DE2316571A1

DE2316571A1 - Doppeltwirkende kupplung

Info

Publication number: DE2316571A1
Application number: DE2316571A
Authority: DE
Inventors: Oscar E Stefanutti
Original assignee: DAB Industries Inc
Current assignee: DAB Industries Inc
Priority date: 1972-04-05
Filing date: 1973-04-03
Publication date: 1973-10-11
Also published as: US3791500A; CA975311A; GB1371478A; JPS4914851A; FR2179446A5; IT980088B; DE2316571B2

Description

Doppeltwirkende Kupplung

Die Erfindung betrifft eine doppelt wirkende Kupplung, die gegenüber den vorbekannten Konstruktionen in sofern Vorteile aufweist, daß sie einfacher im Aufbau ist und weniger Teile aufweist, jedoch, wirksam arbeitet und eine lange Lebensdauer aufweist. Die Vereinfachung der Konstruk«= tion bringt nicht nur geringere Herstellungskosten mit sich, sondern auch geringere Wartungskosten, da weniger sich ab» nutzende Teile vorgesehen sind.

Die doppeltwirkende Kupplung weist eine Welle mit zwei im Abstand voneinander angeordneten Kupplungsscheibenpaketen auf. Jedes Kupplungsscheibenpaket weist mehrere, mit Abstand zueinander angeordnete erste Kupplungsscheiben auf, die

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unverdrehbar, jedoch axial verschiebbar auf der Welle ange= ordnet sind. Zwei Antriebselemente sind drehbar auf der Welle gelagert, die napfförmig ausgebildet sind und sich jeweils über eines der Kupplungsscheib®npak@te erstrecken. Jedes Kupp= lungsscheibenpaket weist mehrere awe-ifc©·, von dem napfförmigen Antriebs element getragene, zweite Kupplungsscheiben auf, die zwischen den ersten Kupplungsscheiben in Eingriffstellung damit angeordnet sind. Jede der zweiten Kupplungsplatteii ist unverdrehbar jedoch axial verschiebbar in den zugeordneten, napfförmigen Antriebs elementen angeordnet. Auf der WeLIe ist zwischen den Kupplungsscheibenpaketen eine Betätigungsvorrich= tung axial hin- und herbeweglich angeordnet. Bs ist eine krafterzeugende Einrichtung vorgesehen, um die Betätigungs= vorrichtung in der einen oder anderen Axialrichtung in Eingriff mit einem der Kupplungsscheibenpakete zu verschieben und eine Triebverbindung der Kupplungsscheiben herzustellen.

Mehrere Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sollen nachfolgend in "Verbindung mit den beigefügten Zeich= nungen beschrieben werden. Es zeigen»

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Ausführungsform der Kupplung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Endansicht der Kupplung von rechts in Hg. 1 gesehen;

Fig. 3 einen vergrößerten Teilschnitt des oberen rechten Abschnitts der Kupplung nach Fig. 15

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer bei der

Kupplung nach Fig. 1 verwendeten Feder; 509841/0492

Fig. 5 einen Teilschnitt einer Kupplungsscheiben- und Kolbenanordnung einer abgeänderten Ausführungs= form der Kupplung; und

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer bei der Aus= führungsform nach Fig. 5 verwendeten Feder, um die Kupplungsscheiben voneinander zu trennen.

Es wird zunächst auf die in den Fig. 1-4 gezeigte Ausführungs= form Bezug genommen. Die Kupplung ist im ganzen mit 10 bezeichnet und weist eine Welle 12 auf, die in einer geeigneten, nicht dargestellten Abstützung an einem Ende mittels eines Kugel= lagers 14 und am anderen Ende mittels des Wellenabschnitts 16, der in einem geeigneten, nicht dargestellten Lager aufgenommen ist, gelagert. Die Vifelle 12 wird von einer geeigneten Kraft« quelle mittels eines Zahnrades 18 angetrieben, das fest auf der .Welle neben dem Wellenabschnitt 16 angeordnet ist.

Koaxial auf der Welle 12 ist eine Kolbenanordnung 20 vorgesehen, die sich axial sowohl nach rechts wie auch nach links, in Fig. 1 gesehen, bewegen kann, um das eine oder das andere Kupplungsscheibenpaket 22, 24 zusammenzudrücken. Ein Zusammen* drücken der Kupplungsscheibenpakete bewirkt einen gegenseitigen Singriff der Kupplungsscheiben, die sich dann als Einheit be= wegen, um das eine oder das andere napfförmige Element 26, zu drehen. Jedes der Elemente 26, 28 ist an einem benachbarten Zahnrad 30, 32 befestigt, die jeweils drehbar auf der Welle 12 gelagert sind. Die Naben er Zahnräder sind durch Schwei* Bungen 38, 40 mit den Elementen 26, 28 verbunden. Tor zugsweise wird ein Inertschweißverfahren verwendet, um eine Form einer

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starken Verschweißung zu bilden, die notwendig ist, um die bei der Kupplung auftretenden Drehmomente aufnehmen zu können. Ein zusätzliches Ausgangszahnrad 31 kann, falls erwünscht, zwischen dem Zahnrad 32 und dem Lager 14 angeordnet sein. Bin solches zusätzliches Zahnrad könnte beispielsweise verwendet werden, um eine zweite Kupplung anzutreiben.

Jedes der Bipplungsscheibenpakete 22, 24 besteht aus abwechselnd angeordneten treibenden Scheiben 42 und getriebenen Reib= scheiben 44. Die treibenden Scheiben 42 bestehen nur aus Metall. Die Scheiben 42 sind im vorliegenden Falle die treiben= den Scheiben, obwohl es auch umgekehrt die getriebenen sein könnten. Jede Scheibe 42 hat." eine mittlere öffnung, deren Umfang gezahnt ist. Die Welle 12 hat entsprechende.gezahnte Abschnitte 46, 48, auf denen die Scheiben 42 in -Triebeingriff angeordnet sind, sich jedoch frei axial "bewegen können. Stütz= scheiben 43» 45 und Halteringe 47_s 49 sind vorgesehen, um die Axialbewegung der Scheiben zu begrenzen«, - ,

Die ringförmigen ^Reibscheiben 44 haben verhältnismäßig große mittlere Öffnungen 5O- Jede Reibscheibe 44 besteht aus einer mittleren Metallscheibe 52, auf deren-beide Stirnflächen ein Seibmaterialring 54, 56 anfg©klebt ist· Bas Heibmat©rial kann z.B. aus einar behandelten papierähnlieh@n Substanz bestehen. Andere Reibring®_s wi@ Z₀B₀ Kunststoffreiteisge können jedoch ebenso wie Reibringe, mit Metalleinlagen verwendet werden. Die Seibung des Materials bewirkt einen Eeibungseingrif f mit den treibenden Scheiben beim Zusammendrückea. äes Scheibenpakets, so daß. sich die 3ch<aib©:n zusammen als Einheit mit sehr ge= ringem Schlupf bei verhältnismäßig großen !Drehmomenten drehen.

Die Metallscheiben 52 haben mit Umfangsabstand angeordnete Nasen 58, die in entsprechenden längsschlitzen 60, 62 der Seitenwände der schalenförmigen Teile 26, 28 aufgenommen sind. Auf diese Weise werden die schalenfSrmigen Teile 26, 28 und die damit verbundenen Zahnräder 30, 32 beim Drehen der Eeib« scheiben 44 in Drehung versetzt. Wie zuvor erwähnt, werden die Kupplungsscheibenpakete durch die mittlere Kolbenanordnung 20 zusammengedrückt. Die Kolbenanordnung 20 weist zwei Kolben 64, 66 auf, die gleitend auf der Welle 12 angeordnet sind. Die Kolben sind ringförmig und jeder weist eine Stirnwand auf, von der sich längsgerichtete äußere und innere Umfaogs= wände erstrecken, die zusammen eine im Querschnitt TJ-fÖrmige Flüssigkeits-Bingkammer 74, 75 begrenzen. Die Kolben sind auf der Welle 12 so ausgerichtet, daß die öffnungen der Kam= mern sich diametral gegenüberstehen. Die Kolben sind in einem Zylinder 76 aufgenommen. Jeder Kolben hat einen Umfangsflansch 78, der sich in eine Aufbohrung der inneren Umf angsflache des Zylinders 76 erstreckt. Federringe 82, 84 sind in der inneren Umfangsflache des Zylinders 76 außerhalb der Flansche vorgesehen, um so die Kolben innerhalb des Zylinders 76--zu halten. Geeignete G-Diehtungsringe 86, 88, 90, 92 sind vor= gesehen, um eine flüssigkeitsdichte Beziehung zwischen den Kolben 64, 66 der Welle 12 und dem Zylinder 76 herzustellen.

Sine kreisförmige Trennwand 94 ist auf der Welle 12 zwischen den Kolben 64-, 66 vorgesehen. Die Trennwand 94- hat eine mitt* lere Öffnung 96 zur Aufnahme auf der Welle. Sin Federring 98, 100 ist auf jeder Seite der Trennwand 94- vorgesehen, um sie in fester Stellung zu halten. Zwei ringförmige, gewellte

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Scheibeafedern 102, 104· sind auf der Welle aufgenommen, die jeweils zwischen einem der Kolben 64, 66 und der Trennwand angeordnet sind. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, besteht .jede Scheibenfeder aus einem äußeren Ring 106 und einem inneren Ring 108, die durch Stege 110, 112, 114, 116 miteinander ver= bunden sind. Die Ringe haben, wie aus Pig. 4 ersichtlich, eine Wellenform, wobei einige Abschnitte 118 in einer Richtung vorstehen, während benachbarte Abschnitte 120 in der entgegen= gesetzten Richtung vorstehen. Infolgedessen üben die Badern, wenn sie bei einer Axialbewegung der Kolben 64, 66 zusammen= gedruckt werden, einen Druck aus, der die Kolben in die mittlere, in den Figuren 1 und 3 gezeigte Stellung zurücksubewegen sucht.

In dieser Stellung wird, wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich, kein Druck auf die Kupplungsscheibenpakete von keinem der Kolben ausgeübt und können so eine Stellung einnehmen, in der die benachbarten Scheiben durch kleine Zwischenräume vonei ntin= der getrennt sind. Die Kupplungsscheiben neigen infolge des gegenseitigen Abstoßens und auch infolge einer ölschicht, die zwischen ihnen vorhanden ist, dazu, sich voneinander zu trennen. Die zwischen ihnen befindliche Ölschicht besteht aus Kühlöl, das über einen mittleren, axialen Kanal 124 in der ¥elle 12 und radiale, davon abgezweigte Kanäle 126, in die schalenföradgen Teile 26, 28 eingeführt wird. Dieses öl wird in die Kupplungsscheibenpakete zum Kühlen eingeführt, hat aber' auch die Wirkung, daß es die Scheiben zu trennen sucht, wenn kein Druck durch die Kolben ausgeübt wird. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist auch etwas Spiel zwischen dem Kolben 66 und der benachbarten Scheibe 42 vorgesehen, wenn kein Druck durch den Kolben ausgeübt wird. Die Verwendung

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Die Verwendung zweier, gleiche Kraft aufweisender Federn 102, 10ή-, die an der festen Trennwand 94· abgestützt sind, stellen sicher, daß die Kolbenanordnung in die mittlere oder neutrale Stellung zurückkehren, wenn kein !flüssigkeitsdruck im Inneren derselben herrscht.

Flüssigkeitsdruck wird dem einen oder dem anderen der Kolben 64, 66 über axiale Kanäle 132, 134 (Fig.1) in der Welle 12 und radiale Kanäle 136, I38, die eine Verbindung zwischen den axialen Kanälen 132, 134· und den Kolbenhohlräumen herstellen, zugeführt. Die Enden der Kanäle 132, 134 sind durch Stopfen 140, 142 verschlossen. Druckflüssigkeit wird über radiale Kanäle 144, 145 zugeführt.

Hydraulische, unter Druck stehende Flüssigkeit wird von einer außerhalb angeordneten Pumpe 146 und einem Ventil 148 zugeführt, was schematisch dargestellt ist. Die Pumpe 146 saugt hydrau« lische Flüssigkeit aus einem Sumpf 158 und pumpt sie unter Druck über eine Leitung 150 zum Ventil 148. Das Ventil ist ein Mehr= wegeventil. Zwei Leitungen 152, 154 erstrecken sich vom Ventil zu den entsprechenden radialen Kanälen 144 und 145. Entspre= chend der Einstellung des Ventils 148 wird Druckflüssigkeit durch die eine oder die andere Leitung 152, 154·. gepumpt. Durch die Leitung 152 gepumpte Flüssigkeit strömt durch die Kanäle 144, 132, 138 in die Hingkammer 74. Dies bewirkt einen Druck= aufbau in der Ringkammer 74, die infolge der Reaktion der festen Trennwand 94 eine Bewegung der Kolbenanordnung 20 nach rechts in Fig. 1 gesehen, bewirkt. Dies hat ein Zusammendrücken des Kupplungsscheibenpaketes 24 und folglich eine Kraftdrehung des Zahnrades 32 zur Folge. Die Rechtsbewegung der Kolbenanordnung

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bewirkt ein Flachdrücken der Feder 102, während der Druck gegen die andere Feder 104 aufgehoben ist.

Wenn es erwünscht ist, zu Entkuppeln, wird das Ventil 148 eingestellt, um die Leitung 150 zur Pumpe zu schließen, so daß der auf die Kolbenanordnung ausgeübte Druck entlastet wird. Gleichzeitig wird eine Entlastungsleitung 156 vom Ventil 148 geöffnet, so daß hydraulische Flüssigkeit'in den Sumpf 158 abfließen kann. Die Feder 102, die zusammengedrückt worden war, drückt dann die Kolbenanordnung nach links, in Fig. 1 gesehen, in die neutrale Stellung der Kolbenanordnung und damit auch die Kupplung 10. Das andere Kupplungsseheibenpaket 22 kann in Eingriff gebracht werden, indem Flüssigkeit durch die leitung 154 gepumpt wird.

Flüssigkeitsdruck kann in den Eingkammern 74, 75 ständig aufrechterhalten sein, was ©in schnelleres liisprechen der Kupplung und besondere. Modulationseigenschaft©2i zur Folge hat. Das Flüssigkeitsvolumen, das während des Kuppeins und des Auskuppeins benötigt wird, ist tatsächlich sehr gering. Die Kolbenbewegung sum Einkuppeln erfolgt durch Zuführung eines höheren Druckes in eine der Eingkammera 74, 75 als in der anderen herrscht» Dieses Druekdifferential bemrkt die Bewegung, Im ausgekuppelten Zustand können in "beiden Hingkammern 74, gleiche Drücke, s.B. 2,8 kg/em herrschen.

Wie zuvor erwähnt 9 wird Jh^fipaulische Flüssigkeit auch in die -Kupplungsscheibenpaket® 22 _s 24 über die Leitung 151 von der Pumpe 146 gepumpt, wobei die Leitung I5I zum axialen Kanal 124 und dann durch die radialen Kanäle 126, 128 in den von

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von den Kupplungsscheiben eingenommenen Eaum führt. Es wird darauf hingewiesen, daß die Kupplung in einem Kupplungsgehäuse eingeschlossen ist, das normalerweise den Sumpf 158 aufweist. Die hydraulische Flüssigkeit leckt von den Kupplungsscheiben»= paketen in den Sumpf 158, um wieder der Pumpe 146 zugeführt zu werden. Eadiale Kanäle können auch vorgesehen sein, die sich vom Kanal 124 erstrecken, wie z.B. der radiale Kanal 162, um die Lager für die Zahnräder 30, 32 zu schmieren.

Eine abgeänderte Ausführungsform der Kupplung ist in den Figuren 5 und 6 dargestellt. Die Kupplung 164 entspricht zum größten Teil der zuvor beschriebenen Kupplung 10. Die Kupplung

164 weist zwei Kupplungsseheibenpakete 166 auf, die, wie zuvor beschrieben, auf einer Welle 168 angeordnet sind. Eine Kolben= ai Ordnung 170 der zuvor beschriebenen Art ist ebenfalls vor« gesehen. Die Federn 102, 104 sind jedoch durch gewellte Schei= benfedern 172 ersetzt, die einzeln zwischen jeden benachbarten, treibenden Kupplungsscheiben 174 und zwischen der äußersten Scheibe und der Stützscheibe 173 angeordnet sind.

Wie aus Fig. 6 ersichtlich, sind die Scheibenfedern 172 im Durchmesser kleiner als die zuvor verwendeten Federn. Die Scheibenfedern 172 weisen einen Eing aus Federmetall auf, der gewellt ist und Abschnitte 178 und benachbarte Abschnitte 180 dazu aufweist, die sich in entgegengesetzten Eichtungen er« strecken, so daß ein Abflachen der Scheibenfedern 172 eine Druckkraft erzeugt, die dazu neigt, in die dargestellte Form zurückzukehren. Die Feder hat eine mittlere öffnung 182, deren Durchmesser im wesentlichen der «felle 168 entspricht. Der Außen« durchmesser der Feder ist beträchtlich kleiner als der

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Innendurchmesser der Keibkupplungsscheiben 176, so daß die Federn diese Scheiben nicht berühren. Alle ledern 172 haben im wesentlichen dieselbe Federkraft. Nachdem die· Federn durch, die Kolbenanordnung 170 abgeflacht oder zusammengedrückt sind, neigen sie dazu, in ihre" ursprungliche Form zurückzukehren. Die Zusammenwirkung zwischen den Federn stellt ein Gleichge= wicht her, bei dem die treibenden Kupplungsscheiben um gleiche Maße auseinandergedrückt sind und sich in der Mitte zwischen den Reibscheiben befinden, ohne diese zu berühren, so daß auf diese Weise die Kupplungsscheiben eine neutrale Stellung ein= nehmen. Infolge der zwangsläufigen Einstellung der treibenden Kupplungsscheiben bei der Ausführungsform nach Fig. 5 entsteht etwas weniger Schleifen zwischen den Scheiben als bei der Ausführungsform nach Fig. 1.

Die Ausführungsform nach Fig. 5 1st gegenüber der nach Fig. 1 auch dahingehend abgeändert, daß der radiale Kanal 184, der in den Kolbenringraum 186 führt, nicht unmittelbar mit dem Ringraum in Verbindung steht. Bine kurze, sich axial erstreckende flache Bit 188 erstreckt sich vom Kanal 184 in den Ringraum 186. Infolgedessen wird die hydraulische Flüssigkeit gedrosselt, so daß sie mit geringerer Geschwindigkeit in den Ringraum 186 strömt, als es bei der Ausführungsform nach Fig. 1 der Fall ist. Dies bewirkt ein langsameres Ansprechen der Kupplung. Durch Zuführung der Druckflüssigkeit mit geringerer Geschwin= digkeit in den Ringraum tritt eine geringere Stoßwirkung auf. Die Kupplung kommt allmählich zum Eingriff und nimmt die Be= lastung allmählich auf, wodurch die Abnutzung der verschie= denen beteiligten Teile einschließlich der Zahnräder und der Kupplungsscheiben reduziert wird.

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Claims

Patentaaaprüche

Λ.Jy Doppeltwirkende Kupplung, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Welle (12j168) zwei mit Abstand zueinander aage« ordnete Kupplungsscheibenpakete (22,24|166) angeordnet sind, von denen jedes mehrere mit Abstand zueinander angeordnete erste Kupplungsscheiben (42; 174) aufweist, die unverdrehbar, jedoch axial verschiebbar auf der Welle (22;166) angebracht sind und jedes Scheibenpaket von einem schalenförmigen Teil (26,28; 164) übergriffen ist, von denen jedes mehrere mit Abstand zu* einander angeordnete, sich zwischen den ersten Scheiben (42j 174) in EingriffsbeZiehung erstreckende zweite Kupplungsscheiben (44|176) axial gleitend, jedoch unverdrehbar trägt, und daß auf der Welle (12;168) zwischen den Scheibenpaketen (22,24;166) eine Betätigungsvorrichtung (20) axial hin- und herbeweglich angeordnet ist, die durch eine kraft erzeugende Einrichtung (46,48,50) in der einen oder anderen Axialrichtung in Eingriff mit einem der Scheibenpakete (22,24;166) zur Herstellung einer Triebverbindung verschiebbar ist.
2.) Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung aus einer druckmittelbetätigtem, doppeltwirkenden Kolbenanordnung (20i170) besteht.
3.) Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die doppeltwirkende Kolbenanordnung (20$1?0) eine auf der Welle (I25I68) axial unversohiebbar angeordnete Trennwand (94) und je einen auf jeder Seite der Trennwand vorgesehenen, axial gleitend auf der Welle angeordneten Kolben (64,66) aufweist,

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von denen jeder einen Hohlraum aufweist, der mit der Trenn= wand (94·) eine druckdichte Hingkammer (74,75; 186) begrenzt, und daß Strömungsmittelkanäle (132,134·) sich axial durch die Welle (12j168) erstrecken, die mit den Hingkammern (74,75;186) in "Verbindung stehen, um die eine oder andere Ringkammer mit einem Differentialdruck zu beaufschlagen und den entsprechen= den Kolben (64 oder 66) in Druckeingriff an das benachbarte Kupplungsscheibenpaket (22 oder 24 \ 166) zur Herstellung einer Triebverbindung zu verschieben.
4.) Kupplung nach einem der Anspräche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (64,66) und die Trennwand (94) druckdicht von einem Zylinder (76) umgeben sind, der gegenüber der Trennwand gleitend angeordnet und mit den Kolben zu einer mit diesen beweglichen Einheit (64,66,76) verbunden ist.
5. ) Kupplung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß eine ringförmige, gewellte Scheibenfeder (104) zwischen jedem der Kolben (64,66) und der Trennwand (94), die Kolben von der Trennwand fortdrückend, angeordnet ist und beide Scheibenfedern im wesentlichen die gleiche Federkraft aufweisen, um die Kolben im wesentlichen in gleichen Abständen von der Trennwand (94) und außer Eingriff mit den Scheibenpaketen (22,24) einizusteIlen, wenn in beiden Ring= kammern (74,75) gleicher Druck herrscht. .
6.) Kupplung nach einem der Ansprüche 1-5» dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Kupplungsscheiben (176) eine mittlere, einen größeren Durchmesser als die Welle (168) aufweisende Öffnung haben, und daß zwischen dennenachbarten

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ersten Kupplungsscheiben (17²Q in den zwischen den Innenumfängen der zweiten Kupplungsscheiben (176) und der Welle (168) ge« bildeten Säumen jeweils eine ringförmige, gewellte, die be= nachbarten Kupplungsscheiben auseinanderdrückende Scheiben= feder (172) angeordnet ist, deren Außendurchmesser kleiner als die Innendurchmesser der zweiten Kupplungsscheiben (176) sind und deren Federkraft im wesentlichen gleich ist, so daß die ersten Kupplungsscheiben (174) normalerweise gleiche Abstände voneinander haben und außer Singriff mit den zweiten Kupp= Itingsscheiben (176) stehen.
7·) Kupplung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsmittelkanäle zwei Hauptkanäle (132,134) verhältnismäßig großen Durchmessers aufweisen, die sich axial und dann radial zum Außenumfang der Welle (168) erstrecken und jeweils über eine verhältnismäßig flache, sich axial in der Umfangsflache der Welle (168) erstreckende, als Drossel wirkende Hut (188) mit den entsprechenden Hingkammern (74,75) in Verbindung stehen.
8.) Kupplung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daB jedes der schalenförmigen Teile (26,28) mit einem frei drehbar auf der Welle (12) gelagerten Zahnrad (30,32) durch Schweißung verbunden ist.
9.) Kupplung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekenn= zeichnet, daß jeder Kolben (64,66) einen U-förmigen, die Ring= kammer begrenzenden Querschnitt aufweist und gleitend und frei drehbar auf der Welle (12) gelagert ist, und daß zwischen der inneren Umfangswand eines jeden Kolbens (64,66) und der Welle

(12) eine Dichtungsring (90,92) angeordnet ist.

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L e e r s e ί t e