DE4013737A1 - Durch ein kompressibles fluid, insbesondere pneumatisch, schaltbare kupplungs- und bremsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine durch ein kompres­ sibles Fluid, insbesondere pneumatisch, schaltbare Kupp­ lungs- und Bremsvorrichtung mit einer Eingangs- und einer Ausgangswelle, die in einem Gehäuse gelagert sind und in einer Kupplungskammer im Gehäuse enden, wobei ein drehfest mit der Eingangswelle verbundener Kupplungs­ flansch und eine Reibscheibe in der Kupplungskammer angeordnet sind, die Reibscheibe die Kupplungskammer in zwei mit unterschiedlichem Druck beaufschlagbare Arbeitsräume unterteilt und unter Zwischenschaltung eines Reibbelags an den Kupplungsflansch oder eine Stirn­ fläche der Kupplungskammer anlegbar ist.

Bei einer bekannten Kupplungs- und Bremsvorrichtung dieser Art (DE 37 27 173 A1 oder DE 38 34 138 C1) ist zur berührungsfreien Abdichtung eine Labyrinthdichtung zwischen dem Umfang der Reibscheibe und der Kupp­ lungskammer vorgesehen. Um auf diese Weise eine hinrei­ chende Abdichtung zu erzielen, ist eine Vielzahl von Umfangsnuten erforderlich. Darüber hinaus verzögert sich der Umschaltpunkt der Kupplungs- und Bremsvorrich­ tung gegenüber dem Zeitpunkt der Druckbeaufschlagung eines Arbeitsraums mit zunehmender Abnutzung der Reibbe­ läge, weil sich dadurch das Volumen der Arbeitsräume und der Verstellweg der Reibscheibe vergrößern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplungs­ und Bremsvorrichtung der gattungsgemäßen Art anzugeben, die eine einfachere Art der Abdichtung ermöglicht und deren Umschaltpunkt weitgehend unabhängig von der Ab­ nutzung der Reibbeläge ist.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die der Reibfläche des betreffenden Reibbelags zugekehr­ te Fläche des Kupplungsflansches und/oder der Kupplungs­ kammer eine zur Wellendrehachse konzentrische Ringnut aufweist.

Bei dieser Ausbildung wird die der Ringnut gegenüber­ liegende Ringfläche des betreffenden Reibbelags nicht abgenutzt, sondern nur die außerhalb dieses Ringbereichs liegende Reibfläche des Reibbelags. Im Laufe der Abnut­ zung der außerhalb des der Ringnut gegenüberliegenden Ringbereichs liegenden Reibfläche des Reibbelags ver­ bleibt mithin eine axial vorstehende ringförmige Rippe auf dem Reibbelag, die im ausgekuppelten Zustand ihren Abstand von den Kanten der Ringnut beibehält und im eingekuppelten Zustand in die Ringnut eingreift. Im Bereich der Ringrippe und Ringnut ist daher stets für eine hinreichende Abdichtung zwischen dem Arbeitsraum und der radial äußeren Seite der Reibscheibe gesorgt, wobei diese Abdichtung unabhängig von der Abnutzung der außerhalb der Ringrippen liegenden Reibflächen der Reibbeläge ist. Aus dem gleichen Grund verändert sich auch das wirksame Volumen der Arbeitsräume praktisch nicht, so daß der Umschaltpunkt der Kupplungs- und Brems­ vorrichtung ebenfalls weitgehend unabhängig von dem Abriebmaß der Reibbeläge ist. Man kommt daher auch ohne aufwendige Labyrinthdichtung am Umfang der Reibscheibe aus.

Die Tiefe der Ringnut sollte größer, vorzugsweise wenig­ stens eineinhalbmal größer, als das maximale Abriebmaß des Reibbelags sein. Hierbei kann die Ringnut Abrieb­ teilchen aufnehmen, so daß diese keine Betriebsstörungen verursachen. Gleichzeitig wird ein zu hoher Überdruck zwischen Ringnut und Ringrippe vermieden.

Die Breite der Nut sollte bei einem gekörnten Reibbelag größer, vorzugsweise wenigstens eineinhalbmal größer, als die Korngröße des Reibbelags sein. Hierdurch wird sichergestellt, daß die Breite der stehenbleibenden Ringrippe stets größer als ein Korn ist und die Körner sicher festgehalten werden und die Ringrippe ihre Form beibehält, ohne zu zerbrechen.

Vorzugsweise weist der Reibbelag Kork-Gummi mit einer Korngröße von etwa 1 mm auf.

Sodann kann dafür gesorgt sein, daß der Kupplungsflansch und/oder die dem Reibbelag zugekehrte Fläche der Kupp­ lungskammer eine axial vorstehende Ringschulter aufweist, die mit ihrer radial äußeren Ringfläche an der radial inneren Ringfläche des Reibbelags anliegt. Auf diese Weise wird bereits für eine Abdichtung des Spaltes zwi­ schen den einander zugekehrten Reibflächen gesorgt, bevor sich die Ringrippe ausgebildet hat.

Vorzugsweise ist dafür gesorgt, daß die Ringschulter die Ringnut begrenzt. Die Ringschulter sorgt dann auch im Fall einer Abnutzung des Reibbelags für eine gleich­ bleibende Abdichtung.

Ferner kann der Reibbelag eine zur Wellendrehachse kon­ zentrische Ringnut nahe seiner radial inneren Ringfläche aufweisen. Bei dieser Ausbildung kann sich die die Ring­ nut im Reibbelag begrenzende radial innere Wand bei der Erwärmung aufgrund der Reibung zwischen dieser Wand und der Ringschulter in diese Ringnut ausdehnen, so daß die Flächenpressung zwischen dieser Wand und der Ringschulter und demzufolge die Reibungswärme abnimmt und sich die Wand wieder zusammenzieht. Auf diese Weise ist eine gleichbleibende minimale Spaltweite und demzu­ folge geringe Reibung zwischen Wand und Ringschulter selbsttätig sichergestellt.

Ferner kann dafür gesorgt sein, daß die Reibscheibe eine gegenüber der Ausgangswelle in jedem Belastungszu­ stand axial verschiebbar gelagerte Kupplungsscheibe und mindestens eine flexible Drehmomentscheibe aufweist, daß die Drehmomentscheibe an der Ausgangswelle drehfest und axial nicht beweglich und am Umfang der Kupplungs­ scheibe drehfest und mit dieser zusammen axial verschieb­ bar angeordnet ist, und daß die Drehmomentscheibe beid­ seitig vom gleichen Druck beaufschlagbar ist. Hierbei braucht zum Umschalten der Reibscheibe nur ein geringer Druck ausgebildet zu werden, der ausreicht, um die Dreh­ momentscheibe zu verbiegen. Entsprechend rasch kann dieser Druck ausgebildet werden, so daß die Umschalt­ verzögerung im Vergleich zu einer einteiligen und dem­ entsprechend steiferen Reibscheibe geringer ist. Darüber hinaus hält die Abdichtung der Arbeitsräume geringeren Drücken eher stand.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachste­ hend anhand der Zeichnung bevorzugter Ausführungsbei­ spiele näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines ersten Ausführungsbei­ spiels einer erfindungsgemäßen Kupplungs- und Bremsvorrichtung,

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt der Vorrichtung nach Fig. 1 vor einer Abnutzung der Reibbeläge,

Fig. 3 den vergrößerten Ausschnitt der Fig. 2 nach einer teilweisen Abnutzung der Reibbeläge,

Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt eines zweiten Aus­ führungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kupp­ lungs- und Bremsvorrichtung vor einer Abnutzung der Reibbeläge,

Fig. 5 den Ausschnitt der Fig. 4 nach einer teilweisen Abnutzung der Reibbeläge,

Fig. 6 einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 4 und

Fig. 7 einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 5.

Die Kupplungs- und Bremsvorrichtung nach Fig. 1 hat ein Gehäuse 1 aus zwei Gehäuseteilen 2 und 3, die durch Schrauben 4 miteinander verbunden sind. Eine angetriebe­ ne Eingangswelle 5 ist durch Schrauben 6 mit einem ring­ scheibenförmigen Kupplungsflansch 7 drehfest verbunden. Eine Ausgangswelle 8 ist durch Schrauben 9 mit einem Lagerring 10 drehfest verbunden. Auf dem Lagerring 10 ist eine ringförmige Kupplungsscheibe 11 einer Reib­ scheibe 12 axial verschiebbar gelagert. Der Spalt zwi­ schen Lagerring 10 und Kupplungsscheibe 11 ist durch eine Ringdichtung 13, hier ein O-Ring, abgedichtet. Die Reibscheibe 12 weist ferner eine Drehmomentscheibe 14 auf, die durch den Lagerring 10 an der Stirnfläche der Ausgangswelle 8 festgeklemmt wird, wobei die Schrau­ ben 9 gleichzeitig die Drehmomentscheibe 14 durchsetzen. Der äußere Randbereich der Drehmomentscheibe 14 ist am äußeren Randbereich der Kupplungsscheibe 11 drehfest befestigt. Ferner ist die Reibscheibe 12 beiderseits in ihren axial äußeren Randbereichen mit je einem Reib­ belag 15 und 16 versehen, wobei der Reibbelag 15 an der Kupplungsscheibe 11 und der Reibbelag 16 an der Drehmomentscheibe 14 befestigt ist. Der ringscheiben­ förmige Kupplungsflansch 7, der Lagerring 10 und die Reibscheibe 12 befinden sich in einer Kupplungskammer 17, in der die Eingangswelle 5 und die Ausgangswelle 8 enden. Die Kupplungskammer 17 wird durch eine Stirn­ fläche 18 des Gehäuseteils 2, eine Stirnfläche 19 der Eingangswelle 5, eine Stirnfläche 20 der Ausgangswelle 8, eine dem Reibbelag 16 zugekehrte Reibfläche 49 (Fig. 2) eines Bremsrings 22, der mittels Schrauben 23 an einer Stirnfläche des Gehäuseteils 3 befestigt ist, und durch Umfangsflansche 24 und 25 der Gehäuseteile 2 und 3 begrenzt. Zwischen der Stirnfläche 19 der Ein­ gangswelle 5 und dem Kupplungsflansch 7 ist eine Unter­ legscheibe 26 (Fig. 2) zur Einhaltung eines Abstands zwischen dem Kupplungsflansch 7 und der Stirnfläche 18 des Gehäuseteils 2 angeordnet. Zwischen der Stirn­ fläche 20 der Ausgangswelle 8 und der Drehmomentscheibe 14 befindet sich ebenfalls eine Unterlegscheibe 27 (Fig. 2).

Die Reibscheibe 12 unterteilt die Kupplungskammer 17 in zwei Arbeitsräume 28 und 29, wobei der auf der einen Seite der Drehmomentscheibe 14 liegende Teil des Arbeits­ raums 29 mit dem auf der anderen Seite der Drehmoment­ scheibe 14 liegenden Teil des Arbeitsraums 29 durch wenigstens ein in der Drehmomentscheibe 14 ausgebildetes Loch 30 (Fig. 2) verbunden ist.

Zwischen der Eingangswelle 5 und einer die Welle auf­ nehmenden abgestuften Bohrung des Gehäuseteils 2 ist eine Dichtung 31 angeordnet. Ferner sind zwischen der Ausgangswelle 8 und einer abgestuften, die Ausgangswelle 8 aufnehmenden Bohrung des Gehäuseteils 3 mehrere Dich­ tungen 32, 33 und 34 angeordnet.

Der Arbeitsraum 28 steht über Kanäle 35 und 36 in der Ausgangswelle 8 mit einem Ringraum 37 zwischen den Dich­ tungen 33 und 34 in Verbindung, der seinerseits über einen Kanal 38 im Gehäuseteil 3 und über ein elektro­ magnetisch betätigbares Ventil 39 mit einer nicht dar­ gestellten Druckquelle in Verbindung steht.

Der Arbeitsraum 29 steht über einen axialen Kanal 40 und einen Ringkanal 41 im Bremsring 22 sowie über einen Kanal 42 im Gehäuseteil 3 und ein weiteres nicht darge­ stelltes elektromagnetisch betätigbares Ventil mit der Druckquelle in Verbindung.

Eingangswelle 5 und Ausgangswelle 8 sind in den Gehäuse­ bohrungen mittels Wälzlagern 43, 44, 45 und 46 drehbar gelagert.

Wie die Fig. 2 und 3 deutlicher zeigen, ist in der der Reibfläche des Reibbelags 15 zugekehrten Fläche 47 des Kupplungsflansches 7 eine zur Wellendrehachse konzentri­ sche Ringnut 48 und in der dem Reibbelag 16 zugekehrten Fläche 49 der Kupplungskammer 17 bzw. des sie begrenzen­ den Bremsrings 22 eine weitere zur Wellendrehachse kon­ zentrische Ringnut 50 ausgebildet. Die Tiefe der Ring­ nuten 48 und 50 ist größer, vorzugsweise wenigstens eineinhalbmal größer, als das maximale Abriebmaß der Reibbeläge 15 und 16. Die Breite der Ringnuten ist bei Verwendung gekörnter Reibbeläge 15 und 16 größer, vor­ zugsweise wenigstens eineinhalbmal größer, als die Korn­ größe der Reibbeläge 15 und 16, wobei die Reibbeläge 15 und 16 vorzugsweise Kork-Gummi mit einer Korngröße von 1 mm aufweisen.

Um die Eingangswelle 5 mit der Ausgangswelle 8 zu kup­ peln, wird durch Öffnen des nichtdargestellten Ventils Druckluft über den Kanal 42, den Ringkanal 41 und den Kanal 40 dem Arbeitsraum 29 zugeführt und der Arbeits­ raum 28 über die Kanäle 35, 36, den Ringraum 37 und den Kanal 38 sowie das Ventil 39 mit der Atmosphäre verbunden, wobei das Ventil 39 die Verbindung zur Druck­ quelle trennt und den Kanal 38 mit der Atmosphäre ver­ bindet. Aufgrund der engen Spalte zwischen den Reib­ belägen 15 und 16 einerseits sowie den ihnen zugekehrten Flächen 47 und 49 andererseits erhöht sich der Druck im Arbeitsraum 29 gegenüber dem Druck im Arbeitsraum 28, so daß die Kupplungsscheibe 11 unter Verbiegung der Drehmomentscheibe 14 axial bis zur reibschlüssigen Anlage des Reibbelags 15 an der Fläche 47 des Kupplungsflan­ sches 7 verschoben wird. Dadurch nimmt der zusammen mit der Eingangswelle 5 rotierende Kupplungsflansch 7 über die Reibscheibe 12, d. h. über den Reibbelag 15, die Kupplungsscheibe 11, die Drehmomentscheibe 14 und die Schrauben 9 die Ausgangswelle 8 mit. Umgekehrt wird ein Abkuppeln der Ausgangswelle 8 von der Eingangswelle 5 unter gleichzeitiger Abbremsung der Ausgangswelle 8 durch entsprechende Umschaltung der Ventile bewirkt, wobei der Druck im Arbeitsraum 28 gegenüber dem Druck im Arbeitsraum 29 zunimmt und die Kupplungsscheibe 11 unter Verbiegung der Drehmomentscheibe 14 bis zur Anlage des Reibbelags 16 an der Fläche 49 des Bremsrings 22 axial verschoben wird, so daß die reibschlüssige Verbin­ dung zwischen dem Reibbelag 15 und der Fläche 47 des Kupplungsflansches 7 getrennt und die Drehung der Aus­ gangswelle 8 durch die Reibung des Reibbelags 16 an dem Bremsring 22 abgebremst wird.

Nach mehrmaligem An- und Abkuppeln bzw. Abbremsen der Ausgangswelle 8 werden die Reibbeläge 15 und 16 immer weiter abgenutzt, jedoch nur in einem radial innerhalb und außerhalb der Ringnuten 48 und 50 liegenden Bereich, während die den Ringnuten 48 und 50 zugekehrten Bereiche der Reibflächen der Reibbeläge 15 und 16 nicht abgenutzt werden, so daß in diesen nicht abgenutzten Ringbereichen axial vorstehende Rippen 51 und 52 verbleiben, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Diese Rippen 51 und 52 stel­ len trotz der Abnutzung der Reibbeläge 15 und 16 weiter­ hin einen geringen Drosselspalt zwischen den Reibbelägen 15 und 16 und den ihnen zugekehrten Flächen 47 und 49 sicher, so daß die Arbeitsräume 28 und 29 hinreichend abgedichtet bleiben. Da die Tiefe der Ringnuten 48 und 50 größer als das maximale Abriebmaß der Reibbeläge 15 und 16 gewählt ist, können sich Abriebteilchen zu­ mindest teilweise in dem jeweiligen Ringraum zwischen der Rippe 52 und dem Boden der Ringnut 48 bzw. zwischen der Rippe 51 und dem Boden der Ringnut 50 ansammeln, ohne den Betrieb zu beeinträchtigen. Die Wahl der Breite der Ringnuten 48 und 50, so daß sie größer als die Korn­ größe der Reibbeläge 15 und 16 ist, stellt sicher, daß die Rippen 51 und 52 eine hinreichende Festigkeit auf­ weisen und nicht zerbrechen.

Bei der Abwandlung der Kupplungs- und Bremsvorrichtung nach den Fig. 4 bis 7 sind die Ringnuten 48 und 50 etwas breiter ausgebildet und der Kupplungsflansch 7 sowie die dem Reibbelag 16 zugekehrte Fläche 49 der Kupplungs­ kammer 17 bzw. des Bremsrings 22 jeweils mit einer axial vorstehenden Ringschulter 53 und 54 versehen, die mit ihrer radial äußeren Ringfläche an der radial inneren Ringfläche des jeweiligen Reibbelags 15 bzw. 16 anliegt, wobei die Ringschulter 53 die Ringnut 48 und die Ring­ schulter 54 die Ringnut 50 begrenzt.

Ferner ist in jedem Reibbelag 15 und 16 jeweils eine zur Wellendrehachse konzentrische Ringnut 55 bzw. 56 nahe seiner radial inneren Ringfläche ausgebildet. Die Ringnuten 55 und 56 sind auf diese Weise jeweils durch eine radial innen umlaufende Wand 57 bzw. 58 begrenzt.

Die an der radial inneren Ringfläche des Reibbelags 15 bzw. 16 anliegende Ringschulter 53 bzw. 54 sorgt zusätz­ lich für eine Abdichtung des Arbeitsraums 28 bzw. 29. Die Ringnut 55 bzw. 56 ergibt einen Freiraum, in den sich die Wand 57 bzw. 58 aufgrund einer Erwärmung durch die Reibung an der Ringschulter 54 ausdehnen kann, wie es durch die gestrichelten Linien in Fig. 6 angedeutet ist. Dies wird noch dadurch begünstigt, daß der Kupp­ lungsflansch 7 und der Bremsring 22 aus Stahl und die Reibbeläge 15 und 16 aus Kork-Gummi hergestellt sind, wobei die Reibbeläge einen etwa zehnmal höheren Wärme­ dehnungskoeffizienten aufweisen als der Kupplungsflansch 7 und der Bremsring 22. Dadurch wird erreicht, daß selbsttätig ein unabhängig von der Erwärmung gleichblei­ bender Drosselspalt zwischen der Ringschulter 53 und der Wand 57 sowie zwischen der Ringschulter 54 und der Wand 58 eingehalten wird. Außerdem ist zwischen der äußeren Umfangsfläche der Kupplungsscheibe 11 und der inneren Umfangsfläche der Kupplungskammer 17, ebenso wie bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 ein sehr enger Spalt mit Drosselfunktion vorgesehen.

Claims (8)

1. Durch ein kompressibles Fluid, insbesondere pneuma­ tisch, schaltbare Kupplungs- und Bremsvorrichtung mit einer Eingangs- und einer Ausgangswelle (5, 8), die in einem Gehäuse (1) gelagert sind und in einer Kupplungskammer (17) im Gehäuse (1) enden, wobei ein drehfest mit der Eingangswelle (5) verbundener Kupplungsflansch (7) und eine Reibscheibe (12) in der Kupplungskammer (17) angeordnet sind, die Reib­ scheibe (12) die Kupplungskammer (17) in zwei mit unterschiedlichem Druck beaufschlagbare Arbeitsräume (28, 29) unterteilt und unter Zwischenschaltung eines Reibbelags (15, 16) an den Kupplungsflansch (7) oder eine Stirnfläche (49) der Kupplungskammer (17) anleg­ bar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die der Reib­ fläche des betreffenden Reibbelags (15; 16) zugekehr­ te Fläche (47; 49) des Kupplungsflansches (7) und/­ oder der Kupplungskammer (17) eine zur Wellendrehach­ se konzentrische Ringnut (48; 50) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Ringnut (48; 50) größer, vorzugs­ weise wenigstens eineinhalbmal größer, als das maxima­ le Abriebmaß des Reibbelags (15; 16) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Breite der Ringnut (48; 50) bei einem gekörnten Reibbelag (15; 16) größer, vorzugs­ weise wenigstens eineinhalbmal größer, als die Korn­ größe des Reibbelags (15; 16) ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibbelag (15; 16) Kork-Gummi mit einer Korn­ größe von etwa 1 mm aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungsflansch (7) und/oder die dem Reibbelag (15; 16) zugekehrte Fläche (49) der Kupplungskammer (17) eine axial vorstehende Ring­ schulter (53; 54) aufweist, die mit ihrer radial äußeren Ringfläche an der radial inneren Ringfläche des Reibbelags (15; 16) anliegt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringschulter (53; 54) die Ringnut (48; 50) begrenzt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Reibbelag (15; 16) eine zur Wellen­ drehachse konzentrische Ringnut (55; 56) nahe seiner radial inneren Ringfläche aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibscheibe (12) eine gegen­ über der Ausgangswelle (8) in jedem Belastungszustand axial verschiebbar gelagerte Kupplungsscheibe (11) und mindestens eine flexible Drehmomentscheibe (14) aufweist, daß die Drehmomentscheibe (14) an der Aus­ gangswelle (8) drehfest und axial nicht beweglich und am Umfang der Kupplungsscheibe (11) drehfest und mit dieser zusammen axial verschiebbar angeordnet ist, und daß die Drehmomentscheibe (14) beidseitig vom gleichen Druck beaufschlagbar ist.