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Die Erfindung bezieht sich auf eiae Reibscheibenkapplung, bei der
sich gegenüberliegende ringförinige Kupplungsflächen mit mehreren in gleichem Abstand
voneinander über den Umfang verteilt angeordneten, eine Kühlflüssigkeit vom Innen-
zum Außenumfang führenden und sich kreuzenden Nuten versehen sind, deren Mittellinien
geradlinig und in mindestens einer der sich gegenüberliegenden Kupplungsflächen
zum Radius geneigt verlaufen.
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Eine Ausführung dieser Art ist bei einem auf dem Prinzip der Reibscheibenkupplung
arbeitenden Flüssigkeits-Leistungsmesser bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung
ist jedoch infolge überall gleichbleibenden Nutquerschnitts nicht berücksichtiA
daß die zukühlende Fliehe nach dem Außenumfang hin erheblich größer wird. und auch
die Erwärmung infolge erheblich größerer Relativgeschwindigkeit zwischen den Kupplungsscheiben,nach
außenJun stark anwächst. Eine Küglu g von besonders hoch beanspruchten Kupplungen
ist daher mit der bekannten Kühlanordnung nicht ausreichend gewährleistet, sondem
die sehr unterschiedliche Flächenkühlung kann zu einem Verwerfen der Kupplungsscheiben
beim Einrücken der Kupplung insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten führen.
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Demgegenüber geht die Erfindung davon aus, daß zum Erreichen einer
wirksameren Kühlung bei Kupplungen der vorerwähnten Bauart dafür Sorge getragen
werden muß, daß die gesamten in Eingriff kommenden Kupplungsflächen gleichmäßig
gekühlt werden, und daß insbesondere mehr Kühlflüssigkeit zu den flächenmäßig größeren
Außenbereichen gelangt -und dort längere Zeit gehalten wird, als dies bei den bekannten,
mit Kühlflüssigkeitsnuten versehenen Kupplungen der Fall zwar.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist jede Nut radial außen mit einer Drosselstelle
versehen, die die längs ihrer ganzen Erstreckung in bekannter Weise im wesentlichen
gleichbleibende Tiefe verringert, während die Seitenwände der Nuten in Richtung
auf den Außenumfang der Kupplungsflächen divergieren.
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Zum Schmieren der Kupplungsflächen # bei Lamellenkupplungen ist es
bereits bekannt, in die Kupplungsflächen von innen nach außen verlaufende Spiralnuten
einzuarbeiten, deren Bodenflächen keilförmig von einem zum anderen Ende der Nut
ansteigen. Durch die ölkeilwirkung soll bis unmittelbar vor dem vollständigen Abbremsen
der beiden Kupplungsflächen zwischen diese Flächen Schmieröl eingeführt werden.
Der Nutboden geht bei dieser bekannten Ausführung nach außen in die Stimflächen
über, so daß die Nut nach außen praktisch vollständig abgeschlossen ist.
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Eine derartige Ausführung ist für die Lösung des Kühlproblems bei
hochbeanspruchten Kupplungen jedoch ungeeignet, da das die Wärme abführende Kühlmedium
ständig die Kühlnuten ungehindert durchlaufen kann. Darüber hinaus würde eine der
beiden von der Erfindung vorgeschriebenen Maßnahmen allein zur Lösung der gestellten
Aufgabe nicht genügen: Wenn beispielsweise lediglich die bisher üblicherweise verwendeten
parallelwandigen Nuten durch nach außen divergierende Nuten ersetzt würden, könnte
keine über die gesamte Reibungsfläche gleichmäßige Kühlwirkung erzielt werden. Die
durch die engen inneren Enden der Nuten hindurchströmende Kühlflüssigkeit würde
nämlich die erweiterte Nut nur unvollständig ausfüllen, zumal
sich, insbesondere
bei hohen Drehzahlen, die Geschwindigkeit der Kühlflüssigkeit in den Nuten durch
Zentrifugalwirkung stark erhöht. Erst dadurch, daß erfindungsgemäß an den äußeren
Enden der Nuten Drosselstellen vorgesehen sind, welche die Tiefe der erweiterten
Nuten verringern, wird die Kühlflüssigkeit gerade in einem solchen Maße angestaut,
daß sie die Nuten über deren ganze Länge füllt, dennoch aber genügend schnell abfließen
kann, damit ein Abheben oder Trennen der Reibflächen vermieden wird.
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.Um bei sehr hohen Beanspruchungen einerseits eine ausreichende Kühlung
zu erreichen und andererseits zu hohe Flächendrücke an den zwischen den Nuten liegenden
Stegen oder Reibungsflächen zu vermeiden, ist in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen,
daß die beim Einrücken der Kupplung im Eingriff befindlichen Stege der Kupplungsflächen
in bekannter Weise 25 bis 66 % der gesamten ringförmigen Kupplungsflächen
ausmachen. Die sich kreuzenden Nuten müssen also verhältnismäßig dicht beieinander
angeordnet sein, so daß selbst geringfügig divergierende Nuten bereits zu einer
relativ großen Verstärkung der Kühlwirkung nach den äußeren Nutenden hin führen.
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In den Zeichnungen ist die Erfindung näher erläutert; dabei
zei l'
gf F i g. 1 einen Schnitt durch eine hydraulisch betätigte Reibscheibenkupplung
. in eingekuppelter Stellung, F i g. 2 eine Seitenansicht der in F
i g. 1 dargestellten mittleren oder treibenden Kupplungsseheibe, F Ig.
3 und 4 vergrößerte Schnitte nach Linie 4-4 der 171 g. 2 vor bzw.
nach der Herstellung der zur Aufnahme des Kühlmittels bestimmten Nuten, F i
g. 5 eine Seitenansicht der Reibfläche jeder Endscheibe oder getriebenen
Kupplungsscheibe der in F i g. 1 dargestellten Kupplung, F i g. 6
und 7 vergrößerte Schnitte nach Linie 7-7
der F i g. 5 vor bzw.
nach der Herstellung der Kühlunten, # F i g. 8 ein Schema, das in einem Teilschnitt
die drei Relativstellungen zeigt, die bei Schlupf von der treibenden und einer getriebenen
Scheibe eingenommen werden.
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In F i g. 1 ist eine hydraulisch betätigte Reibscheibenkupplung
in eingekuppelter Stellung dargestellt.
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Ein Ringgehäuse 10, das zur Vereinfachung als treibender Teil
angenommen ist, hat eine Innenverzahnung, die im Eingriff mit einer eine Außenverzahnung
aufweisenden, verschiebbaren treibenden Kupplungsscheibe 11 steht, die auf
ihren entgegengesetzten Seiten eine die Reibflächen 12, 12 bildende gesinterte Metallmasse
trägt. An die Flächen 12, 12 legen sich ähnliche Gegenreibflächen 13, 13
an, die einzeln an den getriebenen Kupplungsscheiben 14, 14 angeklebt sind.
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Die mit Innenverzahnung verschenen getriebenen Kupplungsscheiben 14
stehen im Eingriff mit einem mit Schulter versehenen Nabenring 15, der einen
Teil einer Nabe 16 bildet, die auf der getriebenen Welle 17 mittels
eines Keiles 18 drehfest angeordnet ist. Aus einem Stück mit der Nabe
16 besteht eine Anschlagscheibe 19, an die das Kupplungsscheibenpaket
von einem Ringkolben 20 gedrückt wird, dessen Innenabschnitt 21 auf der Nabe
16 gleitet und dessen
außenliegende Ringwand 22 sich auf
der äußeren Umfangsfläche eines Ringes-23 bewegt, der aus einem Stück mit der Nabe
16 bestehen kann.
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Nabe 16, Kolben 20, Wand 22 und Ring 23 begrenzen einen
hohlzylindrischen Raum 24, dem ein Druckmittel, beispielsweise öl, zugeleitet
wird. Dieses öl wird über ein beliebiges bekanntes Regelventil nach Belieben
dem Raum 24 zugeführt oder vom Raum 24 abgeleitet.
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F i g. 1 zeigt die Kupplung im eingekuppelten Zustand. Beim
Abschalten des Drucköles wird der Ringkolben 20 von mehreren Federn 34, die um die
Nabe 16 verteilt und in Vertiefungen der Nabe 16 gelagert sind, auf
seine Freigabestellung zurückgeführt, so daß sich die Kupplungsscheiben
11 und 14 voneinander trennen. Jede Feder 34 liegt mit ihrem einen Ende an
einem axial festen Ring 35 und mit ihrem anderen Ende an dem einen Ende eines
Bolzens 36 an, der in der Nabe 16 gleitet und dessen anderes Ende
am Innenabschnitt 21 des Kolbens 20 anliegt.
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Die Kupplungsscheiben 11 und 14 werden in ifi-rer eingekuppelten
und ausgekuppelten Stellung von einer Kühlflüssigkeit, z. B. einem Kühlöl, gekühlt,
das über eine bekannte Regelvorrichtung und durch eine in der Welle 17 angeordnete
Längsbohrung zugeführt wird, aus der das Kühlöl in Radialrichtung über eine Bohrung
38 in der Welle 17, eine Bohrung 39 in der Nabe 16,
eine Ringkammer 40 und über mehrere Bohrungen 41 im Nabenring 15 zu dem gezahnten
Umfang des Nabenringes 15 und von dort zu den Innenabschnitten der Kupplungsscheiben
11 und 14 strömt.
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Die F i g. 2 bis 4 zeigen die treibende Scheibe 11,
deren
Reibflächen 12, 12 mehrere vorzugsweise kegelige Nuten 42 aufweisen, die sich in
zunehmender Breite vom Innenumfang zum Außenumfang der Flächen erstrecken und auf
der Scheibe gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet sind. Durch diese Nuten
42 werden mehrere Stege 43 gebildet, die die eigentlichen Reib- oder Arbeitsflächen
der Scheibe 11 sind. Das Außenende oder Ausströmende jeder Nut hat eine Drosselstelle
44 (F i g. 4), die in Verbindung mit der benachbarten Scheibe den die Nut
durchströmenden Kühlmittelstrom drosselt, so daß genügend Zeit zur Wärmeübertragung
auf das Kühlmittel bleibt. Vorzugsweise befinden sich die Reibflächen 12, 12 auf
einem Ringkörper, der aus einer gesinterten Metallmasse besteht. Die Nuten 42 und
die Stege 43 sind beim Formen hergestellt.
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Eine erste Anordnung der Nuten ist in F i g. 2 dargestellt.
Die Nuten sind gradlinig und verlaufen zum Radius geneigt. Dabei verläuft die Mittellinie
45 jeder Nut 42 tangential zu einem zur Kupplungsscheibe 11
konzentrischen
Kreis 46. Auf den entgegengesetzten Seiten der Kupplungsseheibe 11 sind die
Nuten 42 in entgegengesetzter Richtung geneigt, wie dies mit den gestrichelten Linien
dargestellt ist.
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Jede getriebene Scheibe 14 weist auf einer Seite mehrere Nuten 47
auf, die in der zugehörenden Reibfläche 13 in der gleichen Weise eingeformt
sind wie die Nuten 42 in den Reibflächen 12, 12. Die Nuten 47 sind ferner auf der
Kupplungsscheibe 14 gleichmäßig verteilt und begrenzen Stege 48, die die eigentliehen
Reibflächen der Scheibe 14 bilden. Die Nuten 47 sind in gleicher Weise profiliert
und angeordnet wie die Nuten 42, d. h., sie erstrecken sich geneigt zum Radius
der Scheibe 14, und das Außenende oder Ausströmende jeder Nut hat eine Verengung
49 (F i g. 7), die den gleichen Zweck hat wie die entsprechende Verengung
für die Nut 42.
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In F i g. 8 geben die Stellungen A, B
und C je eine angenommene Stellung der verschiedenen Nuten und Stege bei
einer ersten Berührung oder beginnenden Reibung der Scheiben, bei einem Zwischenzustand
oder Kühlzustand (Schlupf) und bei anschließendem Reib- oder Arbeitszustand wieder.
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- In den dargestellten Umfangsschnitten gleiten also die Stege
43 und 48 abwechselnd reibend aufeinander und werden gekühlt, wenn sich die Kupplungsscheiben
11 und 14 aus der ersten Berührung bis zum endgültigen Kupplungseingriff
gegeneinander drehen, was mit hoher Geschwindigkeit über mehrere Umdrehungen erfolgen
kann.
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In allen Relativstellungen der Scheiben hat daher stets ein Abschnitt
eines Steges oder haben mehrere Abschnitte jedes Steges der einen Kupplungsscheibe
eine gleitende Reibberührung mit einem anderen Ab-
schnitt oder mit anderen
Abschnitten eines Steges auf der anderen Scheibe, bis die Scheiben im Gleichlauf
sind. Gleichzeitig werden ein Abschnitt oder mehrere Abschnitte jedes Steges der
einen Kupplungsseheibe von dem Kühlmittel gekühlt, das die Nuten der anderen Scheibe
durchströmt.
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Die Größe jeder Kupplungsscheibe und die Zahl ihrer Nuten bestimmt
sich aus den üblichen überlegungen hinsichtlich des Drehmomentes, der Art der Belastung
und der Betriebsverhältnisse. Um eine angemessene Berührungsfläche zur Kraftübertragung
zu gewährleisten, ist eine bestimmte Berührungsflächenstetigkeit erforderlich. Die
Berührungsfläche darf nicht unter 25 % der Schleiffläche des Schleifringes
fallen oder über 66 % der Schleiffläche steigen. Unter 25 0/9 würde
der Druck je Flächeneinheit zu groß werden, und oberhalb 66 % würde
die Kühlung ungenügend sein.
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Eine weitere Begrenzung (F i g. 5) besteht darin, daß die Außenbogenbreite
jedes Steges nicht größer als das 1,5fache der Innenbogenbreite des gleichen Steges
sein soll. Hierdurch wird die Berührungsflächenänderung bei Schlupf innerhalb eines
Verhältnisses von 1,5 zu 1 gehalten, und zwar ohne Rücksieht auf die
Größe des Scheibenringes.