DE2347519B2 - Kupplungsanordnung mit veränderbarer Ausgangsdrehzahl - Google Patents

Description

45 Die Erfindung bezieht sich auf eine Kupplungsanord-

nung mit veränderbarer Ausgangsdrehzahl mit einem ein Flüssigkeitsreservoir bildenden Kupplungsgehäuse, einer Antriebswelle, auf der innerhalb des Reservoirs Antriebs-Kupplungslamellen drehfest angebracht sind, so einer Abtriebswelle, auf der mit den Antriebs-Kupplungslamellen in Eingriff bringbare Abtriebs-Kupplungslamellen drehfest angebracht sind, einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung am Kupplungsgehäuse für die Kupplungslamellen, die mittels einer hydraulisehen Druckwelle betätigbar sind.

Eine derartige Kupplungsanordnung ist bekannt (DT-OS 20 10 714). Bei dieser Kupplungsanordnung ist das Kupplungsgehäuse als Flüssigkeitsreservoir ausgebildet, damit die KuppIungJamellen im Flüssigkeitsbad umlaufen. Dadurch kann insbesondere beim Anfahren und Abbremsen ein höheres Moment zwischen An triebs- und Abtriebswelle übertragen werden, da die Flüssigkeit eine Scherwirkung zwischen den Lamellen entfaltet. Ein weiterer Vorteil liegt in der erhöhten Lebensdauer gegenüber trocken arbeitenden Kupplungen. Darüber hinaus kann auch eine höhere Arbeitsgeschwindigkeit gefahren werden. Die Hauptanwendung derartiger Kupplungsanordnungen liegt bei Werkzeugmaschinen. ...

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Kupplungsanordnung dahingehend zu verbessern, daß eine einfache Anordnung zur drehzabjabhängigen Betätigung der hydraulischen Betätigungsvorrichtung für die KupplungslameDen einerseits und zur Zuführung von hydraulischen» Medium unter Druck zu den Kupplungslamellen andererseits erhalten wird.

Bei der Kupplungsanordnung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Ventilanordnung in der Druckleitung zwischen Druckwelle und Betätigungsvorrichtung angeordnet ist, die sowohl den zur Betätigungsvorrichtung übertragenden Druck in Abhängigkeit von einem Stellsignal verändert, das der gewünschten Drehzahl der Antriebswelle entspricht als auch zumindest ein Teil des hydraulischen Mediums über die Kupplungslamellen dem Reservoir zuführt.

Bei der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung ist das Flüssigkeitsreservoir im Kupplungsgehäuse zugleich Reservoir für die Hydraulikpumpe, mit deren Hilfe die hydraulische Betätigungsvorrichtung betätigt wird. Die Hydraulikpumpe fordert daher mehr oder weniger Hydraulikflüssigkeit ständig durch das Reservoir und erzielt dadurch einen wirksamen Scher- und Kühleffekt, der noch dadurch verbessert wird, daß die den Kupplungslamellen zugeleitete Flüssigkeit durch Zentrifugalwirkung radial gegen die Gehäusewand gedrückt v'ird, die ihrerseits vorzugsweise mit Kühlrippen ausgestattet ist. Bei der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung wird die Ventilanordnung in Abhängigkeit von einem Stellsignal verändert, das der gewünschten Drehzahl der Antriebswelle entspricht.

Die Ventitanordnung kann in irgendeiner geeigneten Art und Weise ausgebildet sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn erfindungsgemäß die Ventilanordnung ein auf das .Stellsignal ansprechendes Entlastungsventil enthält, das mit der Ausgangsleitung verbunden ist. Bei nicht betätigter Betätigungsvorrichtung fördert die Druckquelle über das Entlastungsventil und die Kupplungslamellen lediglich in das Flüssigkeitsreservoir, während bei mehr oder weniger gefordertem Betätigungsdruck das Entlastungsventil mehr oder weniger schließt und somit nur noch einen Bruchteil der Flüssigkeit den Kupplungslamellen zuleitet.

Wie oben angegeben, erfolgt die Steuerung der Ventilanordnung bzw. des Entlastungsventils in Abhängigkeit von der gewünschten Drehzahl der Abtriebswelle, so daß eine geeignete Vorrichtung vorzusehen ist, die Ist-Drehzahl der Abtriebswelle zu erfassen. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung hierzu ist ein magnetischer Drehzahlgeber vorgesehen, der die Ist-Drehzahl der Abtriebswelle ermittelt und der mit einem auf der Abtriebswelle angeordneten Zahnrad zusammenwirkt. In Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit des Zahnrades erzeugt der Drehzahlgeber eine Impulsreihe, deren Frequenz abhängig ist von der Drehzahl. Die Impulsreihe kann dann in geeigneter Weise in ein Ist-Signal umgewandelt werden, das mit der gewünschten Soll-Drehzahl verglichen wird, wobei dann die Regelabweichung als Stellsignal auf die Ventilanordnung gegeben wird. Eine Drehzahlsteuerung oder -regelung mit einem magnetischen Drehzahlgeber ist jedoch für Kupplungsanordnungen grundsätzlich bekannt (US-PS 35 48 987).

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an Hand von Zeichnungen näher beschrieben.

ff

Fig.l zeigt ein Blockbild der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung;

Fig.2 zeigt einen Schnitt durch einen Teil der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung;

F i g. 3 zeigt eine Abwandlung eines Abschnitts der in F i g · 2 gezeigten Anordnung;

Fig.4 zeigt ein Blockschaltbild zu einem Anwendungsfall der erfindungsgemäßen Kopplungsanordnung;

Fig.5 zeigt ein Detail der Kupplungsanordnung nach Fig.2;

F1 g. 6 zeigt ein anderes Detail der Kupplungsanordnungnach Fig.2;

F i g. 7 ?eigt die Endansicht des Details nach F i g. 6.

In F i g. 1 der Zeichnungen ist 10 eine Kupplungsan-Ordnung veränderbarer Drehzahl. Sie enthält eine Kupplungs/Bremseinheit 12 mit einer Antriebswelle 14, die zum Antrieb mit einem Motor 16 verbunden ist, beispielsweise einem Elektromotor konstanter Drehzahl, und eine Abtriebswelle 18. die mit einer Abtriebslast 20 verbunden ist Auf der Abtriebswelle 18 ist ein Zahnrad 22 angeordnet, und ein magnetischer Drehzahlgeber 24 mißt die Drehzahl des Zahnrads 26, indem für jeden Zahn ein Impuls erzeugt wird. Die Impulse werden über eine Leitung 28 auf eine Steuereinheit 26 übertragen, um ein Ist-Signal zu erzeugen, das elektronisch mit der gewünschten Soll Drehzahl verglichen wird, die programmiert sein kann. Über eine Leitung 31 wird ein elektrisches Stellsignal auf eine Ventilanordnung 30 gegeben. Das Stellsignal verändert die Druckbelastung eines Lamellenpakets der Einheit 12. wodurch die gewünschte Drehzahl zur Abtriebswelle 18 erreicht wird.

Die Ventilanordnung 30 ist ein Entlastungsventil und steuert den von einer Pumpe 32 zu einem Betätigungskolben (in F i g 1 nicht gezeigt) über eine Leitung 34 gelieferten hydraulischen Druck. Die Ventilanordnung 30 ermöglicht eine wahlweise Beaufschlagung des Kolbens mit Druck, indem mehr oder weniger hydraulisches Strömungsmittel über eine Leitung 36 dem Lamellenpaket zugeführt wird. Dadurch erfolgt eine Kühlung für das Lamellenpaket, und die ölscherung zwischen den Lamellen wird aufrechterhalten. Ein Bremsventil 38 ist vorgesehen, um den Druck auf der Arbeitsseite des Kolbens zu entlasten, so daß die volle Federkraft zur Betätigung der Bremse ausgenutzt werden kann.

Gemäß F i g. 2 enthält die Einheit 1 ? ein zylinderförmiges Kupplungsgehäuse 42 mit in Längsrichtung und nach außen verlaufenden Rippen 44 und einer relativ weiten Öffnung 46, die durch eine Ventillagerplatte 48 abgeschlossen ist; die letztere ist durch Schrauben 50 befestigt und durch eine Strömungsmitteldichte Dichtung 52 abgedichtet. In einer mit Gewinde versehenen öffnung 54, die in der Platte 48 gebildet in. ist ein Ablaß 56 der Ventilanordnung 30 installiert, durch den hydraulisches Medium in ein im Inneren des Gehäuses

42 gebildetes Reservoir 43 hinein abgegeben wird. Zur Erleichterung der anfänglichen Füllung des Reservoirs

43 ist am rechten Ende der Platte 48 (wie in F i g. 2 ^₀ gezeigt) eine entfernbare Entlüftungskappe 45 vorgesehen.

Am linken Ende des Gehäuses 42 liegt ein sich im Winkel erstreckender angeformter Endwandabschnitt 58 mit einem angeformten, sich in Längsrichtung f,₅ erstreckenden Lagerabschnitt 60. Der Abschnitt 60 weist eine mittlere öffnung 66 auf, durch welche sich die Welle 14 hindurcherstreckt. Die Welle 14 ist in einem Lager 64 drehbar gelagert, weiches einen Außenring und auf einem Umfangsabschnitt 68 der Welle 14 einen Innenring aufweist Der Innenring sitzt gegen eine radiale Schulter 70 am rechten Ende des Abschnitts 68 und wird durch einen Haltering 72 gegen diese in Anlage gehalten. Der Außenring iiegt gegen eine nach innen stehende Schulter 62 und wird durch einen Dichtungsring 74 gegen diese in Anlage gehalten Der Ring 74 ist durch Schrauben 78 mit der Außenseite des Abschnitts 60 verbunden, wobei dazwischen eine Strömungsmitteldichtung 80 vorgesehen ist Der Ring 74 hält auch einen Dichtungsring ?2, der außen gegen dis Welle 14 anliegt Am äußeren Ende der Antriebswelle 14 ist außerhalb des Dichtringes 74 eine Ventilatoranordnung 84 angeordnet die einen mittleren ringförmigen Überwurfabschnitt 86 mit einer mittleren öffnung 88 enthält in der das äußere Ende der Antriebswelle 14 aufgenommen wird. Die Anordnung 84 hat außerdem radial nach außen und in Längsrichtung verlaufende Lüfterschaufelhalter 90, die Lüfterschaufeln 92 halten. Wie ersichtlich, führt die Umlaufbewegung der Antriebswelle 14 zu einer gleichzeitigen Drehbewegung der Lüfterschaufeln 92, wodurch Kühlluft am Gehäuse 42 vorbeigedrückt wird. Ein Lüftergehäuse 92 lenkt den Luftstrom am Umfang des Gehäuses 42 vorbei. Es weist eir.?n radial nach innen verlaufenden Abschnitt 94 auf, der durch Schrauben 95 an einer ringförmigen Ausnehmung % befestigt ist, die sich am linken Ende des Gehäuses 42 befindet. Der Abschnitt 94 enthält axiale öffnungen 98. durch welche die Kühlluft hindurchgeführt wird. Das Lüftergehäuse 92 enthält außerdem einen äußeren radialen Abschnitt 100 mit einer Öffnung 102, die die hydraulische Pumpe 32 aufnimmt.

Wie im vorhergehenden bereits angedeutet, liefert die hydraulische Pumpe 32 unter Druck stehendes Strömungsmittel zur Ventilanordnung 30 zu einem hydraulisch betätigten Kolben. Die Pumpe 32 kann entweder im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn betrieben werden; sie .inthält eine Antriebswelle 104 mit einer Riemenscheibe 106. Die Riemenscheibe 106 enthält Zähne 108, die mit einem Zahnriemen HO in Eingriff stehen. Die Antriebswelle 14 ist mit einer Keilverzahnung 112 versehen, die zum Antrieb des Steuerbandes 110 dient

Die Kupplungs/Bremseinheit 12 kann eng mit einem zugeordneten Antriebsmotor gekuppelt werden, der bei 16 gezeigt ist Der Motor 16 enthäl·. einen äußeren radial verlaufenden Lagerflansch 114 und eine Abtriebswelle 116. Die Welle 116 ragt in eine axiale Bohrung 118 in der Antriebswelle 14 und ist über einen Keil 120 mit dieser verbunden. Die Einheit 12 ist über einen Verbinder 122 mit dem Motor verbunden, der mittels Schrauben od. dgl. (nicht gezeigt) mit dem Lüftergehäuse 92 und dem Lagerflansch 114 verbunden ist

Die Bohrung 118 der Antriebswelle 14 ist an einem Ende durch einen scheibenförmigen Stopfen 126 geschlossen, der einen O-Ring 128 in seiner äußeren Umfangsfläche aufnimmt und in Anlage gegen eine durch eine Gegenbohrung 124 gebildete ringförmige Schulter 129 gehalten ist. In der Gegenbohrung 124 der Welle 14 ist auch eine Lageranordnung 130 untergebracht, welche das nach innen ragende Ende der Antriebswelle 18 drehbar lagert. Die Antriebswelle 14 enthält außerdem einen radial erweiterten Abschnitt 132 zur Lagerung eines Ansatzes, der sich im Winkel zur Lageranordnung 130 nach außen erstreckt und einstückig eine Anzahl axial verlaufender Ansätze 134 enthält, die Kupplungslamellen 222 gleitend aufnehmen.

ft / ο ι

Das rechte Ende des Gehäuses 42 ist mit einem nach innen verlaufenden radialen Flansch 136 versehen, der von seinem äußeren axialen Ende aus leicht nach innen liegt, und eine zylinderförmige innere Öffnung 138 begrenzt. An dem äußersten rechten Ende des Gehäuses 42 ist ein radial verlaufender äußerer Flansch 140 gebildet, der über eine Dichtung und durch mehrere Schrauben (nicht gezeigt) mit einem Gehäuseendkörper 142 verbunden ist. Der Körper 142 enthält einen axial verlaufenden Nabenabschnitt 144 mit einem Lagerabschnitt 146, der angeformte axiale Ansätze 148 hat. Die Ansätze 148 können eine Reihe Bremslamellen 224 gleitend aufnehmen. Der Gehäuseendkörper 142 enthält außerdem einen radialen Flanschabschnitt 150 mit einem erweiterten seitwärts verlaufenden Fuß 143 (s. F rg. b und 7) zur Lagerung der Einheit 12, sowie einem angeformten Leitungskasten 152, der durch eine entfernbare Abdeckplatte 154 geschlossen ist. Ein magnetischer Drehzahlgeber 156 greift in eine mit Gewinde versehene Bohrung 158 ein, die am unteren Ende des Kastens 152 gelegen ist, und ein mehrteiliger Anschlußstreifen 160 ist an einer Innenwand desselben gehalten, um elektrische Verbindungen zwischen Ventilanordnung 30, Bremsventil 38 (falls benutzt), magnetischem Drehzahlgeber 156 und der Steuereinheil 26 herzustellen.

In dem am rechten Ende des Körpers 152 gebildeten zylindrischen Durchgang 166 ist ein ringförmiges Lagergehäuse 164 angeordnet, das durch einen Haltering 170 in Anlage gegen eine am inneren Ende des Kanals 166 gebildete radiale Schulter 168 gehalten wird. Das Gehäuse 164 ist durch einen strömungsmitteldichten O-Ring 172 im Kanal 166 abgedichtet, welcher in der am Außenumfang des Gehäuses gebildeten Nut 174 liegt. Am Innenumfang des Gehäuses 164 sind erste und zweite zylindrische Bohrungen gebildet, die bei 176 bzw. 178 gezeigt sind und zwischen sich eine radiale Schulter 180 bilden, in der Bohrung 176 ist ein Dichtringkörper 182 und in der Bohrung 178 ist eine Lageranordnung 184 für ein Ende der Abtriebswelle 18 angeordnet, die durch einen Haltering 186 axial gegen die Schulter 180 in Anlage gehalten wird. Der Innenring des Lagers 184 ist in der Nähe eines leicht erweiterten ringförmigen Abschnitts 188 gelagert, der auf dem Außenumfang der Abtriebswelle 18 gebildet ist, und wird durch einen Haltering 190 davon auf Abstand gehalten. Auf der gegenüberliegenden Seite des Innenringes des Lagers 184 ist ein ringförmiger Abstandsring 191 gelagert und stellt das Zahnrad 22 axial fest. Das Zahnrad 22 ist mit einer großen Anzahl Zähne versehen, um eine angemessen große Anzahl von Impulsen je Umdrehung der Welle 18 auf die Steuereinheit 26 zu übertragen. Das Zahnrad 22 weist z. B. t92 Zähne auf und erzeugt dadurch je Umdrehung der Abtriebswelle 18 192 Impulse. Das Zahnrad 194 wird durch eine Sicherungsmutter 196, die auf einem Gewindeabschnitt 195 der Welle 18 sitzt auf der Abtriebswelle 18 gehalten.

Der entgegengesetzte Endabschnitt der Welle 18 mit Bezug auf die Sicherungsmutter 196 ist mit einem Abschnitt 198 von erweitertem Durchmesser versehen, der eine äußere Keilverzahnung 202 um seinen Außenumfang herum aufweist, und eine Ringnut 200. Der Teil des Abschnitts 198 links von der Nut 200 weist eine Anzahl mit Umfangsabstand angeordneter axialer Kanäle 206 auf, die eine Verbindung für das hydraulische Medium zum Kupplungslamellenpaket herstellen. Ober der Nut 200 ist ein relativ stationärer ringförmiger Ringkörper 212 angeordnet, der einen radialen Durchgang 214 aufweist, welcher mit einem inneren Ende eines Nippels 214 zusammenwirkt. Das gegenüberliegende Ende des Nippels 214 greift gleitend in den Ablaß 56 ein und ist durch einen O-Ring 55 abgedichtet. Der Nippel 214 führt hydraulisches Medium vom Ablaß 56 zu den Kanälen 206, und zwar über die Ringnut 200. Mit der Abtriebswelle 18 sind zwei ringförmige Druckplatten 215 und 216 verbunden und auf gegenüberliegenden Seiten des Körpers 212 auf Abstand gehalten. Die Platten 215 und 216 arbeiten als axial stationäre Druckplatten für die Kupplungs- und Bremsscheibenpakete.

Eine mit 218 bezeichnete erste Reihe Bremslamellen mit inneren Keilnutverzahnungen, die komplementär

iS zur Keilverzahnung 202 ausgebildet sind, ist dieser aufgekeilt, und eine zweite Reihe von Bremslamellen, die mit 220 bezeichnet sind, ist mittels einer Keilnutverbindung mit den Keilnuten 202 auf der rechten Seite der Platte 216 in Eingriff.

Kupplungslamellen mit radialen Nuten und Zähnen greifen in die Ansätze 134 ein. Diese sind in gleichmäßigen Umfangsabständen angeordnet. In ähnlicher Weise sind die Bremslamellen 224 mit einer Anzahl mit Umfangsabstand angeordneter Nuten und Zähnen versehen, die in Eingriff mit den Ansätzen 148 stehen.

Der Nabenabschnitt 144 des Körpers 142 besitzt einen mittigen zylindrischen Durchgang, der sich von der radialen Schulter 168 aus nach innen erstreckt. In dem Durchgang ist ein ringförmiger Betätigungskolben 228 gleitend angeordnet, der einen radial erweiterten Endabschnitt 230 aufweist, welcher einen O-Ring 232 zur Abdichtung des rechten Endes des Kolbens 228 trägt. Das linke Ende des Kolbens 228 ist entsprechend durch einen O-Ring 234 abgedichtet Der Kolben 228 kann zum linken Ende des Gehäuses hin verstellt werden unter dem Einfluß mehrerer mit Umfangsabstand angeordneter in Längsrichtung verlaufender Kolbenfedern 236, die in Bohrungen 238 des Lagergehäuses 164 angeordnet sind. Die inneren Enden der Feder 236 drücken unmittelbar auf die Außenseite des Kolbens 228, während die äußeren Enden der Feder 236 gegen die Innenseite der Bohrungen 238 drücken. Die Innenseite jeder der Bohrungen 238 ist für einen noch zu beschreibenden Zweck mit einer koaxialen Gewindebohrung 240 von kleinerem Durchmesser versehen, in welchem Verschlußstöpsel 242 angeordnet sind.

Der Zwischenraum, der zwischen einer am Innenumfang des Gehäuses 142 gebildeten radialen Schulter und der Innenseite des Endabschnitts 230 des Kolbens 228 gebildet ist, stellt einen Arbeitszylinder 245 dar. Der Zylinder 245 ist mit Strömungsmittelkanälen 246 und 248 im Endgehäuse 242 und dem Gehäuse 42 verbunden und durch O-Ringe 241 und 243 abgedichtet Die Kanäle 246 und 248 stehen in Verbindung mit der Druckseite der hydraulischen Pumpe 32 über eine Leitung 250. Wenn dem Zylinder 245 fiber die Leitung 250, dem Kanal 248 und dem Kanal 246 unter Druck stehendes hydraulisches Strömungsmittel zugeführt wird, dann wird der Kolben 228 entgegen dem Widerstand der Federn 236 in Längsrichtung nach rechts beaufschlagt Wenn der Strömungsmitteldruck innerhalb der Kammer 245 unter einen vorgegebenen Wert abfällt wird der Kolben 228 durch die Federn 236 nach links verstellt

Die mechanische Kopplung entweder zum gleichzeitigen Modulieren der Druckbelastung der Kupplungslamellen 222 und 218 und Entlasten des Reibungseingriffs zwischen den Bremslamellen 224 und 220 oder

1533

wahlweise zum gleichzeitigen Entlasten des Reibungseingriffs zwischen den Kupplungslamellen 222 und 218 und Zusammendrücken der Bremslamellen 224 und 220 in Abhängigkeit von der Verstellung des Kolbens 228 wird erzielt durch von in Längsrichtung verlaufenden mit Umfangsabstand angeordneten Bolzen 252 und im Wechsel mit einer gleichen Anzahl in Längsrichtung verlaufender und mit Umfangsabstand angeordneter Stangen (nicht gezeigt). Die Bolzen 252 und Stangen sind gleitend jeweils in Bohrungen 254 angeordnet, die in dem erweiterten Durchmesserabschnitt 198 der Abtriebswelle 18 gebildet sind. Das rechte Ende der Bolzen 252 ist jeweils mit einem Außengewinde versehen und kann mit einem ringförmigen Bremsbetätigungskörper 256 fest verschraubt werden, während das linke Ende in geeigneten Bolzenhalterungen gehalten ist, die in einem ringförmigen Kupplungsbetätigungskörper 258 gebildet sind. Die Stangen (nicht gezeigt), welche im Wechsel mit den Bolzen 252 auf dem Umfang um die Welle 18 herum angeordnet sind, stoßen mit ihren gegenüberliegenden Längsenden gegen axial einstellbare Stellschrauben (nicht gezeigt), welche in fluchtende Bohrungen der Betätigungskörper 256 und 258 eingeschraubt werden. Die Stangen arbeiten als Abstandshalter zur Aufrechterhaltung eines axialen Abstands zwischen den Körpern 256 und 258 und zur Steuerung des Spalts zwischen den Scheiben 218 und einer auf dem Kupplungsbetätigungskörper 258 gebildeten Fläche 259, wobei der relative axiale Abstand zwischen ihnen durch geeignete axiale Einstellung der Stellschrauben eingestellt wird.

Der Bremsbetätigungskörper 256, welcher eine Druckfläche 262 enthält, ist über ein Wälzlager 264 mit dem Kolben 228 verbunden. Der Innenring des Lagers ist zwischen einer Schulter 266 und einem Haltering 268 gehalten, der auf dem Bremsbetätigungskörper 256 angeordnet, während der Außenring zwischen einer Schulter 270 und einem Haltering 172 gehalten ist, der auf dem Kolben 228 angeordnet ist. Bei dieser Anordnung bewegen sich die Körper 256 und 258 in Längsrichtung innerhalb des Gehäuses 42, wenn der Kolben 228 eine Längsbewegung ausführt; jedoch sind die Körper 256 und 258 infolge des Wälzlagers 264 frei um die Längsachse der Einheit 12 relativ drehbar. Die Druckfläche 262 des Bremsbetätigungskörpers 256 _4i kann mit den Bremslamellen 220 in Eingriff treten, um die Bremslamellen 224 und 220 in Reibungseingriff zu bringen.

Die Drehmomentübertragungselemente innerhalb des Gehäuses 4Z d. h. die Kupplungslamellen 222 und 218 und die Bremslamellen 224 und 220, sind in einem Bad hydraulischen Mediums angeordnet, welches sich innerhalb des in dem Gehäuse 42 gebildeten Reservoirs 43 befindet und über den Ablaß 56 der Ventilanordnung 30 von der Pumpe 32 gespeist wird. Bei den Kupplungslamellen 222 und 218 wird der Druck selektiv zwischen den Platten 222 und den Scheiben 218 moduliert, wodurch auf Grund der Scherung des Strömungsmittels zwischen jeweils benachbarten Lamellen 222 und 218 ein gesteuerter Schlupf erreicht wird. Der Arbeitszylinder 245 des Betätigungskolbens 228 ist mit der Förderseite der Pumpe 32 verbunden, und zwar über die Leitung 25a Die Leitung 250 ist aufströmseitig der Ventilanordnung 30 mittels einer Zweigleitung (nicht gezeigt) mit der Einlaßöffnung 274 desselben verbunden.

Die Saugseite der hydraulischen Pumpe 32 ist mit der Unterseite des Gehäuses 42 (Reservoir 43) über eine Leitung 276 verbunden. Hydraulisches Medium kann so von der Unterseile des Gehäuses 42 über die Leitung 276 abgezogen und zur Saugseite der Pumpe 32 hingeführt werden. Das Strömungsmittel wird dann über die Leitung 250 zur Einlaßseite der Ventilanordnung 30 hin abgegeben und dann zum Arbeitszylinder 245 des Betätigungskolbens 228.

Die Konstruktion der Ventilanordnung 30 ist derart, daß sie den Strömungsmitteldruck auf den Betätigungskolben 228 in Abhängigkeit vom Stellsignal (Leitung 31) erhöht oder vermindert. Die Kolbenrückholfedern 236 wirken dem Druck in dem Arbeitszylinder 245 entgegen und bilden eine Bruchsicherung durch Betätigung der Bremslamellen 224 und 220 bei NichtVorhandensein oder Verlust von unter Druck stehendem hydraulischem Medium. Somit wird die Abtriebswelle J8 genau in Abhängigkeit von der gewünschten Drehzahl geregelt. Das in die Ventilanordnung 30 eintretende hydraulische Medium wird durch den Nippel 214, die Ringnut 200 und durch die axialen Kanäle 206 zum Kupplungslamellenpaket geleitet. Somit trägt das hydraulische Medium zugleich zur Wärmeabfuhr vom Kupplungslamellenpaket bei. Das hydraulische Medium wird bei seinem Durchgang zwischen den Lamellen 222 und 218 auch durch die Zentrifugalkraft beeinflußt und in Richtung auf die Innenwand des Hauptgehäuses 42 gelenkt. Die Wärme wird hier infolge der Luftkühlung des Gehäuses durch die Ventilanordnung 84 abgeführt. Wenn eine zusätzliche Kühlung erforderlich ist. dann kann ein Kühlmittel, wie beispielsweise Wasser, durch einen Wassermantel 247 hindurchgeleitet werden, der am rechten Ende des Gehäuses 42 gebildet ist.

In diesem Zusammenhang wird darauf aufmerksam gemacht, daß der Mantel 247 zwischen dem Flansch 136 des Gehäuses 42 und dem Flansch 150 des Endabschnitts 142 gebildet ist. Der Mantel 247 ist von ringförmiger Gestalt und enthält eine Vielzahl mit Umfangsabstand angeordneter nach innen verlaufender Rippen, die dazu dienen, die Fläche des Mantels 247 zu vergrößern und dadurch sein Wärmeübertragungsvermögen zu erhöhen. Entsprechende Rippen können auch im Reservoir 43 angeordnet werden, um die Wärme des hydraulischen Mediums auf das Gehäuse 42 zu übertragen. Entfernbare Verschlußstöpsel können auf gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses 42 vorgesehen werden, um den Mantel 247 an eine Wasserquelle anzuschließen, und zwar an das Wassernetz oder eine Wasserpumpe.

Es sei angenommen, daß der Motor 16 läuft und die Bremslamellen 224 bzw. 226 in Eingriff sind. In diesem Zustand kann, wie ersichtlich, die Antriebswelle 14 frei umlaufen, da sich das Kupplungslamellenpaket nicht in Eingriff befindet Der Umlauf der Antriebswelle 14 infolge ihrer Antriebsverbindung mit der hydraulischen Pumpe 32 gewährleistet eine Übertragung des Mediums zur Leitung 250, welches im wesentlichen durch die Ventilanordnung 30 entlassen wird. In Abhängigkeit von einem vorgegebenen Stellsignal der Steuereinheit 26 erzeugt die Ventilanordnung 30 eine veränderlich« Einschnürung der Abströmung, wodurch der Arbeitszylinder 245 über Leitung 250 und die Kanäle 248 und 24f unter Druck gesetzt wird. Das bewirkt ein Versteller des Kolbens 228 nach rechts entgegen den Schraubenfe dem 236. Demzufolge bewirkt eine Verstellung de; Kolbens 228 nach rechts ebenfalls eine Bewegung de: Bremsbetätigungskörpers 256 und des Kupplungsbetä tigungskörpers 258 nach rechts, wodurch zwei Funktio nen ausgeführt werden. Der Kupplungsbetätigungskör per 258 drückt die Kupplungslamellen 222 und 21!

509529/34

1533

zwischen der zugewendeten Seite 259 des Kupplungsbetätigungskörpers 258 und der Druckplatte 215 zusammen. Zweitens und gleichzeitig verursacht die obenerwähnte Verstellung des Bremsbetätigungskörpers 256 in Längsrichtung eine Bewegung der Druckfläche 262 der Druckplatte 216 und löst dadurch die Bremse, damit sich die Abtriebswelle 18 frei drehen kann. Der Reibungseingriff des Kupplungslamellenpakets erzeugt eine Drehmomentübertragung zwischen der Antriebswelle 14 und der Abtriebswelle 18 in Abhängigkeit vom Stellsignal. Der magnetische Drehzahlgeber 156 ermittelt die durch das umlaufende Zahnrad 194 erzeugten Impulse und erzeugt ein Ist-Signal, das in der Steuereinheit 26 mit einem Soll-Signal verglichen wird und zur Bildung des Stellsignals führt. Die gesamte volumetrische Leistung von der Pumpe, die zur Druckbelastung des Betätigungskolbens 228 nicht benötigt wird, wird über die Ventilanordnung 30 auf das Kupplungslamellenpaket gegeben, um die Scherung aufrechtzuerhalten und die erzeugte Wärme abzuführen. Die beschriebene Anordnung 10 veränderlicher Drehzahl ist gut geeignet zum Antrieb vom Pumpen, Ventilatoren, Strangpressen. Mischeinrichtung, Werkmaschinen usw.

In der oben beschriebenen Ausführungsform ist die Antriebswelle 14 in enger Verbindung mit dem Antriebsmotor 16 angeordnet.

Fig.3 zeigt eine abgewandelte Antriebswellenan Ordnung, mittels derer die Kupplungs/Bremseinheit 12 im Abstand zum Motor liegt. Im Interesse der Klarheit "verden gemeinsame Bestandteile und Elemente der in Verbindung mit F i g. 2 beschriebenen Kupplung*/ Bremseinheit 12 benutzt. Ein zylinderförmiger Antriebsw-IIenverbinder 280 ist in das äußere Ende der Antriebswelle 14 eingesetzt und erstreckt sich nach links aus ihr heraus. Der Verbinder 280 ist an dem einen Ende mit einem erweiterten Flansch 282 versehen, welcher gegen eine radiale Schulter 284 stößt, die auf der Innenseite der Antriebswelle 14 gebildet ist. Der Verbinder 280 ist mit der Welle 14 durch einen Keil in einer Keilnut 288 verbunden. Zwischen den gegenüberliegenden Enden des Verbinders 280 ist ein zylinderförmiger Lagerabschnitt 290 gebildet. Auf dem rechten Ende des Abschnitts 290 ist ein ringförmiger Abstandsring 294 gleitend angeordnet (wie in F i g. 3 gezeigt) und stößt gegen eine an der Innenseite der Antriebswelle 14 gebildete Schulter 296, um dadurch einen Innenring 298 eines Lagers 300 festzusetzen. Der Innenring 298 wird durch eine Sicherungsmutter 302 und eine Zwischenlegescheibe 304, die mit der Welle 290 verschraubt sind, axial gegen den Ring 294 gehalten. In einer koaxialen Öffnung 308 der Lagerplatte 310 wird ein Außenring 306 gehalten, wobei die Platte 310 durch Schrauben 312 mit dem Lüftergehäuse 92 verbunden ist. Die Platte 310 wei'-i Schlitze (nicht gezeigt) auf, durch welche die einströmende Luft zum Ventilator 84 strömen kann. Somit läßt sich die Antriebswelle 14 der Kuppiungs/Bremsemheit 12 leicht in eine Kraftübertragung einpassen, beispielsweise durch eine Keilverbindung fiber eine Keilnut 314 zu einer Riemenscheibe, RoBe, Zahnrad oder Drehkupplung.

Bei einer Anwendongsart der Anordnung 10 läßt sich die gesteuerte Drehbewegung der Antriebswelle 18 in eine gesteuerte lineare Bewegung in zwei Richtungen umwandeln, beispielsweise bei einem hin- und hergehenden Kolbenkörper in einem doppelendigen Zylinder. Bei derartigen Anwendöngsarten kann die Steuereinheit 26 auch so programmiert werden, daß er während bestimmter Abschnitte eines Hubs eine Steuerung im Sinne einer Beschleunigung oder Verzögerung aul den Kolben überträgt; die bestimmten Abschnitte können durch Einbau eines Grenzschalters an jedem Punkt festgelegt werden, an welchem eine Beschleunigung oder Verzögerung des Kolbens erwünscht ist.

In F i g. 4 wird eine als Beispiel gedachte Skizze der Vorrichtung zum Umwandeln der Drehbewegung in eine lineare Bewegung in zwei Richtungen gezeigt.

ίο Diese Skizze zeigt, daß die Antriebswelle 16 des Motors zum Antrieb mit der Kupplungs/Bremseinheit 12 und der hydraulischen Pumpe 32 in derselben Weise verbunden ist wie in Verbindung mit F i g. 2 beschrieben. Die Abtriebswelle 18 der Kupplungs/Bremseinheit ist mit einer Pumpe 320 fester Verdrängung verbunden, welche einem noch zu beschreibenden geschlossenen hydraulischen Kreislauf hydraulisches Strömungsmittel zuführt. Hydraulisches Strömungsmittel wird dem geschlossenen Kreislauf von der Pumpe 32 über eine Leitung 322 zugeführt, welche ein Einwegrückschlagventil 324 enthält. Die Leitung 322 steht in Verbindung mit einem Dreiwegeventil 322, und /war über eine Leitung 328, die einen Druckschalter 330 enthält. Die Ansaugseite der Pumpe 320 fester Verdrängung ist durch eine Leitung 332 an ein Vierwtgeventil 326 angeschlossen, sowie an ein Sperrventil 334, das zur Vorbelastung des geschlossenen hydraulischen Kreises benutzt werden kann. Auf der Abströmseite des Vierwegeventils 326 ist ein doppelendiger Zylinder 336 angeordnet, welcher einen hin- und hergehenden Kolben 338 enthält. Die Enden des Zylinders 336 sind durch Leitungen 340 und 342 an das Vierwegeventil 326 angeschlossen, wobei die Leitung 342 eine Strömungs mittelverbindung zur rechten Seite des Kolbens 338 und die Leitung 340 einer Strömungsmitteiverbindung zur linken Seite des Kolbens bildet.

Zur Erläuterung sei beispielsweise angenommen, daß der Kolben 338 während des ersten Teils seines Hubes auf eine programmierte Geschwindigkeit beschleunigt werden und an einem bestimmten Punkt eine Verzögerung er'eiden soll. Durch Anordnung eines Grenzschalters 339 an diesem Punkt und Verbindung mit einer Steuervorrichtung entsprechend der Steuereinheit 26 nach Fig.l, kann diese Steuerung erzielt werden.

indem die Steuervorrichtung eine Ventilanordnung, vergleichbar derjenigen nach Fig.l (Ventilanordnung 30). zwecks Steuerung der Kupplungsanordnung 12 betätigt. Darüber hinaus ist, weil der Kolben 338 am Ende seines Hubes reversiert werden muß, ein zweiter Grenzschalter 337 vorgesehen, um das Vierwegeventil 326 zu betätigen. In ähnlicher Weise kann ein zusätzliches Paar von Schaltern (nicht gezeigt) an dem gegenüberliegenden Ende des Zylinders 336 vorgesehen werden.

Das Vierwegeventil 326 arbeitet mit einem Drei-Stellungs-Vemilkörper, der in seiner mittleren Stellung normalerweise die Strömungsmitteiverbindung zwischen der Pumpe 320 und dem doppeltwirkenden Zylinder 336 blockiert und zu beiden Seiten der

fto mittleren Stellung eine Arbeitsstellung bildet ora die Vorderseite der Pumpe 320 wahlweise über die Leitung 322 und 328 mh der einen oder anderen der Leitungen 340 bzw. 342 zu verbanden. Das Ventil enthält ferner Federemrichtungen (nicht gezeigt), die auf den gegen-

f>s überliegenden Seiten des Ventilkörpers angeordnet sind, um den Ventilkörper normalerweise in eine Mittellage zu schieben, sie können auch ein hydraulisch betätigtes Steuerventil zur Steuerung des Betriebs des

1533

Ventilkörpers enthalten. Wie in Fig.4 gezeigt, ist die Anordnung schematisch dargestellt, wobei Pfeile auf den gegenüberliegenden Seiten der Mittellage die Flußrichtung des unter Druck stehenden Strömungsmittels gemäß der jeweils gewählten Stellung des Ventilkörpers angeben. In der Mittellage steht normalerweise die Druckseite der Pumpe 320 über die Leitungen 332 und 328 mit der Saugseite der Pumpe 320 in Verbindung.

Es sei angenommen, daß der Kolben zu Beginn beschleunigen, dann verzögern und schließlich anhalten soll. Dieses wird erreicht durch Steuerung des Betriebes der Pumpe 320 fester Verdrängung. Im einzelnen wird diese Folge eingeleitet durch ein »Start«-Kommando in der nicht gezeigten Steuervorrichtung. In Abhängigkeit des »Start«-Kommandos schaltet das Vierwegeventil, und die Kupplungsanordnung 12 beschleunigt die Pumpe 320 bei programmierter Steuerung auf eine vorgegebene volle Drehzahl. In Endnähe des Hubes des Kolbens 338 erzeugt der Grenzschalter 339 ein Signal für die Steuervorrichtung, wodurch das Kommando »Verzögerung« kommt, und die Bremse in der Kupplungsanordnung 12 verzögert die Pumpe bis auf eine vorgegebene niedrige Drehzahl. Am Ende des Hubes des Kolbens 338, der durch den Grenzschalter 337 bestimmt wird, kommt das Kommando »stop«, und die Bremse wird vollständig zur Einwirkung gebracht, wodurch die Pumpe 320 zum Stillstand gebracht und das Vierwegeventil 326 entregt wird. Das Ventil 326 schaltet dann den Ventilkörper in die Mittellage, in der die Zylinderöffnungen blockiert sind. Die Steuervorrichtung spricht auf einen bestimmten im System festgelegten Höchstdruck auf der Förderseite der Pumpe 320 an. Wenn der im System festgelegte Höchstdruck infolge einer Verklemmung oder unrichtigen Einstellung der Grenzschalter erreicht wird, dann kommt die Pumpe 320 zum Stillstand, und der Druckschalter 330 kann so eingerichtet sein, daß er die Kupplungsanordnung 12 in Trennstellung bringt. Wenn andererseits der Druckschalter 330 versagt oder unrichtig eingestellt ist und ein Stillstand länger anhält, dann kann in der nicht gezeigter; Ventilanordnung ein Temperaturschalter vorgesehen sein, welcher die Pumpe abschaltet, wenn die öltemperatur einen vorgegebenen Höchstwert erreicht.

Eine beispielsweise Anbringung der Anordnung 10 an die Pumpe 320 wird in den F i g. 5, 6 und 7 gezeigt. In F i g. 5 ist eine Verbindungsanordnung 346 mittels eines Flansches zwischen dem Endgehäuse 142 der Kupplungs/Bremseinheit 12 und der Pumpe 320 vorgesehen. Die Anordnung 346 besteht aus Flanschkörpern 348 und 358, die jeweils an das Endgehäuse 342 und die Pumpe 320 durch Schrauben 354 und 362 angeschlossen sind. Der Flansch 348 weist eine erhabene Fläche 350 auf, welche das Gehäuse 142 erfaßt und die Flansche werden durch eine Hülse 356 entsprechend auf Abstand gehalten. Die Abtriebswelle 18 der Kupplungs/Bremseinheit 12 ist mit der angetriebenen Welle 364 der Pumpe 320 über eine flexible Kupplung 366 verbunden. Der Flansch 358 enthält außerdem einen nach oben t*.

45

55

12

ragenden Abschnitt 368, der eine geeignete Konsole zur Lagerung des Vierwegeventils 326 bildet. Die Förderseite der Pumpe 320 ist durch ein Verteilerrohr 368 mit der Leitung 322 verbunden, wobei das Verteilerrohr eine Reduziereinrichtung 370, einen Krümmer 372 und erste und zweite T-Stücke 374 bzw. 376 enthält. Der Druckschalter 330 ist auf einem Steigrohr 378 gelagert, das durch ein Reduzierrohr 380 gebildet wird, und die Zweigverbindung des T-Stücks 376 bildet einen Steuerdruck für dps Vierwegeventil 326 über eine Leitung 382. Die Saugseite der Pumpe 320 ist über ein mit Gewinde versehenes Reduzierstück, einen Krümmer 386 und ein T-Stück 387 mit einer durchgehenden Bohrung in Verbindung mit dem Absperrventil 334 mit dem Vierwegeventil 326 verbunden. Die Abzweigleitung des T-Stücks 386 ist über eine Leitung 388 mit dem Vierwegeventil 326 verbunden, um wahlweise Strömungsmitteldruck über die Förderleitungen 340 bzw. 342 auf den doppeltwirkenden Zylinder 336 zu übertragen.

Die hydraulische Pumpe 32 liefert das Fördermedium für die Pumpe 320 und das Ventil 326. Um diese Funktion zu erfüllen, werden die verschiedenen Verschlußstöpsel 242 (s. F i g. 2) entfernt und eine Verbindung zwischen dem Inneren des Gehäuses 42 und der Anordnung 346 hergestellt. Die äußeren Ablaßöffnungen 390 und 392 der Pumpe 320 bzw. des Vierwegeventils 326 sind mit dem Inneren der Verbindungsanordnung 326 verbunden und stehen mit diesem in Verbindung, und zwar durch die Leitungen 394, 3% und T-Stück 398. Somit läßt sich das Medium sowohl für die Pumpe 320 als auch das Vierwegeventil 326 durch die Servopumpe 32 leicht heranführen. Vor dem Betrieb der Pumpe 320 wird die Rohranlage bis auf einen hydraulischen Druck von annähernd 30 psi vorbelastet, indem das Absperrventil 334 an eine Druckquelle angeschlossen und die gesamte Rohranlage von Luft befreit wird. Nach der Vorbelastung kann das System entsprechend dem in Verbindung mit F i g. 4 beschriebenen Verfahren betrieben werden.

Wie bereits in der als Beispiel angegebenen Arbeitsfolge der Pumpe 320 beschrieben, beschleunigt und verzögert der Antrieb 12 veränderlicher Drehzahl die Abtriebswelle 18 in Abhängigkeit von einem entsprechend programmierten Steuerungsprogramm. Die Beschleunigungs- und Verzögerungssteuerung kann beispielsweise bei Dampfpressen, Auswuchtmaschinen sowie für stoßweise Vorgänge bei Werkzeugmaschinen wirkungsvoll zum Einsatz kommen. Zur Beschleunigung der Abtriebswelle 18 wird die Reibung in dem Kupplungslamellenpaket durch Vergrößerung der Reibung erhöht. Diese wird durch den Betätigungskolben 228 in Abhängigkeit von dem im Arbeitszylinder 245 herrschenden Druck aufgebracht. Da dieser Druck durch die Ventilanordnung 30 in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal der Steuereinheit 26 verstellt wird, kann das Ausmaß der Drehzahländerung der Abtriebswell« 18 durch eine in der Steuereinheit 26 programmierte Bezugsgeschwindigkert gesteuert «erden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

1533

Claims (4)

Patentanspräche:

1. Kupplungsanordnung mit veränderbarer Ausgangsdrehzahi mit einem ein Flössigkeitsreservoir bildenden Kupplungsgehäuse, einer Antriebswelle, auf der innerhalb des Reservoirs Antriebs-Kuppiungsbmellen drehfest angebracht sind, einer Abtriebswelle, auf der mit den Antriebs-Kupplungslaraellen in Eingriff bringbare Abtriebs-Kupplungslamellen drehfest angebracht sind, einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung am Kupplungsgehäuse für die Kupplungslamellen, die mittels einer hydraulischen Druckquelle betätigbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ventilanordnung (30) in der Druckleitung (250) zwischen Druckquelle (32) und Betätigungsvorrichtung (228) angeordnet ist, die sowohl den zur Betätigungsvorrichtung übertragenen Druck in Abhängigkeit von einem Stellsignal (11) verändert, das der gewünschten Drehzahl der Abtriebswelle (18) entspricht als auch zumindest ein Teil des hydraulischen Mediums über die Kupplungslamellen (22, 218) dem Reservoir (43) zuführt.

2. Kupplungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung (30) ein auf das Stellsignal ansprechendes Entlastungsventil enthält, das mit der Ausgangsleitung (56, 214) verbunden ist.

3. Kupplungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsleitung (56, 214) mit einer Ringnut (200) der inneren Welle (18) in Verbindung steht, die ihrerseits mit mindestens einer axialen Nut (206) auf der Außenseite der Welle (18) im Bereich der Kupplungslamellen (222,218) verbunden ist

4. Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein magnetischer Drehzahlgeber (156) vorgesehen ist, der die Ist-Drehzahl der Abtriebswelle (18) ermittelt und der mit einem auf der Abtriebswelle (18) angeordneten Zahnrad (22) zusammenwirkt.