DE3005728A1 - Kupplung - Google Patents

Description

DR.-ING. R. DÖRING DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE

BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN

5500

Dana Corporation
4500 Dorr Street
Toledo, Ohio, V.St.A.

"Kupplun

Die Erfindung betrifft eine Kupplung mit einem gegen Drehen festgelegten Kupplungsglied und einem rotierenden Kupplungsglied und mit zwischen diesen angeordneten, nur in einer Drehrichtung kupplungswirksamen Eingriffsgliedern, insbesondere kippbaren Klemmstücken, bei der das rotierende Kupplungsglied einen ringförmigen Schmiermittelsumpf begrenzt.

Es sind verschiedene Ausführungsformen von in einer Richtung wirksame Kupplungen bekannt, die für die verschiedensten Bedürfnisse ausgestaltet sind. Solche Kupplungen umfassen typischerweise ein rotierendes Kupplungsglied zur Verbindung mit einer Welle einer treibenden Maschine und wenigstens ein gegen Drehen stationäres Kupplungsglied, welches bedarfsweise eine Drehung des rotierenden Kupplungsgliedes in einer Richtung verhindern soll oder unter bestimmten Umständen eine Antriebsverbindung z.B. mit einem Reserveantrieb schaffen soll. Der- j

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artige Kupplungen finden Anwendung in verschiedenen Anwendungsbereichen und müssen häufig unter extrem ungünstigen Bedingungen zuverlässig arbeiten.

Ein schwieriges Problem bildet bei einigen Anwendungsbereichen die Schmierung. Einige große Kupplungen haben eine äußere Schmiermittelpumpe, die zufriedenstellend arbeitet, solange wie die Pumpe und die zugehörigen Einrichtungen ordnungsgemäß funktionieren. Ihre Zuverlässigkeit ist jedoch begrenzt, so daß die Arbeitsweise der Kupplungen gefährdet ist, wenn die äußere Schmiermittelzufuhr aus irgendwelchen Gründen unterbrochen wird. Hierbei treten häufig große Verluste an Schmiermittel auf, insbesondere wenn die Kupplung anderen schwierigen Arbeitsbedingungen unterworfen ist.

Es sind auch schon Kupplungen mit einem inneren Pumpsystem bekannt, wobei diese inneren Pumpen die äußeren Pumpen ergänzen oder ersetzen sollen. Viele von den bekannten Ausgestaltungen umfassen Rohre oder Schläuche bzw. Schaufeln, die in ein Schmiermittelreservoir ragen. Bei solchen Systemen treten jedoch ernsthafte Probleme auf, da Drehwiderstandskräfte bei diesen Einrichtungen auftreten, häufig begleitet von störenden Turbulenzen des Schmiermittels in dem Reservoir.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Kupplung der eingangs näher bezeichneten Art so weiterzubilden, daß bei besonders kompakten

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Aufbau eine intensive innere Schmierung ohne die aufgezeigten Nachteile erreicht wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das drehfeste Kupplungsglied einen Schmierring unterstützt, der - bevorzugt radial in den Schmiermittelsumpf ragt, von einer radial äußeren Umfangsfläche begrenzt ist, sowie wenigstens einen Schmiermittelkanal enthält, der von der Umfangsfläche sich nach innen in das Innere des Ringes erstreckt. Hierbei nimmt der Schmierring Schmiermittel aus dem Sumpf auf und verteilt das Schmiermittel im Inneren der Kupplung, insbesondere im Bereich der Kupplungslager.

Vorteilhafterweise besitzt der oder jeder Schmiermittelkanal eine bündig liegende Einlaßmündung, so daß der Schmierring eine im wesentlichen von vorstehenden Teilen freie Umfangskontur aufweist, die überdies noch strömungsmäßig günstig gestaltet werden kann, so daß weitgehend jegliche Turbulenz innerhalb des Schmiermittelsumpfes ebenso wie jeglicher Drehwiderstand vermieden werden.

Um den Zentrifugalkräften, die auf das Schmiermittel wirksam sind, entgegenzuwirken, geht von der Einlaßmündung der Schmiermittelkanäle jeweils eine in Umfangrichtung verlaufende Schrägfläche bzw. eine in Umfangsrichtung verlaufender Ansaugkanal aus, der so gestaltet ist, daß im Bereich der Eintrittsmündung

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des Schmiermittelkanals ein Unterdruck entsteht, wobei das Schmiermittel aus dem Schmiermittelsumpf sowohl in radialer als auch in axialer Richtung in den entsprechenden Ansaugkanal eintreten kann. Der von der Mündung ausgehende Schmiermittelkanal ist überdies gegenüber einem Radius schräg geneigt uzw. bevorzugt in Drehrichtung von außen radial nach innen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Es zeigen:

FIG. 1 in perspektivischer Darstellung und teilweise aufgeschnitten eine Kupplung der bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung.

FIG. 2 ein senkrechter Schnitt durch die Kupplung nach Fig. 1 und

FIG. 3 eine Draufsicht auf einen in Verbindung mit der Kupplung verwendeten Schmierring, der teilweise aufgeschnitten dargestellt ist.

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel einer Kupplung der in Frage stehenden Art ist in den Fig. 1 und 2 gezeigt. Diese Kupplung kann in kombinierter Funktion als Rückhaltekupplung und Ililfsantriebskupplung verwendet werden. Die Kupplung umfaßt ein erstes Kupplungselement 10, das gegen Drehung festgelegt ist.

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Das Kupplungselement 10 umfaßt ein allgemein zylindrisches Glied 11, das eine radial äußere zylindrische Lauffläche 12 aufweist, an der die Eingriffselemente einer nur in einer Richtung wirksamen Eingriffseinrichtung 13 angreifen. Diese Eingriffseinrichtung ist bevorzugt in Form einer eine Vielzahl von kippbaren Klemmstücken 14 aufweisenden Einrichtung ausgebildet. Die Klemmstücke 14 sind zwischen zwei axial im Abstand angeordneten Halteteilen 15 angeordnet und durch Vorspannfedern 16 nachgiebig gelagert. Eine solche Anordnung ist allgemein bekannt (siehe US-Patentschrift 2 954 855). Für die gezeigte besondere Anwendung wird bevorzugt, daß die Geometrie der Klemmstücke derart ist, daß die Klemmstücke die Oberfläche 12 freigeben, wenn die Klemmstücke 14 und die Halteteile 15 rotieren und dadurch eine Zentrifugalkraft wirksam ist. Dieses Konzept ist allgemein als durch Zentrifugalkräfte ausrückbare Kupplungseinrichtung bekannt.

Von der Eingriffsfläche 12 auf dem zylindrischen Teil 11 ist im axialen Abstand ein Satz von äußeren Zahnradzähnen 17 vorgesehen. Ein gegen Drehen sichernder Drehmomentarm 18 von geeigneter Länge und Festigkeit dient zum Festhalten des Elementes 11 gegen Drehung. Zu diesem Zweck sind in dem Arm Zähne 19 vorgesehen, die in Eingriff mit den Zähnen 17 stehen. Eine ringförmige Deckplatte 9 überspannt die gezahnte Zwischenfläche und dient dazu, den Eintritt von Schmutz in die Kupplung zu verhindern.

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Die Kupplung umfaßt ein rotierendes Kupplungselement 20. Dieses weist ein scheibenförmiges Element 21 mit Bohrungen 22 auf, die zum Befestigen der Kupplung an dem rotierenden Antrieb z.B. einer Pumpe dienen. Ein zylindrisches Element 23 ist mit Bolzen 24 oder dergleichen an dem Easiselement 21 befestigt. Die radial innere Fläche 25 grenzt an die Eingiiffseinrichtung 18 an und bildet die zweite Eingriffsfläche, die in einer nur in einer Richtung wirksamen Antriebsbeziehung zu dem stationären Kupplungselement 10 steht. Das rotierende Kupplungselement 20 umfaßt einen Schmiermittelsumpf 30 oberhalb und allgemein radial in Fluchtung mit der Eingriffseinrichtung 13. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß die bevorzugte Ausführungsform eine Kupplung mit in Betrieb im wesentlichen lotrechte Achse umfaßt. Der Sumpf wird teilweise durch eine ringförmige, nach innen konkave und abgedichtete U-förmige Form eines Teils 31 gebildet, das an dem Zylinder 23 mittels Schrauben 32 und der Zwischenschaltung eines 0-Dichtringes befestigt ist.

Ein zweites zylindrisches Glied 40 ist an der Basis 21 mittels Schrauben 41 befestigt. Damit bildet das gesamte rotierende Kupplungsglied 20 einen Teil mit ringförmigen U-Querschnitt, in dem das stationäre Element 11 und die Eingriffseinrichtung 13 aufgenommen sind, die somit auf drei Seiten durch das rotierende Element eingeschlossen sind. Das rotierende Element dient mit diesem U-förmigen Querschnitt vor allem auch dazu ein Schmiermittel innerhalb des Kupplungs- und Eingriffsbereichs

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zu halten. Ein erstes Lager 41 ist zwischen dem Element 11 und dem Element 40 angeordnet, um die Reibung bei der Rotation zu vermindern. Das Lager 41 umfaßt eine Schulter 42, die zur axialen Lagesicherung dient. Ein zweites Lager 43 ist in axialer Fluchtung mit dem ersten Lager angeordnet und umfaßt eine Schulter 44. Die Schulter 44 dient als Druckscheibe, um axiale Kräfte zwischen den Teilen 11 und 21 zu übertragen und das Lager 41 gegenüber dem Lager 43 unter Bildung eines Zwischenabstandes 45 axial zu fixieren. Die Lager 41 und 43 sind jeweils in ihrer axialen Stellung aufgeschrumpft. Außerdem wird das Lager 43 gegenüber dem Teil 11 durch einen Stift 46 gegen relative Drehung gesichert.

Das innere Teil 40 der Kupplung umfaßt in einer bevorzugten Ausführungsform eine Mehrzahl von mit Gewinde versehenen Sacklöchern 85, die zur Aufnahme von Verbindungsbolzen 86 dienen, mittels dem ein Anpaßstück zur Verbindung mit einem Antriebsteil dienen. Für gewöhnlich ist dies ein wahlweise verwendbarer oder hilfsweise verwendbarer Antrieb, der eine zusätzliche nur in einer Drehrichtung wirksame Kupplung aufweisen kann.

Unter normalen Bedingungen wird Schmiermittel den kritischen Teilen der Kupplung 10 über ein äußeres Schmiermittelsystem über den Anschluß 80 und dem Kanal 77 zugeführt.

Wie am besten aus Fig. 2 hervorgeht, ist ein Schmierring 50 starr an dem stationären zylindrischen Teil 11 mit Hilfe von

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sechs in gleichen Umfangsabständen angeordneten Stiften 54 (siehe Fig. 3) befestigt. Der Schmiermittelring 50 ist oberhalb der Eingriffseinrichtung 13 nach Fig. 2 angeordnet und erstreckt sich in radialer Richtung in den Schmiermittelsumpf 30. Die radial innere Fläche 52 des Ringes paßt mit engem Sitz auf die radial äußere Umfangsflache 12 des stationären Elementes 11. Zwei im axialen Abstand angeordnete Dichtringe 53 dienen zur Abdichtung der Spalte zwischen Ring 50 und Glied 11. Der Schmiermittelring 50 weist einen aerodynamisch geformten Querschnitt auf, um so den Drehwiderstand und die Turbulenz in dem Sumpf 30 zu verringern.

Gemäß Fig. 3 weist der Schmiermittelring 50 eine radial außunliegende Umfangsflache 51 auf. In dieser sind zwei in gleichen Umfangsabständen angeordnete bündig liegende Einsatzöffnungen 55 vorgesehen. Es wird darauf hingewiesen, daß die Einlasse 55 keinerlei Schaufeln oder andere vorspringende Teile aufweisen, die sich über die radiale äußere Umfangsflache 51 hinaus erstrecken. Dadurch wird jeder unnötige Drehwiderstand und jede Turbulenz innerhalb des Sumpfes 30 unterbunden. Die bündig liegenden Einlasse 55 umfassen eine abgeschrägte L-förmig geformte Rampe 62, die sich in Umfangsrichtung über einen Winkel von etwa 90° über die äußere Umfangsflache 51 des Schmiermittelringes 50 erstreckt. Die Rampe 62 wird durch eine radial verlaufende Wand 63 begrenzt, welche die Rampe nach oben bu^rejixt, sowie durch eine axial verlaufende Fläche 64, welche die radial innere Seite oder den Boden der Rampe bestimmmt. Es wird bemerkt, daß Fig. 3 den Schmiermittelring 50 in der Bodenansicht

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BAD ORIGINAL

zeigt und daß die Rampe insgesamt in den Schmiermittelsumpf 30 von der Bodenfläche aus in axialer Richtung und von der äußeren Umfangsflache 51 in radialer Richtung offen ist.

Nahe dem tiefsten Ende der Rampe 62 ist ein Schmiermittelkanal 56 vorgesehen. Dieser erstreckt sich von der radial äußeren Umfangsflache 51 des Ringes bis zu der radial inneren Fläche 52 des Ringes. Der Kanal öffnet sich in der radial inneren Umfangsfläche des Ringes in Fluchtung mit einer Öffnung eines Schmiermittelkanalsystems 72, das in dem radial äußeren Bereich des stationären oder drehfesten Teils 11 vorgesehen ist. Der Schmiermittelkanal umfaßt eine Reihe von Bohrungen 71, 73 und 75, die von dem Schmiermittelring 50 bis zu den Lagern 42 und 43 reicht.

Der Schmiermittelkanal 56 besteht aus drei verschiedenen Bohrungen 57, 58 und 59, die aneinander anschließen. Allgemein ist zunächst der Schmiermittelkanal 56 unter einem Winkel "X" von etwa 30 gegenüber einem Radius 65 des Ringes geneigt uzw. in Drehrichtung von außen radial nach innen. Die mittlere Bohrung 58 ist zylindrisch während die Bohrungen 57 und 59 allgemein kegelstumpfförmig sind, um eine ringförmig abgestufte Übergangszone von der allgemein in Umfangsrichtung verlaufenden Rampe 62 zu der allgemein radial verlaufenden Kanalführung 71 für das Schmiermittel in dem stationären Glied 11 zu sorgen. Der Einlaß 55 umfaßt weiterhin einen plattenförmigen Vorsprung 60, der in einer bevorzugten Ausführungsform an der äußeren

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Umfangsfläche 51 des Ringes angeschweißt ist und sich in dieser Umfangsflache etwa tangential erstreckt. Alternativ dazu kann der vorspringende Teil 60 auch direkt in den Ring mit eingearbeitet sein. Der Vorsprung 60 wirkt mit der oberen radial verlaufenden Wand 63 und mit einem zusätzlichen axial unteren Wandsegment 63' zusammen, daß sich ebenfalls wie die Wand 63 radial erstreckt. Dadurch wird ein kastenförmiger Kanal zur Führung des Schmiermittels in den Schmiermittelkanal 56 begrenzt. Ein Ableitsystem trägt dazu bei, eine zu starke Schmierung zu verhindern. Jedes durch diesen Auslaß 81 nach innen in die Bohrung 83 tretende überschüssige Schmiermittel läuft unter der Wirkung der Schwerkraft axial nach unten und unter der Wirkung der Zentrifugalkraft radial nach außen über den Boden des Basisteils 21. Eine zentrifugal wirksame Ablaufbohrung 84 ist vorgesehen, wenn die Kupplung innerhalb eines Gehäuses arbeitet bzw. andere Maßnahmen getroffen sind, um das Abschleudern des Schmiermittels zu gestatten.

Bei Betrieb wird das Schmiermittel, z.B. Öl in dem rotierenden im Querschnitt U-förmigen Antriebselement 20 im Bereich des Schmiermittelsumpfes 30 mitgenommen. Das Schmiermittel rotiert in der Richtung des Pfeiles 70 in Fig. ? gegenüber dem stationären oder gestellfesten Schmiermittelring 50. Der in sich geschlossene Ring weist eine aerodynamische Querschnittsgestaltung, welche den Drehwiderstand und die Turbulenz im Sumpf 30 vermindert. Dadurch wird insgesamt die Wirksamkeit der

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Kupplung erhöht. Obwohl Zentrifugalkräfte wirksam sind, um das Schmiermittel in den Sumpf radial nach außen und weg von der bündig liegenden Einlaßöffnung 55 zu schleudern, wirkt der rampenförmige Teil 62 ansaugend auf das Schmiermittel und drückt dieses in den Ring 50 uzw. durch Erzeugung von Unterdruckkräften in dem Schmiermittel, die in einer Richtung wirksam sind, welche der Richtung der Zentrifugalkräfte entgegengesetzt ist. Die Arbeitsweise des Schmiermittelringes wird weiterhin durch das Prinzip der Grenzschichtkohäsion unterstützt. Dadurch wird Schmiermittel in die bündig liegenden Einlasse gesaugt und in einem kontinuierlichen Schmiermittelstrom.nach innen getragen, der durch die Grenzschichtkräfte zusammengehalten wird. Es wird bemerkt, daß das Schmiermittel in den Ring radial nach innen und axial nach außen aus dem Sumpf gesaugt wird.

Es ist ersichtlich, daß an der beschriebenen Ausführungsform Modifikationen vorgenommen werden können, ohne daß der Schutzumfang verlassen wird.

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Claims (1)

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   Γ PATENTANWÄLTE ~1

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   Ansprüche

   . ) Kupplung mit einem gegen Drehen festgelegten Kupplungsglied und einem rotierenden Kupplungsglied sowie mit zwischen diesen angeordneten und nur in einer Drehrichtung kupplungswirksamen Eingriffsgliedern, insbesondere Klemmstücken, bei der das rotierende Kupplungsglied einen ringförmigen Schmiermittelsumpf begrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß das gestellfeste Kupplungsglied (10,11) einen Schmierring (50) unterstützt, der in den Schmiermittelsumpf (30) ragt, von einer radial äußeren Umfangsflache (51) begrenzt ist und wenigstens einen Schmiermittelkanal (56) enthält, der von der Umfangsfläche (51) sich nach innen erstreckt.

   2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der oder jeder Schmiermittelkanal (56) eine bündig liegende Einlaßmündung (55) aufweist.

   3. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Ring (50) eine in Umfangsrichtung verlaufende Schrägfläche (64) aufweist, die von

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   der Einlaßmündung (55) ausgeht.

   4. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die umfängliche Schrägfläche (64) zum Sumpf (30) radial und axial offenliegt.

   5. Kupplung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß der rampenförmige Abschnitt einen Bodenbereich aufweist, von dem der axial offene Bereich ausgeht.

   6. Kupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (50) wenigstens einen umfänglichen Saugkanal bildet, der im wesentlichen durch zwei sich L-förmig schneidenden Wandflächen begrenzt ist, von denen eine (63) im wesentlichen in radialer Richtung und die andere (64) im wesentlichen in axialer Richtung verläuft und der Drehrichtung entgegen in ihrem radialen Abstand von der Drehachse stetig zunimmt.

   7. Kupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Schmiermittelkanal (56) von dem Schrägflächenbereich von geringstem Radius aus unter einem gegenüber einem Radius (65) spitzen Winkel (x) - vorzugsweise in Drehrichtung (70)

   . geneigt - durch die ganze radiale Höhe des Ringes (50) erstreckt.

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   8. Kupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmiermittelkanal (56) in ein Verteilerkanalsystem (71, 72, 73) des drehfesten Kupplungsgliedes (11) mündet.

   9. Kupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß das Verteilerkanalsystera im Bereich von Drehlagern (41, 43) zwischen den drehfesten und den rotierenden Kupplungsteilen (11, 20) mündet.

   10. Kupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittelsystem (30, 50) zusätzlich zu einer an das Verteilerkanalsystem angeschlossenen äußeren Schmiereinrichtung (80) vorgesehen ist.

   11. Kupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das rotierende Kupplungsglied (20) - bevorzugt bei etwa lotrechter Drehachse der Kupplung - im Ringquerschnitt U-förmig ausgebildet und axial nach oben offen ist und das gestellfeste Kupplungsglied (11) zwischen seinen Schenkeln (23,

   40) wenigstens teilweise, bevorzugt jedoch zusammen mit den Lagern (41, 43) und/oder den Eingriffselementen (14) aufnimmt.

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