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Kraftübertrauns einrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftübertragungseinrichtung
mit einem antreibenden und einem angetriebenen Teil sowie axial verschiebbaren,
mit diesen Teilen verbundenen Kupplungselementen, die Reibflächen zur Verbindung
der beiden leile beim Betätigen der Einrichtung aufweisen.
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Bei den bekannten Kraftübertragungseinrichtungen dieser Art tritt
während des Einschaltens eine starke Erwärmung der Kupplungselemente ein. Zur Ableitung
der Wärme wird im allgemeinen Kühlöl verwendet, das über die erhitzten Flächen geleitet
wird.
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Es sind auch Flüssigkeitskupplungen bekannt, bei denen das Drehmoment
allein durch die Flüssigkeit übertragen und die auftretende Wärme überwiegend durch
die Flüssigkeit abgeleitet wird. Derartige Kupplungen weisen jedoch den Nachteil
auf, daß sie eine starre Verbindung des antreibenden mit dem angetriebenen Teil
nicht erlauben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die beiden Kupplung arten
derart zu kombinieren, daß die Nachteile der einen Kupplungsart durch die Vorteile
der anderen Kupplungsart aufgehoben werden.
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Diese Aufgabe soll gemäß der Erfindung dadurch gelöst werden, daß
in den Reibflächen der Kupplungselemente einander gegenüberliegende, im Einschaltstadium
die Flüssigkeitszirkulation fördernde sowie eine Flüssigkeitskopplung bewirkende
Ausnehmungen zur Aufnahme von Flüssigkeit und Kanäle zum Zuführen und Ableiten der
Flüssigkeit vorgesehen sind.
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Durch eine solche Ausbildung der Kraftübertragungseinrichtung wird
erreicht, daß die eigentlich zum Kühlen der Reibflächen dienende Flüssigkeit im
Einschaltstadium, bevor sich die Reibflächen der Kupplungselemente berühren, eine
kuppelnde Wirkung ausübt und dadurch den angetriebenen Teil der Einrichtung in Umlauf
versetzt. Durch die Geschwindigkeitwdifferenz zwischen den Kupplungselementen tritt
gerade zu Beginn des Einschaltens der Kraftübertragungseinrichtung eine starke Pumpwirkung
ein, welche das Kuppeln durch die Flüssigkeit fördert. Die dabei auftretende Erwärmung
der Flüssigkeit wird nur zu einem Teil auf die Kupplungselemente übertragen, im
übrigen aber durch die Flüssigkeit selbst abgeleitet. Wenn dann schließlich die
Kupplungselemente einander berühren, haben sie schon annähernd gleiche Geschwindigkeit,
so daß die wärmeerzeugende Reibung zwischen ihnen nur noch verhältnismäßig gering
ist.
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Damit ein genügender Flüssigkeitsstau in den Ausnehmungen erzielt
wird, sollen nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Kanäle zum Ableiten der
Flüssigkeit kleiner sein als die Ausnehmungen in den Reibflächen.
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Ferner wird vorgeschlagen, die Ausnehmungen in einer Vielzahl sowie
im wesentlichen in radialer Richtung in den Reibflächen anzuordnen und durch enge
Flüssigkeitskanäle miteinander zu verbinden.
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Die Zuführung der Flüssigkeit zu den Kupplungselementen kann wie üblich
über in der Antriebwelle vorgesehene Kanäle durch die in der Einrichtung bei deren
Umlaufen auftretenden Fliehkraft, aber auch von vornherein unter Druck erfolgen.
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Die Kupplungselemente können in Jeder denkbaren Art betätigt werden,
jedoch wird eine hydraulische Betätigung den Vorrang genießen.
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Im übrigen ist es zweckmäßig, die Kupplungselemente konisch oder doppelt
konisch auszubilden, was aber nicht ausschließt, auch ineinandergreifende Reibscheiben
zu verwenden, die mit den genannten Ausnehmungen versehen sind.
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Weitere Maßnahmen zur Ausgestaltung der Erfindung können der nachstehenden
Erläuterung der Zeichnung entnommen werden.
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In dieser zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß
ausgebildete Kraftübertragungseinrichtung mit doppelkonisch ausgebildeten Kupplungselementen
und zentrifugaler Zuführung der Kupplungsflüssigkeit, Fig. 2 einen Längsschnitt
durch die gleiche Einrichtung, Jedoch mit hydrostatischer Zuführung der Kupplungsflüssigkeit,
Fig. 3 einen Schnitt entlang den Linien 3-3 in Fig. 1 oder 2, Fig. 4 einen Schnitt
entlang den Linien 4-4 in Fig. 1 oder 2, Fig. 5a einen Schnitt ähnlich Fig. 4 mit
einer Abwandlung, Fig. 5 einen Schnitt ähnlich Fig. 3 mit einer weiteren Abwandlung,
Pig. 6 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Kraftübertragungseinrichtung
mit einfachem Konus und zentrifugaler Zuführung der Kupplungsflüssigkeit,
Fig.
7 einen Schnitt entlang der Linie 7-7 in Fig. 6, Fig0 8 einen Schnitt entlang der
Linie 8-8 in Fig. 6, Fig. 9 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete
Kraftübertragungseinrichtung mit einfachem Konus und hydrostatischer Zuführung der
Kupplungsflüssigkeit, Fig. 10 einen Schnitt entlang der Linie 10-10 in Fig. 9, Fig.
11 einen Schnitt entlang der Linie 11-11 in Fig. 9, Fig. 12 einen Längsschnitt durch
eine hydraulisch betätigbare flache Reibscheibenkupplung, bei der die vorliegende
Erfindung zur Anwendung gelangt, Fig. 13 einen Schnitt entlang der Linie 13-13 in
Fig. 12 und Pig. 14 einen Querschnitt entlang der Linie 14-14 in Fig. 130 In der
nachfolgenden Erläuterung der Zeichnung wird auf ein treibendes oder getriebenes
Teil bzw. auf eine'lKupplung" verwiesen, aber es kann vorausgesetzt werden, daß
die Kraft in Jeder Richtung übertragbar ist und die Erfindungtauch bei einer anderen
Vorrichtung als einer Kupplung, beispielsweise bei einer Bremse anwendbar ist.
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Wie insbesondere aus Fig. 1 und 2 zu ersehen, weist die Einrichtung
eine Eingangswelle 1'sowie ein Reaktionsglied -2 auf, die durch keilförmige Mittel
3 miteinander verbunden sind.
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Das Reaktionsglied 2 wird von einem axial gleitbaren ringförmigen
Gehäuse 4 umfaßt, das mit dem Reaktionsglied eine Flüssigkeitskammer 5 bildet. Das
Gehäuse 4 ist durch ineinandergreifende Keilnuten 6 und 7 in der Drehrichtung festgelegt.
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koaxial zum Rotationsglied 2 ist auf der Welle 1, axial und drehbar
fest mit dieser verbunden, zwischen einer Gegenmutter 9 und über das Reaktionsglied
2 gegen eine Schulter 10 anliegend ein Gegendruckglied 8 angeordnet. So werden durch
die keilförmigen Mittel 3 die Teile 2 und 8 drehfest auf der Welle 1 zusammengehalten.
Dabei werden Dichtungsringe 11 oder andere Dichtungsmittel in an sich bekannter
Weise verwendete Das Ausgangsglied der Kraftübertragungseinrichtung in Form einer
Trommel 14 wird drehbar zur Welle 1 durch ein Rollenlager 15 getragen, in welchem
die Welle 1 gelagert ist. Die ganze Vorrichtung ist von einem Rahmen 16 umgeben.
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In der Welle 1 ist ein gebohrter Flüssigkeitskanal 20 vorgesehen,
der über einen Durchtritt 21 im ReaktionBglied-2 Flüssigkeit von einer nicht gezeigten
Quelle in die Betätigungskammer 5 leitet.
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Der durch die Flüssigkeit erzeugte Druck in der Kammer 5 veranlaßt
das zylindrische Gehäuse 4 (gemäß der Zeichnung) nach rechts zu gleiten und so die
Kupplung einzuschalten.
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Durch eine Blattfeder 23 wird das zylindrische Gehäuse 4 (gemäß der
Zeichnung) nach links, d.h. in die Auschaltstellung gedrückt, wenn die Einrichtung
ausgeschaltet isto Die Trommel 14 weist innere Keilnuten 25 auf, die mit äußeren
Keilnuten 26 eines schwimmenden Zwischengliedes 27 kämmen, und eine Blattfederdichtung
28 drückt das Zwisohenglied 27 gegen einen Sprengring 29, der an der Innenfläche
der Trommel 14 angeordnet ist.
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Das Zwischenglied 27 weist ein Paar konische Kupplungsflächen 30 und
31 auf, die in axialem Abstand nebeneinanderliegen und mit Kupplungsflächen 32 und
33 der Teile 4 und 8 in Eingriff zu bringen sind.
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Die Flächen 30 und 31 bestehen vorzugsweise aus gesinterten Bronzebändern
34 und 35, die am Zwischenglied 27 befestigt sind. Die Bronzeflächen 30 und 31 weisen
gegenüber den Stahlflächen 32 und 33 einen guten Abnutzungswiderstand bei guten
Reibungseigenschaften auf. Im übrigen kann das Zwischenglied 27 auch ganz aus Bronze
hergestellt werden.
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Die Hauptwirkung der vorbeschriebenen Einrichtung besteht darin, daß
beim Eintreten des Flüssigkeitsdruckes in der Kammer 5 das Gehäuse 4 (gem. Fig.
1) nach rechts gedrückt wird, wodurch zunächst die Flächen 30 und 32 in Berührung
treten Bei weiterer Bewegung nach rechts überwindet das Gehäuse 4 die Vorspannung
der Blattfeder 23 und bewirkt das Einschalten der Kupplungsflächen 31 und 33. Derart
hydraulisch betätigbare Doppelkonuskupplungen sind grundsätzlich bereits in den
USA-Patentschriften 3 324 981 und 3 362 511 beschrieben.
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Gemäß der Erfindung sind die Kupplungsflächen 30, 31, 32 und 33 mit
Flüssigkeitstaschen oder Ausnehaungen versehen, so daß sich ein kombinierter Kupplungseffekt
zwischen den einander gegenüberl egenden Kupplungsflächen ergibt, bei dem nach einer
Kupplungswirkung durch die Flüssigkeit eine physikalische Reibungswirkung an diesen
Flächen auftritt. Die Ausndhmungen können verschiedene Formen und Weiten aufweisen,
sie haben aber eine solche Flüssigkeitskapazität, daß die gewünschte Kupplungsaktion
eintritt.
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Wie bereits dargelegt, zeigt Fig. 1 eine solche konische Kupplung,
bei der die Zentrifugalkraft zum Zuführen der Kupplungsflüssigkeit zwischen den
Kupplungsflächen 30 und 32 sowie zwischen den Kupplungsflächen 31 und 33 dient.
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Fig. 2 zeigt eine Einrichtung ähnlich der vorbeschriebenen, bei der
jedoch eine unter Druck stehende hydrostatische Zuführung der Kupplungsflüssigkeit
sowohl zu den Flächen 30 und 32 als auch zu den Flächen 31 und 33 erfolgt. Zwischen
den
zylindrischen Oberflächen der Teile 4 und 8 ist eine Flüssigkeitsdichtung
s vorgesehen, um zu verhindern, daß die Flüssigkeit dort hindurchtritt, statt über
die Kupplungsflächen zu strömen.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 wird die Flüssigkeit über einen
Kanal 36 in der Welle 1 von einer nicht dargestellten Quelle durch eine Öffnung
37 im Nabentil des Zwischengliedes 2 zugeführt, von der aus sie durch die Zentrifugalkraft
in die anschließenden Enden der Aussperrungen 40 und 41 in den Flächen 30 und 31
bzw. 32 und 33 gedrückt wird.
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In der Anordnung gemäß Fig. 2 wird die Flüssigkeit unter Druck durch
die Öffnungen 37a in die anliegenden inneren Enden der Aussparungen gefördert. Die
Flüssigkeit verläßt die Aussparungen durch Öffnungen 41a in dem antreibenden Teil.
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Wenn in dem antreibenden Teil einer Kupplung statt in dem angetriebenen
Teil Nuten vorgesehen sind, so ist die Zurückhaltung von wenigstens etwas Flüssigkeit
über den Berührungsflächen gesichert.
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Die Aussparungen 40-und 41 (Fig. 3 und 4) können verschiedene Größe
aufweisen, sie müssen Jedoch immer eine hinreichende Flüssigkeitsaufnahmefähigkeit
haben, um die erforderliche Kupplungswirkung zu vollbringen. Wegen der kleinen Aus
tritt öffnung 41a an den äußeren Enden der Aussparungen 41 fließt die Flüssigkeit
durch die Aussparungen 41a nur gedrosselt ab.
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Die Auslässe 41a sind in den antreibenden Teilen angeordnet, so daß
die Anwesenheit der Flüssigkeit über den Innenflächen sichergestellt ist, weil sie
hier nicht leicht abfließen kann.
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Mit anderen Worten: wenn die Auslässe innerhalb der äußeren Aussparungen
vorgesehen wären, 90 würde die Zentrifugalkraft die Flüssigkeit durch die Auslässe
hinausschleudern und die Innenflächen trockenlegen.
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Es sei hervorgehoben, daß die Aussparungen 41 in einem Winkel zur
Längsachse der Kupplung angeordnet sind. Wenn die Aussparungen in einem Winkel,
entweder in den äußeren oder in den inneren Aussparungen liegen, so wird der Druck
an den Innenflächen konstant sein.
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Wegen des relativen Abstandes zwischen den Flächen der beiden Aussparungen
der Kupplungsglieder ist die Flüssigkeit gezwungen, zwischen den Gliedern zu zirkulieren,
und dabei hier und her zu wandern, wodurch eine Flüssigkeitskopplung bewirkt wird.
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Fig. 6 bis 8 zeigen eine Einrichtung mit einfachem Konus und einem
antreibenden Kupplungsteil 50 sowie einem angetriebenen Kupplungsteil 51, welche
in an sich bekannter Weise eine axiale Bewegung zueinander ausüben können, um ein
Ein- bzw. Ausschalten ihrer Kupplungsflächen 52 bzw. 53 zu bewirken. Diese Abwandlung
zeigt eine Ausführung, bei der die Kupplungsflüssigkeit durch die Zentrifugalkraft
zugeführt wird, wobei sich die Flüssigkeit in Taschen 54 ansammelt, aus denen sie
durch Öffnungen 55 aus tritt, von wo aus sie in Jeder Richtung in Ausnehmungen 56
und 57 fließt, die in den Kupplungsflächen 52 bzw. 53 vorgesehen sind. Schließlich
fließt die Flüssigkeit durch die engen Auslaßöffnungen 56a ab.
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In Fig. 1 und 2 ist die Kupplung in ausgeschalteter Stellung gezeigt,
jedoch liegen hier die äußeren Enden der Aussparungen 40 und 41 in einer Flucht,
und nur die Öffnungen 41a erlauben der Flüssigkeit abzufließen.
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Fig. 9 bis 11 zeigen die Erfindung bei einer einfachen Konuskupplung
sowie einem antreibenden Teil 60 und einem axial einschiebbaren angetriebenen Teil
61. Die Teile 60 und 61 weisen Aussparungen 62 bzw. 63 in ihren Betätigungsflächen
64 und 65 auf 0 Die Fläche 65 weist auf ihrem Umfang zusätzlich eine ringförmige
Zuführungsnut 66 auf, durch welche die aus einem Kanal 68
zuströmende
Flüssigkeit direkt zu den Ausnehmungen 62 und 63 im antreibenden Teil gelangen kann.
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Die Flüssigkeit fließt im wesentlichen von einer Ausnehmung zur nächsten
durch die Innenverbindungsöffnungen 69 und somit hin und her zwischen den Ausnehmungen
62 und 63, um eine Pumpwirkung zum Einschalten der Kupplung zu erzeugen. Schließlich
tritt die Flüssigkeit durch die Öffnungen 62a auf jeder Seite des Antriebteiles
aus.
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In Fig. 12, 13 und 14 ist eine flache Scheibenkupplung dargestellt.
In einem Rahmen 102 wird eine Eingangswelle 101 von einem Wälzlager 103 getragen,
und eine Kraft-Ausgangstrommel 104 ist in Wälzlagern 105 auf der Welle 101 gelagert.
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Auf der Welle 101 ist ein Reaktionsglied 106 befestigt, und ein ringförmiges
Gehäuse 107 ist auf der Welle 101 gleitbar angeordnet, welches das Reaktionsglied
106 dicht und gleitbar umgibt. So wird durch das Reaktionsglied 106 und das Gehäuse
107 eine expansible Kupplungseinschaltkammer 110 sowie eine Kupplungslöse-Kammer
111 gebildet Beim Unterdrucksetzen der Kammer 110 wird (gemäß Figo 12) das Gehäuse
veranlaßt, nach links zu gleiten und dabei die zugehörige Platte 112 gegen die ineinandergreifenden
Kupplungsscheiben 113 und 114 zu pressen, um diese gegen die auf der Welle 101 angeordnete
Gegennabe 115 zu drücken.
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Die Scheiben 113 und 114 werden in an sich bekannter Weise auf der
Nabe 115 bzw. der Trommel 104 durch Keilnuten geführt.
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Durch Flüssigkeitskanäle 120 und 121 wird die Flüssigkeit zu den Kammern
110 und 111 in an sich bekannter Weise zur Betätigung der Kupplung geführt.
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Plüssigkeitskanäle 122, 123 und 124 führen die Flüssigkeit ZU den
Scheiben 113 und 114, zwischen denen sie, wie nachstehend erläutert, im wesentlich
radial nach außen fließt.
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Wie Fig. 13 und 14 zeigen, weisen die flachen Kupplungsscheiben 114
auf ihrer Oberfläche Ausnehmungen 130 auf. Diese Ausnehmungen sind miteinander durch
schmale Verbindungsnuten 131 verbunden, welche die Flüssigkeit veranlassen, radial
nach außen und in die Ausnehmungen zu flieBen, um schließlich am äußeren Umfang
der Scheiben auszutreten. Die Taschen oder Ausnehmungen 130 sind groß genug, um
die gewünschte Kupplungsaktion zu bewirken, Wie bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen
zirkuliert auch hier die Flässigkeit zwischen den Ausnehmungen der benachbarten
Flächen wegen der Differenz zwischen den Umlaufgeschwindigkeiten der Scheiben 113
und 144.
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Zu den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen kann zusammenfassend
gesagt werden, daß die verschiedenen Formen der Ausnehmungen sowohl bei konischen
als auch bei flachen Kupplungen angewendet werden können, und zwar entweder dadurch,
daß in einir Type die zentrifugale Zuführung erfolgt oder verschiedene Formen von
Verteilnuten für die Ausnehmungen in den unterschiedlichen Ausbildungen zur Anwendung
gelangen. In jedem Fall ist die Flüssigkeitskapazität der einander gegenüberliegenden
Ausnehmung groß genug, um die erforderliche Zirkulation von Flüssigkeit zwischen
den an die Ausnehmungen angrenzenden Flächen sicherzustellen, so daß die Flüssigkeits-Kupplungsaktion
erfolgt, bevor die Flächen in physikalischen Reibungskontakt miteinander kommen.
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In dieser kombinierten Reibungs- und Flüssigkeitskupplung wird während
der Anfangsperiode die Flüssigkeit, z.B. Kühlöl, eingeleitet, das zwischen den Ausnehmungen
fließt, um schließlich in die Flüssigkeitskoppelaktion überzugehen. In diesem Stadium
geht
die durch die Kupplungsarbeit erzeugte Hitze wenigstens zum
Teil in die Flüssigkeit über. Dies ist eine Ubergangsperiode, denn wenn die Vorrichtung
von der Flüssigkeitskupplung, dem hydrokinetischen Zustand, in den physikalischen
Reibungszustand übergeht, ist der unreine" Zustand oder der positive Reibungszustand
zwischen den beiden Elementen erreicht.