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Lamellenkupplung für hohe Belastungen Die Erfindung bezieht sich auf
eine Lamellenkupplung für hohe Belastungen.
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Bei den bekannten Ausführungsformen von Ein-oder Mehrscheibenkupplungen,
bei denen die Innen-und Außenlamellen üblicherweise aus Stahl bestehen, ist die
Belastungsfähigkeit begrenzt, weil die beim Einkupplungsvorgang durch Reibschluß
zwischen den Kupplungslamellen übertragene Leistung pro Quadratzentimeter Lamellenfläche
zu gering ist. Einer Steigerung der Belastungsfähigkeit stehen erhebliche Schwierigkeiten
durch das Verziehen der einzelnen Lamellen entgegen. Man hat bereits versucht, die
schädliche Lamellenverformung durch entsprechende Gegenmaßnahmen einzuschränken.
In diesem Zusammenhang ist es bekannt, scheibenförmige Lamellen dadurch von Wärmespannungen
zu entlasten, daß man in den Lamellenscheiben Schlitze anbringt, ohne dabei den
Zusammenhang der Lamelle als Scheibe aufzuheben. Eine solche Lamelle zeigt eine
gewisse Nachgiebigkeit gegen Wärmespannungen und vermeidet eine starrkonische Verformung.
Damit ist jedoch das Problem der Lamellenverformung nocht nicht befriedigend gelöst,
besonders weil sich die Übertragung des gleichen Prinzips auf die hinsichtlich der
Wärmeverformung besonders gefährdeten Außenlamellen nicht befriedigend ausführen
läßt.
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Da in einer Kupplung im allgemeinen ein Lamellenpaket Anwendung findet,
bei dem mehrere hintereinandergeschaltete Scheibenlamellen vorgesehen sind, wirkt
sich das nicht vorhersehbare Verziehen der Einzellamellen dadurch besonders ungünstig
aus, daß die Richtung der Anlage im Paket wechseln kann. Durch das Verziehen wird
ein dauerndes Verspannen der Lamellen gegeneinander hervorgerufen, so daß die Lamellenkupplung
auch im ausgekuppelten Betriebszustand keinen Freilauf erreicht, sondern eine restliche
Reibungsübertragung dauernd aufrechterhält. Durch die damit verbundene Wärmeerzeugung
erhöht sich die thermische Belastung der Lamellen, und die Verformung verstärkt
sich, bis die Kupplung schließlich unbrauchbar wird.
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Es sind bereits Blechlamellen für Mehrscheibenbremsen und -kupplungen
bekannt, welche aus zahlreichen Ringsektoren zusammengesetzt sind, wobei diese Ringsektoren
durch gemeinsame Verbindungsglieder starr miteinander verbunden werden. Eine derartige
Lamelle stellt in fertigbearbeitetem Zustand einen geschlossenen Ring dar, und es
entstehen bei hohen Drehzahlen tangentiale Fliehkraftbelastungen im Querschnitt
der Lamelle, die sich besonders in dem geschwächten Querschnitt der Verbindungsglieder
auswirken. Derartige Ausführungen sind daher für hohe Drehzahlen ungeeignet und
führen nach kurzer Betriebsdauer zu einer Zerstörung der Kupplung.
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Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, Lamellenkupplungen
für hohe Belastungen und hohe Drehzahlen auszubilden, bei denen außerdem ein leichtes
und vollständiges Lösen der Außen- und Innenlamellen beim Auskuppeln sichergestellt
wird. Das Kennzeichnende der Erfindung wird darin gesehen, daß wenigstens die Außenlamellen
aus zwei, vorzugsweise aus mehreren voneinander getrennten Ringausschnitten bestehen,
deren Mitnehmer Führungsflächen aufweisen, an denen beim Ausrücken der Kupplung
die Ringausschnitte unter dem Einfluß der Fliehkraft gleichzeitig axial und radial
nach außen gleiten. Bei dieser Ausführungsform ist somit die Kreisringfläche der
Lamelle in mehrere völlig voneinander getrennte Teilstücke aufgeteilt. Da nunmehr
kein geschlossener Kreisring vorliegt, können Zugspannungen, welche sonst zu konischen
oder wulstförmigen Verformungen Anlaß geben würden, keine merkliche Verformung der
unterteilten Lamelle herbeiführen. Im Gegensatz zu der im vorangegangenen beschriebenen
bekannten Ausführungsform stehen die Lamellenteilstücke nicht mehr unter einer Fliehkraftbelastung
der Querschnittsfläche. Die Befestigung eines solchen Lamellenpakets wird durch
die Anwendung der Erfindung nicht erschwert. Man kann z. B. an den Ringausschnitten
angeformte Augen vorsehen und diese nebeneinander in entsprechenden als Mitnehmer
dienenden Haltebolzen im Haltekorb aufhängen. Bei der Unterteilung der Kreis- bzw.
Kreisringflächen ist darauf zu achten, daß die Trennfugen im wesentlichen von der
Schlitzrichtung der Gegenlamelle abweichen. Dadurch ergibt sich auch im Zusammenwirken
mit einstückigen, radial geschlitzten Innenlamellen ein störungsfreies Arbeiten,
und es wird ein Verhaken einzelner Ringausschnitte der Außenlamelle in den Schlitzen
der Innenlamelle vermieden.
In der praktischen Ausführungsform hat
es sich als zweckmäßig erwiesen, die Anzahl der Ringausschnitte einer geteilten
Lamelle um wenigstens einen niedriger oder höher zu halten als die Anzahl der Schlitze
der Gegenlamelle. In vielen Fällen erweist sich die Unterteilung der Außenlamellen
in Verbindung mit nicht unterteilten, aber durch Schlitze geschützten Innenlamellen
als günstige Ausführungsform. Da durch die Führungsflächen der Mitnehmer gleichzeitig
mit der axialen Lösungsbewegung auch eine radiale Verschiebung eintritt, wird das
Lösen der Kupplungslamellen erheblich erleichtert, so daß im ausgekuppelten Zustand
keine zusätzlichen Reibungsschlüsse die Kupplung beanspruchen.
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Der Neigungswinkel der Führungsflächen ist dabei so zu wählen, daß
die auftretende Fliehkraft durch Kräftezerlegung eine solche Axialkomponente liefert,
welche die Axialkomponente der Reibungskraft überwindet, welche durch die Radialkomponente
der Fliehkraft an der Führungsfläche auftritt. Dadurch führen die Ringausschnitte
zwangsweise eine Axialbewegung aus, welche das Lösen aller Einzellamellen innerhalb
eines Lamellenpaketes herbeiführt oder unterstützt.
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Die Befestigungselemente bzw. Mitnehmer zur Aufhängung der Ringausschnitte
können vorteilhaft konische Bolzen sein. In einer zweckmäßigen Ausführung sind die
Mitnehmer zylindrische, an ihrer der Kupplungsachse zugewandten Oberfläche mit einer
schrägen Abflachung versehene Bolzen.
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Da sich bei der Verwendung konischer Befestigungselemente unterschiedliche
Ausnehmungen in den einzelnen Ringausschnitten ergeben, erscheint es für verschiedene
Anwendungsfälle zweckmäßiger, eine Befestigungsart zu wählen, welche eine gleiche
; Gestaltung der Ausnehmungen zur Aufnahme der Mitnehmer ermöglicht. Dabei können
die Mitnehmer zweckmäßig Keile sein, deren zur Kupplungsachse weisende Flächen schräg
zu dieser verlaufen. In einer anderen empfehlenswerten Ausführungsform sind die
, Mitnehmer als schräg zur Kupplung geneigte zylindrische Bolzen gestaltet. Die
Ausnehmungen zur Aufnahme dieser zylindrischen Bolzen müssen dabei unter Berücksichtigung
der schrägen Einbaulage größer sein als der Bolzendurchmesser, damit die axiale
Verschiebbarkeit erhalten bleibt. Eine ähnliche Wirkung wird mit den zylindrischen
parallel zur Kupplungsachse eingebauten Bolzen erreicht, wenn dieser Bolzen an seiner
der Kupplungsachse zugewandten Seite eine zur Kupplungsachse geneigte Abflachung
aufweist.
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Es kann außerdem zweckmäßig sein, die Ringausschnitte zur Verbesserung
ihrer Biegeeigenschaften mit einer Mehrzahl von vorzugsweise einseitig offenen Schlitzen
zu versehen. Dabei können die abwechselnd an dem inneren und dem äußeren Umfang
der Ringausschnitte mündenden Schlitze geradlinig verlaufen, wobei sich die Mittellinien
von zwei aufeinanderfolgenden Schlitzen unter einem spitzen Winkel schneiden. Außerdem
erscheint es zweckmäßig, wenn jeder Schlitz in eine kreisförmige Ausnehmung von
größerer lichter Weite mündet.
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Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft Stahllamellen.
Die Ringausschnitte können je nach der gegebenen Ausführungsform der Kupplung mit
einem Sinterbelag versehen sein. Ferner erscheint es zweckmäßig, als Werkstoff für
die Ringausschnitte der Außenlamellen ein anderes Material vorzusehen als für die
Innenlamellen. Man kann beispielsweise die Ringausschnitte der Außenlamellen aus
ungehärtetem Stahlblech herstellen, während man für die Innenlamellen gehärtetes,
legiertes Material bevorzugt. Besondere Anwendungsfälle können jedoch auch eine
umgekehrte Materialverteilung rechtfertigen, bei der der harte Werkstoff in den
Außenlamellen und der weichere in den Innenlamellen angewendet wird. Auf diese Weise
wird ein sogenanntes »Fressen«, d. h. eine Materialübertragung von einer Lamelle
auf die andere, beim Kupplungsvorgang vermieden.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung
schematisch dargestellt; es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Lamellenkupplung
gemäß der Erfindung, F i g. 2 eine Draufsicht auf die Anordnung der Außenlamellen
bei einer Lamellenkupplung nach F i g. 1, F i g. 3 eine Draufsicht auf eine ungeteilte
Innenlamelle bei einer Lamellenkupplung nach F i g. 1, F i g. 4 einen Längsschnitt
durch die Aufhängung der Ringausschnitte mit abgeflachten zylindrischen Bolzen,
F i g. 5 eine Draufsicht auf die Aufhängung nach Fig.4, F i g. 6 einen Längsschnitt
durch die Aufhängung der Ringausschnitte an schrägliegenden zylindrischen Bolzen,
F i g. 7 einen Längsschnitt durch die Aufhängung der Ringausschnitte mit Führungskeilen,
F i g. 8 eine Draufsicht der Lamellenführung nach F i g. 7.
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In Erläuterung der Erfindung zeigen die F i g. 1, 2 und 3 eine mechanisch
ein- und ausrückbare Lamellenkupplung, wobei die Kraftübertragung zwischen einer
treibenden Welle 1 und einer getriebenen Welle 2 hergestellt werden soll. An der
getriebenen Welle 2 ist ein Haltekorb 3 vorgesehen, welcher an einer Haltescheibe
4 auf konischen Mitnehmerbolzen 5 axial verschiebbar gelagerte Ringausschnitte 6
der Außenlamellen trägt. Die konischen Mitnehmerbolzen 5 sind ihrerseits durch Schraubverbindungen
51 an der Haltescheibe 4 befestigt, und diese ist mit dem Haltekorb 3 durch weitere
Schraubverbindungen 31 verbunden. Die Ringausschnitte 6 der Außenlamellen, deren
Ausführung in F i g. 2 deutlich erkennbar ist, sind in Form von Kreisringteilstücken
mit angeformten Augen 61 gestaltet, wobei der Durchmesser von Ausnehmungen 62 etwas
größer gewählt ist als der Außendurchmesser der konischen Mitnehmerbolzen 5.
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Man erkennt an den Ringausschnitten 6 jeweils fünf einseitig offene
geradlinige Schlitze 62, welche an ihrem geschlossenen Ende in kreisförmige Ausnehmungen
64 münden. Die Öffnungen der Schlitze 63 liegen abwechselnd an der Innenseite und
an der Außenseite des Ringausschnittes 6, und die Mittellinien zweier aufeinanderfolgender
Schlitze 63 bilden, wie in F i g. 2 eingezeichnet, einen spitzen Winkel.
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Die Ringausschnitte 6 weisen jeweils derart abgeschrägte Endkanten
65, 66 auf, daß ein unerwünschtes Ineinandergreifen von Ringausschnitten der Außenlamellen
und der Innenlamellen verhindert wird. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind
fünf Ringausschnitte 6 vorgesehen, welche jeweils an zwei angeformten Augen 61 auf
den konischen Mitnehmerbolzen
5 längsverschiebbar gelagert sind.
Die Gestaltung der an sich bekannten gegenlaufenden Innenlamellen 11 mit Radialschlitzen
111 ist aus F i g. 3 erkennbar.
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Zum Einrucken und Lösen der Kupplung sind in Ausnehmungen 7 der treibenden
Welle 1 Winkelhebel 8 um Bolzen 81 drehbar gelagert, welche mit ihren Enden
83 gegen eine Druckscheibe 18 anliegen. Außerdem befindet sich auf
der treibenden Welle ein längsverschiebbarer Schaltring 9, der auf seiner dem Winkelhebel
8 zugewandten Seite eine konische Führungsfläche 91 aufweist.
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In Längsnuten 10 der treibenden Welle 1 sind die ungeteilten inneren
Kupplungslamellen 11 angeordnet und gleichfalls längsverschiebbar. Während
als Werkstoff für die Ringausschnitte 6 der Außenlamelle ungehärteter Stahl vorgesehen
ist, sind die Lamellen 11 beispielsweise aus gehärtetem Stahl hergestellt.
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Beim Einrücken der Kupplung wird der Schaltring 9 gegen den Haltekorb
3 bewegt, wobei die Enden 82 der Winkelhebel 8 an der konischen Führungsfläche
91 zur Anlage kommen und eine Kippbewegung der Winkelhebel 8 herbeiführen.
Dabei werden die längsverschiebbaren Ringausschnitte 6 zusammen mit den gleichfalls
längsverschiebbaren Innenlamellen 11 durch innerhalb des Haltekorbs 3 liegende Enden
83 der Winkelhebel 8 mit der Druckscheibe 18 zusammengepreßt, und es entsteht
somit eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der treibenden Welle 1 und der getriebenen
Welle 2.
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Beim Lösen der Kupplung wird der Schaltring 9 vom Haltekorb 3 entfernt,
wobei die Enden 82 der Winkelhebel 8 schließlich von der Führungsfläche 91 abgleiten.
Dadurch können die Winkelhebel 8 nunmehr eine Kippbewegung ausführen, bei der sich
ihre im Inneren des Haltekorbs liegenden Enden 83 von der Halteplatte 4 entfernen
und dadurch die kraftschlüssige Verbindung zwischen den Ringausschnitten 6 der Außenlamellen
und den Innenlamellen 11 aufheben.
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In F i g. 4 und 5 ist eine Befestigungsart der Ringausschnitte 6 mit
Hilfe eines zylindrischen Mitnehmerbolzens 12 mit schräger Führungsfläche 121 gezeigt,
wobei die schräge Führungsfläche 121 an dem Mitnehmerbolzen 12 gegenüber der Kupplungsachse
so geneigt ist, daß die Ringausschnitte 6 unter der Einwirkung der Fliehkraft eine
Bewegung ausführen, welche das Lösen der Kupplungslamellen herbeiführt oder unterstützt.
Dabei sind für die Ringausschnitte 6 gleiche Ausnehmungen 62 vorgesehen, während
konische Mitnehmerbolzen nach der Ausführung der F i g. 1 Ausnehmungen 62 von unterschiedlichem
Durchmesser erfordern.
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Bei den Ausführungsformen der F i g. 6, 7 und 8 sind jeweils gleiche
Ringausschnitte vorhanden. In der Ausführung der F i g. 6 sind zur Aufhängung der
Ringausschnitte zylindrische Mitnehmerbolzen 14 in einer Schräglage eingebaut, und
die Ausnehmungen 62 der Ringausschnitte besitzen dabei einen solchen Durchmesser,
daß eine Axialverschiebung möglich ist. Auch hier wird das Lösen der Kupplung durch
die schräge Führung der zylindrischen Mitnehmerbolzen 14 herbeigeführt oder unterstützt.
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In dem Ausführungsbeispiel der F i g. 7 und 8 sind als Mitnehmer Führungskeile
15 vorgesehen, welche mit dem Haltekorb 3 fest verbunden sind. Die Ringausschnitte
6 weisen an Stelle der Ausnehmungen 62 nunmehr Nuten 67 auf, welche dem Querschnitt
der Führungskeile 15 entsprechend angepaßt sind. Die zu den Führungskeilen 15 gehörigen
Ringausschnitte sind in F i g. 8 dargestellt. Dabei bilden je vier Ringausschnitte
eine Außenlamelle. Gegen radiales Verschieben nach außen ist jeder Ringausschnitt
6 durch die Anlage seiner Nutgrundfläche und der Flächen 68 an den Führungskeilen
gesichert. Radial nach innen werden die Ringausschnitte 6 durch Auflageflächen 69
gehalten. Das Drehmoment der Kupplung übernehmen die Flächen 66 und die Auflageflächen
69 gemeinsam. Alle Führungsflächen der Ringausschnitte 6 sind mit entsprechendem
Spiel den Führungskeilen 15 angepaßt. An den Führungskeilen 15 ist jeweils
eine gegenüber der Kupplungsachse geneigte Führungsfläche 151 vorgesehen. Die durchgehenden
Trennschlitze 70 zwischen den Ringausschnitten sind gegenüber den radialen Schlitzen
111 der Innenlamelle (F i g. 3) derart geneigt angeordnet, daß die Schlitze der
Außen- und Innenlamellen nicht ineinanderhaken können.
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Bei den geteilten Lamellen nach der Erfindung wird es vermieden, daß
die Lamellen durch Fliehkräfte oder Verformungskräfte besonders im Bereich der Schlitze
aufreißen'. Die spezifische Belastbarkeit der neuartigen Lamellen ist im Vergleich
zu geschlitzten oder ungeschlitzten Vollscheibenlamellen erheblich vergrößert und
liegt nunmehr nahe an der Grenze der Wärmeaufnahmefähigkeit dieser Teile.