DE20107790U1

DE20107790U1 - Coupling unit for conveyor systems

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Publication number: DE20107790U1
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Priority date: 2001-05-07
Filing date: 2001-05-07
Publication date: 2001-11-08
Anticipated expiration: 2011-05-08

Description

BeschreibungDescription

Die Erfindung betrifft eine Kupplungseinheit für eine Förderanlage insbesondere für Bandanlagen und Kettenförderer mit einer Antriebsmaschine,bestehend aus einer variabel befullbaren und stets konstant entleerenden hydrodynamischen Kupplung sowie einem eigenen direkt vom Pumpenrad der hydrodynamischen Kupplung angetriebenen Betriebsmittelversorgungssystems und einer ebenfalls mit dem Pumpenrad der hydrodynamischen Kupplung drehfest und axialkräftefrei gekoppelten Lamellenkupplung mit Durchschalteinrichtung und Drehzahlüberwachung sowie einer auf der Abtriebsseite angeordneten Bremseinheit.The invention relates to a coupling unit for a conveyor system, in particular for belt systems and chain conveyors with a drive machine, consisting of a variably fillable and constantly emptying hydrodynamic coupling as well as its own operating fluid supply system driven directly by the pump wheel of the hydrodynamic coupling and a multi-disk clutch also coupled to the pump wheel of the hydrodynamic coupling in a rotationally fixed and axially force-free manner with a switching device and speed monitoring as well as a brake unit arranged on the output side.

Es ist bekannt, in Förderanlagen, insbesondere von Gurtbandförderern, zur Realisierung einer langsamen ruckfreien Beschleunigung der Anlage, der Dämpfung von Belastungsstößen und zum Belastungsausgleich Kupplungseinheiten mit einer hydrodynamischen Kupplung einzusetzen. Damit soll vor allem eine verschleißfreie Kraftübertragung, ein lastfreier Motoranlauf und eine sanfte Beschleunigung schwerster Massen erzielt werden. Diese Vorteile fallen bei Gurtbandförderern auf Grund des bei der Kraftübertragung auftretenden Schlupfes besonders ins Gewicht. Durch eine entsprechende Betriebsweise der Kupplungseinheit kann eine wesentliche Erhöhung der Gurtlebensdauer erzielt werden.Gattungsgemäße Kupplungseinheiten für Förderanlagen mit einer Antriebsmaschine und einer hydrodynamischen Kupplung umfassend ein Pumpen- und ein Turbinenrad, welche miteinander einen mit Betriebsmittel befullbaren Arbeitsraum bilden, welchen ein Betriebsmittelversorgungssystem zugeordnet ist, sind aus den Druckschriften DE 195 12 367 Al, DE 197 07 172 Cl, DE 197 06 652 Al und WO 98/32987 bekannt. Ferner ist in der Druckschrift EP 0 756 109 A2 eine Durchschalteinrichtung für eine hydrodynamische Strömungskupplung beschrieben.It is known to use coupling units with a hydrodynamic coupling in conveyor systems, particularly belt conveyors, to achieve slow, jerk-free acceleration of the system, to dampen load shocks and to balance the load. The main aim of this is to achieve wear-free power transmission, load-free motor start-up and gentle acceleration of the heaviest masses. These advantages are particularly significant in belt conveyors due to the slippage that occurs during power transmission. By operating the coupling unit accordingly, the service life of the belt can be significantly increased. Coupling units of this type for conveyor systems with a drive machine and a hydrodynamic coupling comprising a pump wheel and a turbine wheel, which together form a working space that can be filled with operating fluid and to which an operating fluid supply system is assigned, are known from the publications DE 195 12 367 A1, DE 197 07 172 C1, DE 197 06 652 A1 and WO 98/32987. Furthermore, the publication EP 0 756 109 A2 describes a switching device for a hydrodynamic fluid coupling.

Besonders beim Einsatz im Bergbau ist bekannt diese Kupplungen mit dem Betriebsmittel Wasser zu betreiben. Das Betreiben solcher Kupplungen mit dem Betriebsmittel Wasser bedingt, daß die inneren Lager der Kupplung die mit Fett oder Öl geschmiert werden, gegen das Wasser abgedichtet sein müssen. Bei Undichtigkeit, die von außen nicht feststellbar ist werden die Lager Schaden nehmen. Um im Dauerbetrieb die Wärmeabfuhr zu realisieren werden diese Kupplungen und der Betriebsmittelkreislauf derart ausgeführt, daß ständig Betriebsmittel aus dem Kreislauf der Kupplung und damit die bei der Kraftübertragung enstehende Wärme abgeführt wird. Im allgemeinen kommen zwei Systeme zur Anwendung, einmal die Verwendung eines offenen Systems und einmal die Verwendung eines geschlossenen Systems.These couplings are particularly well known for use in mining when they are operated with water. Operating such couplings with water means that the inner bearings of the coupling, which are lubricated with grease or oil, must be sealed against the water. If there is a leak that cannot be detected from the outside, the bearings will be damaged. In order to achieve heat dissipation during continuous operation, these couplings and the operating fluid circuit are designed in such a way that operating fluid is constantly dissipated from the coupling circuit and thus the heat generated during power transmission. In general, two systems are used: an open system and a closed system.

Bei Verwendung eines offenen Systems werden die Kupplungen aus einer Frischwasserleitung gespeist. Das heißt, das Wasser muß in irgend einer Form aufbereitet sein und wird über weite Wege herangeschafft. Bei Verwendung einer Doppelkupplung, d.h. einer Kupplung mit zwei Kreisläufen beinhaltet die Wassersteuerung zwei Wasserkreisläufe, die auch als Arbeitskreisläufe bezeichnet werden. Zum Anfahren werden diese mit einem großen Volumenstrom befüllt, während im Dauerbetrieb auf einen reduzierten Volumenstrom zurückgefahren wird. Dieser dient zur Abführung der bei der Kraftübertragung anfallenden Wärme, die bei derartigen Kupplungen im Dauerbetrieb nicht unerheblich groß ist. Nachteilig gestaltet sich außerdem der hohe Wasserverbrauch, da ständig Frischwasser zum Durchlauf durch die Kupplung bereitgestellt werden muß. Die Bereitstellung kann je nach Einsatzfall problematisch sein.When using an open system, the couplings are fed from a fresh water pipe. This means that the water must be treated in some form and is brought in over long distances. When using a double coupling, i.e. a coupling with two circuits, the water control system includes two water circuits, which are also referred to as working circuits. When starting up, these are filled with a large volume flow, while in continuous operation the volume flow is reduced. This serves to dissipate the heat generated during power transmission, which is not insignificant in continuous operation with such couplings. Another disadvantage is the high water consumption, as fresh water must constantly be provided to flow through the coupling. Providing this can be problematic depending on the application.

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Eine zweite bekannte Möglichkeit besteht darin, das Betriebsmittel in einem geschlossenen System mit integrierten Kühleinrichtungen zu fördern. Die Kupplungen werden zu diesem Zweck aus einem Tank über Verbindungsleitungen in Form von Schläuchen gespeist. Der Tank ist vom Niveau her unterhalb der Kupplung angeordnet. Das Betriebsmittel aus der Kupplung, insbesondere dem Arbeitsraum, kann somit aufgrund der Schwerkraft zurück in den Tank fließen. Für den Betrieb ist jedoch eine Pumpe erforderlich, die das im Tank befindliche Betriebsmittel in den Arbeitskreislauf der Kupplung fördert. Auf Grund der Leistungsübertragung durch das Betriebsmittel, erwärmt sich dieses. Es sind deshalb am äußeren Umfang der Kupplung Abspritzdüsen vorgesehen, über welche ein allmählicher Austritt des Betriebsmittels erfolgt. Das abgeführte erwärmte Betriebsmittel sammelt sich im Betriebsmittelauffangbehälter bzw. Kupplungsgehäuse und gelangt von dort auf Grund der Schwerkraft in den Tank zurück.Ein derartig geschlossenes System zeichnet sich insbesondere durch eine wassersparende Betriebsweise aus.Es erfordert jedoch eine erhöhte Anzahl von Bauteilen und Elementen sowie einen erhöhten Platzbedarf, insbesondere auf Grund der Notwendigkeit des Vorsehens von Zulaufleitungen zwischen Tank, Kühler und Kupplung und des zur Realisierung des Rücklaufes erforderlichen Gefälles zwischen Arbeitsraum und Tank.Ein weiterer großer Nachteil, insbesondere von mit dem Betriebsmittel Wasser betriebenen hydrodynamischen Kupplungen, ist die Kavitationsbildung und damit verbunden der zwangsläufige Ausfall der Kupplung. Weiterhin ist es mit hydrodynamischen Kupplungen bei ansteigenden Gurtförderern, nicht möglich den Gurtförderer gegen Rücklauf festzuhalten. Es muß immer zusätzlich am Getriebe eine Haltebremse installiert werden. Außerdem ist es nicht ohne weiteres möglich mit hydrodynamischen Kupplungen vom motorischen Zustand in den generatorischen Zustand überzugehen.A second known possibility is to convey the operating fluid in a closed system with integrated cooling devices. For this purpose, the couplings are fed from a tank via connecting lines in the form of hoses. The tank is arranged below the coupling in terms of level. The operating fluid from the coupling, in particular the working space, can thus flow back into the tank due to gravity. However, a pump is required for operation, which conveys the operating fluid in the tank into the working circuit of the coupling. Due to the power transmission through the operating fluid, it heats up. Spray nozzles are therefore provided on the outer circumference of the coupling, through which the operating fluid gradually escapes. The heated operating fluid that is removed collects in the operating fluid collection container or coupling housing and from there returns to the tank due to gravity. Such a closed system is characterized in particular by its water-saving operation. However, it requires an increased number of components and elements as well as increased space requirements, in particular due to the need to provide supply lines between the tank, cooler and coupling and the gradient between the working area and the tank required to realize the return flow. Another major disadvantage, especially of hydrodynamic couplings operated with water as an operating fluid, is the formation of cavitation and the associated inevitable failure of the coupling. Furthermore, with hydrodynamic couplings it is not possible to hold the belt conveyor against reverse movement on rising belt conveyors. A holding brake must always be installed on the gearbox. In addition, it is not easy to switch from the motor state to the generator state with hydrodynamic couplings.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde nur eine, in einem Gehäuse befindliche,Kupplungseinheit zu schaffen deren vom Pumpenrad der hydrodynamischen Kupplung selbst direkt angetriebenes Befüllsystem die hydrodynamische Kupplung nur für das Anfahren und für Schleichfahrten mit Betriebsmittel befullt, an deren Pumpenrad des weiteren eine Lamellenkupplung drehfest gekoppelt ist die über eine Durchschalteinrichtung axialkräftefrei bei Erreichung der Nenndrehzahl zugeschaltet wird, und deren Ein- und Ausgangswellendrehzahl mittels Sensoren überwacht und bei Gefahr die Antriebseinheit von der Antriebsmaschine entkoppelt vmd deren Bremseinrichtung die Förderanlage abbremst und somit die Nachteile der bekannten Lösungen vermieden und der Aufwand fur Steuersysteme auf ein Minimum reduziert werden.Nachfolgend wird die Erfindung anhand von einer, ein Ausfuhrungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:The invention is therefore based on the object of creating a clutch unit located in a housing, the filling system of which is directly driven by the pump wheel of the hydrodynamic clutch itself and fills the hydrodynamic clutch with operating fluid only for starting and for creeping travel, to the pump wheel of which a multi-disk clutch is also coupled in a rotationally fixed manner, which is switched on via a switching device without axial forces when the nominal speed is reached, and whose input and output shaft speeds are monitored by sensors and, in the event of danger, the drive unit is decoupled from the drive machine and whose braking device brakes the conveyor system, thus avoiding the disadvantages of the known solutions and reducing the cost of control systems to a minimum. The invention is explained in more detail below using a drawing showing an exemplary embodiment. It shows:

Fig. 1, eine in einem Gehäuse befindliche Kupplungseinheit mit hydrodynamischer Kupplung, mit eigenem Befüllsystem, mit Sensoren überwachter Lamellenkupplung,mit Durchschalteinrichtung und mit Bremseinrichtung im Längsschnitt. Fig. 2 einen Ausschnitt A der Fig. 1 in vergrößerter AnsichtFig. 1, a clutch unit in a housing with a hydrodynamic clutch, with its own filling system, a multi-disk clutch monitored by sensors, with a switching device and with a braking device in longitudinal section. Fig. 2 shows a detail A of Fig. 1 in an enlarged view

Eine am Flansch 2 der Kupplungseinheit angeflanschte Kraftmaschime treibt mit ihrer Antriebswelle 4 und der auf ihr montierten Verzahnungsnuß 5 die Antriebswelle 6, die Pumpenräder 7a und 7b der hydrodynamischen Kupplung sowie die die Außenhülse 9 der Lamellenkupplung an. Die Pumpenräder 7a und 7b sind über einen Zwischenring 7c fest verbunden. Die Teile 4,5,6,7a,7b,7c und 9 drehen also synchron.A power machine flanged to the flange 2 of the clutch unit drives the drive shaft 6, the pump wheels 7a and 7b of the hydrodynamic clutch and the outer sleeve 9 of the multi-disk clutch with its drive shaft 4 and the toothed nut 5 mounted on it. The pump wheels 7a and 7b are firmly connected via an intermediate ring 7c. The parts 4,5,6,7a,7b,7c and 9 therefore rotate synchronously.

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Gleichzeitig wird von der Antriebswelle 6 über das Zahnrad 11 die Zahnradpumpe 12 angetrieben.Die Zahnradpumpe 12 saugt aus dem der Kupplungseinheit zugehörigen Ölsumpf 20 durch das Saugrohr 21 Öl an und fördert dieses über die Druckleitung 22 in eine zur Kupplungseinheit gehörende, nicht dargestellte Druckölverteilungseinheit über die Rohrleitung 23 zurück in den Ölsumpf.At the same time, the gear pump 12 is driven by the drive shaft 6 via the gear 11. The gear pump 12 sucks oil from the oil sump 20 belonging to the clutch unit through the suction pipe 21 and conveys it via the pressure line 22 into a pressure oil distribution unit belonging to the clutch unit, not shown, via the pipe 23 back into the oil sump.

Die Druckölverteilungseinheit ist derart gestaltet, daß diese das von der Zahnradpumpe 12 über die Druckleitung 22 ihr zugeführte Öl, geregelt über die Rohrleitung 24 den synchron mit der Antriebswelle 6 drehenden Pumpenräder 7a und 7b sowie dem Zwischenring 7c der hydrodynamischen Kupplung Öl zuführen kann. Gleichzeitig schleudert die hydrodynamische Kupplung ,über in dem Zwischring 7c befindliche Düsen 25 konstant Öl ab, welches auf Grund der Schwerkraft in den Ölsumpf 20 zurück gelangt.The pressure oil distribution unit is designed in such a way that it can supply the oil supplied by the gear pump 12 via the pressure line 22, regulated via the pipe 24, to the pump wheels 7a and 7b rotating synchronously with the drive shaft 6 and to the intermediate ring 7c of the hydrodynamic coupling. At the same time, the hydrodynamic coupling constantly throws off oil via nozzles 25 located in the intermediate ring 7c, which returns to the oil sump 20 due to gravity.

Die über die Düsen 25 abgeschleuderte Ölmenge ist bei Synchrondrehzahl der Kraftmaschine konstant.Über eine steuerbare Ölzufuhrmenge über die Rohrleitung 24 kann nun die hydrodynamische Kupplung bis zu dem von ihr physikalisch möglichen Übertragungsmoment befüllt und konstant gehalten werden. Die Turbinenräder 16a und 16b, die über eine Zahnwellenverbindung formschlüssig mit der Abtriebswelle 15 verbunden sind übertragen das vom Befüllungsgrad der hydrodynamischen Kupplung physikalisch mögliche Drehmoment. Hydrodynamische Kupplungen haben einen typischen Wirkungsgrad von 95 bis 97% auf die Abtriebswelle 15. Sie haben also einen Schlupf von 3 bis 5% und entwickeln somit ständig Wärme.The amount of oil thrown off via the nozzles 25 is constant at the synchronous speed of the engine. The hydrodynamic coupling can now be filled up to the physically possible transmission torque and kept constant via a controllable oil supply via the pipe 24. The turbine wheels 16a and 16b, which are positively connected to the output shaft 15 via a splined shaft connection, transmit the physically possible torque based on the filling level of the hydrodynamic coupling. Hydrodynamic couplings have a typical efficiency of 95 to 97% to the output shaft 15. They therefore have a slip of 3 to 5% and thus constantly generate heat.

Sobald die hydrodynamische Kupplung die erforderliche Drehzahl und das erforderliche Abtriebsmoment erreicht hat, wird die Lamellenkupplung mittels der Durchschalteinrichtung mit dem Stufenringkolben 26 über den Druckanschluß 27a zugeschaltet.Der Stufenringkolben 26 drückt über ein nach zwei Seiten Kräfte aufnehmendes Vierpunktlager 8 über die Nabe 17b, die AußenlamellenlOa und die Innenlamellen 10b der Lamellenkupplung zu. Der Zahnring 1 mit den Innenlamellen 10b und der Abtriebswelle 15 der Kupplungseinheit sind über eine Zahnwellenverbindung formschlüssig verbunden. Ab diesem Zeitpunkt sind die Turbinenräder 16a und 16b der hydrodynamischen Kupplung, die bis dahin für die Drehmomentübertragung zuständig waren, funktionslos, also kurzgeschlossen, und die Lamellenkupplung überträgt reibschlüssig das anstehende Drehmoment und die Abtriebswelle 15 der Antriebseinheit dreht mit der Antriebswelle 6 synchron.As soon as the hydrodynamic clutch has reached the required speed and the required output torque, the multi-plate clutch is switched on by means of the switching device with the stepped ring piston 26 via the pressure connection 27a. The stepped ring piston 26 presses via a four-point bearing 8 that absorbs forces on two sides via the hub 17b, the outer plates 10a and the inner plates 10b of the multi-plate clutch. The toothed ring 1 with the inner plates 10b and the output shaft 15 of the clutch unit are positively connected via a toothed shaft connection. From this point on, the turbine wheels 16a and 16b of the hydrodynamic clutch, which until then were responsible for torque transmission, are inoperable, i.e. short-circuited, and the multi-plate clutch transmits the torque using frictional engagement and the output shaft 15 of the drive unit rotates synchronously with the drive shaft 6.

Nach der Zuschaltung der Lamellenkupplung wird die Ölzufuhr über die Rohrleitung 24 zur hydrodynamischen Kupplung 8 von der Druckölverteilungseinheit abgeschaltet und über die Rohrleitung 23 dem Ölsumpf wieder zugeführt. Da die hydrodynamische Kupplung weiter dreht, wird das in ihr befindliche Öl über die im Zwischenring 7c befindlichen Düsen 25, Fliehkraft bedingt abgespritzt, so daß sich die hydrodynamische Kupplung selbst entleert,und keine Wärme mehr entwickelt.After the multi-disk clutch is switched on, the oil supply via the pipe 24 to the hydrodynamic clutch 8 is switched off by the pressure oil distribution unit and fed back to the oil sump via the pipe 23. Since the hydrodynamic clutch continues to rotate, the oil in it is sprayed out by centrifugal force via the nozzles 25 located in the intermediate ring 7c, so that the hydrodynamic clutch empties itself and no longer generates heat.

Die Kupplungseinheit überträgt nun das eingeleitete Drehmoment ohne Schlupf mit der Drehzahl der Kraftmaschine synchron. Es findet also zwischen den Pumpenrädern 7a, 7b und den Turbinenrädernl6a, 16b keine durch den Kupplungsschlupf hervorgerufene Wärmeentwicklung mehr statt.The clutch unit now transmits the introduced torque without slippage and synchronously with the speed of the engine. This means that there is no longer any heat development between the pump wheels 7a, 7b and the turbine wheels 16a, 16b caused by clutch slippage.

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Zur Überwachung der Ein- und Ausgangsdrehzahl derKupplungseinheit greift ein Sensor 28 die Eingangsdrehzahl an der Außenhülse 9 und ein Sensor 29 die Ausgangsdrehzahl an der Nabe 17b der Lamellenkupplung ab.Die beiden Sensoren 28 und 29 kommunizieren über eine nicht dargestellte Elektronikeinheit. Tritt nun an der Arbeitsmaschine ein Crash ein, so, daß sich zwischen Antriebsdrehzahl und Abtriebsdrehzahl eine Drehzahldifferenz einstellt, wird der Stufenringkolben 26 von der Druckölverteilungseinheit über den Anschluß 27b schlagartig zurückgeschaltet und über die Druckfedern 30 offen gehalten. Die Lamellenkupplung ist somit offen und kann frei durchdrehen. Antriebsmaschine und Förderer sind also augenblicklich von einander entkoppelt, so daß die Antriebsmaschine mit dem ihr eigenen Massenträgheitsmoment leer durch dreht. Die Förderanlage und das Zwischengetriebe werden also somit geschützt.Gleichzeitig mit dem Drucklosschalten der Lamellenkupplung wird die Bremseinheit 19 auch von der Druckölverteilungseinheit über den Anschluß 31 drucklos geschaltet und die, der Bremseinheit eigenen Tellerfedern schließen die Bremse, so daß über die Bremsscheibe 18 die Abtriebswelle 15 der Kupplungseinheit bebremst wird.To monitor the input and output speed of the clutch unit, a sensor 28 measures the input speed on the outer sleeve 9 and a sensor 29 measures the output speed on the hub 17b of the multi-disk clutch. The two sensors 28 and 29 communicate via an electronic unit (not shown). If a crash occurs on the working machine, so that a speed difference occurs between the input speed and the output speed, the stepped ring piston 26 is suddenly switched back by the pressure oil distribution unit via the connection 27b and held open by the compression springs 30. The multi-disk clutch is thus open and can rotate freely. The drive machine and conveyor are thus instantly decoupled from one another, so that the drive machine rotates idle with its own mass moment of inertia. The conveyor system and the intermediate gear are thus protected. At the same time as the pressure is released from the multi-disk clutch, the brake unit 19 is also depressurized by the pressure oil distribution unit via connection 31 and the disc springs of the brake unit close the brake so that the output shaft 15 of the clutch unit is braked via the brake disc 18.

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Die Erfindung betrifft eine Kupplungseinheit tür eine Förderanlage, insbesondere für Bandantriebs - bzw. Kettenförderanlagen mit einem direkt vom Pumpenrad einer hydrodynamischen Kupplung angetriebenen Betriebsmittelversorgungssystems und einer direkt mit dem Pumpenrad der hydrodynamischen Kupplung gekoppelten, Lamellenkupplung mit Durchschalteinrichtung mit Sensoren überwachter Ein- und Ausgangsdrehzahl sowie mit einem eingeschlossenen Bremssystem.The invention relates to a coupling unit for a conveyor system, in particular for belt drive or chain conveyor systems with a resource supply system driven directly by the pump wheel of a hydrodynamic coupling and a multi-disk clutch with a switching device with sensors for monitored input and output speeds, as well as with an enclosed braking system.

Claims

1. Coupling unit for coupling a power machine with a working machine, characterized in that an operating medium supply pump 12 is driven directly by the drive shaft 6 , which is non-rotatably coupled to the pump wheel 7a of the hydrodynamic coupling, via a gear wheel 11 .

2. Coupling unit according to claim 1, characterized in that the coupling unit is operated with only one operating medium.

3. Coupling unit according to claim 1, characterized in that the multi-disk clutch is coupled with its outer sleeve 9 in a rotationally fixed manner to the pump wheel 7a of the hydrodynamic clutch.

4. Coupling unit according to claim 1, characterized in that a switching device decouples the rotary movement of the coupling unit from its housing.

5. Coupling unit according to claim 1, characterized in that the coupling unit has a braking device 19 which serves as a driving or parking brake.

6. Clutch unit according to claim 4, characterized in that the piston of the switching device is designed as a two-way stepped ring piston 26 and is arranged coaxially.

7. Clutch unit according to claim 6, characterized in that a four-point bearing 8 axially fixed in the stepped ring piston 26 is integrated in such a way that the forces introduced by the stepped ring piston 26 are absorbed in two directions.

8. Coupling unit according to claim 1, characterized in that it can be coupled between the power machine and the working machine without further elastic couplings and the like.

9. Clutch unit according to claim 3, characterized in that the multi-plate clutch can be decoupled by monitoring the input speed with sensor 28 and the output speed with sensor 29 in the event of a speed difference.