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Durch Flüssigkeitsdruck steuerbare Reibungskupplung Bei ortsbeweglichen,
aber auch bei stationären Anlagen, die als Antriebskraft Brennkraftmaschinen haben,
werden Schaltkupplungen der verschiedensten Systeme verwendet, die beim Einrücken
die ganze Antriebsleistung übertragen müssen und dazu eine erhebliche Einschaltkraft
benötigen. Als Schaltkupplung benutzt man bei diesen Antrieben hauptsächlich Reibungskupplungen
mit Federkraft, von denen die Erfindung ausgeht. Bei diesen Kupplungen besteht infolge
des durch die Federkraft bestimmten Anpreßdruckes der Reibflächen in eingerücktem
Zustand unabhängig von der jeweiligen Drehzahl ein konstantes Drehmoment als Festwert.
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Insbesondere Antriebe, deren Anfahrdrehmomente ein Mehrfaches des
normalen Drehmomentes erfordern, benötigen sehr große Einschaltkräfte infolge der
hohen Anpreßdrücke der Kupplungsscheiben. Man benutzt zum Schalten relativ lange
Einschalthebel, die wiederum infolge ihrer Länge große Schaltwege mit sich bringen
und außerdem eine erhebliche manuelle Schaltkraft erfordern. Der Bedienungsmann
wird daher oft nicht, wie vorgeschrieben, die Kupplung langsam einrücken, sondern
beim häufigen Schalten infolge Übermüdung durch die Kraftanstrengung stoßweise einschalten.
Hierdurch erhält der gesamte Maschinensatz oder ein sonstiges nachgeschaltetes Getriebe,
Vorrichtung u. dgl. einen Stoß, der sich auf die Triebwerksteile nachteilig auswirkt
und das gesamte Aggregat reparaturanfällig macht.
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Eine solche Kupplung ist durch die Federn im Stillstand kraftschlüssig
eingerückt. Soll beispielsweise die treibende Brennkraftmaschine angelassen werden,
muß zuerst der Kraftschluß der Kupplung
mittels Fuß- oder Handhebel
durch Zusammendrücken der Einrückfedern aufgehoben sein, was dadurch geschieht,
daß der Schalthebel entweder von Hand oder Fuß festgehalten bzw. eingerastet wird
oder selbsthemmend feststellbar ist. Ist dann die Brennkraftmaschine in Betrieb
gesetzt worden, löst man die Raste des Kupplungshebels, hält dabei diesen Hebel
gegen die Kraft der Einrückfedern fest und gibt ihn unter ständigem Festhalten langsam
frei, damit unter Schlupf der Kupplung die getriebene Welle stoßfrei anläuft. Ein
solches zügiges Einrücken ist also restlos von der Zuverlässigkeit des Bedienungsmannes
abhängig, zudem auch vermieden werden muß, daß die Antriebsmaschine abgewürgt wird.
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Um diesen Zufälligkeiten zu begegnen, erfand man selbsttätige Anfahrkupplungen
mit drehzahlabhängig veränderlichem Drehmoment und verzichtete auf die Schaltmöglichkeit
insbesondere bei Fliehkraftkupplungen, deren Fliehgewichte die getriebene Welle
parallel der ansteigenden Drehzahl bei ständig zunehmendem Drehmoment mitnehmen
sollten. Diese beschränkten sich aber nur auf Antriebe, deren Anfahrdrehmoment weit
unter dem normalen Drehmoment lag. Nach einer gewissen Betriebszeit dieser Kupplungen
ergaben sich Störungen dadurch, daß ein oder mehrere Fliehgewichte klemmten, weil
sich deren Gelenke mit vom Abrieb der Reibflächen gebildetem Staub versetzten.
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Für größere Anfahrleistungen und zur Beseitigung der Staubbehinderung
wurden dann die Fliehgewichte statt in der Kupplung auf einer besonderen in der
Drehzahl hoch übersetzten Welle angeordnet. Damit die Fliehgewichte beim Anlassen
der Brennkraftmaschine die Kupplung nicht gleich einrücken, sind diese durch Federn
so gehemmt, daß sie erst bei einer über der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine
liegenden Drehzahl ausschwingen. Die Rückholfedern der Fliehgewichte werden zugleich
so stark bemessen, daß sie imstande sind, die Kraft der Einrückfedern, wenn die
Kraftübertragung der Kupplung aufgehört hat, zu überwinden und die Reibscheiben
von ihrer Gegenscheibe abzuheben bzw. zurückzuholen. Durch eine Steigerung der Antriebswellendrehzahl
spannen die Fliehgewichte diese Federn, dadurch werden die Einrückfedern der Kupplung
parallel mit der steigenden Drehzahl der Brennkraftmaschine, um den Anpreßdruck
wirken zu lassen, freigegeben und bei ständigem Schlupf der Kupplung der Motor stark
beschleunigt, weil zusätzlich die Massen und der Widerstand der getriebenen Welle
überwunden werden müssen. Bei einigermaßen großem Anfahrdrehmoment ist es sogar
erforderlich, die Brennkraftmaschine mit einer über der normalen Drehzahl liegenden
Drehzahl so lange zu betreiben, bis beide Drehzahlen vom treibenden und getriebenen
Teil gleichgerichtet sind und die Gewähr besteht, daß der getriebene Teil schlupffrei
mitläuft, so daß der Regler der Brennkraftmaschine anschließend die Normaldrehzahl
einspielt. Diesen nachteiligen Zustand hatte man auch dadurch zu überbrücken versucht,
daß statt einer Wellenübersetzung als Kraftverstärker eine Druckluftanlage vorgesehen
wurde, die auf einen Kolben entgegen der Wirkung einer Feder drückt, die der Einrückfeder
entgegenwirkt und die Kupplung ausgerückt hält. Neben einer ständigen Versorgung
des Kraftverstärkers mit Druckluft zwecks Ergänzung der an den vielen Steuerschiebern
vorhandenen Luftverluste ist eine Wartung unerläßlich, da die in der Druckluft kondensierte
Luftfeuchtigkeit zu Störungen und besonders im Winter zu Vereisungen Anlaß gibt.
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Die mit Wellenübersetzung arbeitende erstgenannte Einrichtung war
mit einem Hilfsausrücker versehen, um die Kupplung, sobald ein Anlegen der Reibscheiben
erfolgte, manuell mit dieser Schalthilfe bedarfsweise ausrücken zu können, während
die mit Druckluftverstärker arbeitende Einrichtung sich oberhalb der Leerlaufdrehzahl
selbst überlassen blieb, also niemals ausgerückt werden konnte, sobald die geringste
Kraftübertragung eingesetzt hatte, weil die Rückholfedern durch Fliehkräfte im Zusammenwirken
mit Druckluft unlösbar gefesselt sind. Soll letztere Kupplung ausgerückt werden,
ist die Brennstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine auf den Leerlaufbedarf zu drosseln
und löst sich bei parallel der sinkenden Drehzahl abfallendem Drehmoment hiermit
die Verbindung zur angetriebenen Maschine. Dieses Lösen erfolgt unter ständigem
Schlupf der Reibscheiben, die Kupplung wird also heiß und verliert für ein erneutes
Einrücken, sofern solches sofort erfolgen soll, an Reibwert.
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Abgesehen davon, daß diese Fliehkraftkupplungen einen erheblichen
Bauaufwand haben und störanfällig sind, erfordern sie erhöhte Betriebskosten, da
zum Einrücken der Kupplung ein Brennstoffaufwand zwecks Beschleunigung der Fliehgewichte
notwendig ist und zusätzlich als Folge des Anfahrwiderstandes der getriebenen Welle
weiterer überdosierter Brennstoff die Brennkraftmaschine ungenutzt verläßt. Infolge
der zum Schalten dieser Kupplungen notwendigen Änderung der Antriebswellendrehzahl
sind Fliehkraftkupplungen bei stationären Anlagen nicht verwendbar, da beispielsweise
bei einer Anlage, deren Brennkraftmaschine zugleich einen Stromerzeuger und eine
abschaltbare Kältemaschine antreibt, die Stromerzeugung durch die zum Schalten erforderliche
Drehzahländerung ausfallen würde. Ähnlich gelagert sind die Verhältnisse bei schweren
Fahrzeugen auf Talfahrten, weil durch eine verminderte Motordrehzahl bei geringer
Fahrtgeschwindigkeit das Drehmoment der Kupplung absinkt und damit die Bremswirkung
des Motors auf die Räder nachläßt oder unter Umständen ganz aufhört.
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Die Erfindung bezweckt, die vorstehend genannten Schwierigkeiten dadurch
zu beseitigen, daß bei einer durch Flüssigkeitsdruck steuerbaren Reibungskupplung,
für die die Steuerimpulse durch einen von Hand betätigten Schalthahn, Schieber u.
dgl. gegeben werden, erfindungsgemäß der
Flüssigkeitsdruck in bekannter
Weise eine Feder fesselt, die einer schwächer dimensionierten Einrückfeder entgegenwirkt.
Hierdurch kann willkürlich mit ganz geringer Schaltkraft durch eine Umkehr der Kraftwege
dieser Federn die Kupplung ein- und ausgerückt werden.
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Eine Freigabe der gefesselten Feder zum sofortigen Ausrücken der Kupplung
ist beispielsweise erforderlich, wenn im Winter beim Einkuppeln einer schwer anlaufenden
Maschine die Brennkraftmaschine abgewürgt werden könnte oder bei einem Bagger ein
plötzlicher Widerstand die Kette festhält, bei laufender Brennkraftmaschine ein
Getriebe umgeschaltet wird oder bei Bordhilfsaggregaten, deren Brennkraftmaschine
zugleich einen Stromerzeuger und einen zuschaltbaren Anlaßluftkompressor antreiben
muß, die Spannung des Stromerzeugers abfallen will.
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Durch die Erfindung kann unabhängig von der Zuverlässigkeit des Bedienenden
die Kupplung stoßfrei greifend eingeschaltet werden und ohne Drehzahländerung der
Kraftfluß durch die Kupplung geschlossen oder aufgehoben werden. Bei kleinem Bau-
und Gewichtsaufwand ist eine schaltbare und steuerbare, von der Drehzahl unabhängige
Kupplung geschaffen, die mit geringer Schaltkraft betätigt werden kann.
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Nach der Erfindung werden die Federn durch Flüssigkeitsdruck gefesselt
und durch beliebiges Aufheben des Flüssigkeitsdruckes freigegeben. Hierbei ist es
günstig, wenn das Druckmittel durch eine von der Antriebsseite der Kupplung unmittelbar
oder mittelbar angetriebene Pumpe, insbesondere über den Schmierölkreislauf, bereitgestellt
wird.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird für schwer anlaufende Antriebe,
z. B. eine von einer Brennkraftmaschine angetriebene Kolbenarbeitsmaschine, eine
das Zuströmen des Druckmittels zur Kupplung nach Öffnen des Schalthahns verzögernde
Vorrichtung vorgesehen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird der Schalthahn derart
ausgebildet, daß er auch bei voller Öffnung das Druckmittel nur gedrosselt durchströmen
läßt und durch ein vor Erreichen des vollen Kupplungsdruckes öffnendes Überdruckventil
in der Druckmittelleitung zwischen Schalthahn und Kupplung das Druckmittel in einem
Steuerzylinder mit federbelasteten Steuerkolben abströmen läßt, der nach Beaufschlagung
mit Verzögerung einen direkten Weg von der Druckmittelpumpe zur Kupplung freigibt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in Verbindung mit der Figur
näher erläutert. Alle zum Verständnis der Erfindung nicht notwendigen Teile sind
dabei der besseren Übersichtlichkeit halber fortgelassen.
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Auf der Welle I ist die Kupplungshälfte 2 befestigt. Auf die Welle
3 ist die Kupplungshälfte 4 undrehbar, aber axial verschiebbar aufgesetzt; sie wird
durch eine Einrückfeder 5 gegen eine Reibplatte 6 der Kupplungshälfte 2 gepreßt.
An der ortsfesten Gehäusewand 7 stützt sich eine Feder 8 ab, die über ein Drucklager
9 und über Stößel Io die Kupplungshälfte 4 entgegen der Kraft der Einrückfeder 5
zurückholt, weil sie stärker ist als die Einrückfeder. Damit die Kupplung eingerückt
werden kann, wird die Wirkung der Feder 8 durch eine druckmittelbeaufschlagte Ringscheibe
II aufgehoben, auf die die Druckdose 12 wirkt.
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Das Druckmittel wird von einer nicht dargestellten, vom Antriebsmotor
angetriebenen Pumpe durch die Druckleitung 13 einem Mehrwegehahn I4, der eine Drosselstelle
15 hat, zugeleitet und gelangt über die Leitung 16 in die Druckdose 12 der Kupplung.
Sobald der Druck hinter der Drosselstelle 15 gerade ausreicht, die Kupplung schlüpfend
fassen zu lassen, öffnet sich das Überdruckventil 17 und der Druck in der Druckdose
steigt von diesem Zeitpunkt an wesentlich langsamer an. Das durch das Überdruckventil
abgeleitete Druckmittel füllt inzwischen einen mit federbelastetem Kolben versehenen
Steuerzylinder 18. Nach einer gewissen Zeit, die ausreicht, um das Anlaufen der
Arbeitsmaschine zu beenden, gibt der Steuerkolben im Steuerzylinder 18 eine unmittelbare
Verbindung der Druckleitung 13 zur Leitung 16 frei, und die Kupplung wird fest eingerückt.
Zum Ausrücken der Kupplung wird der Mehrwegehahn 14 betätigt, der dann die Druckleitung
13 absperrt und den Steuerzylinder 18 sowie die Leitung 16 und damit die Druckdose
12 mit der Außenluft verbindet. Hierdurch wird die gespeicherte Kraft der Feder
8 freigegeben und durch diese Kraft die Einrückfeder 5 gefesselt, und die Mitnehmerscheibe
4 steht still.
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Diese Verzögerungs- und Schnellauslösevorrichtung ist für die meisten
Anwendungsgebiete vorteilhaft, kann jedoch in manchen Fällen fortgelassen werden.
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Die in der Figur dargestellte Kupplung hat den Vorteil, daß sie keine
Stopfbüchse an einer rotierenden Welle hat; daher wird die Kupplung bzw. die Stopfbüchse
auch nicht durch Abnutzungserscheinungen undicht, und sogar bei mangelhafter Wartung
ist eine hervorragende Betriebssicherheit gewährleistet.