist es bekannt, Separierungselemente wie beispielsweise Wellfedern zwischen den Lamellen anzuordnen. Diese Separierungselemente bewegen die Lamellen aktiv auseinander, wenn die Kupplung entlastet wird, und stellen eine entsprechende axiale Kompaktheit her, die ein Lamellentaumeln vermeidet. Problematisch hierbei ist aber, dass einerseits diese Separierungselemente zu montieren sind, und andererseits, dass, nachdem eine beachtliche Anzahl an solcher Separierungselemente aufgrund der Anzahl an Reiblamellen-Stahllamellen-Paaren vorgesehen ist, sich hierdurch der radiale Bauraum merklich vergrößert.
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Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, die einerseits den Einsatz separater Separierungselemente vermeidet, und andererseits eine Bauraumreduzierung ermöglicht.
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Zur Lösung dieses Problems ist erfindungsgemäß eine Reiblamelle für eine nass laufende Kupplungseinrichtung vorgesehen, umfassend einen ringförmigen Träger, an dem an wenigstens einer Seite ein Reibbelag aufgebracht ist. Diese Reibmalelle zeichnet sich dadurch aus, dass an der den Reibbelag aufweisenden Seite ein oder mehrere, durch ein anströmendes Fluid aus einer am Träger anliegenden Stellung in eine vom Träger abragende Stellung bewegbare Stauelemente vorgesehen sind.
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Die erfindungsgemäße Reiblamelle weist an der Reibbelagseite ein oder vorzugsweise mehrere Stauelemente, die bevorzugt äquidistant um den Umfang verteilt sind, auf. Diese Stauelemente sind beweglich und können zwischen einer zum Träger bewegten respektive am Träger anliegenden Stellung und einer vom Träger abragenden Stellung, in der sie also deutlich vom Träger axial gesehen abstehen, verstellt werden. Zur Verstellung wird ein Fluidstrom genutzt, der bei einer nass laufenden Kupplungseinrichtung das Lamellenpaket üblicherweise von radial innen nach radial außen durchströmt. Das heißt, dass sich die Erfindung diesen ohnehin gegebenen Fluidstrom respektive Kühlölvolumenstrom zu Nutze macht und das Fluid als das Stellmittel nutzt, das das oder die Stauelemente aus der am Träger anliegenden Stellung in die vom Träger abragende Stellung bewegt.
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Wird im Betrieb das Lamellenpaket zusammengedrückt, so liegen die Reib- und Stahllamellen reibschlüssig aneinander an, das Drehmoment wird übertragen. Wird der Stelldruck abgebaut, wird also das Lamellenpaket entlastet, so strömt das Fluid zwischen die nun entlasteten Lamellen. Ein Teil dieses Fluids wird von dem oder den Stauelementen auf- oder eingefangen, staut sich also in diesen und baut einen entsprechenden Druck auf, der dazu führt, dass das oder die Stauelemente bewegt werden, also aufgestellt werden. Dies führt dazu, dass durch diesen sich aufbauenden Fluiddruck und das Aufstellen der Stauelemente zwangsläufig eine Axialkraft auf die benachbarte Stahllamelle ausgeübt wird, die dazu führt, dass die beiden Lamellen voneinander separiert werden. Gleichzeitig wird hierüber, resultierend aus der aufgebauten Axialkraft, die Taumelbewegung der Lamellen verhindert, da sich die Reiblamelle an der Stahllamelle über die Stauelemente abstützt. Das heißt, dass sich die Erfindung den ohnehin gegebenen Fluidstrom, also den Kühlölstrom, zu Nutze macht, um mit dem oder den lamellenseitig integrierten Stauelementen auf einfache Weise die Separierung der entlasteten Lamellen und gleichzeitig die Taumelunterdrückung zu realisieren.
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Die Integration mehrerer erfindungsgemäßer Reiblamellen in ein Lamellenpaket einer Kupplungseinrichtung ermöglicht es somit, auf separate Separierungselemente wie die beschriebenen Wellfedern oder ähnliches zu verzichten, nachdem die entsprechenden Separierungselemente in Form der Stauelemente integral an den Reiblamellen vorgesehen sind. Das heißt, dass keine zusätzlichen Bauteile zu montieren sind. Zwangsläufig reduziert sich damit aber auch der radiale Aufbau, da eben keine separaten Elemente zwischen die Lamellen zu ordnen sind.
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Gemäß einer ersten Erfindungsalternative kann das oder jedes Stauelement in Form einer durch das anströmende Fluid füllbaren Tasche ausgeführt sein. Eine solche Tasche, die bei radialer Fluidanströmung von innen zur Rotationsachse hin offen ist, stellt also einen Hohlraum dar, der mit dem anströmenden Fluid gefüllt wird. Das Fluid wird darin eingefangen, der Staudruck nimmt mit zunehmend anströmendem Fluid zu, so dass es zum Aufstellen der Tasche und zum Erzeugen der die Separation bewirkenden Axialkraft kommt.
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Eine solche Tasche ist bevorzugt mittels eines am Träger fixierten, flexiblen Materials gebildet. Als ein solches Material kann ein Kunststoffmaterial verwendet werden, das für die Anwendung in einer nass laufenden Kupplungseinrichtung geeignet ist, das also die ausreichende mechanische, thermische und chemische Stabilität aufweist, aber auch beispielsweise ein Reibmaterial selbst sein kann, also beispielsweise das Reibmaterial, aus dem der Reibbelag gebildet ist, wenn dieses Reibmaterial hinreichend flexibel und taschenartig konfiguriert werden kann.
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Alternativ zur Ausbildung eines Stauelements in Form einer Tasche ist es denkbar, das oder jedes Stauelement in Form einer durch das anströmende Fluid aufschwenkbaren Klappe auszuführen. Hier strömt das Fluid folglich lediglich gegen das klappenartige Stauelement und stellt dieses auf, strömt dann aber daran vorbei, wird also, anders als bei der Taschenausgestaltung, nicht eingefangen. Gleichermaßen kommt es jedoch aufgrund des Staueffekts zur Ausbildung eines entsprechenden Staudrucks und daraus resultierend einem Aufstellen der Stauklappen und der Erzeugung der entsprechenden Axialkraft zur Separation der Lamellen.
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Wie bereits beschrieben, ist das oder sind die Stauelemente zweckmäßigerweise zum Innenumfang des Trägers hin offen, nachdem üblicherweise das Fluid von radial innen anströmt. Das heißt, dass die Taschen zum Außenumfang hin geschlossen sind, wobei die Schwenklagerung der Klappen am zum Außenumfang gerichteten Ende der Klappen gegeben ist.
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Das Stauelement selbst, unabhängig davon, ob es nun eine Tasche ist, die aus einem entsprechenden flexiblen Material gebildet ist, oder eine Klappe, die aus einem entsprechend steifen, rigiden Material gebildet ist, ist zweckmäßigerweise durch Ankleben oder Anvulkanisieren an dem Träger befestigt. Auf diese Weise wird eine einfache, gleichzeitig aber auch sichere Fixierung der Stauelemente ermöglicht. Wie beschrieben, kann das Stauelement, egal ob Tasche oder Klappe, beispielsweise aus einem Kunststoff sein. Denkbar ist es aber auch, das Stauelement aus einem Reibbelag, bevorzugt dem Reibbelag, der auch auf der übrigen Trägerfläche vorgesehen ist, zu bilden. Dies ermöglicht es, dass das respektive die Stauelemente im zum Träger hin eingedrückten oder eingeklappten Zustand gleichzeitig auch als Reibelemente dienen können, mithin also zur Bildung des Reibschlusses und zur Drehmomentübertragung beitragen. Dies setzt voraus, dass das oder die Stauelemente in der am Träger anliegenden Stellung im Wesentlichen die gleiche Dicke oder genau die gleiche Dicke wie der sonstige trägerseitige Reibbelag aufweisen. Denn dann ergibt sich eine weitgehend oder vollständig einheitliche Reibbelagsebene, gebildet über den Reibbelag sowie lokal das oder die Stauelemente aus dem Reibmaterial.
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Für den Fall, dass das oder die Stauelemente nicht mit zum Reibschluss beitragen sollen, weist das oder jedes Stauelement in der am Träger anliegenden Stellung eine etwas geringere Dicke als der Reibbelag auf, das heißt, dass der Reibbelag etwas dicker ausgeführt ist. Dies stellt sicher, dass beim Momentenübertrag, wenn also das Lamellenpaar in Reibschluss geht, eine Beschädigung des oder der Stauelemente vermieden wird, da die Stauelemente nur leicht und ohne Anpressdruck an der Stahllamelle anliegen.
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Der Reibbelag selbst kann quasi als durchgehender Belag ausgeführt sein, der lokal entfernt ist, wobei in diesen Bereichen jeweils ein Stauelement vorgesehen ist. Alternativ ist es auch denkbar, dass der Reibbelag mittels mehrerer separater Reibabschnitte, die in Umfangsrichtung aufeinanderfolgend angeordnet sind, gebildet ist, wobei anstelle eines oder mehrerer Reibabschnitte jeweils ein Stauelement angeordnet ist. Hier sind also einzelne Reibabschnitte, die auch als Reibpads bezeichnet werden können, vorgesehen, die flächig auf der Trägeroberfläche angeordnet sind. Lokal ist nun ein oder sind mehrere solcher Reibabschnitte respektive Reibpads durch ein Stauelement, sei es eine Tasche, sei es eine Klappe, ersetzt.
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Neben der Reiblamelle selbst betrifft die Erfindung ferner eine Kupplungseinrichtung, umfassend wenigstens ein Lamellenpaket enthaltend Reiblamellen der vorstehend beschriebenen Art. Die Kupplungseinrichtung weist, wie eingangs beschrieben, zwei Lamellenträger auf, wobei am einen Lamellenträger die Reiblamellen und am anderen Lamellenträger die Stahllamellen angeordnet sind, wobei sich Reiblamellen und Stahllamellen abwechseln. Die jeweiligen Lamellen sind am jeweiligen Lamellenträger axial verschiebbar angeordnet, so dass sie über ein Betätigungselement wie einen Drucktopf axial gegen ein Widerlager bewegt und das Lamellenpaket im Reibschluss gedrückt werden kann. Hierbei wird das oder werden die vormals aus der Trägerfläche herausbewegten, also axial vorspringenden Stauelemente wieder zum Träger hingedrückt, also entweder das Fluid aus den Taschen herausgedrückt oder die Klappen eingeschwenkt. Sobald das Lamellenpaket wieder entlastet wird, kann das Fluid wieder zwischen die Lamellen strömen und die Stauelemente, gegen die es dabei strömt, aufstellen, um die Lamellen zu separieren.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
- 1 eine Prinzipansicht eines Teils einer erfindungsgemäßen Reiblamelle mit einem Stauelement in Form einer Tasche in der zum Träger hinbewegten Stellung,
- 2 eine Schnittansicht durch die Reiblamelle in Richtung der Pfeile II-II aus 1, wobei zusätzlich eine Stahllamelle gezeigt ist,
- 3 eine Prinzipdarstellung entsprechend 1 mit aufgestelltem Stauelement in Form der mit Fluid gefüllten Tasche,
- 4 eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV aus 3, unter zusätzlicher Darstellung einer Stahllamelle,
- 5 eine Prinzipdarstellung in einer Teilansicht einer erfindungsgemäßen Reiblamelle mit einem Stauelement in Form einer schwenkbaren Klappe,
- 6 eine Schnittansicht entlang der Linie VI-VI aus 5, unter Darstellung einer zusätzlichen Stahllamelle,
- 7 eine Prinzipdarstellung entsprechend 5 mit durch anströmendes Fluid aufgeschwenkter Klappe, und
- 8 eine Schnittansicht entlang der Linie VIII-VIII aus 7.
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1 zeigt in Form einer Teilansicht eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Reiblamelle 1, die für den Einsatz in einer nass laufenden Kupplungseinrichtung geeignet ist. Die Reiblamelle 1 umfasst einen ringförmigen Träger 2, üblicherweise aus Stahlblech. An wenigstens einer Trägerseite, zumeist aber an beiden Trägerseiten, ist ein Reibbelag 3 vorgesehen, der im gezeigten Beispiel über separate, hier leicht trapezförmige Reibabschnitte 4 gebildet ist. Die Reibabschnitte 4 bestehen aus einem Reibmaterial, das auf den Träger 2 beispielsweise aufgeklebt oder aufvulkanisiert ist. An der Innenseite des Trägers 2 ist eine Verzahnung 5 vorgesehen, die in eine entsprechende Axialverzahnung eines nicht näher gezeigten Lamellenträgers eingreift, der, wie auch die Reiblamelle 1, Teil eines Lamellenpakets einer Kupplungseinrichtung ist. Der grundsätzliche Aufbau und Verwendungszweck einer solchen Reiblamelle 1 ist bekannt.
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Bei der erfindungsgemäßen Reiblamelle ist des Weiteren, wie dargestellt, ein Stauelemente 6 vorgesehen, wobei um den Umfang der Reiblamelle 1 mehrere solcher Stauelemente 6 in äquidistanter Abfolge vorgesehen sind. Die Stauelemente 6 sind an Positionen, an denen ansonsten ein Reibabschnitt 4 wäre, positioniert.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das respektive jedes Stauelement 6 als eine mit einem von radial innen anströmenden Fluid füllbare und daher aus der Ebene des Reibbelags 3 herausdrückbare Tasche 7 ausgeführt. Die respektive jede Tasche 7 ist aus einem flexiblen Material 8 gebildet, kann also zwischen einer am Träger 2 anliegenden Position und einer aufgestellten Position über das anströmende Fluid verstellt werden.
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In 2 ist angenommen, dass das Stauelement 6 respektive die Tasche 7 in der zum Träger 2 hin benachbarten oder eingedrückten Stellung angeordnet ist. Eine Schnittansicht durch diese Lamellenkonfiguration ist in 2 gezeigt. Diese zeigt den Träger 2 sowie das Stauelement 6 in Form der Tasche 7, die ersichtlich zum Innenumfang hin offen ist, das heißt, dass eine Taschenöffnung 9 vorgesehen ist, die zum Innenumfang hin offen ist.
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Im gezeigten Beispiel ist die Tasche 7 jedoch zusammengedrückt, das heißt, dass eine Axialkraft Faxial, wie durch den Pfeil 10 dargestellt, wirkt. Diese bewirkt, dass die Reiblamelle 1 gegen die hier gezeigte Stahllamelle 11 gedrückt wird, mithin also das Lamellenpaket zusammengedrückt wird. Die Tasche 7 wird demzufolge zusammengedrückt, ein etwaiges in ihre befindliches Fluid wird aus ihr herausgedrückt. Das Fluid 12 strömt, wie durch den Pfeil in den Figuren gezeigt, von radial innen an, kann hier aber, da die Axialkraft Faxial gemäß Pfeil 10 wirkt, die Tasche 10 nicht füllen und aufstellen.
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Wird jedoch die Axialkraft abgebaut beziehungsweise wirkt keine Axialkraft mehr, so strömt das Fluid 12, bei dem es sich üblicherweise um ein Kühlöl handelt, an und in die Taschenöffnung 9. Es sammelt sich in der Tasche 7, das heißt, dass sich ein Staudruck aufbaut, der die Tasche 7 füllt und aufstellt, wie in der Prinzipdarstellung der 3 und 4 gezeigt. Dieser Druck erzeugt des Weiteren eine Axialkraft, die dazu führt, dass die Reiblamelle 1 und die Stahllamelle 11 voneinander separiert werden, wie 4 zeigt. Deutlich ist die Reiblamelle 1 von der Stahllamelle 11 beabstandet, wie sie auch ersichtlich das Volumen der Tasche 7 durch das eingefangene Fluid vergrößert hat. Die Ausgestaltung ist derart, dass die Tasche 7 auch in der separierten Stellung geringfügig an der Stahllamelle 11 anliegt, so dass sich die Lamellen 1, 11 abstützen und ein Taumeln verhindert wird.
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Wird nun die Kupplungseinrichtung wieder betätigt und erneut eine Axialkraft Faxial gemäß Pfeil 10 aufgebaut, so wird die Tasche 7 wieder zusammengedrückt, das Fluid wird aus der Tasche 7 gedrückt, bis die beiden Lamellen 1, 11 über den Reibbelag 3 wieder in Reibschluss gelangen.
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Das heißt, dass sich mittels dieser Taschen 7 quasi ein Kissen ausbilden lässt, das über das ohnehin von radial innen nach radial außen strömende Fluid aufgestellt werden kann und demzufolge zur Erzeugung der für die Separation der Lamellen erforderlichen Axialkraft genutzt werden kann.
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Die 5 - 8 zeigen eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Reiblamelle 1, wobei für gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet werden.
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Auch diese Reiblamelle 1 weist einen ringscheibenförmigen Träger 2 aus einem Stahlblech auf, an dem ein Reibbelag 3 umfassend eine Mehrzahl an separaten Reibabschnitten 4 vorgesehen ist. Wiederum ist an dem Innenumfang eine Verzahnung 5, mit der die Reiblamelle 1 in einer lamellenträgerseitigen Axialverzahnung geführt ist, vorgesehen.
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Auch hier sind, um den Umfang äquidistant verteilt, mehrere Stauelemente 6 angeordnet, wobei in 5 wiederum nur eines gezeigt ist. Diese Stauelemente 6 ersetzen jeweils einen Reibabschnitt 4. Bei den Stauelementen 6 handelt es sich hier um steife, rigide Klappen 13, die mit einem Ende 14 schwenkbar am Träger 2 angeordnet sind, also beispielsweise angeklebt sind, so dass sie um diese Verbindung, die quasi eine Art Scharnier bildet, verschwenkt werden können.
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In 5 ist die Klappe 13 in der zum Träger 2 hin geschwenkten respektive auf ihm liegenden Position gezeigt, ebenso in der Schnittansicht gemäß 6. Das heißt, dass hier wiederum die Axialkraft FAxial wirkt, also die Reiblamelle 1 gegen die Stahllamelle 11 bewegt ist. Die Klappe 13 respektive jede Klappe 13 kann beispielsweise aus einem Reibmaterial sein und in der Dicke so bemessen sein, dass die Klappendicke der Dicke der Reibabschnitte 4 entspricht, mithin also die Klappen 13 ebenfalls Reibelemente darstellen, die am Reibschluss teilnehmen. Denkbar ist es aber auch, die Dicke der Klappen 13 etwas geringer auszulegen, so dass sie nicht am Reibschluss teilnehmen und demzufolge nicht belastet werden.
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Aufgrund der erhöhten Axialkraft Faxial gemäß Pfeil 10 kann das anströmende Fluid 12, wiederum dargestellt über den Pfeil 12, die Klappen 13 nicht aufstellen. Wird nun aber die Axialkraft FAxial abgebaut beziehungsweise vollständig reduziert, so strömt das Fluid an die Klappen 13 respektive unter die Klappen 13, so dass es dort an- oder aufgestaut wird und demzufolge auch die Klappen 13 angehoben werden. Da sie mit dem freien Ende an der Stahllamelle 11 anliegen, wird hierüber und, nachdem die Klappen 13 steife, rigide Teile sind, eine entsprechende Axialkraft auf die Stahllamelle 11 ausgeübt, was dazu führt, dass die beiden Lamellen 1, 11 voneinander separiert werden.
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Um das Unterströmen zu erleichtern, wäre es denkbar, jede Klappe 13 an dem freien, angeströmten Ende mit einer Fase oder Schrägfläche zu versehen, die das Fluid gezielt unter die jeweilige Klappe 13 führt, so dass der Unterströmvorgang gerichtet und schnell eingeleitet werden kann.
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Während 7 eine Aufsicht mit der aufgestellten Klappe 13 zeigt, die ersichtlich mit ihrem hinteren Ende 14 an dem Träger 2 fixiert ist, während das vordere freie Ende 15 aufgeschwenkt ist, zeigt 8 eine entsprechende Schnittansicht.
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Wird nun erneut ausgehend von der Situation gemäß der 7, 8 eine Axialkraft FAxial aufgebaut, so werden die beiden Lamellen 1, 11 wieder aufeinander zubewegt. Zwangsläufig verringert sich ihr Abstand, die Klappen 13 werden wieder zum Träger 2 hingeschwenkt. Diese Bewegung geschieht solange, bis der Reibbelag 3 an der Stahllamelle 11 anliegt und es zum Reibschluss kommt.
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Wie ausgeführt, ist der Fluidstrom, also der Kühlölstrom, das eigentliche Stellmittel, über das die Stauelemente aufgestellt werden. Um diesen Aufstellvorgang möglichst zügig einzuleiten und durchzuführen, ist entweder ein ausreichender Fluidvolumenstrom einzustellen, alternativ oder zusätzlich kann auch die Geometrie oder Größe der Stauelemente entsprechend ausgelegt werden, um möglichst schnell einen hinreichend hohen Staudruck aufzubauen.
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Ferner kann das jeweilige Stauelement 6, egal ob es sich nun um eine Tasche oder eine Klappe 13 handelt, als momentübertragendes Reibelement genutzt werden, wenn es einerseits aus einem entsprechenden Reibmaterial gebildet ist, andererseits aber seine Dicke in zusammengedrücktem Zustand so bemessen ist, dass sie der Dicke des Reibbelags 3 entspricht, mithin also die Oberfläche des jeweiligen Stauelements in der Ebene des Reibbelags 3 liegt. Falls eine Beteiligung am Reibschluss nicht gewünscht wird, wäre die jeweilige Dicke des Stauelements geringer zu wählen, so dass beim Zusammendrücken der Lamellen nur eine geringe Schleifanlage gegeben ist, die keinen nennenswerten Beitrag zum Reibschluss liefert, so dass die Stauelemente hierdurch nicht belastet werden.
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Regelmäßig sind an beiden Trägerseiten Reibbeläge 3 aufgebracht. Um eine möglichst schnelle Separierung zu erreichen, sind demzufolge an beiden Trägerseiten entsprechende Stauelemente 6, vorzugsweise axial gesehen deckungsgleich, vorgesehen, die es ermöglichen, das gesamte Lamellenpaket möglichst schnell zu lüften.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Reiblamelle
- 2
- Träger
- 3
- Reibbelag
- 4
- Reibabschnitt
- 5
- Verzahnung
- 6
- Stauelement
- 7
- Tasche
- 8
- Material
- 9
- Taschenöffnung
- 10
- Axialkraft
- 11
- Stahllamelle
- 12
- Fluid
- 13
- Klappe
- 14
- Ende
- 15
- Ende
