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Die Erfindung betrifft eine hydraulisch betätigbare Reibungskupplung
mit einer von einer auf der treibenden Welle feststehenden Ringscheibe und einem
an deren äußerem Umfang flüssigkeitsdicht geführten, zugleich als Betätigungskolben
wirkenden Zylinder gebildeten Betätigungskammer und einem zwischen Betätigungskolben
und Gegendruckscheibe angeordneten Lamellenpaket.
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Bei Reibungskupplungen dieser Ausbildung erfährt der Reibungskoeffizient
der Kupplungsflächen während des Betriebes starke Änderungen. So kann er beispielsweise
während des Einrückens der Kupplung fünfmal größer- werden. Als Folge hiervon kann
eine an die Ausgangswelle angeschlossene Maschine mit einem fünfmal so hohen Drehmoment
belastet werden als ursprünglich beabsichtigt war. Dies ist besonders dann lästig,
wenn die Kupplung einem Drehmomentwandler nachgeschaltet ist; dann ist nämlich eine
sehr genaue Begrenzung der Drehmomentsteuerung erforderlich.
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Mit dieser Problemstellung befaßt sich die Erfindung. Sie will das
Ausgangsdrehmoment genau steuern oder begrenzen und hierdurch erreichen, daß die
Drehmomentcharakteristik der Ausgangswelle der Kupplung eine lineare Funktion des
die Kupplung betätigenden Steuerdruckes ist. Ein von außen auf die Kupplung zur
Einwirkung gebrachter konstanter Preßdruck erzeugt dann ein vom Reibungskoeffizient
der Kupplung unabhängiges, konstantesDrehmoment. Dann ist die Steuervorrichtung
in Abhängigkeit vom übertragenen Ausgangsdrehmoment wirksam. Die Steuervorrichtung
muß zu diesem Zweck dann aber in besonderer Weise ausgebildet werden, und diese
Ausbildung ist Gegenstand der Erfindung, die durch die Vereinigung folgender Merkmale
gekennzeichnet ; ist: a) Auf der treibenden Welle ist eine axial verschiebbar gelagerte
Hülse angeordnet, an deren einem Ende die sich radial erstreckende Gegendruckscheibe
und an deren anderem Ende ein , als Ringkolben ausgebildeter Flansch vorgesehen
ist, der in die Betätigungskammer hineinragt und an dem Zylinder flüssigkeitsdicht
geführt ist; b) ein aus Ringkolben, Hülse und Gegendruckscheibe bestehendes Zwischenstück
stützt sich mit einer einstellbaren Kraft über Schrägflächen gegen einen mit der
treibenden Welle fest verbundenen Bund ab und wird bei dessen Relativbewegung zum
Zwischenstück axial verschoben; e) in der Hülse des Zwischenstückes ist ein Verbindungskanal
zwischen Flüssigkeitszufuhrleitung und einem _durch den Ringkolben und Betätigungskolben
@ gebildeter Raum vorgesehen, der durch die Axialverschiebung des Zwischen-Stückes
geöffnet oder geschlossen wird.
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Zweckmäßig sind hierbei zwischen den Schrägflächen Wälzkörper in Form
von Kugeln oder Walzen angeordnet. Die Abstützkraft zwischen dem Zwischenstück und
dem mit der treibenden Welle fest verbundenen Bund kann aufgebracht werden durch
eine Feder oder, in anderer Ausführung, durch einen in der zwischen der auf der
treibenden Welle feststehenden Ringscheibe und dem Ringkolben gebildeten Flüssigkeitskammer
herrschenden Druck.
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Der Flüssigkeitsstrom durch den erwähnten Verbindungskanal kann gesteuert
werden durch eine Schulter an der axial verschiebbar gelagerten Hülse und einer
mit ihr zusammenwirkenden Fläche oder, in anderer Ausführung, durch eine an der
auf der treibenden Welle feststehenden Ringscheibe angeordneten Schrägfläche radial
verschiebbare Ventilkugel. Er läßt sich aber auch steuern durch eine Ventilkugel,
die mit in dem Ringkolben axial gegen Federdruck verschieblich geführten Ventilsitzen
zusammenarbeitet.
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Rückseitig des Ringkolbens kann innerhalb des Betätigungskolbens eineDruckausgleichskammer
vorgesehen sein, die mit dem durch diese Ringkolben und dem Betätigungskolben gebildeten
Raum über eine Ablauföffnung oder mit dem Zuflußkanal über eine Öffnung in Verbindung
steht. Zweckmäßig ist diese Druckausgleichskammer auf der von dem Ringkolben abgewandten
Seite durch einen Ausgleichkolben abgeschlossen, der eine Ablauföffnung enthält.
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An Hand von in. der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispielen
wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. In der Zeichnung ist F i g. 1 ein
Längsschnitt durch einen Doppelkupplungskörper gemäß der Erfindung; F i g. 2 ein
Teil-Längsschnitt durch den einen Kupplungskörper, in abgewandelter Ausführung;
F i g. 2 a ein Querschnitt längs der Linie 2 a-2 a in F i g. 2; F i g. 3 bis 6 Teil-Längssehnitte
ähnlich der F i g. 2, jedoch mit abgewandelter Ausführung, F i g. 5 a ein Querschnitt
längs der Linie 5 a-5 a in F i g. 5.
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In der in F i g. 1 dargestellten Ausführung ist auf einer treibenden
Welle S eine Ringscheibe S 1 fest angeordnet und eine Hülse E' axial verschiebbar
gelagert. Auf deren äußeren Umfang ist ein zugleich als Betätigungskolben wirkender
Zylinder K 1 flüssigkeitsdicht geführt. In den von diesem Zylinder umschlossenen
Raum ragt ein als Ringkolben ausgebildeter Flansch E' hinein, der das eine Ende
der Hülse E"' darstellt und der an dem Zylinder K 1
flüssigkeitsdicht geführt
ist. An ihrem anderen Ende läuft die Hülse E"' in eine sich radial erstreckende
Gegendruckscheibe E" aus.
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Die Hülse E"' mit dem Ringkolben E' und der Gegendruckscheibe E" stellt
ein Zwischenstück E dar. Zwei solcher Zwischenstücke E sind beidseitig der Ringscheibe
S 1 auf der Welle S angeordnet. Zwischen dem Betätigungskolben und der Gegendruckscheibe
E" ist je eine aus ineinandergreifenden Reibscheiben H bestehende Reibungskupplung
C 1 und C 2 vorgesehen. Mit diesen Kupplungen sind Antriebselemente G 1 bzw. G 2
verbunden, die frei drehbar auf der Welle S angeordnet sind.
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Der Ringkolben E' unterteilt den zwischen der Ringscheibe S 1 und
dem Zylinder K 1 vorhandenen Raum in zwei Druckkammern 2 und 6. Die Kammer 2 stellt
die Kupplungsbetätigungskammer, die Kammer 6 eine hydraulisch betätigbare Drehmomenteinstellkammer
dar, welche das Zwischenstück E in eine den Zufluß der Druckflüssigkeit in die Kammer
2 regelnde Lage führt, wobei das maximale, von der Kupplung zu übertragende Drehmoment
von der Kammer 6 vorbestimmt wird. Zischen dem Ringkolben E' und dem als Betätigungskolben
wirkenden Zylinder K 1 ist eine Druckfeder S' angeordnet. In der Wand des Zylinders
K 1 ist eine in die Atmosphäre führende Abflußöffnung R vorgesehen.
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Eine in der Welle S vorgesehene Zufuhrleitung 1
für
Druckflüssigkeit steht über einen Verbindungskanal J mit der Kammer 2 in Verbindung,
der durch Axialverschiebung des Zwischenstückes E geöffnet oder geschlossen wird
und somit ein Ventil I mit einer Schulter 3 am Teil E und einer mit ihr zusammenwirkenden
Fläche 4 einer auf der Welle S befestigten ringförmigen Buchse S 2 darstellt. An
die Zufuhrleitung 1 schließt über eine Öffnung 1 b eine Leitung 1
a an, über welche den Reibscheiben H Kühlflüssigkeit zugeleitet wird. Weiter ist
eine gesonderte Flüssigkeitszufuhrleitung 9 in der Welle S vorgesehen, über welche
der Kammer 6 Druckflüssigkeit zugeführt wird; der Druck in dieser Kammer ist einstellbar,
um das gewünschte Drehmoment zu erzeugen.
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Zwischen dem Zwischenstück E und der Welle S ist ein Mittel zum Messen
des Drehmomentes vorgesehen. Zu diesem Zweck sind ein mit der Welle S fest verbundener
Bund S3 sowie das Zwischenstück E mit Schrägflächen f 3 und f 2 versehen,
zwischen denen konische Walzen F 1 angeordnet sind.
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Wenn zwischen der Welle S und dem Zwischenstück E eine relative Drehbewegung
eintritt, bewirken die Wälzkörper F 1 der Drehmomentmeßeinrichtung mit den Oberflächen
f 2 und f 3 ein Verschieben des Zwischenstückes E nach links (in der
Zeichnung). Dadurch wird die Schulter 3 gegen die Fläche 4 gedrückt und so das Ventil
I geschlossen. Das Ventil l schließt also, wenn der Druck in der Drehmomenteinstellkammer6
nicht genügend hoch ist, und bewirkt ein Absperren der Druckflüssigkeit zur Kammer
2. Die Öffnung R ermöglicht einen Druckabfall in der Kammer 2, wodurch der Kupplungspreßdruck
vermindert und ein Gleiten der Kupplung bewirkt wird. Die Ausrückfeder S' bewegt
den Kolben in eine neutrale Stellung. Schließlich überwindet der Druck in der Kammer
6 die Drehmomentkraft der Walzen F 1, der Mitnehmer E gleitet nach rechts und öffnet
das Ventil I. Dies veranlaßt wieder ein Anwachsen des Kupplungspreßdruckes in derKammer2.
So stellt sich die Kupplung von selbst ein, wie es durch den regelbaren Drehmomentdruck
in der Kammer 6 bestimmt ist.
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Im Beispiel der F i g. 2 stellt, ohne hierauf beschränkt zu sein,
A die Ausgangs- oder abgetriebene Welle, B die Eingangs- oder antreibende Welle
dar. Die Wälzkörper sind als durch einen Ring G in ihrer Stellung gehaltene Kugeln
F ausgebildet, die sich in die Schrägflächen darstellenden ringförmigen Rillen f
und f 1 im Zwischenstück E bzw. in der. Welle A
führen, wie dies in
F i g. 2 a in größerem Maßstab dargestellt ist. Ferner ist in dem vom Zylinder K
umschlossenen Raum eine die Abstützkraft gegenüber dem Zwischenstück E aufbringende
Feder C vorgesehen, die im Beispiel als vorgespannte Tellerfeder ausgebildet ist
und die auf der Welle A durch einen Sprengring 10 gehalten wird und gegen ein Wälzlager
D anliegt. Die Feder C übt über die Wälzlager D auf das Zwischenstück E und dieses
auf die hier aus den Kugeln F bestehende Drehmomentmeßeinrichtung einen Druck aus.
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Eine zwischen der Welle A und dem Zwischenstück E erfolgende relative
Drehbewegung drängt die Kugeln F längs der geneigten Flächen der Rillen f, f
1
radial nach auswärts, wodurch in der schon beschriebenen Weise das Zwischenstück
E axial gegenüber der Welle A verschoben wird. Gleichzeitig wird auf die Feder C
ein axialer Druck ausgeübt, welcher dem Drehmoment, der räumlichen Ausbildung der
Rillen und dem von der Kupplungsmittellinie an gerechneten Momentarm proportional
ist.
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Das den Durchfluß der Druckflüssigkeit in die Kammer 2 regelnde, aus
der Schulter 3 und der mit ihr zusammenwirkenden Fläche 4 bestehende Ventil l wirkt
in der schon beschriebenen Weise. Eine in dem Ringkolben E' vorgesehene Öffnung
O verbindet die Kammer 2 mit der Atmosphäre. Um den Ringscheiben Hin ihrer axialen
Bewegung völlige Freiheit zu lassen, wenn sich das Zwischenstück E axial verlagert,
kann eine Kugelnutenverbindung M vorgesehen sein, die aber in den meisten Fällen
nicht erforderlich ist.
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Die Tellerfeder C ist entsprechend dem Drehmoment vorgespannt, welche
die Kugeln F sich relativ zum Zwischenstück E verlagern läßt, dadurch dieses Zwischenstück
verschiebt und die Feder entsprechend spannt. Dadurch wird das Ventil l geschlossen
und der Zufluß von Druckflüssigkeit in die Kammer 2 gesperrt, aus der Flüssigkeit
durch die Öffnung O abfließen kann, wodurch die Kupplungskraft der Reibscheiben
H vermindert wird; die Kupplung beginnt dann zu rutschen. Wenn die Kraft der Feder
C das eingestellte Drehmoment übersteigt, wird das Ventil l geöffnet, und der Druck
in der Kammer 2 wird erhöht. So pendelt sich die Kupplung selbsttätig auf das vorbestimmte
Drehmoment ein, wobei die Federvorspannung das Drehmoment festlegt, bei dem das
Ventil I die Kupplung absperrt.
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Unter besonderen Umständen, insbesondere bei höheren Drehzahlen, kann
es zweckmäßig sein, rückseitig des Ringkolbens E' innerhalb des Zylinders K
1
eine Druckausgleichkammer 5 vorzusehen, die mit dem Raum 2 über die Ablauföffnung
O in Verbindung steht. Auf der von dem Ringkolben E' abgewandten Seite ist die Druckausgleichkammer
5 durch einen Ausgleichkolben N abgeschlossen, der eine Ablauföffnung 8 enthält.
Diese Anordnung ermöb licht eine augenblickliche Regelung des Druckes in der Kammer
2 und demzufolge des Kupplungsdrukkes an den Reibscheiben H durch das Ventil
I bei allen Drehzahlen.
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Die Besonderheit der Ausführung gemäß F i g. 3 besteht darin, daß
die Abstützkraft gegenüber dem Zwischenstück E statt durch eine Feder durch einen
in einer Flüssigkeitskammer 6 herrschenden Druck aufgebracht wird. Diese mit der
Zufuhrleitung 1. in Verbindung stehende Kammer 6 wird durch die auf der Welle
A feststehende Ringscheibe und dem Ringkolben E' des Zwischenstückes E gebildet.
Die das maximale Drehmoment bestimmende axiale Kraft, welche das Ventil I schließt,
kann. so von außen geregelt werden. Die auf der Welle A feststehende Ringscheibe
bildet zusammen mit einer Endwand Q eine Ausgleichkammer 7, die durch in der Wand
Q vorgesehene Öffnungen 8 unter Atmosphärendruck gehalten wird. Hat die Flüssigkeit
in der Zufuhrleitung 1 einen niedrigen Druck, ist auch das zum Schließen
des Ventils 1 aufzubringende Drehmoment niedrig, und dadurch ist ein niedriges maximales
Drehmoment festgelegt. Beim Ansteigen des Druckes in der Zufuhrleitung 1 steigt
auch das festzulegende maximale Drehmoment an.
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Die Ausführung gemäß F i g. 4 weist gegenüber der F i g. 3 den Unterschied
auf, daß die Flüssigkeitskammer 6 mit einer gesonderten Zufuhrleitung 9 in Verbindung
steht, daß die durch den Betätigungskolben
gebildete Kammer 2 über
eine öffnung R ständig mit einer Zufuhrleitung 1 a verbunden ist und die auf der
Welle A feststehende, wie in F i g. 3 mit einer Durchlauföffnung P versehene Ringscheibe
gegenüber der Endwand Q durch eine Feder S" abgestützt ist, welche
die Kupplung völlig ausschaltet, wenn der Druck in der Zufuhrleitung 1 ein Minimum
erreicht hat. Die Drehmomentmeßeinrichtung besteht aus ineinandergreifenden Nockenflächen
f 4, f 5, wie in größerem Maßstab in F i g. 5 a dargestellt.
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Das durch die Leitung 1 zugeführte Druckmittel ist bestrebt, die Kupplung
zu schließen, kann dies jedoch nicht erreichen, solange in der Kammer 6 kein Druck
herrscht, weil jedes übertragene Drehmoment das Ventil I schließt und so den Abfluß
der Druckflüssigkeit aus der Kammer 6 ermöglicht. Der Betätigungsdruck legt also
in der Kammer 6 das das Ventil I betätigende Drehmoment fest, das somit unabhängig
vom Reibungskoeffizienten der Reibscheiben wie auch vom Druck der Flüssigkeit in
der Zufuhrleitung 1 ist. Es kann folglich der Druck, für den ein entsprechendes
Drehmoment freigegeben wird, in Abhängigkeit von dem in der Kammer 6 herrschenden
Druck regelbar eingestellt werden.
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Die in F i g. 5 wiedergegebene Ausführung arbeitet nach dem gleiche
Prinzip, weist aber ein andersartig ausgebildetes Ventil auf, während alle sonstigen
Teile im wesentlichen der Ausführung gemäß F i g. 4 entsprechen, also mit einer
aus ineinandergreifenden Nockenflächen f 4, f 5 bestehenden Drehmomentmeßeinrichtung.
Zur Steuerung des Flüssigkeitsstromes ist in diesem Fall eine Ventilkugel BB vorgesehen,
die längs einer an der auf der Welle A feststehenden Ringscheibe angeordneten Schrägfläche
CC radial verschiebbar ist. Ein übergroßes Drehmoment drückt das Zwischenstück E
relativ zur Welle A (in der Zeichnung) nach links und dadurch die Kugel BB nach
innen gegen einen Ventilsitz AA, wodurch der Durchfluß von der Zufuhrleitung
1 zur Betätigungskammer 2 gesperrt wird.
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Der Ventilsitz AA ist am äußeren Ende einer im Zwischenstück
E radial verschiebbaren Hülse vorgesehen. Die Zentrifugalkraft und der Druck der
durch die Zufuhrleitung zufließenden Flüssigkeit drängt den Ventilsitz nach außen.
Bei fortgesetzter Bewegung des Zwischenstückes E relativ zur Welle A nach links
wird die Kugel BB von ihrem Sitz AA abgedrückt, und der Sitz selber zur Kupplungsmittel-Linie
hin verschoben, bis das Zwischenstück E gegen die mit der Welle A verbundene Ringscheibe
stößt. Weder die Schrägfläche CC noch die Kugel BB noch der Ventilsitz
AA sind dabei starken Kräften unterworfen. Eine in der WelleA vorgesehene
öffnung DD
verbindet die gesonderte Zufnhrleitung 9 mit einer zur Atmosphäre
hin offenen Ausgleichkammer 5. Über eine im Zwischenstück E vorgesehene öffnung
EE kann Flüssigkeit aus der Betätigungskammer 2 abfließen, deren Druck demzufolge
durch die Kugel BB geregelt wird.
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F i g. 6 zeigt eine Ausführung, in der die den Flüssigkeitsstrom zur
Betätigungskammer 2 steuernde Vorrichtung aus einer axial bewegbaren Ventilkugel
FF besteht, die mit in dem Ringkolben E' axial gegen den Druck einer Feder I1 verschieblich
geführten Ventilsitzen GG, HH zusammenarbeitet. Bei Verlagerung des Zwischenstückes
E (in der Zeichnung) nach links werden diese Ventilsitze einander genähert, wodurch
der Durchfluß des Druckmittels gedrosselt und schließlich unterbrochen wird. Dabei
befindet sich die Ventilkugel FF in einer ausgeglichenen Lage, weil ihre beiden
Ventilsitze unter dem Druck der Kammer 2 stehen. Der Flüssigkeitsdruck in der Leitung
1 hält den Sitz GG in Kontakt mit der Welle A, und die FederlI drückt
den Sitz HH
gegen eine Schulter h im Zwischenstück E. Sofern das Zwischenstück
E nicht mit übergroßer Kraft gegen die Welle A drückt, sind folglich weder die Ventilsitze
GG, HH noch die Kugel FF noch die Feder Il einer übermäßigen Belastung
unterworfen. Als Drehmomentmeßeinrichtung sind auch bei dieser Ausführung wiederum
konische Walzen F 1 vorgesehen, wodurch eine erhöhte Leistung ermöglicht wird.
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Alle beschriebenen Ausführungen ermöglichen eine Regelung des Ausgangsdrehmomentes
unabhängig vom Reibungskoeffizienten in der Kupplung. Dieses Ausgangsdrehmoment
ist leicht einstellbar, und der Regeldruck kann das gewünschte Ausgangsdrehmoment
erzeugen und genau einregem.