DE2024639A1

DE2024639A1 - Hydraulisch betätigtes Schaltelement o. dgl., insbesondere hydraulisch betätigte Kupplung

Info

Publication number: DE2024639A1
Application number: DE19702024639
Authority: DE
Inventors: Heinz-Dieter Dr.-Ing.; Müller Wolfgang Dipl.-Ing.; Hobert Herbert; 4750 Unna. P Böhm
Original assignee: Maschinenfabrik Stromag GmbH
Current assignee: Maschinenfabrik Stromag GmbH
Priority date: 1970-05-21
Filing date: 1970-05-21
Publication date: 1971-11-25
Also published as: AT314917B; GB1356345A; DE2024639B2; FR2091768A5; US3706365A

Description

DIPL-ING. F. ROSENKE
DR.4NG. K. H. WILHELM
. 7000 SiuiSgari-1 Stuttgart, den 20.5.1970

Gymnosiumslr. 31B Dr.W/mk

Tel. 0711/291133

Betr.: Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung D 3838

Anm.: Maschinenfabrik Stromag GmbH.

4750 U η n. a
Hansastr. 120

Hydraulisch betätigtes Schaltelement o. dgl., insbesondere hydraulisch betätigte Kupplung

Die Erfindung betrifft ein hydraulisch betätigtes Schaltelement o. dgl., insbesondere eine hydraulisch betätigte Kupplung mit einem in einem stillstehenden Zylinder mit radialer Arbeitsdruckmittelzuführung angeordneten Arbeitskolben, die axial und radial gegen rotierende Teile abgestützt sind.

Schaltelemente dieser Art sind für hydraulisch betätigte Laraellenkupplungen bekannt. Dort erfolgt die axiale und die radiale Abstützung über Wälzlager, die einen relativ großen Raumbedarf aufweisen und vor allem nur bis zu einem bestimmten Drehzahlbereich einsetzbar sind. Darüberhinaus ist auch, für die übertragbaren Druckkräfte eine Grenze gesetzt, wenn der Bauaufwand nicht zu großf werden soll. Die Leistung solcher Kupplungen ist daher beschränkt.

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ORIGINAL INSPECTED

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Auch die Verwendung von Gleitlagerungen mit Ölschmierung kann zu keinen befriedigenden Ergebnissen führen. Diese Art der Lagerung lässt ebenfalls nur einen bestimmten Druck d©s Sghaltmediums zu, da sonst die Anpreßkraft auf die aneinanderlaufenden Dichtflächen zu groß wird. Ein© Vergrößerung der Dichtflächen, die eine Verminderung der Flächenpressung herbeiführen könnte, ist unzweckmäßig, da dann die Bauhöiie zu groß wird. Außerdem sind Gleitlager auch nur bis zu gewissen Drehzahlen verwendbar, da sonst die erforderliche Ölfilmbildung nicht mehr gewährleistet ist und erhöhte Verschleißgefahr auftritt»

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dies© Nachteile zu vermeiden und ein hydraulisch betätigtes Schaltelement o. dgl. der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine einfache Herstellung erlaubt und trotzdem für höchste Drehzahlen und höchste Schaltdrücke geeignet ist»

Die Erfindung besteht darin, daß eine hydrostatische Lagerung mit Flüssigkeitsdruekkissen vorgesehen ist, die von dem zugeführten Druckmittel beaufschlagt sind. Durch diese hydrostatische Lagerung wird eine Berührung zwischen den einzelnen gegeneinander bewegten Teilen verhindert, so daß die Verschleißgefahr auch bei höchsten Drehzahlen sehr gering ist. Außerdem können sehr hohe Schaltdrücke der Druckflüssigkeit zugelassen werden, da diese das Wesen der Lagerung und seine Funktion nicht beeinträchtigen. Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, daß die zur Funktion einer hydrostatischen Lagerung, d. h. zur Bildung eines Regelkreises erforderlichen Drosselstellen bei einem Schaltelement der eingangs erwähnten Art in einfacher Weise jeweils durch den Lagerspalt zwischen den stillstehenden Zylinder und Arbeitskolben und den rotierenden Teilen gebildet werden können, ohne daß die Gefahr der Beeinflussung der selbsttätigen Regelungsmöglichkeit der hydrostatischen Lager auftritt.

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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung erhält man, wenn als Zylinder und Arbeitskolben zwei ineinander geführte Ringkolben dienen, die durch die Druckflüssigkeit gegeneinander axial verschiebbar sind. In baulich zweckmäßiger Weise können die Ringkolben auf einer rotierenden Hülse angeordnet sein und sich axial an mit der Hülse umlaufenden Anpreßscheiben abstützen, von denen eine zur Übertragung der Bewegung des Arbeitskolbens axial beweglich und die andare fest auf der Hülse angeordnet ist. Hierdurch läßt sich eine vormontierbare Einheit schaffen. Die Ringkolben können durch einen oder mehrere axiale Stifte gegen ein gegenseitiges Verdrehen gesichert sein.

Für die gleichmäßige Abstützung ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, wenn in die einander gegenüberliegenden Flächen der Ringkolben und/oder der rotierenden Teile Ausnehmungen eingearbeitet sind, die als Flüssigkeitsdruckkissen wirkende Ringkammern zwischen den Teilen bilden. Um mit Sicherheit eine metallische Berührung der sich gegeneinander bewegenden Flächen zu verhindern, können die Flächen der axial wirkenden zwischen den Anpreßscheiben und den Ringkolben liegenden Ringkammern 1 bis 8 % größer sein als die wirksame Druckfläche der Ringkolben. Damit wird sichergestellt, daß der Druck der zugeführten Druckflüssigkeit die Ringkolben nicht nach außen gegen die Anpreßscheibe derart drückt, daß die Wirkung der ringförmigen Druckkissen aufgehoben wird. Baulich zweckmäßig ist es, wenn der der axial feststehenden Anpreßscheibe gegenüberliegende Ringkolben auf seiner radialen Fläche mit wenigstens einer eine Ringkammer bildenden Ausnehmung verbunden ist. Ebenso kann die axial bewegliche rotierende Anpreßscheibe auf ihrer dem Ringkolben gegenüberliegenden Seite eine eine Ringkammer bildende Ausnehmung aufweisen. Für die radiale Abstützung können die Ringkolben auf ihrer radialen Lagerfläche wenigstens je eine eine Ringkammer bildende Ausnehmung besitzen.

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Um die Möglichkeit des trockenen Anlaufens der rotierenden Anpreßscheibe am feststehenden Ringkolben auszuschließen, wenn die Kupplung nicht betätigt werden soll und die Ringkolben daher nicht mit dem vollen Druck beaufschlagt sind, kann ein gewisser Mindestdruck des Arbeitsmittels auch bei ausgerückter Kupplung aufrechterhalten werden. Dieser Mindestdruck muß so gewählt werden, daß er ausreicht, um die von der Rückstellfeder der Lamellen o. dgl. aufgebrachte Kraft über die hydrostatische Lagerung aufnehmen zu können.

In besonders vorteilhafter Weise kann der äußere Ringkolben aber auch mit einem weiteren Versorgungsanschluß zur Zufuhr einer Kühlflüssigkeit versehen sein und eine von dieser beaufschlagte unterstützende hyd.rostatische Lagerung bilden. Bei dieser Ausführung kann der Druck der Kühlflüssigkeit so gewählt werden, daß die hydrostatische Lagerung im Fall der ausgerückten und entlüfte-ten Kupplung o. dgl. gewährleistet ist. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem Ringkolben und der festen Anpreßscheibe eine weitere Ringkammer vorgesehen ist, die über eine Verbindungsbohrung von der Kühlflüssigkeit beaufschlagt wird. Um in dieser Ringkammer eine echte hydrostatische Lagerung zu erhalten, kann in der Verbindungsbohrung eine Drosselstelle vorhanden sein.

Vorteilhaft ist es auch, wenn als Kühlflüssigkeitskanal zu zu kühlenden Lamellen axial hintereinander liegende Bohrungen in den Ringkolben und der axial beweglichen Anpreßscheibe angeordnet sind, zwischen denen ^eils durch Ausnehmungen Ringkammern gebildet sind. Diese Ringkammern dienen ebenfalls als unterstützende Flüssigkeitsdruckkissen. Für den Schaltvorgang ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, wenn die mit Kühlflüssigkeit beaufschlagte, dem Ringkolben abgewanüte Seite der axial beweglichen Anpreßscheibe eine große Ringfläche besitzt. Diese mit Kühlflüssigkeit beaufschlagte

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große Ringfläche unterstützt die Lüftbewegung der Kupplung o. dgl. und bringt daher einen Schnellschalteffekt.

In der Zeichnung ist die Erfindung in einer Ausführungsform beispielsweise dargestellt. Die Zeichnung zeigt einen axialen Schnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete hydraulisch betätigte Lamellenkupplung.

Die dargestellte Lamellenkupplung besitzt eine Hülse 1, die mit einer Welle drehfest, beispielsweise über Paßfedern o. dgl. verbindbar ist. Diese Hülse 1 dient gleichzeitig als Träger der Innenlamellen 2, die sich gegen eine an die Hülse 1 mit mehreren Schrauben 3 angeflanschte Abstützplatte 4 abstützen. Die Außenlamellen 5 werden von einem im Querschnitt winkelförmigen Trägerring 6 gehalten, an-dem die mit der Welle zu kuppelnden Teile befestigbar sind. Die Lamellen 2 und 5 können zum Schließen der Kupplung durch eine auf der Hülse 1 axial verschiebbar gelagerte Anpreßscheibe 7 zusammengedrückt werden. Zwischen der Anpreßscheibe 7 und der Hülse 1 sind ein oder mehrere axiale Stifte 8 vorgesehen, die derart in Bohrungen angeordnet sind, daß sie ein Verschieben der Anpreßscheibe 7 in axialer Richtung gestatten, jedoch ein Verdrehen gegenüber der Hülse 1 ausschließen. Das Lüften der Kupplung erfolgt mit Hilfe mehrerer Federn 9, die sich an der Abstutζscheibe 4 abstützen und die Anpreßscheibe 7' axial von den Lamellen 2 und 5 wegschieben. Die axiale Bewegung der Anpreßscheibe 7 ist in dieser Richtung durch einen in die Hülse 1 eingesetzten Anschlagring 10 begrenzt.

Die Anpreßscheibe 7 kann zu den Lamellen 2 und 5 hin über einen als Arbeitskolben dienenden Ringkolben 11 verschoben werden, der in einem zweiten, ihn ummantelnden Ringkolben 12 geführt ist. Der äußere Ringko^Lben 12 ist mit einem Anschluß 13 für die Druckflüssigkeit, insbesondere Drucköl, versehen, das

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zwischen den beiden Ringkolben 11 und 12 über einen Spalt 14 zugeführt werden kann. Der äußere Ringkolben 12 stützt sich in axialer Richtung gegen eine an die Hülse 1 mit mehreren Schrauben 15 angeflanschte Anpreßscheibe 1β ab, so daß bei einer Zuführung von Druckflüssigkeit, durch die die beiden Ringkolben 11 und 12 auseinander bewegt werden, sich nur der Ringkolben 11 axial verschieben kann. Dabei nimmt er dann die Anpreßscheibe 7 mit, so daß die Lamellen aneinander gedrückt werden. Die beiden Ringkolben 11 und 12 sind durch einen oder mehrere axiale Stifte in nicht näher dargestellter Weise derart verbunden, daß eine axiale Bewegung des Ringkolbens 11 · möglich ist, ein gegenseitiges Verdrehen jedoch verhindert wird.

Um für die radiale Druckmittelzufuhr an den Anschluß 13 eine Druckleitung anschließen zu können, wird durch nicht näher dargestellte Mittel sichergestellt, daß der Ringkolben 12 sich nicht mit den übrigen Teilen der Lamellenkupplung dreht sondern stillsteht. Zwischen den sich drehenden Teilen ist eine hydrostatische Lagerung vorgesehen, deren Flüssigkeitsdruckkissen von der Druckflüssigkeit beaufschlagt werden. In den der Hülse 1 gegenüberlxegenden Laufflächen der Ringkolben 11 und 12 sind Ausnehmungen 17 in Form von Ringnuten angebracht, die als Flüssigkeitsdruckkissen dienende Ringkammern bilden. Außerdem ist in der der Anpreßscheibe 16 zugewandten Seitenfläche des Ringkolbens 12 eine Ausnehmung 18 angeordnet, die ebenfalls eine mit der Druckflüssigkeit gefüllte Ringkammer bildet. Die an den Ringkolben 11 angrenzende Seitenfläche der Anpreßscheibe 7 ist mit einer Ausnehmung 19 versehen, die sich in axialer Richtung soweit erstreckt, daß sie einen Anschlag für den Sicherungsring 10 bildet.

Die von den Ausnehmungen 17,; 18 und 19 gebildeten Ringkammern stehen über den Lagerspalt zwischen den Ringkolben 11 und 12

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und der Hülse 1 mit dem Ringspalt 14 zwischen den Ringkolben

11 und 12 in Verbindung. Um als hydrostatische Lagerungen wirksame FlüssigkeitBdruckkissen in den Ringkanälen zu schaffen, ist der Lagerspalt so bemessen, daß er als Drossel wirkt. Außerdem erhalten die Ausnehmungen 18 und 19 eine Querschnittsfläche, die um 1 bis 8 # größer ist als die in axialer Richtung wirksame Druckfläche der Ring-kolben 11 und 12. Die genaue Größe dieeer Fläohen wird duroh das Drueköl und die Drehzahl · zwischen den Anpreßscheiben 7 und -16 und den Ringkolben 11 und

12 bestimmt.

Wird nun zum Betätigen der hydraulisch betätigten Lamellenkupplung Drueköl zugeführt, so stützt sich der Ringkolben 12 über ein Flüssigkeitsdruckkissen an der Anpreßscheibe 16 ab, während der Ringkolben 11 gegen die Anpreßscheibe 7 und mit dieser axial verschoben wird. Durch das durch die Ausnehmung 19 geschaffene Flüssigkeitspolster wird dabei verhindert, daß eine Berührung zwischen dem Ringkolben 11 und der Anpreßscheibe 7 stattfindet. Es können somit bei geringer Reibung sehr große Drehzahlen zugelassen werden, ohne daß die Gefahr von Verschleiß gegeben ist. Beim Lüften der Kupplung drücken die Federn 9 die Anpreßscheibe 7 axial zurück und damit auch den Ringkolben 11. In diesem Fall kann der Druck der Druckflüssigkeit zwar vermindert werden, er muß jedoch auf einem solchem Wert belassen werden, daß zwischen den «Anpreßscheiben 7 und 16 und den Ringkolben 11 und 12 ein Flüssigkeitsdruckkissen erhalten bleibt, das zur Abstützung der Rückstellkräfte der Feder 9 ausreicht. Um unnötige Druckverluste zu vermeiden, sind zwischen den Ringkolben 11 und 12 und zwischen der Anpreßscheibe 7 und der Hülse 1 Radialringe 20 und 21 vorgesehen.

Die hydraulisch geschaltete Kupplung ist außerdem mit einem Anschluß 22 versehen, der zur Zuführung von Kühlflüssigkeit

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dient. Auch die Kühlflüssigkeit kann zur Unterstützung der hydrostatischen Lagerung herangezogen werden. Hierzu ist von dem Anschluß 22 in dem Ringkolben 12 eine Verbindung zu der Anpreßscheibe 16 gelegt, in der eine Ausnehmung 23 vorgesehen ist, die ebenfalls eine Ringkammer bildet. Um die erforderliche Drosselwirkung zu erzielen, ist in der Verbindungsbohrung zwischen dem Anschluß 22 und der Ausnehmung 23 eine Drosselschraube 24 vorgesehen. Das Kühlmittel wird von dem Anschluß 22 des Ringkolbens 12 über eine axiale Bohrung 25 in dem Ringkolben 12, über vorzugsweise mehrere axiale Bohrungen 26 des Ringkolbens 11 und über ebenfalls vorzugsweise mehrere axiale Bohrungen 27 der Anpreßscheibe 7 zu einem auf der Rückseite der Anpreßscheibe 7 liegenden Ringraum 28 gefördert, von dem es den Lamellen 2 und 5 über Verbindungsbohrungen 29 zugeführt wird. Im Bereich der axialen Bohrungen 25, 26 und 27 ist zwischen den Ringkolben 11 und 12 eine Ausnehmung 30 und zwischen dem Ringkolben 11 und der Anpreßscheibe 7 eine Ausnehmung 31 vorgesehen, die ebenfalls als axial abstützende Flüssigkeitsdruckkissen ausgenutzt werden. Zwischen den Ringkolben 11 und 12 ist ein weiterer Radialdichtungsring 32 vorgesehen, der eine Abdichtung der Kühlmittelführung innerhalb der Ringkolben 11 und 12 nach außen bewirkt.

Bei einer Ausführungsform mit Kühlmittelzuführung braucht beim Ausrücken der Kupplung kein Mindestdruck des Arbeitsdruckmittels aufrechterhalten zu bleiben, da in diesem Fall die hydrostatische Lagerung des Kühlmittelkreislaufes die Abstützfunktion gegen die Rückstellkräfte der Kupplung übernehmen kann. Die Anpreßscheibe ist außerdem auf ihrer Rückseite, d. h. auf der die Ringkammer 28 begrenzenden Seite mit einer relativ großen Ringfläche versehen, so daß der Druck der Kühlflüssigkeit die Wirkung der Federn 9 beim Lüften der Kupplung auch unterstützen kann. Es ergibt sich so ein Schnellschalteffekt der Kupplung.

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ORfGfNAL !NSPECTED

Claims

Patent- -und Schutzansprüche

/ 1.)Hydraulisch betätigtes Schaltelement o. dgl., insbesondere hydraulisch betätigte Kupplung, mit einem in einem stillstehenden Zylinder mit radialer Druckmittelzuführung angeordnetem Arbeitskolben, der axial und radial gegen rotierende Teile abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine hydrostatische Lagerung mit Flüssigkeitsdruckkissen vorgesehen ist, die von dem zugeführten Druckmittel.beaufschlagt sind.

2. Schaltelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Erzeugung der Flüssigkeitsdruckkissen notwendigen Drosselstellen jeweils durch den Lagerspalt zwischen den stillstehenden Zylinder und Arbeitskolben und den rotierenden Teilen gebildet sind.

3. Schaltelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Zylinder und Arbeitskolben zwei ineinander geführte Ringkolben (11₇ 12) vorgesehen sind, die durch die Druckflüssigkeit gegeneinander axial verschiebbar sind.

4. Schaltelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkolben (11, 12) auf einer rotierenden Hülse (i) angeordnet sind und sich axial an mit der Hülse umlaufenden Anpreßscheiben (7, 16) abstützen, von denen eine zur Übertragung der Bewegung des Arbeitskolbens (n) axial beweglich und die andere als Abstützung fest auf der Hülse (1). angeordnet ist.

5. Schaltelement nach Anspruch 3 öder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkolben (11, 12) durch einen oder mehrere

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axiale Stifte gegen gegenseitiges Verdrehen gesichert sind.

6. Schaltelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die einander gegenüberliegenden Flächen der Ringkolben (11, 12) und/oder der rotierenden Teile· (1, 7, 1β) Ausnehmungen (17, 18„ 19) eingearbeitet sind, die als Plüssigkeitsdruckkissen wirkende Ringkammern zwischen den Teilen bildin.

7. Schaltelement nach Anspruch 6„ dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen der axial wirkenden^ zwischen den Anpreßscheiben (7, 16) und den Ringkolben (11, 12) liegenden Ringkammern geringfügig größer sind als die wirksame Druckfläche der Ringkolben.

8r Schaltelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

7, dadurch gekennzeichnet,, daß der der axial feststehenden Anpreßscheibe (ΐβ) gegenüberliegende Ringkolben (12) auf seiner radialen Fläche mit wenigstens einer eine Ringkammer bildenden Ausnehmung (18) versehen ist.

9. Schaltelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

8, dadurch gekennzeichnet, daß die axial bewegliche, rotierende Anpreßscheibe (7) auf ihrer.dem Ringkolben (11) gegenüberliegenden Seite eine eine Ringkammer bildende Ausnehmung (19) aufweist.

10. Schaltelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkolben (11, 12) auf ihrer radialen Lagerfläche wenigstens je eine eine Ringkammer bildende Ausnehmung (17) besitzen.

11. Schaltelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

10, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Bingkolben (12)

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mit einem weiteren Versorgungsanschluß (22) zur Zufuhr einer Kühlflüssigkeit versehen ist und eine von dieser beaufschlagte unterstützende hydrostatische Lagerung bildet.

12. Schaltelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ringkolben (12) und der festen Anpreßscheibe (16) eine weitere Ringkammer (23) vorgesehen ist, die über eine Verbindungs-bohrung von 'der Kühlflüssigkeit, beaufschlagt ist.

13. Schaltelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindungsbohrung eine Drosselstelle (24) vorhanden ist.

14. Schaltelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis I3f dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlflüssigkeitskanal zu zu kühlenden Lamellen (2, 5) axial hintereinanderliegende Bohrungen (25, 26, 27) in den Ringkolben (11, 12) und der axial beweglichen Anpreßscheibe (7) angebracht sind, zwischen denen jeweils durch Ausnehmungen (30, 31) Ringkammern gebildet sind.

15· Schaltelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Kühlflüssigkeit beaufschlagte, dem Ringkolben.(11) abgewandte Seite der axial beweglichen Anpreßscheibe (7) eine große Ringfläche besitzt.

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