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COldruckbetätigte Reibscheibenkupplung Die Erfindung betrifft eine
öldruckbetätigte Reibscheibenkupplung, deren metallene, verschiedene Ausdehnungskoeffizienten
aufweisende Druck- und Gegendruckscheiben mit V-förmigen, konzentrischen Ringen
und Rillen ineinandergreifen.
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Derartige Kupplungen werden insbesondere zusammen mit Antrieben verwendet,
welche große Drehmomente zu übertragen haben, weil sie auf Grund der V-förmigen
Ringe und Rillen im Verhältnis zu ihrem Durchmesser große Reibflächen aufweisen
und daher wesentlich weniger Platz beanspruehen, als dies, bei Kupplungen mit ebenere
Reibscheiben der Fall ist. Mit Rücksicht auf die längere Lebensdauer der Reibflächen
ist es üblich, die miteinander in Eingriff gelangenden Druck- und Gegendruckscheiben
aus verschiedenen Metallen herzustellen. Ferner ist es bei öldruckbetätigten Kupplungen
bekannt, die inneren Druckscheiben teleskopartig ineinander eingreifend auszubilden
und- in axialer Richtung verschiebbar, jedoch drehfest auf einer. Welle anzuordnen.
Die außenliegenden Gegendruckscheiben umgeben hicrbei die inneren Druckscheiben
und sind bei geöffneter Kupplung frei auf der genannten Welle. drehbar. Die Kupplung
wird dadurch geschlossen, daß Drucköl in die zwischen dien teleskapartig ineinanderg-reifenden
inneren, Druckscheiben befindliche Kammer eingeleitet wird und die Druckscheiben
an, den Gegendruckscheiben zur Anlage kommen. Zur Betätigung der Kupplung im Öffnungssinn
können analere Druckflüssigkeitskammern vorgesehen werden;.
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Bei: Kupplungen dieser Bauart ergeben sich. jedoch a insbesondere
dann:, wenn es sich um: Kupplungen: gro&a Durchmessers: handelt, dadurch Schwierigkeiten,
daß die aus verschiedenen Metallen hergestellten Druck- und Gegendruckscheiben:
verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten haben und: somit bei warmer Kupplung
lediglich die radial ami weitesten außen liegenden kegeligen. Reibflächen miteinander
in Berührung treten. Es war deshalb bisher nicht möglich, Kupplungen dieser Art
zu bauen, deren Durchmesser eine bestimmte Größe überstieg, weil der Wärmeausdehnungskoeffezient
der aus einem Nichteisenmetall bestehenden Kupplungshälfte, die zumeist aus Bronze
gefertigt ist, etwa um. SOo/o größer als der entsprechende Koeffizient der- aus
Eisen bestehenden. anderen Kupplungshälfte ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es; die Nachteile der bekannten.
Kupplungen zu. vermeiden und' eine Vorrichtung vorzuschlagen, bei der alle inneren
oder äußeren- Reibflächen der Ringe und Rillen unabhängig von dem jeweiligen Erwärmungsgrad
der Kupplung. voll. miteinander in Eingriff treten. Diese Aufgabe wird erfindungsgeirrä
= dadurch gelöst, daß. die Druck- und Gegendruckscheiben lediglich mit einer ihrer
Beiden kegeligen Flächen, entweder der radial nach innen oder der radiaf nach außen
liegenden Fläche der Ringe und Rillen in Reibverbindung miteinander treten und der
Winkel, den die Reibflächen mit der Kupplungsachse bilden, proportional mit der
Entfernung der Reibflächen vom der Kupplungsachse zunimmt.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden an Hand des
in, der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt Fig.
1 eine Kupplung herkömmlicher Bauart im Schnitt in kaltem, Fig: 2' die gleiche Kupplung
in heißeres Zustand; Fig: 3 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Kupplung in
kaltem- und Fig. 4 die Kupplung nach Fig: 3 in- heißem Zustand.
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Bei. den dargestellten Kupplungen sind die innen angeordneten: Druckscheibenr
jeweils mit 1 und 2 bezeichnet, während 5 die außenliegenden Gregendruckscheiben.
sind: Die Gegendruck scheiben 5 bilden ein die inneren Seheiben 1 und 2 umschließendes
Gehäuse, welches eine Außenverzahnung 12 aufweist. Das: damit aus den Gegendruckseheiben
5 bestehende Zahnrad ist bei gelöster Kupplung gegenüber den innen liegenden Druckscheiben
1, und? 2 frei drehbar; während die Druckscheiben 1 und 2 axial- verschiebbar,
jedoch
drehfest auf der Welle 11 angeordnet sind.
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Zwischen den teleskopartig am Außenumfang ineinandergreifenden Druckscheiben
1 und 2 befindet sich eine Kammer 6, in welche zum Einrücken der Kupplung durch
den in der Welle 11 angeordneten Kanal 9 Drucköl zugeführt wird. Die Druckscheiben
1 und 2 verschieben sich hierbei gegensinnig in Axialrichtung der Welle 11 bis zur
Anlage ihrer Reibflächen an den entsprechenden Gegenflächen der Gegendruckscheiben
5. Die Gegendruckscheiben 5 sind somit reibschlüssig mit den Druckscheiben 1 und
2 und damit mit der Welle 11 verbunden. Die an den Außenseiten der Druckscheiben
1 und 2 angeordneten weiteren Kammern 7 und 8 werden über den Kanal 10 in der Welle
11 mit Drucköl beaufschlagt, wenn die Kupplung gelöst werden soll.
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Die Druck- und Gegendruckscheiben 1, 2 und 5 sind im Querschnitt mit
V-förmigen Rillen und Ringen ausgestattet, deren kegelige Oberflächen mit 3 und
4 bezeichnet sind.
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Wie Fig. 1 am Beispiel einer herkömmlichen Kupplung zeigt, liegen
die Druck- und Gegendruckscheiben 1, 2 und 5 bei geschlossener Kupplung, solange
diese sich in kaltem Zustand befindet, mit allen Flächen 3 und 4 aneinander an.
Diese Eingriffsverhältnisse der Kupplungsscheiben ändern sich jedoch, wenn die Kupplung
warm ist, weil die aus verschiedenen Metallen bestehenden Druck- und Gegendruckscheiben
verschiedene Ausdehnungskoeffizienten haben. Wird angenommen, daß die Druckscheiben
1 und 2 aus Nichteisenmetall, z. B. Bronze, bestehen, wie dies allgemein üblich
ist, während die Gegendruckscheiben 5 aus Stahl hergestellt sind, so dehnen sich
die Druckscheiben 1 und 2 bei Erwärmung der Kupplung um etwa 50 % mehr als die Gegendruckscheiben
aus. Dies hat zur Folge, daß, wie Fig.2 zeigt, nur noch die am weitesten radial
außenliegenden Flächen 3 und 4 bei geschlossener Kupplung miteinander in Reibverbindung
treten, während die weiter innen liegenden Rillen und Rippen sich nicht berühren,
weil sich die beiden Druckscheiben 1 und 2 nach der Anlage ihrer am weitesten außenliegenden
kegeligen Flächen an den Gegenflächen der Scheiben 5 nicht mehr weiter auseinanderschieben
lassen. Die Kupplung trägt im Fall der Fig.2 daher nur mit einem geringen Teil der
insgesamt zur Verfügung stehenden Reibfläche und nutzt sich demnach in der Nähe
des Außenumfangs übermäßig stark ab. Auch wenn eine solche Kupplung keinen allzu
großen Durchmesser hat, erfolgt zwar eine gewisse Berührung zwischen den einander
entsprechenden Reibflächen, wenn die inneren Druckscheiben 1 und 2 mit entsprechend
großem öldruck auseinandergepreßt werden und sich hierbei biegen, eine gleichmäßige
Verteilung der Last auf alle Rippen und Rillen findet jedoch auch in diesem Falle
nicht statt.
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Bei der erfindungsgemäßen Kupplung hingegen, wie sie in den Fig. 3
und 4 dargestellt ist, treten die genannten Nachteile nicht auf. Sowohl in kaltem
wie auch in heißem Zustand der Kupplung stehen jeweils alle hierfür vorgesehenen
Reibflächen miteinander im Eingriff. Die erfindungsgemäße Kupplung ist so ausgestaltet,
daß lediglich die an den Druckscheiben 1 und 2 radial innenliegenden kegeligen Flächen
4 zur Übertragung des Drehmoments bei geschlossener Kupplung dienen, während die
radial außenliegenden Oberflächen 3 der gleichen Scheiben so ausgebildet sind, daß
zwischen ihnen und den Gegenflächen an den Gegendruckscheiben 5 bei allen Betriebstemperaturen
ein Spiel besteht. Die Winkel, die die Reibflächen 4 mit der Kupplungsachse bilden,
nehmen proportional mit der Entfernung der Reibflächen 4 von der Kupplungsachse
zu. Auf Grund der radial nach außen mit dem Abstand von der Kupplungsachse zunehmenden
Neigungswinkel der Reibflächen wird die bei Erwärmung größere Ausdehnung der Druckscheiben
1 und 2 ausgeglichen, und auch bei warmer Kupplung sind, wie Fig. 4 zeigt, alle
Reibflächen 4 miteinander im Eingriff. Da die Ringe der erfindungsgemäßen Kupplung
jeweils auf einer Seite frei bleiben, tritt keine Keilwirkung wie bei dem Beispiel
nach den Fig. 1 und 2 auf, so daß sich als weiterer Vorteil die Möglichkeit ergibt,
den Reibflächen ausreichende Mengen an Schmiermitteln zuzuführen, um Störungen beim
Rutschen der Kupplung zu verhindern. Gleichzeitig dient das Schmiermittel zur Kühlung
der Reibungsflächen, da selbst bei Vollast eine Schmiermittelschicht auf den Reibflächen
erhalten bleibt.
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Die Bedeutung der erfindungsgemäßen Maßnahme ergibt sich auch aus
folgender Betrachtung: Wird angenommen, daß dieDruckscheiben 1 und 2 aus Nichteisenmetall
und die Gegendruckscheiben aus Stahl bestehen und der Durchmesser der Druckscheiben
120 mm beträgt, so dehnen sich die Druckscheiben bei Erwärmung der Kupplung um 55,56°
C in radialer Richtung um 1/soo mm pro Zentimeter des Kupplungsdurchmessers mehr
aus als die Gegendruckscheiben. Bei dem angenommenen Beispiel ergibt sich daraus,
daß sich die äußere Rippe der Druckscheiben bei der genannten Erwärmung gegenüber
dem tiefsten Punkt der zugehörigen Rille in der Gegendruckscheibe um °/loo mm nach
außen bewegt. Infolgedessen verringert sich die Tiefe des Eingriffs der übrigen
Rippen in die zugehörigen Rillen um 2/loo mm, multipliziert mit dem Kehrwert des
Tangens des Winkels, den die Reibflächen mit der Kupplungsachse bilden. Dieser Betrag
ist groß genug, wenn man annimmt, daß keinerlei Biegung der Druckscheiben stattfindet,
um eine Berührung der weiter innen liegenden Reibflächen an den Rippen und Rillen
auszuschließen. Wenn jedoch der Winkel zwischen den miteinander in Eingriff gelangenden
Reibflächen und damit auch dessen Tangens proportional mit der Entfernung von der
Kupplungsachse vergrößert wird, kann bei jeder Kupplungsgröße, unabhängig von den
für die Scheiben verwendeten Materialien, erreicht werden, daß die Kupplung bei
allen Betriebstemperaturen mit allen zur Verfügung stehenden Reibflächen das Drehmoment
überträgt.