Ein- und ausrückbare Reibungskupplung Die Erfindung bezieht sich auf
eine ein- und ausrückbare Reibungskupplung mit auf einer Hohlwelle axial verschiebbar
sitzenden, unter dem Kupplungsdruck kraftschlüssig miteinander verbindbaren Kupplungselementen,
von denen eines drehfest mit der Hohlwelle verbunden ist, wobei der Kupplungsdruck
durch auf Keilflächen von gegeneinander verdrehbaren und in axialer Richtung entgegen
Federkraft verecniebbaren Ringen laufenden Kugeln erzeugt wird. Eine solche Reibungsicapplung
ist bekannt. Bei einer solchen Kupplung wird nun angestrebt, daß bei Beginn des
Einrückens der Kupplung zunächst das Kupplungsspiel ausgeglichen wird, woraufhin
Tellerfedern in Tätigkeit treten, um eine gleichmäßige Axialkraft nach einer vorbestimmten
Charakteristik auf die Kupplungselemente, nämlich die an der Welle festzukuppelnden
Ringe oder Lamellen und die Reibscheiben auszuüben. Ferner soll erreicht werden,
daß eine auf einer Hohlwelle sitzende Drucjcfeder im eingebauten Zustand vorgespannt
ist, und insbesondere so weit, daß eine zusätzliche weitere Zusammendrückung durch
die Mitnehmerringe eine'konstante Kupplungskraft hervorruft. Auch soll die Kupplungskraft
in vorher bestimmbarer Weise verändert werden können. Auf jeden Fall soll erreicht
werden, daß die Wirkung der Druckfeder vorherbestimmt ist und die Druckfeder nur
denn zur Wirkung gelangt, wenn die Kupplung sich bereits im Eingriff befindet.
Dadurch wird erreicht, daß ein Nachstellen
der Kupplung entsprechend
dem Verschleiß der Kupplungsbeläge nicht notwendig ist, weil eine selbständige Nachstellung
erfolgt. .
Aus dem Stand der Technik ist eine Kupplung mit diesen vorteilhaften
Eigenschaften nicht bekannt. Bei einer bekannten lamellenkupplung, die auf Grund
einer verdrehbaren Keilfläche durch axiale Verschiebung einer Druckfeder einrückbar
ist, ist eine vorherige Einstellung der Druexfeder weder beabsichtigt noch möglich.
Auch bei den bekannten, eingangs beschriebenen Kupplungen besteht nicht die Möglichkeit,
stets mit gleichbleibender Kupplungskraft zu arbeiten und auftretenden Verschleiß
selbsttätig auszugleichen. Bei einer ein- und ausrückbaren Reibungskupplung der
eingangs beschriebenen Bauart läßt sich die verfolgte Aufgabe dadurch verwirklichen,
daß gemäß der Erfindung der eine Mitnehmerring mittels einer vorgespannten Druckfeder
in axialer Richtung gegen einen Anschlag der Hohlwelle gedrückt und der andere Mitnehmerring
unter Lösungsdrucic der Kupplung gegen den ersten Mitnehmerring anliegend aufder
Hohlwelle gelagert ist. Vorzugsweise ist hierbei j eder Mitnehmerring mittels eines
axial verschiebbaren Wälzlagers auf der Hohlwelle gelagert. Eine zweckmäßige Ausführung
ergibt sich, wenn der Anschlag zwischen den beiden Wälziagern auf der Hohlwelle
angebracht ist-und die-vorgespannte Druckfeder an dem einen Wälzlager anliegt, während
das andere Wälzlager den Kupplungsdruck auf die verschiebbaren Kupplungselemente
überträgt. In bevorzugter Ausführung besteht die Druckfeder aus Tellerfedern und
ist überdies wenigstens bis in den flach verlaufenden Bereich ihrer Federkennlinie
vorgesp-annt.
Bei dieser erfindungsgemäß ausgebildeten Bauart können
dann
unterschiedliche Federkräfte auf die Kupplung zur Auswirkung gelangen,
und bei eingerückter Kupplung sind die Tellerfedern dauernd soweit vorgespannt und
so angeordnet, daß sie sich bei der Azialbewegung der Mitnehmer nicht mehr weiter
zusammendrücken lassen, bis das gesamte Kupplungespiel aufgebraucht ist. Wenn es
unter bestimmten Umständen erwünscht ist, kann eine konstante Kupplungskraft
und demzufolge ein konstantes Kuppl-Ungsdrehmoment erreicht werden. Dies bedeutetg
daß die Tellerfedern nur in dem flachen Bereich ihrer Kennlinie arbeiten. Hierdurch
erhält man ein konstantes Kupplungsdrehmoment und zwar unabhängig von Verschleias
der Kupplungsscheiben und ohne auf diesen Verschleiss achten zu müssen. ,Auf der
Zeichnung sind mehrere Ausführungebeispiele und Einzelheiten der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigt Fig. 1 eine züm Teil geschnittene Seitenansicht einer Kupplung
gemäß der Erfindung in ausgerücktem Zustand, Fig. 2 einen Teilschnitt zur Veranschaulichung
einer abgewandelten Art der Übertragungsglieder, jedoch mit dem gleichen Betätigungsmechanismus
wie in Fig. 19 in eingerücktem Zustand, Fig. 3»und 4 Ansichten ähnlich denen
in Fig. 2, jedoch mit wieder= abgeänderten Übertragungsgliedern, die die gleiche
BetätigungsvorrJchtung wie Fig. 1 besitzen, in ausgerücktem Zustand, 7ig.
5 die Ansicht eines der Mitnebmer in Blickrichtung gemäß linie
5-5 der Fig. 19
Fig. 0 einen Schnitt entlang
der Linie 6-6 in Fig. 59
Fig. 7 einen Schnitt entlang der Linie
7-7 in Fig. 5, wobei jedoch ein Teil der Mitnehmer in Ausrückstellung
steht, Fig. 8 eine Ansicht ähnlich der in Fig. 79 die jedoch die Mitnehmer
in der Einrückstellung der Kupplung zeigt und Fig. 9 ein Beispiel einer Federkennlinie
von Tellerfedern, die in Verbindung mit der Erfindung benutzt werden. Die gedrungene
KUPP1ungseinheit besitzt einen drehbaren Kupplungsträger 19 auf dem verschiedene
andere Kupplungsteile gelagert sind. Der Kupplungsträger 1 ist als hohl Keilwelle
mit zwei Keilnuten 2 dargestellt, mit deren Hilfe er mit einer nichtdargestellten
Welle verbunden werden kann. Der Kupplungsträger 1 besitzt ferner einen Festetellring
3 mit Madenschrauben 4, um den Festetellring auf der Welle in Axialrichtung
festzuhalten. Der Kupplungsträger 1 könnte auch eine massive Welle sein,
je-
doch ermöglicht die Hohlwelle eine zweckmäseige Anpassung an einen weiten
Anwendungebereich. Der Betätigungemechanismus AM ist in den Figuren 1 bis
4 gleich und liegt über einen Distanzring 5 an dem Antriebaübertragungeteil
DT/DT29 DT3 und DT4 entsprechend den Figuren 1 bis 4 an. Entsprechende Teile
sind in diesen Figuren mit der gleichen Ziffer bezeichnet. Von den verschiedenen
Teilen zur Übertragung des Antriebe sind einige axial verschiebbar, um die Reibungsverbindung
der Teile in einer der folgenden Arten herzustellen: ,
In Fig. 1 besteht
der Antriebaübertragungsteil DT aus zwei Antriebascheiben 10 und
11, die auf ihren entsprechenden Radial-Rillenlagern 12, 13 laufen.
Ein Federring 14 hält die Antriebsscheibe
11 und das dazugehörige
Wälzlager 13 gegen eine axiale Bewegung nach rechte fest, wie aus Fig.
1 ersichtlich ist. Der innere Ring des Kugellagers 12 stösst über den Distanzring
5 an den Betätigungemechanismus an. Zwischen den Antriebascheiben 10,
11 ist eine Reibscheibe 15 angeordnet, die in Umfangsrichtung formschlüssig
mit dem Keilprofil des Kupplungsträgers 1 verbunden ist. Wenn die Antriebescheibe
10 genügend an die Antriebascheibe 11 angedrückt wird, werden beide
über die Reibscheibe 15 kraftschlüssig miteinander verbunden. Zwischen den
Antriebescheiben 10 und 11 und der Reibscheibe 15 wirken zwei
Tellerfedern 16, 17, um die Reibungsverbindung bei ausgerückter Kupplung
schnell und vollständig aufzuheben. Der Antriebaübertragungsteil DT 2 gemäß Fig.
2 benutzt nur eine einzige Antriebeacheibe 20, die über das Wälzlager 21 auf dem
Kupplungsträger 1 gelagert ist. Ein axial verschiebbares Element in Form
einer mit Kupplungsbelag versehene Reibscheibe 22 ist über die Keilwelle
in Umfangsrichtung formachlüSeig Mit dem Kupplungsträger 1 verbunden und
durch den Kupplungsbelag 22 kraftschlüssig mit der Antriebescheibe 20 verbindbar.
Fig. 2 zeigt den Betätigungemechanismus AM in eingelcuppeltem Zustand. Tellerfederin
24, 25 bringen die Reibächeibe 22 und die Antriebescheibe 2b ausser Eingriff,
wenn der Betätigungsmechanib-Mus AM ausgelöst wird. In Fig. 3 sind 'eine
AussAhplatte 30, eine axial verschiäbbe0,-truckplatte« 31 und die
Aeibscheibenii 32 mit dem KupplungAl#ril e 1 über das tläilwällenptofil
in ܱfangsrichtung formächlüdhig verbunden. Die in Schlitzen 34 der angetriebenen
Küppfiüiläi* glocke 35 geführten Reibtinge 33 können in bekannter
ÜAide
zwecks Mitnahme mit den danebenliegenden Reibscheiben
32
durch Kraftschlues verbunden werden. Auf diese weise stellt die Druckplatte
31 in diesem Ausführungebeispiel das azial verschiebbare Element dar. Fig.
4 zeigt einen anderen Antriebaübertragungsteil DT 49 der eine Aussenplatte 40 und
ein axial verächiebbares-Blement in Form einer Druckplatte 41 besitzt, die beide
über die Keilwelle mit dem Kupplungsträger"1 verbunden sind sowie Reibbeläge 40a
besitzen, um mit den beiden Aussenseiten des Kettenritzels 42 in Antriebsverbindung
gebracht werden zu können. Das Kettenritzel 42 ist auf einem Wälzlager 43, und zwar
auf einem auf dem Kupplungsträger 1 gelagerten Ring-Rillenlager angeordnet.
Die Tellerfedern 44, 45 dienen zum lösen der Reibungsflächen von dem Kettenritzel
zur entsprechenden Zeit. Die obigen Ausführungsbeispiele verschiedener Antriebaübertragungsglieder
der Kupplung sind lediglich Beispielet und es können andere Ausbildungsarten für
die vorliegende Erfindung ebenfalls in Betracht gezogen werdeng da die Erfindung
nicht auf irgendeine bestimmte Ausführung der dargestellten Elemente beschränkt
sein soll. Gemeinsam ist diesen Beispielen.' daß eines der Elemente durch den (noch
zu beschreibenden) Betätigungsmechanismus axial in Richtung auf ein anderes Element
verschiebbar ist, um die Kupplung einzurücken. Die angetriebenen Teile, z.B. Antriebescheiben,
Kettenritzel, Küpplungeglocke od. dgl. können nach Wunsch axial verschiebbar öder
auch fest angeordnet sein. Der Betiätigungsmechanismus AM ist in den Fig.
1 bis 4 dargestellt und besteht aus zwei Mlitinehmern 50, 51, die
gleichartig ausgebildet sind$ wie 'aus den Zeichnungen ersichtlich isiti und
die
vorzugsweise aus Pressteilen aus Blech bestehen. Wie in den Fig. 6 und
7 deutlich gezeigt ist, haben diese ringähn-. liehen Teile einen im wesentlichen
U-förmigen Querschnitt und besitzen einen in Amialrichtung verlaufenden Innenring
52
und einen Aussenring 53. Beide Ringe sind durch einen radialen Flansch
54 miteinander verbunden. Mehrere länglicheg bogenförmige Vertiefungen
55 sind in jedem Radialflansch 54 der Mitnehmer 50, 51 vorgesehen,
wobei deren Tiefe progressiv mit der Länge zunimmt, so daß eine geneigte Mitnehmerfläche
56 entsteht. Bei Betrachtung in Axialrichtung ist es erkennbar (Fig.
5)9 daß diese Vertiefungen 55
bogenförmig derart ausgebildet sind,
daß der KrUmungsmittelpunkt der Bögen in der Kupplungsachse liegt. Wie in Fig.
6 dargestellt ist, sind die Vertiefungen auch im Schnitt entsprechend einer
Kugel 57 bogenförmig ausgebildet, um für diese eine Führungsrille zu schaffen.
Wenn die Kupplung eine.Totpunkt-Wirkung haben soll, so wird an den flachen Stelle
jeder Mitnehmerführungerille ein Loch 55a oder eine Vertiefung angebracht. Wenn
die Kugeln 57 dann
in diese Vertiefungen 55a hineinrollen, so bleibt
die Kupplung in der eingestellten Lage, ohne durch den Bedienungsmann festgehalten
zu werden. Bei zusammengebauter Kupplung gemäß Fig. 7 fluchten die Mitnebmerflächen
56 des einen Nitnehmers im wesentlichen mit der Oberfläche der anderen Mitnehmers.
Darüberhinaus liegt das tiefe Ende der PUhrungsrille den einen Mitnehmers der flachen
Stelle der Führungsrille den anderen Mitnehmerteiles gegenüber. Einer der Mitnehmer
kann z.B. mit Hilfe eines in Fig. 1 und 5
gezeigten Armes
58 an einem (nicht dargestellten) stationären
Teil der Maschine
befestigt sein, für die die Kupplung benötigt wird. Der andere Mitnehmer wird durch
die Bewegung eines an ihm befestigten, aus Fig. 1 ersichtlichen
' Armes 59
gedreht, um damit in der in Fig. 8 dargestellten
Weise die Kupplung einzurücken. Außerdem könnte auch ein (nicht dargestellter) Bowdenzug
für die Kupplungebetätigung benutzt werden, wobei das Kabel an dem einen-und die
Hülle an dem anderen Arm befestigt wäre. In jedem Falle bewirkt eine Verdrehung
der beiden Mitnehmer 50, 51 gegeneinander ein Einrücken der Kupplung. Fig.
7 zeigt die Stellung des Mitnehmerpaares, wenn die Kupplung ausgerückt ist,
und Fig. 8 zeigt den eingekuppelten Zustand. Beim Einrücken der Kupplung
werden die Mitnehmer gegeneinander verdreht, wodurch die Kugeln 57 an die
vertieften Enden der Mitnehmerflächen 56 rollen und auf diese Weise die Mitnehmer
50, 51 axial auseinanderdrücken. So'bewirkt eine Relativ-Drehung der Mi-Vnehmer
über die Gesamtlänge der Vertiefungen 55 ein festes, vorherbestimmtes Maas
an Azialverschiebung der Mitnehmer. Der erste Teil der axialen Mitnehmerbewegung
wird zur Aufnahme des Spieles zwischen den Kupplungsteilen benutzt, und der letzte
Teil des Axialweges der Mitnehmer bewirkt eine zusätzliche Zusammendrückung von
Tellerfedern 70, 71 über die Anfangebelastung dieser Federn hinaus. Die Wälzlager
60, 61 bewegen sich mit den entsprechenden Mitnehmern in azialer Richtung.
Die Betätigungskraft ist gleichmäßig über den Umfang der Mitnehmer verteilt, und
die Kugeln rollen unter Anlage an ihren geneigten Mitnehmerflächen. Die BeKtigungskraft
für die Bedienung der Kupplung wird auf einer Kraftangriffelinie, die-senkrecht
zur Kupplungsachse steht, aufgebracht. Dies bewirkt die Drehung eines der Mitnehmer
in der
bekannten Weise. Der Erfolg ist eine weich arbeitende Kupplung
ohne die Auswirkung von Stössen auf irgendwelche Teile oder die Lager. Jeder der
Mitnehmer ist für sich auf dem entsprechenden Wälzlager 60, 61 angebracht.
Insbesondere liegen die inneren Ringe 52 der Mitnehmer dicht an dem Aussenring
des ente#prechenden Kugellagers an. Dieses Lager ist wiederum auf einem drenbaren
Träger, z.B. dem Kupplungsträger 19 angebracht, der einen Teil der Kupplung
darstellt. Die Wälzlager 60, 61 sind ebenfalls relativ zueinander begrenzt
azial beweglich und nehmen die entsprechenden Mitnehmer mit, wie nachfolgend beschrieben
wird. Die Mitnehmer 50 und 51 werden auf ihren entsprechenden Ringrille-nlagern
609 61 durch Federringe 629 63 gehalten, die in den Aussenringen der
Wälzlager vorgesehen sind. Die Kugeln 57
verhindern die axiale Verschiebung
der Mitnehmer auf den entsprechenden Wälzlagern. gegeneinander. Wenn der Betätigungsmechanismus
arbeitet, bewegen sich die Lager durch Gleiten in entgegengesetzten Richtungen auf
der Muffe auseinander. Auf dem Kupplu-ngsträger 1 ist an einer Stelle zwischen
den Innenringen der Wälzlager 60, 61 ein Federring 64 in axialer Richtung
befestigt. Dieser Ring bildet für das Lager 60 einen Anschlag in der Axialrichtung
auf das Lager 61 und die Antriebeübertragungselemente zu. Dieser Anschlag
verhindert somit die Axialverschiebung des lagere 60 nach rechte, wie aus
Fig. 1
ersichtlich ist, und lässt nur eine begrenzte Azialbewegung des Mitnehmergliedes
50 in Richtung auf das andere Glied 51
infolge des Binflusses der nachfolgend
zu beschreibenden Federn zu. Das Wälzlager 61 stöset nicht an dem Federring
64 dafür aber an dem Distanzring 5 an, um diesen axial in Richtung auf die
Antriebaübertragungsteile der Küj>plung zu bewegen.
Um das Lager
60 in ausgerücktem Zustand der Kupplung gegen den Federring 64, wie in Fig.
1 dargestellt ist, und um den gesamten Betätigungemechanismus AN gegen
die Antriebsübertraigungsteile zu drücken, wenn die Mitnehmerteile durch eine Relativdrehung
voneinander getrennt sind" wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, werden Federelemente
angeordnet, die aus zwei großen Tellerfedern 70, 71 bestehen, die gegeneinnig
zueinander angeordnet sind und zwischen einem auf dem Kupplungsträger
1 fixierten Federring 72 und dem Wälzlager 60
wirken. Wenn die
Kupplung durch Drehbewegung den einen der Mitnehmer gemäß Fig. 2 eingedrückt wird,
wirken die Kräfte in dem Betätigungemechanismus in Richtung der in Fig. 2 gezeichneten
rfeile. Der Tellerfedern sind kräftig ausgebildet. Ihre Scheibenform kann für verschiedene
Federkennlinien ausgewählt werden. Die Federn sind in der Kupplung derart angeordnet
und soweit vorgespannt, daß sie sich in einem bestimmten Bereich nicht zusamTnendrücken,
bis die Lager 60, 61 in azialer Richtung genügend weit voneinander getrennt
sind, um das gesamte Kupplungsspiel aufzunehmen. Daraus ergibt sich, daß eine zusätzliche
Zusammendrückung der Federn durch Betätigung eines der Mitnehmer eine konstante
Kraft ergibt, wenn Tellerfedern mit einer flachen Charakteristik gemäß Fig.
9 verwendet werden. Als Resultat ergibt sich ein konstantes Kupplungsdrehmoment,
unabhängig von dem Verschleias der verschiedenen Teileg wie z.B. der Kupplungabeläge.
Zusammenfassend kann gesagt werden, daß die Tellerfedern 70 und
71 vorgespannt sind und das Lager 60 gegen den Federring 64 andrücken,
wenn der Betätigungemechanismus in der ausgerückten
Kumplungestellung
steht. Mit anderen Worten wird bei der .W
Montage der Kupplung das Lager
60 dicht an den Federring 64 angedrücktg wobei die Federn 70 und
71 um einen bestimmten Betrag zusammengedrückt werden müssen, um den Federring
72
in seine Nut einsetzen zu können. Auf diese Weise kann die Federzusammendrückung
bei Federn unterschiedlicher Charakteristiken durch.Änderung des Abstandes zwischen
den Federringen 64 und.72 variiert werden. Eine weitere Zusammendrückung oder Vorspannung
dieser Federn durch Betätigung der Mitnehmer bewirkt, daß diese lediglich in dem
verhältnismäßig flachen Bereich R der Federkennlinie gemäß Fig. 9 arbeiten.
Der durch die Vorspannung.angegebene Teil PLD der Kennlinie ist unerwünscht steil.
Ein Arbeiten dieser Federn in diesem Bereich wird somit vermieden. Die genaue Wahl
des Verhältnisses von h/t bewirkt bei diesen Federn eine konstante Kraft und in
Verbindung mit der vorliegenden Erfindung ein konstantes Kupplungsdrehmoment. Ein
Verhältnis für h/t (h--Konuahöhe der Feder; t=Federstärke) von 194 bis
1,6 hat sich als zufriedenstellend erwiesen. Die oben beschriebene Anordnung
ermöglicht eine kompakte Kupplung, insbesondere in Azialrichtung, und erfordert
keine Nachetellung bei Verschleiss, sondern gleicht diesen selbsttätig aus. Die
Tellerfedern können vorgespannt sein, damit die Kupplung übe'r ihren gesamten Kapazitätsbereich
ein konstantes Drehmoment hat. Die Vorspannung vermindert die Größe der durch die
Mitnehmer notwendigen Axialbewegung und ermöglicht kürzere und weniger steil geneigte
Führungsrillen, wodurch sich eine Kupp-.lung mit einem kürzeren Schaltweg und einem
wesentlich größeren Wirkumzograd ergibt. Anders ausgedrückt entspricht die Grösae
des notwendigen Mitnehmerweges nur demjenigen Hub, der zur
Aufnahme
des Kupplungespieles und des zulässigen Verschleisses erforderlich ist. Federn mit
anderen bekannten Kennlinien sind ebenfalls benutzbarg und in jedem Falle kann die
Wirkung der Kupplung über ihren gesamten Arbeitsbereich genau vorherbestimmt und
geregelt werden.