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Hydraulisch schaltbare Reibkupplung Die Erfindung bezieht sich auf
eine hydraulisch schaltbare Reibkupplung, in der zum Einrücken der Reibelemente
ein abgefederter Kolben dient, der in einem an der treibenden Welle befestigten
Gehäuse axial zum Gehäuse verschiebbar angeordnet ist und mit dem Gehäuse zwei koaxial
liegende und miteinander in Verbindung stehende Kammern veränderlichen Volumens
zur Aufnahme der Druckflüssigkeit bildet, von denen die erste mit einem Druckkanal
und die zweite mit einem Abflußkanal in ständiger Verbindung steht. Eine derartige
Reibkupplung findet Verwendung im Transportmaschinenbau.
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Bekannt sind hydraulisch schaltbare Reibkupplungen, die Reibelemente,
welche an den zu verbindenden treibenden und getriebenen Wellen angebracht sind
und ein System zur hydraulischen Steuerung dieser Elemente enthalten. Dieses System
enthält ein Gehäuse, das an einer der Wellen starr befestigt ist, und einen in dieser
untergebrachten abgefederten Kolben, der auf die Reibelemente einwirkt. Der Kolben
und das Gehäuse bilden
zwei koaxial liegende Kammern veränderlichen
Volumens, die zur Aufnahme der Druckflüssigkeit dienen. Die Kammern stehen mittels
eines eine Drosselstelle bildenden Kanals ständig miteinander in Verbindung. Die
erste Kammer, die näher zur Drehachse der Kupplung liegt, steht mit einem Druckkanal
ständig in Verbindung, der seinerseits mit einer Druckquelle in Verbindung steht.
Die zweite Kammer steht über ein Ventil mit einer Abflußleitung in Verbindung, vgl.
beispielsweise die US-PS 3 106 999.
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In der oben beschriebenen hydraulisch schaltbaren Kupplung ist aufgrund
der relativ geringen Ausmaße der Durchgangsquerschnitte der Kanäle, die die erste
Kammer mit der zweiten verbinden, ein Rutschen der Reibelemente der Kupplung bei
Auftreten von selbst geringen Flüssigkeitsverlusten durch die Dichtungen der zweiten
Kammer möglich. Außerdem findet während des Kupplungsbetriebes unter Einwirkung
von Fliehkräften ein Absetzen von feindispersen Teilchen - festen Verunreinigungen
und Verschleißprodukten - an der Wand der zweiten Kammer statt. Diese Verunreinigung
der Innenfläche der Kammerwand führt zur Beeinträchtigung der Kolbenbeweglichkeit
und zum Verschleiß der Elemente der hydraulischen Dichtung. Weiter erfolgt das Einrücken
der Kupplung nicht stoßfrei genug, was mit dem verhältnismäßig raschen Druckanstieg
in der zweiten Kammer zusammenhängt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erwähnten Nachteile
zu beseitigen und eine solche hydraulisch schaltbare Reibkupplung zu schaffen, in
der die Flüssigkeitszuführung unter Druck zu der zweiten Kammer auf solche Weise
erfolgt, daß dies die Wahrscheinlichkeit des Rutschens der Reibelemente erheblich
vermindert und Verunreinigungen dieser Kammer vermieden werden. Dabei soll die Reibkupplung
gegenüber den bekannten Kupplungen einfach in der Herstellung und zuverlässig im
Betrieb
sein.
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Diese Aufgabe wird mit einer Reibkupplung der eingangs beschriebenen
Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zweite Kammer ebenfalls mit dem Druckkanal
verbunden ist, wozu der letztere einen gemeinsamen Abschnitt mit dem Abflußkanal
besitzt, in dem ein Ventil derart angebracht ist, daß sich dessen bewegliches Element
in einer zur Drehachse der Kupplung im wesentlichen senkrechten Richtung zum selektiven
Verbinden der zweiten Kammer mit dem Abflußkanal bzw. dem Druckkanal verschieben
kann.
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Zweckmäßig ist im Gehäuse ein Kanal vorgesehen, der über ein in ihm
angebrachtes Rückschlagventil die zweite Kammer mit dem Luftraum außerhalb dieser
Kammer in Verbindung setzt.
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Die Verbindung der zweiten Kammer mit dem Luftraum außerhalb derselben
gestattet es, in der Kammer ein Luftkissen zu erzeugen, was zum stoßfr--ren Einrücken
der Kupplung beiträgt.
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Weiter ist zweckmäßig der Kanal mit dem Rückschlagventil in der von
der Drehachse der Kupplung am weitesten entfernten Zone des Gehäuses angeordnet.
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Die Ausführung des Kanals in dieser Zone des Gehäuses trägt zur Lufterhaltung
in der zweiten Kammer während der Flüssigkeitszuführung zu derselben bei.
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Die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführte hydraulisch schaltbare
Reibkupplung verringert die Wahrscheinlichkeit des Rutschens der Kupplung während
des Betriebes, gestattet rasches und stoßfreies Einrücken von Reibelementen und
läßt das Ansammeln von festen feindispersen Teilchen an den Wänden der zweiten Kammer
nicht zu. Außerdem ist die Kupplung konstruktiv einfach,
fertigungsgerecht
und zuverlässig im Betrieb.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine hydraulisch
schaltbare Reibkupplung gemäß der Erfindung im Längsschnitt bis zur Symmetrieachse,
Fig. 2 einen Schnitt nach II-II in Fig. 1, und Fig. 3 einen Schnitt nach III-III
in Fig. 2.
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Die hydraulisch schaltbare Reibkupplung enthält, wie in Fig. 1 dargestellt,
ein Gehäuse 1, das an einer nicht dargestellten treibenden Welle befestigt ist und
einen Kolben 2, der im Gehäuse 1 untergebracht ist und auf Reibelemente 3 und 3a
einwirkt. Die Reibelemente 3 sind mit dem Gehäuse 1 axial verschiebbar verbunden,
während die Reibelemente 3a über ein Teil 4 mit der nicht dargestellten angetriebenen
Welle axial verschiebbar verbunden sind. Am Gehäuse 1 ist eine Tragscheibe 6 mittels
eines Ringes 5 befestigt. Zur Rückführung des Kolbens 2 in die Ausgangsstellung
dienen elastische Elemente, als welche im vorliegenden Beispiel zylindrische Schraubenfedern
7 verwendet sind, die längs einer Kreislinie gleichmäßig verteilt sind. Mit dem
einen Ende liegen diese Schraubenfedern 7 am Kolben 2, mit dem anderen aber an einer
Scheibe 8 an, die am Gehäuse 1 befestigt ist. Zwischen dem Gehäuse 1 und dem Kolben
2 sind Dichtungsringe 9, 10 und 11 angebracht Das Gehäuse 1 und der Kolben 2 bilden
zwei koaxial liegende Kammern A und B veränderlichen Volumens, die zur Aufnahme
der Druckflüssigkeit dienen. Die erste Kammer A besitzt ein geringeres Volumen und
liegt näher zu einer Drehachse 12 der Kupplung. Die zweite
Kammer
B, die von der Drehachse 12 der Kupplung weiter entfernt ist, besitzt ein größeres
Volumen. Die Kammern A und B stehen über einen Drosselkanal 13 in ständiger Verbindung
miteinander. Die Kammer A steht mit einem Druckkanal 14 in ständiger Verbindung.
Der Druckkanal 14 steht mit einer Druckquelle in Verbindung und ist auf solche Weise
ausgeführt, daß er mit einem Abflußkanal 15 einen gemeinsamen Abschnitt 16 besitzt,
in dem ein Ventil 17 angebracht ist, das zum selektiven Verbinden der Kammer B mit
dem Druckkanal 14 oder dem Abflußkanal 15 bestimmt ist. Der Abschnitt 16 und die
Kammer B stehen über eine Bohrung 18, die im Gehäuse 1 ausgeführt ist, miteinander
in Verbindung. Im Gehäuse 1 ist ein Sitz 19 für ein bewegliches Element 20 des Ventils
17 vorgesehen. Das bewegliche Element 20 des Ventils 17 ist im Abschnitt 16 derart
angebracht, daß seine Verschiebungsrichtung zur Drehachse 12 der Kupplung praktisch
senkrecht ist. Am beweglichen Element 20 des Ventils 17 ist ein Zentrierbund 21
vorgesehen, der zum Zentrieren des beweglichen Elementes 20 bei der Verschiebung
desselben in der zur Drehachse 12 der Kupplung - in radialer Richtung - senkrechten
Richtung sowie zum Drosseln des Flüssigkeitsstromes bestimmt ist, der der Kammer
B zugeführt wird.
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Der Zentrierbund 21 liegt an einem Ring 22 an, der in einem am Gehäuse
1 durch Schrauben 24 (Fig. 2) befestigten Deckel 23 angebracht ist. Im Deckel 23
ist eine Nut 25 (Fig. 1 und 2) zur Flüssigkeitszuführung aus dem Druckkanal 14 zum
Ventil 17 vorgesehen. Zwischen dem Ring 22 und dem Deckel 23 ist ein Schutzgitter
26 aus Metall angeordnet. Das bewegliche Element 20 des Ventils 17 wird von einer
Feder 27 an den Ring 22 angedrückt.
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In der von der Drehachse 12 der Kupplung am weitesten entfernten Zone
des Gehäuses 1 ist ein Kanal 28 (Fig. 3) vorgesehen, der die Kammer B mit dem Luftraum
außerhalb dieser Kammer, d.
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h. mit dem Innenraum des nicht dargestellten Motorgehäuses, in welchem
die Kupplung angeordnet ist, verbindet. Im Kanal 28 ist
ein Rückschlagventil
29 angeordnet, das aus einem Gehäuse 30, einer Kugel 31 und einem Sicherungsstift
32 besteht, der die Kugel vor dem Herausfallen bewahrt.
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Die hydraulisch schaltbare Reibkupplung arbeitet wie folgt.
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Beim Einrücken der Kupplung mit Hilfe eines nicht dargestellten Systems
zur hydraulischen Steuerung wird dem Druckkanal 14 Druckflüssigkeit zugeführt. Diese
Flüssigkeit gelangt in die Kammer A der Kupplung sowie durch die Nut 25 des Deckels
23 und das Schutzgitter 26 an das bewegliche Element 20 des Ventils 17. Unter der
von dieser Flüssigkeit ausgeübten Druckeinwirkung verschiebt sich das bewegliche
Element 20 radial zur Drehachse 12 der Kupplung bis zum Anschlag mit seiner kegeligen
Oberfläche gegen den ringförmigen Vorsprung des Sitzes 19.
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-Hierbei wird die Feder 27 zusammengedrückt, und die Flüssigkeit strömt
nun durch den ringförmigen Drosselspalt zwischen dem beweglichen Element 20 des
Ventils 17 und der Wand des Abschnittes 16 sowie durch die Bohrung 18 in die Kammer
B. Die Kammer A wird, da ihr Volumen gering ist, rasch mit der Flüssigkeit gefüllt
und ermöglicht eine rasche Verschiebung des Kolbens 2. Der Kolben 2 fängt unter
der Druckeinwirkung der Flüssigkeit in der Kammer A an, die Reibelemente 3 und 3a
mit einer geringen Kraft zusammenzudrücken. Die Kammer B der Kupplung wird viel
langsamer als die Kammer A mit Flüssigkeit gefüllt. Bei einer Verschiebung des Kolbens
2 auf die Reibelemente 3 und 3a zu kommt es in der Kammer B zur Bildung eines Vakuums.
In der Folge gelangt die Luft durch das Rückschlagventil 29 in die Kammer B, wo
sie unter der Einwirkung der dorthin gelangenden Flüssigkeit allmählich verdichtet
wird.
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Mit fortschreitender Zuführung von Flüssigkeit zur Kammer B nimmt
der Druck in derselben nach und nach zu, und das Rückschlagventil 29 wird geschlossen.
Mit allmählich größer werdendem
Druck in der Kammer B nimmt auf
gleiche Weise die Zusammendrückkraft der Reibelemente 3 und 3a allmählich zu, was
zum stoßfreien Einrücken der Kupplung beiträgt. Mit zunehmendem Druck in der Kammer
B nimmt das Tempo der Flüssigkeitszuleitung zu dieser Kammer ab. Dies steigert noch
zusätzlich den stetigen Charakter der Zunahme des von der Kupplung übertragenen
Drehmomentes.
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Zum Ausrücken der Kupplung wird der Druckkanal 14 mit Hilfe des nicht
dargestellten hydraulischen Steuerungssystems mit der Abflußleitung in Verbindung
gesetzt. In der Folge fällt der Überdruck im Druckkanal 14, und zwar jene Druckkomponente,
die von der Arbeit der zum hydraulischen Steuerungssystem gehörenden Pumpe abhängig
ist, bis auf Null ab. Hierdurch wird das bewegliche Element 20 des Ventils 17 in
radialer Richtung von der Drehachse 12 der Kupplung weg verschoben und gibt den
Abflußkanal 15 frei. Die Flüssigkeit strömt aus der Kammer B durch die Bohrung 18
und den Abflußkanal 15 aus. Durch den Abflußkanal 15 strömt auch die Flüssigkeit
aus, die sich im Druckkanal 14 und in der Kammer A befindet. Hierbei strömen die
Flüssigkeitsreste aus der Kammer A in die Kammer B durch den Drosselkanal 13 über,
von wo sie durch die Bohrung 18 und den Abflußkanal 15 abgeleitet werden. Die rasche
Ableitung der Flüssigkeit aus den Kammern A und B der Kupplung gestattet es, mit
Hilfe der Schraubenfedern 7 den Kolben 2 rasch in die Ausgangsstellung zurückzubringen
und hierdurch die Kupplung rasch auszurücken.
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Die rasche Ableitung der Flüssigkeit aus den Kammern A und B wird
durch intensive Wirbelbildung in jenem Flüssigkeitsteil begleitet, der aus diesen
Kammern noch nicht ausströmen konnte.
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Infolge der intensiven Wirbelbildung werden die an den Innenflächen
der Kammern A und B abgeschleuderten feindispersen Teilchen
mit
der Flüssigkeit vermischt und zusammen mit dieser aus den Kammern abgeleitet. Auf
diese Weise erfolgt die Reinigung der Oberflächen der Kammern A und B.
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Bei der beschriebenen Reibkupplung beeinflußt die blleckage aus der
Kammer B durch die Dichtungen infolge des geringeren Drossellungsgrades des zur
Kammer B zugeführten Flüssigkeitsstromes das Auftreten des Rutschens in nur geringem
Maße.