DE1675242B2 - Scheibenreibungskupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine durch ein Druckmittel schaltbare Scheibenreibungskupplung gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Zweck dieser Kupplung ist es, bei erhöhtem Leistungsbedarf einen Verbraucher, z. B. Stromgenerator mit ein oder mehreren Antriebsaggregaten, wie Gasturbinen, verbinden zu können bzw. umgekehrt.

Zu diesem Zweck wurde schon in der US-Patentschrift 3107 765 eine gattungsähnliche Scheibenreibungskupplung vorgeschlagen, bei der der die Reibscheiben in Eingriff miteinander bringende Kolben ein Ringkolben ist, der in erheblichein koaxialem Abstand zu den Achsen von Antriebswelle und getriebener Welle liegt und daher zur Zuführung des Druckmittels lange Radialkanäle erfordert. Wegen dieser Anordnung des Kolbens besteht grundsätzlich die Gefahr einer ungleichmäßigen Belastung der Reib-

I« scheiben infolge einer möglichen Winkelversetzung des Kolbens, so daß für die Führung der Teile besonders hohe Anforderungen hinsichtlich der Einhaltung enger Toleranzen gestellt werden müssen. Wird diesem Umstand in nicht genügendem Maße Rechnung

ij getragen oder ändern sich die zulässigen Toleranzen im Laufe der Betriebszeit, so führen die dann eintretenden ungleichmäßigen Belastungen der verschiedenen Kupplungsteile zu einem beschleunigten Verschleiß und damit einer verkürzten Lebensdauer der

:<> Kupplung. Ein weiterer Nachteil der bekannten Konstruktion liegt darin, daß der Druckkolben keine durch das Druckmittel gesteuerte Rückbewegung vornimmt, sondern sich unkontrolliert bei Entlastung der Druckmittel beaufschlagten Kolbenfläche zu-

2Ί rückbewegt, so daß ein unkontrolliertes Ausrücken der Kupplung erfolgt. Schließlich hat die bekannte Konstruktion noch den Nachteil, daß das aus mehreren Teilen zusammengesetzte Gehäuse kompliziert aufgebaut ist und sowohl die Antriebswelle als auch

j« das Gehäuse mit der ineinandergreifenden Klauenverzahnung versehen sind, wodurch sich die Herstellungskosten für die Kupplungsteile erheblich erhöhen und der Zusammenbau der Kupplungsteile lange Montagezeiten erfordert. Im wesentlichen treffen

η diese Nachteile auch für die Druckmittel betätigte Scheibenreibungskupplung nach der deutschen Patentschrift 726 652 zu, bei der statt eines Ringkolbens eine Vielzahl von in radialem Abstand zu den Wellenmittelachsen sternförmig angeordnete Einzelkolben

-hi zur Druckbeaufschlagung der Reibscheiben vorgesehen ist. Eine gleichmäßige Druckbeaufschlagung dieser Kolben über eine entsprechende Anzahl an Druckmittelzuführkanälen ist kaum durchführbar, da durch die unterschiedlichen Fertigungstoleranzen der

■Γ) Kolben, Kolbenringe, Leitungsquerschnitte sowie durch die unterschiedlichen Winkeltoleranzen des Kanalsystems in der Antriebsscheibe bzw. der betreffenden Gehäusehälfte unterschiedliche Reibungskräfte hervorgerufen werden und damit keine gleichen

5» Kräfte auf die Kolben einwirken. Außerdem hat, wie bei der vorbeschriebenen Kupplung, das Druckmittel keinen Einfluß auf das Ausrücken der Reibscheiben im nicht beaufschlagten Zustand der Kolben.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Scheibenreibungskupplung der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Gattung dahingehend zu verbessern, daß trotz vereinfachter Konstruktion der Kupplung eine gleichmäßige Belastung der Kupplungsteile erzielt wird und das Ein-

bo und Ausrücken der Reibungsscheiben in einer durch den Druckmittelkreis beeinflußten Weise erfolgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Maßnahmen im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 gelöst.

Bei der Scheibenreibungskupplung nach der Erfindung erfolgt somit das Ein- und Ausrücken durch das Druckmittel, indem der zentral angeordnete Kolben entweder auf seiner rechten oder linken Stirnseite

gleichmäßig mit dem Druckmittel beaufschlagt werden kann. Zu diesem Zweck weist das Gehäuse zwei durch den Kolben unterteilte Druckmittelkammern auf, die über axiale Kanäle in der Antriebs- bzw. getriebenen Welle mit einer Druckmittelquslle verbunden werden können. Der Vorteil dieses Kupplungssystems liegt darin, daß das Ein- als auch Ausrücken der Kupplung sehr weich abläuft, so daß die mit der Kupplung zu verbindenden Antriebsaggregate geschont werden und andererseits die Lebensdauer der Kupplungsteile wesentlich erhöht wird. Da dem zentral liegenden Kolben das Druckmittel durch axiale Kanäle zugeführt wird und die Gesamtfläche des Kolbens sowohl in der einen als auch in der anderen Kammer gleichmäßig mit Druckmittel beaufschlagt wird, findet keine ungleichmäßige Belastung des Kolbens statt, wie dies bei einer Zuführung des Druckmittels über radiale Kanäle möglich ist. Die zur Steuerung der Druckmittelzufuhr zu der einen den Kolben im Sinne einer Eingriffnahme der Reibscheiben beaufschlagenden DruckmitreJkammer dienende Klauenverzahnung hat einen denkbar einfachen Aufbau, indem sie einen an der zur Antriebswelle weisenden Stirnseite mit Aussparungen versehenen Stirnblock und am Umfang des Antriebswellenendes angeordnete Klauen umfaßt, die in die Aussparungen eingreifen. Dieser Aufbau der Klauenverzahnung verringert nicht nur die Herstellungskosten, sondern vereinfacht auch die Montage und Demontage, indem bei einem Verschleiß der Eingriffsteile lediglich der Stirnblock bzw. das Antriebswellenende ausgetauscht werden müssen, ohne daß das Gehäuse einer Erneuerung oder Nachbearbeitung bedarf.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 und 3.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Kupplung nach der Erfindung,

Fig. 2, 3 u. 4 Schnitte längs der Linien 2-2, 3-3, 4-4 in Fig. 1, und

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1 einer abgeänderten Ausführung eines Details der Kupplung nach Fig. 1.

Die getriebene Welle 10 ist mit einem Verbraucher verbunden, bei dem es sich um einen nicht gezeigten Generator handeln kann. Die Antriebswelle 11 ist mit einer nicht gezeigten Gasturbine od. dgl. verbunden, die den Generator nur dann antreibt, wenn eine zusätzliche Leistung gefordert wird. Die Welle 10 muß sich daher frei drehen können, wenn die Welle 11 stillsteht; wird jedoch die Welle 11 bis auf die Drehzahl der Welle 10 gebracht, so erfolgt eine glatte Verbindung der Welle 11 mit der Welle 10 zu deren Antrieb.

Die Welle 10 enthält eine Radialbohrung 12, die mit einem axialen Kanal 13 verbunden ist. Die Bohrung 12 ist innerhalb einer ringförmigen Nut 14 in einer Ölzufuhrbüchse 15 angeordnet, die sich mit leichtem Spiel um die Welle 10 erstreckt. Der Büchse 15 wird Öl bei niedrigem Druck über das Rohr 16 zugeführt und strömt dann längs des axialen Kanals 13. Die abtriebsseitigen Reibscheiben 17 sind mit der Welle 10 über eine Nut- und Federverbindung 18 od. dgl. verbunden. Radialbohrungen 19 und 20 liefern das öl an die Scheiben 17.

Die Antriebswelle 11 beseitzt ein hohles Ende 21, das zur Aufnahme einer Kupplungswelle 22 aufgebohrt ist. Die Welle 22 trägt ein hohles zylindrisches Kupplungsgehäuse 23, das durch einen Deckel 24 abgeschlossen ist, der durch Bolzen 25 festgehalten wird. Antriebsseitige Reibscheiben 26 sind mit dem Gehäuse 23 über eine innen angeordnete Nut- und Federverbindung27 od. dgl. verbunden. Ein Kolben 28 mit Kolbenringen oder Abdichtungen 29 ist verschiebbar im Gehäuse 23 hinter den Reibscheiben 17 und 26 angeordnet und unterteilt einen Raumabschnitt des Gehäuses in zwei Öl- oder Druckmittelkammern 52 bzw. 53.

Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, besitzt das Gehäuse 23 einen Stirnblock 30 und eine daran um das Ende

21 der Welle 11 mittels Bolzen 32 befestigte Stirnplatte 31. Der Stirnblock 30 weist zwei gewölbte Aus-

i) sparungen 33 auf, während die Welle 11 zwei hierauf abgestimmte Klauen 34 trägt, die in die Aussparungen 33 eingreifen. Die Welle 22 wird daher gezwungen, sich entweder mit der Welle 11 im Totgang oder Leerlauf zu drehen, oder es liegt eine Relativdrehung in-

2» folge Bewegung der Klauen 34 in den Aussparungen 33 vor.

Wie in den Fig. 1,3 und 4 gezeigt, erstreckt sich eine Ölzuführbüchse 36 mit leichtem Spiel um die Welle 11. Die Büchse 36 enthält zwei innere Um-

>"> fangsnuten 37 und 38. Ein Rohr 39 beliefert die Nut 37 mit Öl von hohem Druck; über ein Rohr 40 läuft das Öl aus der Nut 38 ab und senkt so den hierin anstehenden Öldruck. Die Welle 11 enthält, wie in den Fig. 1 und 3 dargestellt, Kanäle 41 und die Welle 22 radiale Kanäle 42, welch letztere mit einem axialen Kanal 43 verbunden sind. Wie in Fig. 4 gezeigt, enthält die Welle 11 weitere Kanäle 44 und die Welle

22 radiale Kanäle 45, die ebenfalls mit dem axialen Kanal 43 verbunden sind. Der Kanal 43 führt eben-

r> falls in das Gehäuse 23 bis vor den Kolben 28 bzw. in die betreffende Druckmitteikammer 52.

Die Arbeitsweise der vorbeschriebenen Scheibenreibungskupplung ist wie folgt.

Bei Drehung der Welle 10 wird durch den Rei-

4(i bungswiderstand zwischen den Scheiben 17 und 26 der Stirnblock 30 in die durch die Bewegbarkeit der Klauen 34 in den Aussparungen 33 definierte Endstellung gedreht. In das Rohr 39 unter Druck eintretendes Öl wird dabei blockiert und kann nicht in den 5 axialen Kanal 43 in der Welle 22 eintreten, da, wie Fig. 4 zeigt, die Kanäle 44 und 45 nicht miteinander fluchten. Das Öl im Kanal 43 kann dagegen durch die fluchtenden Kanäle 42 und 41 zum Rohr 40 strömen, wodurch der Druck auf den Kolben 28 bzw. in

>o der Kammer 52 aufgehoben wird. Dagegen kann das Öl von niedrigem Druck über das Rohr 16 in das Gehäuse 23 durch den Kanal 13 bzw. die Kammer 53 fließen und verschiebt den Kolben 28 nach rechts, wodurch die Kupplung im ausgerückten Zustand gehal-

■55 ten wird.

Wenn die Welle 11 die Drehzahl der Welle 10 erreicht und diese überholt, wird durch den Widerstand zwischen den Reibscheiben 17 und 26 die Welle 11 relativ zur Welle 22 verdreht und kommen die Kanäle

bü 44 und 45 in eine fluchtende Stellung, während die Kanäle 42 und 41 gegeneinander versetzt werden. Das Hochdrucköl fließt dann vom Rohr 39 durch den axialen Kanal 43 in die Kammer 52 und drückt den Kolben 28 nach links, so daß die im Ölbad befindlichen Reiben scheiben 17 und 26 miteinander in Eingriff treten. Die Welle 11 treibt nun die Welle 10 an. Sobald die Welle 11 mit ihrem Antrieb aufhört, indem ihre Drehzahl unter die der Welle 10 abfällt, gelangt die Kupplung

wieder in den ausgerückten Zustand.

Nach der vorstehenden Beschreibung muß sich die Welle 11 schneller als die Welle 10 drehen, bis der Widerstand zwischen den Reibscheiben 17 und 26 den Stirnblock 30 und die Welle 22 zur Drehung relativ zur Welle 11 bringt. Unter Umständen können die Reibscheiben 17 und 26 in Eingriff treten, wenn der Drehzahlunterschied zwischen den Wellen 11 und 10 relativ groß ist. Hierdurch entstehen unerwünschte Stoßbeanspruchungen.

Wie in Fig. 5 gezeigt, können die Klauen 34' innerhalb der gewölbten Aussparungen 33' eines Stirnblokkes 30' durch Federbelastung vorgespannt sein, inderr beispielsweise innerhalb von Ausnehmungen 5] Druckfedern 50 vorgesehen werden. Ist die Federbe lastung beim Totgang derart, daß sie ziemlich naht dem Widerstand der Reibscheiben 17 und 26 liegt so wird, wenn der Widerstand aufhört, d. h. wenn siel die Antriebswelle nur geringfügig schneller als die ge triebene Welle 10 dreht, die Kupplung gelöst.

In den meisten Anwendungsfällen wird der gesamt« dargestellte Kupplungsmechanismus in ein abgedich tetes Gehäuse eingesetzt, so daß das Öl oder Druck mittel rezirkulieren kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   Durch ein Druckmittel schaltbare Scheibenreibungskupplung mit bei Überschreitung eines vorgegebenen Drehzahlverhältnisses zwischen einer Antriebswelle und einer getriebenen Welle selbsttätig ausrückenden und bei Erreichen des vorgegebenen Drehzahlverhältnisses selbsttätig wieder einrückenden Kupplungshälften, auf denen wechselweise parallel zueinander angeordnete Reibscheiben gelagert sind, deren Eingriff mittels von dem Druckmittel beaufschlagten Kolben steuerbar ist, wobei die eine Kupplungshälfte von der Antriebswelle und einem in der Antriebswelle gelagerten und durch einen gegenseitigen Klaueneingriff beschränkt zu dieser verdrehbaren Gehäuse gebildet ist und wobei die Antriebswelle und das Gehäuse einander zugeordnete Druckmittelkanäle aufweisen, die bei ihrer Relativbewegung im Bereich der Drehbewegungsgrundiagen der Kupplungshälften zur Zu- bzw. Ableitung des den Kolben beaufschlagenden Druckmittels mit der Druckmittelquelle bzw. einen Druckmittelablauf wechselweise verbindbar sind, während die anderen Kupplungshälften von der im Gehäuse koaxial zur Antriebswelle gelagerten Antriebswelle gebildet ist, dadurch gekennzeichnet,daßdas Gehäuse (23)

   a) zwei durch den koaxial zu den Wellen (10, 11) gelagerten, zentralen Kolben (28) unterteilte abgeschlossene Druckmittelkammern (52, 53) aufweist, in die das Druckmittel durch axiale Kanäle (13, 43) während der beiden Drehbewegungsendlagen der Kupplungshälften wechselweise einströmt bzw. aus diesen austritt, und

   b) an der zur Antriebswelle (11) weisenden Stirnseite einen mit Aussparungen (33) versehenen Stirnblock (30) trägt, in welchen die am Umfang des Antriebswellenendes angeordneten Klauen (34) eingreifen.
2. 2. Scheibenreibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der getriebenen Welle (10) zugeordnete Druckmittelkammer (53) mit einem Deckel (24) verschlossen ist, durch welchen die die Reibscheiben (17) tragende getriebene Welle (10) hindurchgreift.
3. 3. Scheibenreibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Kanal (13) zu den Reibscheiben (17, 26) führende Radialbohrungen (19, 20) aufweist und mit einer Radialbohrung (12) an die Druckmittelquelle (16) angeschlossen ist.