DE3127262C2

DE3127262C2 - Schaltbare Kupplungs- und/oder Bremsvorrichtung

Info

Publication number: DE3127262C2
Application number: DE3127262A
Authority: DE
Inventors: Pierre 02540 Falmouth Mass. Foret
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Laurence Scott and Electromotors Ltd
Priority date: 1980-07-16
Filing date: 1981-07-10
Publication date: 1983-09-01
Also published as: DE3127262A1; JPS6152326B2; GB2080448A; FR2487028B1; US4381833A; FR2487028A1; IT8167980A0; GB2080448B; JPS5786627A; IT1144385B

Abstract

Eine verbesserte Reibring- und Kupplungsscheibenanordnung ermöglicht eine lange Lebensdauer und Betätigung mit hoher Geschwindigkeit von Kupplungs- und/oder Bremsvorrichtungen, die durch Fluiddruck betätigt werden, z.B. mit Unterdruck betätigte Kupplungs- und/oder Bremsvorrichtungen. Die Kupplungsscheibe hat abgestufte Ringteile, deren Dicke radial nach außen bis zu einem dünnsten äußeren Ringabschnitt mit größter Flexibilität in der insgesamt flexiblen Scheibe abnimmt. Der äußere Ringabschnitt berührt einen Reibring, um einen Spalt zwischen sich und diesem abzudichten und eine Verbindung zwischen einer Achse, auf der die Scheibe gelagert ist, und einem Gehäuse herzustellen, so daß sich entweder eine Kupplungs- oder Bremswirkung ergibt. Der Reibring bewirkt eine Ankupplung an die Scheibe, während ein den Scheibenrand umgebender Ringteil des Reibrings einen Leckspalt mit vorbestimmter konstanter Weite begrenzt, die nicht durch eine Abnutzung der Scheibe oder des Reib ringmaterials beeinflußt wird. Vorzugsweise wird der Spalt mit einer minimalen Weite durch Einschleifen einer Aussparung mittels der exzentrischen Scheibe in den Reibring ausgebildet. Der Spalt ist so eng, daß er einen Leckdurchfluß von Luft weitgehend verhindert.

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine schaltbare Kupplungs- und/oder Bremsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

GB-PS 11 30 408 beschreibt eine durch Unterdruck betätigbare Kupplungs- und/oder Bremsvorrichtung mit Magnetventilen. Diese Vorrichtung ist sehr rasch betätigbar und hat sowohl beim Bremsen als auch beim Kuppeln eine sehr kurze Umschaltzeit Zum Kuppeln oder Bremsen werden dünne, ebene Aluminiumscheiben benutzt Der Austrittsspalt zwischen der Kupplungsscheibe und der Reibfläche bei der bekannten Vorrichtung kann sich durch Verbiegen der Scheibe und Abnutzung des Reibmaterials augrund wiederholter Benutzung ändern. Die Folge ist eine unerwünschte Änderung der Ansprechempfindlichkeit

Außerdem neigen die bekannten dücnen Scheiben mit zunehmendem Durchmesser zu Verwemmgen bei der Herstellung, zum Reißen im Bereich der Scheibennabe bei der Drehmomentübertragung sowie zum Zerbrechen. Diese Gefahren erklären sich dadurch, daß eine Vergrößerung des Scheibendurchmessers um beispielsweise einen Faktor 2 eine Zunahme der auf die Scheibe wirkenden pneumatischen Kraft um den Faktor 4 und des Drehmoments um den Faktor 8 zur Folge hat Das Scheibenträgheitsmoment nimmt ebenfalls mit der vierten Potenz des Durchmessers zu. Fliehe ebene Scheiben, wie sie in GB-PS 11 30 408 beschrieben sind, sollten daher nur einen kleinen Durchmesser aufweisen, in der Rege! nicht mehr als etwa 200 mm (8 Zoll).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art anzugeben, bei der die Ansprechempfindlichkeit auch nach längerem Betrieb weitgehend unverändert ist

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Bei dieser Konstruktion behält der Ringspalt seine Weite unabhängig von einer Abnutzung der Reibfläche des Reibrings bei, so daß konstante Betriebsbedingungen über sehr lange Zeit eingehalten werden.

Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 2 ist die Scheibe im Bereich innerhalb des äußeren Ringabschnitts dicker als im äußeren Ringabschnitt so daß sie praktisch nur im äußeren Ringabschnitt flexibel ist Sie hat daher eine höhere Steifigkeit und ermöglicht die Übertragung eines höheren Drehmoments im Verhältnis zu ihrem Trägheitsmoment. Außerdem werden Verwerfungen der Scheibe vermieden. Obwohl sich im wesentlichen nur der äußere Ringabschnitt bei der Betätigung elastisch verbiegt und nach der Betätigung in seine Ausgangslage zurückfedert, kann sich auch die gesamte Scheibe geringfügig verbiegen. Die stufenweise Änderung der Dicke ist auf einfache Weise mit herkömmlichen Mitteln möglich. Die Dickenabstufung kann in mindestens drei Stufen vorgenommen sein, wobei der äußere Ringabschnitt der Scheibe über die Reibfläche des Reibrings hinweg eine gleichbleibende Dicke aufweist.

Besonders empfehlenswert ist ein etwa L-förmiger Querschnitt des Reibringes gemäß Anspruch 4.

Vorzugsweise ist dafür gesorgt daß die Scheibe in dem äußeren Ringabschnitt eine Dicke von etwa 4,75 bis etwa 0,76 mm hat und einteilig ausgebildet ist. Dabei kann die Scheibe einen Außendurchmesser von etwa 50,8 bis etwa 610 mm, vorzugsweise etwa 101,6 bis 508 mm, aufweisen.

Die Spaltweite des Ringspalts kann in Radialrichtung etwa 0,025 bis etwa 0,102 mm betragen. Dies ergibt einen Leckspalt mit konstanter Leckspaltfläche, die durch die Verbiegung der Scheibe bis zur Berührung des Reibrings im wesentlichen unverändert bleibt. Die elastische Verbiegung kann mit sehr hoher Geschwindigkeit mit sehr hoher Schalthäufigkeit durchgeführt werden. Da die dem äußeren Rand der Scheibe zugekehrte Fläche des Reibrings die Scheibe nicht

berührt und demzufolge zwischen dieser Fläche und dem Ring keine Reibung erfolgt, bleibt der Spalt auch nach sehr langer Betriebszeit konstant

Die Herstellung des Reibrings mit L-förmigem Querschnitt kann auf einfache Weise dadurch erfolgen, daß eine Scheibe aus härterem Material als das des Reibrings und mit kleinerem Außendurchmesser als der des Reibrings an der einen Seite des Reibrings anliegend gedreht wird, so daß eine Ausnehmung in den Reibring geschliffen wird und ein Luftspalt zwischen dem äußeren Rana der Scheibe und der Ausnehmung verbleibt und die radiale Spaltweite etwa 0,025 bis 0,102 mm beträgt

Hierbei kann die Kupplungsscheibe selbst praktisch als Schleifscheibe benutzt werden, wobei sich der Leckoder Luftspalt aufgrund der durch Toleranzen bedingten Exzentrizität oder Unrundheit der Scheibe von selbst ergibt

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat daher insgesamt folgende Vorteile:

Durch die Abstufung der Scheiben ergibt sich eine höhere Flexibilität im äußeren Ringbereich und dennoch eine hohe Festigkeit der Scheibe im minieren Bereich, was eine hohe Betriebsgeschwindigkeit bei langer Lebensdauer sicherstellt Die HersuIIung ist besonders einfach, da Hngerartig abgestufte Scheibenschnitte mittels herkömmlicher Werkzeugmaschinen ausgeführt werden können. Dadurch daß der Reibring die Scheibe am Rand mit Abstand umgibt wird ein konstanter Leckspalt eingehalten und das Problem einer Spaltweitenänderung vermieden. Im Spalt erfolgt keine Abnutzung im Gegensatz zu dem Fall, daß der Spalt durch die der ebenen Fläche der Scheibe zugekehrte Reibfläche des Reibrings begrenzt würde. Auf diese Weise ist ein gleichmäßiger Betrieb ohne unregelmäßige Bewegungen sichergestellt. Der Spalt bleibt konstant und klein. Dies ermöglicht eine größere Verbiegung der Scheibe ohne unregelmäßige Spaltänderungen. Selbst nach einer Abnutzung der mit der Scheibe in Berührung kommenden Reibfläche des Reibrings bleibt der Spalt unverändert und die Wirkungsweise der Vorrichtung weitgehend gleich. So kann die Ansprechempfindlichkeit beispielsweise während einer Abnutzungszeit, bei der sich der Spalt zwischen der Scheibe und der Reibfläche des Reibrings durch Abrieb von etwa 0,025 mm bis auf 3,81 mm ändert, plus oder minus 300 Mikrosekunrten betragen. Eine solche Abnutzung würde andernfalls eine sehr starke Änderung der Ansprechzeit bewirken.

Da im Spalt keine Abnutzung erfolgt und der Spalt sehr klein ist kann eb sehr kleines Leck bzw. sehr kleiner Durchfluß eingehalten werden, so daß der Unterdruck begrenzt wird, der zur Betätigung der Scheibe erforderlich ist. Dies ergibt eine höhere Ansprechgeschwindigkeit bei höherem Leistungswirkungsgrad. Da eir. engerer Spalt benutzt werden kann, dringt weniger Schmutz durch den Spalt ein, so daß die Vorrichtung sauberer bleibt und weniger der Gefahr einer Beschädigung durch Verschmutzung ausgesetzt ist.

Das Ausschleifen des Reibrings mittels der Scheibe, so daß sich ein Spalt mit einer Weite von 0,025 mm bis 0,102 mm ergibt, vereinfacht die Herstellung. Der enge konstante Spalt sorgt für eine erhebliche Drosselung des Luftstroms in eine Unterdruckkammer aufgrund von Turbulenzen.

Die Verwendung einer abgestuften Scheibe in Verbindung mit der MeQnahme, daß der Reibring den Scheibenrand mit einem Abstand umgibt so daß sich ein Spalt ergibt ermöglicht eine erhebliche Verbesserung, die die Reproduzierbarkeit des Betriebsverhaltens mit hoher Genauigkeit um mindestens 100% und gleichzeitig die Ansprechgeschwindigkeit um mindestens 100% erhöht Außerdem wird die Lebensdauer einer Kupplungs- und Bremsvorrichtung erheblich gesteigert

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachstehend anhand der Zeichnung bevorzugter Aus-ο führungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig.2 einen Schnitt durch die Vorrichtung nach F i g. 1 und

Fig.3 einen Schnitt durch eine Abwandlung des linken Teils der Vorrichtung nach den F i g. 1 und 2.

F i g. 1 zeigt eine elektro-pneumatische Kupplungs-Bremsvorrichtung 10 mit einer mittleren Welle 11, deren zugehörige Kupplungseinrichtung, einem feststehenden Gehäuse 12, einem Schwungrad 13 und zwei gleichen Petätigungseinrichtungen 14,14A Das Gehäuse 12 hat einen vorzugsweise rf iitwinkügen Querschnitt mit Beinen 12A, i2B zur Fefestigung der Kupplungsbremse auf einem nicht dargestellten feststehenden Fundament

In das Innere des metallischen Gehäuses 10 führt vorzugsweise ein Kanal 16 zu der vorzugsweise in der Mitte auf herkömmlichen Lagern 17 und 18 frei drehbar gelagerten Welle 11. Die Lager sind am Gehäuse befestigt und gestatten eine freie Drehung der Welle 11 unabhängig vom Gehäuse 12 Ein Kanal 52 sorgt für atmosphärische Bedingungen in den abgedichteten Lagern.

Das in F i g. 2 links dargestellte Ende der Welle trägt eine kreisförmige abgestufte Scheibe 19, die als Kupplungsteil in einem Bremsteil der Kupplungsbremse wirkt. Die Scheibe 19 ist mittels Keil und Klemmschraube 20 konzentrisch bzw. koaxial auf der Welle 11 befestigt

■«ο Auf dem in F i g. 2 rechten Ende der Weile Ii ist das Schwungrad 13 drehbar gelagert Es kann als Antriebsteil für die Kupplungsbremse wirken, z. B. wenn es mittels eines (nicht dargestellten) Treibriemens mit einem Antriebsmotor verbunden ist Das Schwungrad •»5 13 ist mittels Kugellagern 24 und 26 auf der Welle 11 drehbar gelagert. Die Welle wird durch Tellerfedern 53, 53A elastisch in ihrer Einbaulage gehalten.

Zwischen einer Scheibe 19Λ und dem Gehäuse 12 ist

eine Manschettendichtung 25 angeordnet Die Man-

>n schettendichtung besteht aus einem Hartgummiring 25, der in einer kreisförmigen Aussparung im Gehäuse sitzt und eine Wellendichtung bildet.

Die Kupplungsscheibe 19/t ist mittels gleicher Teüe,

wie die vorzugsweise identische Kupplungsscheibe 19, ajf dem rechten Ende der Weile 11 angebracht, wobei gleiche Teile mit dem Index »Λ« versehen sind, z. B.

Keil- und Klemmsciiraubenverbindung 2OA

Zwischen der Scheibe 19 und dem Ende des Gehäuses 12 ist eine Unterdruck- oder Saugkammer 27 in Form eines ringförmig abgestuften Hohlraums vorgesehen, der durch den Vorsprung eines kreisförmigen Reibrings 28 begrenzt wird. Der Reibring 28 ist am Gehäuse befestigt und hat vorzugsweise einen geringsn Abstand von der Anlageebene der Scheibe 19. Auf diese Weise wird ein ringförmiger Luft- oder Leckspalt 29 gebildet In ähnlicher Weise sind ein Reibring 28Λ und eine Unterdruckkammer 27/4 auf Seiten des Schwungrades auf der rechten Seite des Gehäuses gebildet. Die

Reibringe enthalten vorzugsweise Materialgemische aus hartelastischem Gummi und Kork oder andere für Kupplungen und Bremsen üblichen Reibmaterialien und bewirken eine Dämpfung der Kupplungsscheibe bei der Anlage. Die Unterdruck- oder Saugkammer 27/4 steht mit einer Betätigungseinrichtung 14/4 über eine Bohrung 30 in Verbindung. Diese verläuft durch die Scheibe 19/4, vorzugsweise parallel zu deren Achse, zu einem Saugkanal einer kreisförmigen Ausnehmung 31. Die Unterdruckkammer 27,4 steht auch während der Drehung der Scheibe ständig mit der Betätigungseinrichtung 14,4 über die Bohrung 30 in Verbindung. In ähnlicher Weise steht die Kammer 27 über einen Saugkanal 32 mit der Betätigungseinrichtung 14 in Verbindung.

Nachstehend wird nur die Bremsbetätigungseinrichtung 14 vollständig beschrieben, um die Beschreibung zu vereinfachen, da beide Betätigungseinrichtungen gleich sind, wobei sich gleiche Bezugszahlen auf gleiche Teile beziehen. Die Betätigungseinrichtung 14 ist luftdicht in einer kreisförmigen Bohrung 33 des Gehäuses 12 eingepaßt. Die Betätigungseinrichtungen bilden Ventile, die die Kupplungen 19 und 19/4 durch elektrische Betätigung umschalten.

Das Bremsventil 14 hat ein kreisförmiges Gehäuse 34, das einen Elektromagneten 35 mit einem Kern 36 aufweist, der mit einer mittleren, vorzugsweise axialen Gaseinlaßöffnung 37 versehen ist. Die Elemente 34, 35 und 36 sind an einer Montageplatte 38 befestigt, und zwar vorzugsweise mittels einer Kopfschraube 39, die in die Bohrung 37 geschraubt ist, wobei die Schraube 39 eine Bohrung 40 in axialer Verlängerung der Bohrung der GaseinlaBöffnung 37 aufweist. Die Bohrung 33 des Gehäuses 12 bildet zusammen mit dem unteren Ende des Ventilseine Ventilkammer41. Inder Kammer41 ist κ eine Fallscheibe oder ein bewegliches Verschlußstück 42 mit einem kleineren Durchmesser als der Durchmesser der Bohrung 33 angeordnet, um eine direkte Verbindung zwischen der GascinlaDöffnung 37 und dem Saugkanal 32 herzustellen, wenn das Verschlußstück die ⁴" in Fi g. 2 dargestellte Lage einnimmt. Vorzugsweise ist die Scheibe 42 in keiner Weise mit dem Gehäuse oder anderen Teilen des Ventils verbunden, so daß sie sich frei auf und ab bewegen kann. Ferner besteht sie aus magnetisierbarem Material, z. B. Eisen oder Stahl. «5

Die Scheibe 42 hat eine erste ebene Fläche, die der Gaseinlaßöffnung 37 zugekehrt ist. und eine zweite ebene Fläche, die einer Saugöffnung 43 zugekehrt ist. Die Saugöffnung 43 steht mit dem Kanal 16 in Verbindung, an dem eine Saugpumpe angeschlossen werden kant. Die Bohrung oder Öffnung 43 ist durch einen Ring 44 axial verlängert. Ein Ausschnitt 46 verbindet die Ventilkammer mit dem Saugkanal 32. Der Ring 44 ist am Gehäuse 12 befestigt

Die obigen Bauteile, mit Ausnahme der Kupplungsscheibe, der Kugellager 17,18,24, 26, der Gummimanschetten-Luftdichtungen 47,47 A. 47 B, 47 Cund 47D. sind im wesentlichen ebenso ausgebildet, wie es in der US-PS 33 78 121 beschrieben ist.

Jedes Ventil ist mit elektrischen Leitungen 51 versehen, die mit einem (nicht dargestellten) elektrischen Ein-Aus-Schalter zur Betätigung der Ventile verbunden sind

Fig.2 stellt einen bewegten Betriebszustand der elektropneumatischen Kupplungsbremse 10 dar. Das Schwungrad 13 ist über einen Treibriemen oder eine Antriebskette mit einem (nicht dargestellten) Elektromotor verbunden, der das Schwungrad mit konstanter Drehzahl antreibt. Die Saugöffnungen 43, 43/4 sind beide mit einer (nicht dargestellten) Saugpumpe verbunden, die einen konstanten Unterdruck erzeugt, der die Fall- oder Klappenscheibe 42/4 in der entgegengesetzten Lage zu der in Fig.2 dargestellten hält, so daß die Kupplungsscheibe 19/4 durch Unterdruck in der Kammer 27A betätigt wird.

Um die Welle 11 anzuhalten, wird.der Elektromagnet 35 betätigt, so daß die Scheibe 42 gegen die Saugkraft angezogen wird und die Lufteinlaßöffnung 37 des Bremsventils 14 sperrt. Dadurch wird gleichzeitig die Saugöffnung 43 mit dem Saugkanal 32 verbunden und Luft aus der Kammer 27 mit höherer Geschwindigkeit abgesaugt, als Luft vom Umfang der Kupplungsscheibe 19 über den Leckspalt 29 zwischen dem Reibring 28 und dem äußeren Ringabschnitt der Scheibe 19 nachströmen kann. Die Scheibe 19 hat eine Innenseite mit einem Ringabschnitt, die sich dicht an einer Fläche des Reibrings 28 anlegen kann, und eine abgestufte Außenseite. Dabei wird die Kupplungsscheibe J3 durch den atmosphärischen Luftdruck elastisch aus ihrer Ebene gebogen und mit dem Reibring 28 zur Anlage gebracht, während der Magnet 35/4 betätigt wird, um den Unterdruck in der Kammer 27A auszugleichen und somit die Kupplung zu lösen.

Zum Abbremsen der Welle 11 wird der Elektromagnet 35/4 des Ventils 14/4 abgeschaltet, so daß der auf die Oberseite der Scheibe 42/4 über die Lufteinlaßöffnung 37-4 wirkende Druck in Verbindung mit dem über die Ansaugöffnung 43/4 erzeugten Unterdruck die Scheibe 42/4 gegen den Ring 44A drückt und Luft hinter _f die Scheibe 19/4 gelassen wird, um die Welle 11 von dem Antriebsschwungrad 13 zu trennen. Das Bremsventil 14 kann gleichzeitig betätigt werden, indem der Elektromagnet 35 eingeschaltet wird, so daß er die Scheibe 42 in gleicher Weise gegen den Saugdruck anhebt und dadurch einen Unterdruck in der Kammer 27 bewirkt. Der Unterdruck bringt die Scheibe 19 mit dem Reibring 28 zur Anlage, so daß die Welle 11 sofort angehalten wird, selbst wenn sich das Schwungrad 23 weiterdreht. Vorzugsweise wird ein elektronischer Schalter verwendet, der gleichzeitig das Bremsventil einschaltet, wenn das Kupplungsventil ausgeschaltet wird, und umgekehrt. Gewünschtenfalls können auch getrennte, von Hand betätigbare Schalter verwendet werden.

Der Abstand der Innenseite der kreisförmige Scheibe 19 von dem Reibring 28 in der Ruhelage, die in F i g. 2 links dargestellt ist, ist äußerst wichtig und bildet den Luftspalt oder Leckspalt 29A Wenn dieser Abstand konstant gehalten werden kann, kann der Durchtrittsquerschnitt oder Spalt, der zur Unterdruckkammer führt, und damit auch die Ansprechemptindlichkeit äußerst konstant gehalten werden. Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 beträgt der Luftspalt oder Leckspalt zwischen den ebenen Flächen des Reibrings und der Kupplungsscheibe vorzugsweise etwa 0.025 bis 1 ,27 mm bei Verwendung von Kupplungsscheiben aus Aluminium mit einem Durchmesser von 101,6 mm. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel zur Konstanthaltung des Luftspalts ist in F i g. 3 dargestellt und wird später beschrieben. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.2 liegt der den Spalt bildende Abstand vorzugsweise im Bereich von 0,025 mm bis 1,27 mm bei Scheibendurchmessern im Bereich von 152,4 mm bis 508 mm, um 90% des Eingangsdrehmoments an dei Welle zu erhalten, wenn sich die Scheibe verbiegt. Dies ändert sich mit der Abnutzung, ergibt jedoch eine lange Lebensdauer. Der Luftspalt, der gleich einem axialet

Abstand längs der Achse der Welle 11 ist, kann jedoch bis zu 0,254 mm bei einer Kupplungsscheibe mit einem Durchmesser von 101,6 mm betragen. Die Größe der Kupplungsscheiben hängt von der zu übertragenden Nennleistung ab. Normalerweise hat die Scheibe einen Durchmesser von etwa 101,6 bis 508 mm. Die bekannten dünnen Kupplungsscheiben mit einer Dicke von etwa 0,813 mm sind für Einheiten mit einem Durchmesser von etwa )tä,6 mm und auch hier geeignet. Die Kupplungsscheibe ist vorzugsweise steif und aus Materialien, wie Aluminium und Aluminiumlegierungen, hergestellt, die an ihrem Rand durch pneumatische Druckdifferenzen von beispielsweise 0,215 bar um mehrere Tausendstel Zoll (25,4 mm) elastisch verbogen werden können. Es können auch andere Metalle und Nichtmetalle verwendet werden. Durch die bekannten dünnen Scheiben können statische Drehmomente von 6329 Newtonmeter und mehr übertragen werden. Die erfindungsgemäßen Scheiben sind vorzugsweise fingerartig abgestuft, wie die Scheibe 19. Die Scheibe k?.r>ⁿ daher einen Durchmesser von etwa 101,6 bis etwa 508 mm und in einem flexiblen Abschnitt 60 eine Dicke von beispielsweise 1,524 bis 10,16 mm über eine radiale Länge von '/3 des Scheibenradius und einen Abschnitt 61 mit einer Dicke von 1,27 bis 6,35 mm über eine radiale Länge von ¹A des Scheibenradius und in einem radial äußeren kreisförmigen Ringabschnitt 62 über die restliche radiale Länge von Vj des Scheibendurchmessers eine Dicke von etwa 4,75 bis etwa 0,762 mm aufweisen. Dies ergibt eine elastische Biegsamkeit eines erheblichen Teils der Scheibe, wobei der Ringabschnitt 62 jedoch am stärks jin elastisch biegsam ist. Die auf die äußeren 30% des Radius der Kupplungsscheibe wirkende Kraft beträgt etwa 70% der Biegekraft der Scheibe. Mit Ventilen, wie sie vorstehend und in der erwähnten US-Patentschrift beschrieben sind, kann die Scheibe so ausgelegt werden, daß die Spaltweite im Bereich von 0,025 bis etwa 0.381 mm zwischen der Kupplungsfläche 90 der Scheibe und der Fläche 91 des Reibrings in der Ruhelage liegen kann. Die abgestufte Scheibe sorgt für eine gleichförmige Verbiegung (bzw. Auslenkung) bei maximaler Verbiegung im äußeren Ringbereich am Scheibenrand und ermöglicht, daß die Scheibe einer erheblichen Belastung widersteht, da sie festere dickere Teile in den Bereichen größter Belastung aufweist, d. h. zwischen dem äußeren Ringabschnitt, der den Luftoder Leckspalt abdichtet, und dem inneren Nabenteil. Die ringförmig umlaufenden Stufen lassen sich leicht mittels herkömmlicher Werkzeugmaschinen herstellen.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 werden Schwierigkeiten, die mit einer Änderung des Luftspalts infolge Abnutzung entweder der Kupplungsscheibe oder des Reibrings 28 verbunden sind, vermieden. So beeinflußt bei der Ausführung nach Fig.3 eine Abnutzung des Reibmaterials an der Berührungsfläche zwischen dem Reibmaterial und dem äußeren Ringabschnitt den Luftspalt nicht Dies ist eine Folge davon, daß der Luftspalt ringförmig ist und den Außenrand der Scheibe umgibt, wie es in Fig.3 dargestellt ist Der Spalt zwischen dem Reibring und der Innenseite der Scheibe ist hier nicht mehr der wirksame Luftspalt und dient lediglich zur Ausbildung eines Kupplungsspalts für das Ankuppeln der Scheibe.

Der Querschnitt des Reibrings 80 ist etwa L-förmig und hat ein ringförmiges Ende 81 mit einer ringförmigen Innenfläche 8Z die der ringförmigen Außenfläche oder dem Rand 83 der Scheibe 19 zugekehrt ist Die ringförmige Außenfläche 83 der Scheibe 19 begrenzt zusammen mit der ringförmigen Fläche 82 einen Spalt. Der Spalt ist selbst dann noch konstant, wenn der äußere Ringabschnitt 62 der Scheibe wiederholt verbogen worden ist, um ihn mit der Fläche 84 des Reibrings in und außer Berührung zu bringen. Auf diese Weise ist eine lange Lebensdauer bei konstantem Spalt zwischen den Flächen 82 und 83 sichergestellt, da sich diese Flächen im normalen Betrieb der Vorrichtung nicht berühren. Ein ringförmiges Mittel bildet daher einen radialen Luftspalt zwischen Flächen, die einander nicht berühren und sich daher nicht abnutzen können. Ferner läßt sich auf diese Weise ein vorbestimmter gewünschter Luftspaltquerschnitt erzielen. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt der radiale Abstand der Ringflächen 82 und 83 etwa 0,025 bis 0,102 mm, was einem Leck- oder Luftspalt-Querschnitt von 6,45 mm² bis 25,8 mm² bei Scheiben mit einem Durchmesser von 101,6 mm und 37,4 bis 149,7 mm² bei Scheiben mit einem Durchmesser von 508 mm entspricht.

Die radiale Spaltweite des Luftspalts bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 ist aus verschiedenen Gründen wichtig. Obwohl sie größer als der angegebene Bereich sein kann, werden die besten Ergebnisse innerhalb dieses Bereiches erzielt Bei Einhaltung dieses Bereiches erzeugt in die Kammer gesaugte Luft eine Turbulenz, die einen nennenswerten Durchtritt von Luft in die Kammer wirksam verhindert Dies ermöglicht eine sehr rasche Evakuierung der Kammer, wenn die Saugpumpe betätigt wird, z. B. dadurch, daß die Scheibe 42A in die in F i g. 2 dargestellte Lage angehoben wird. Ferner läßt sich ein höherer Wirkungsgrad erzielen, da kleinere Saugpumpen verwendet werden können, weil nur eine geringe Luftmenge von außen in die Kammer eindringt. Da nur eine geringe Luftmenge in die Kammer eindringt und diese durch die Turbulenz praktisch versperrt ist, werden äußerer Staub, Teilchen und Schmutz aller Art daran gehindert, sich in der Kammer anzusammeln.

Da die Größe des Spalts, der durch den Ringteil 81 des L-förmigen Reibrings 80 begrenzt wird, wichtig ist, wird nachstehend ein Verfahren zur Ausbildung des Spalts bzw. zur Ausbildung des Reibrings in L-Form angegeben.

Wenn der Reibring aus einem Reibmaterial hergestellt ist, wie es zur Auskleidung von Bremsen und dergleichen benutzt wird, z. B. aus Gummi- und Korkgemischen, kann die Kupplungsscheibe selbst zur Ausbildung der L-Form verwendet werden. Die aus

so einem flexiblen Material und normalerweise einer Aluminiumlegierung hergestellte Scheibe ist wesentlich härter als das Reibmaterial. Selbst wenn sie so rund, wie es mit einer äußerst genau arbeitenden Maschine möglich ist, hergestellt wird, behält sie dennoch im Normalfalle eine gewisse Unrundheit oder Exzentrizität in der Größenordnung von 0,0254 mm (0,001 Zoll).

Wenn eine derartige Kupplungsscheibe in die Vorrichtung eingebaut wird, so daß sie am Reibring anliegt, kann sie unter Druck gegen den Reibring gezogen oder gerückt werden. Durch Drehen der Scheibe wird praktisch eine Bohrung oder kreisförmige Ausnehmung in dem Reibring eingeschliffen, so daß sich der L-förmige Querschnitt ergibt Wenn die Scheibe eine Exzentrizität von etwa 0,0254 mm aufweist, ergibt sich ein Spalt mit einer Weite von etwa 0,051 mm durch das Schleifen. Ein derartiger Spalt liegt innerhalb der Grenzen, bei denen der Luftzufluß durch Turbulenz gesperrt wird. Das Herstellungsverfahren umfaßt daher

das Drehen der Scheibe an einer ebenen Fläche eines Reibbelags, wobei diese Fläche den Umfang der Scheibe überschreitet, während gleichzeitig auf die Scheibe eine Kraft ausgeübt wird, so daß in den Belag eine Ausnehmung eingeschliffen und ein Leckspalt gemäß der Erfindung ausgebildet wird. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine Scheibe mit einem Durchmesser von 228,6 mm gegen einen Reibring mit einem Innendurchmesser von etwa 228,47 mm durch einen Saugdruck von etwa 100 mm Quecksilbersäule gedrückt, während sie gleichzeitig mit einer Drehzahl von 200 Umdrehungen pro Minute gedreht wird. In etwa vier Minuten ergibt sich dabei eine etwa 1,016 mm tiefe Ausnehmung mit einem Luftspalt zwischen dem Scheibenrand und der diesen umgebenden Reibringwand 82 von etwa 0,051 mm. Die Scheibe wird letztlich in einem größeren Abstand als 0,051 mm von der Fläche 84 entfernt angebracht.

Anstelle der Kupplungsscheibe kann auch ein Werkzeug mit gleichen Abmessungen benutzt werden, das später durch die Kupplungsscheibe ersetzt wird. Der mit L-förmigem Querschnitt auszubildende Reibring braucht nicht groß zu sein. Bei einer Kupplungsscheibe mit einem Durchmesser von beispielsweise 355,6 mm kann der Reibring 28 einen Innendurchmesser von etwa 317,5 mm und einen Außendurchmesser von etwa 358,8 mm und die Wand 84 einen Außendurchmesser von etwa 355,7 mm und eine radiale Länge von etwa 1,016 mm aufweisen. In allen Fällen verbiegt sich die Scheibe, um ein Ankuppeln an die ebene Fläche 84, die senkrecht zur Wellenachse verläuft, zu ermöglichen, während der Spalt zwischen den einander zugekehrten Flächen 82, 83 mit einem kleineren Durchtrittsquerschnitt als dem des Spalts zwischen dem äußeren Ringabschnitt der Scheibe und der Reibfläche 84 gebildet wird. Ein spezielles Ausführungsbeispiel einer Kupplungs-Bremse nach F i g. 3 hat einen Luftspalt in der Ruhelage der Kupplungsflächen von etwa 0381 mm und sich je" über etwa ein Drittel des Scheibenradius erstreckende Stufen 60, 61 und 62 mit einer Dicke von jeweils etwa 7,925 mm, 4,826 mm und 3,048 mm. Bei einem Unterdruck oder Saugdruck von etwa 50,8 cmHg kann ein Drehmoircnt von 238 705 Newtonmeter entwickelt werden, wobei das Trägheitsmoment der Kupplung etwa 160 g · cm² und die Ansprechzeit etwa 14 Millisekunden vom Einschaltzeitpunkt bis zu 100% Drehmoment beträgt. Die Wiederholgenauigkeit liegt bei etwa ±500 Mikrosekunden.

Der L-förmige Spalt kann sowohl bei den bekannten dünnen Scheiben, z. B. Scheiben mit einer Gesamtdicke von etwa 0,813 mm, als auch bei erfindungsgemäß abgestuften Scheiben angewandt werden. Ferner können die abgestuften Scheiben sowohl bei bekannten

ίο Reibringen als auch bei denen nach Fig.3 verwendet werden.

Abwandlungen von den dargestellten Ausführungsbeispielen liegen im Rahmen der Erfindung. So kann bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 der Ringabschnitt

81 unabhängig von dem Reibmaterial auf andere Weise ausgebildet sein. Beispielsweise kann ein Stahlring um das Reibmaterial herumgelegt oder in dieses eingesetzt sein, so daß er die Scheibe 19 umgibt und sich ein Ringspalt ergibt. Andere Materialien können ebenfalls

verwendet werden. Wesentlich ist nur, daß die Kupplungsscheibe durch Verbicgung mit einem Reib material auf einer ersten Fläche in Berührung kommt und der Spalt zwischen der Scheibe und dieser Fläche in der Ruhelage größer als der Durchtrittsquerschnitt

eines Ringspalts vorbestimmter Größe ist, der den Umfangsrand der Scheibe umgibt. Auf diese Weise erfolgt keine Berührung zwischen dem Scheibenrand und dem diesen umgebenden Ringteil während des Betriebs der Vorrichtung. Die Weite des Leckspalts behält daher einen vorbestimmten Wert bei.

Obwohl eine Kupplungs-Brems-Anordnung dargestellt und beschrieben worden ist, kann der L-förmige Reibring und/oder die abgestufte Scheibe auch allein bei einer Kupplung oder einer Bremse vorgesehen sein.

Zum Ein- und Auskuppeln der Scheiben und Reibringe können elektromagnetisch betätigte Saugvorrichtungen aller Arten verwendet werden.

Statt mit Unterdruck, können auch mit Überdruck betriebene Vorrichtungen verwendet werden. Mit

Überdruck betätigte Scheiben mit abgestufter Form sowie Spalte, die durch sich nicht berührende Flächen begrenzt werden, um einen Fluiddurchfluß zum Ein- und Ausschalten zu gestatten, werden bevorz; gt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltbare Kupplungs- und/oder Bremsvorrichtung mit einem Gehäuse, das von der anzutreibenden oder abzubremsenden Welle durchsetzt ist, mit einer konzentrisch auf der Welle gelagerten ringförmigen Scheibe, deren äußerer Ringabschnitt flexibel und unter dem Druck eines Fluids verbiegbar ist, mit einer einen Reibring in einem Abstand von der Scheibe koaxial zur Welle aufweisenden Wand, die zusammen mit der Scheibe eine Kammer begrenzt, wobei die Kammer in der einen Lage der Scheibe zur Atmosphäre hin offen ist, und mit einer den Fluiddruck in der Kammer so ändernden Einrichtung, daß der verbiegbare äußere Ringabschnitt der Scheibe mit einer Kupplungsfläche des Reibrings in oder außer Berührung kommt und die Welle mit der Wand gekuppelt oder entkuppelt wird, wobei die Scheibe fest auf der Welle gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibring (80) zwei einen rechten Winkel einschließende Ringflächen (82, 84) aufweist, von denen die eine (82) den äußeren Rand (83) der Scheibe (19; 19A₁J mit einem einen Ringspalt bildenden Abstand umgibt und die andere (84) mit der Scheibe (19; \9A) durch deren Verbiegung unter Einhaltung des Abstands in Berührung brir. gbar ist.

Z Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Scheibe (19; i9A) radial nach außen stufenförmig abnimmt

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (19; \9A) in dem äußeren Ringabsck nitt (6?* eine Dicke von 4,75 bis 0,76 mm hat und einteilig ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einen¹· der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibring einen etwa L-förmigen Querschnitt aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltweite des ^w Ringspalts in Radialrichtung etwa 0,025 bis etwa 0,102 mm beträgt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (19; 19A) einen Außendurchmesser von 50,8 bis 610 mm, *5 vorzugsweise 101,6 bis 508 mm. aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibring (80) einteilig aus Reibmaterial hergestellt ist.

8. Verfahren zum Herstellen eines Reibrings mit L-förmigem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Scheibe aus härterem Material als das des Reibrings an der einen Seite des Reibrings anliegend gedreht wird, so daß eine Ausnehmung in den Reibring geschliffen wird und ein Luftspalt zwischen dem äußeren Rand der Scheibe und der Ausnehmung verbleibt und die radiale Spaltweite etwa 0,025 bis 0,102 mm beträgt.