-
Flüssigkeitsgekühlte Zylinderreibungskupplung oder -bremse Die Erfindung
betrifft eine flüssigkeitsgekühlte Zylinderreibungskupplung oder -bremse, bei der
ein in einem ringförmigen Zylinder der einen Kupplungs-oder Bremshälfte radial beweglicher,
achsparallel geschlitzter, federnder Reibring durch Beaufschlagung mittels eines
Druckmittels gegen einen Reibzylinder der anderen, zu kuppelnden oder abzubremsenden
Reibfläche gedrückt wird. Der hiernach gegebene Stand der Technik ist aus dem deutschen
Patent 669354 zu entnehmen. Die durch dieses Patent bekanntgewordene Einrichtung
ist als Bremse für Wendegetriebe vorgesehen; sie ist wegen der auftretenden Reibungswärme
nicht geeignet, große Drehmomente abzubremsen.
-
Zweck vorliegender Erfindung ist es nun, unter Anwendung des achsparallel
geschlitzten Bremsringes eine Reibungskupplung bzw. -bremse zur Übertragung großer
Drehmomente zu schaffen. Bisher konnten Reibungskupplungen zur Übertragung großer
Leistungen nur unter der Gefahr des Auftretens von Wärmerissen bzw. Brüchen oder
in suchen Fällen angewendet werden. in denen ein rascher Verschleiß von vornherein
in Kauf genommen wurde. Um solche Schäden nach Möglichkeit zu vermeiden, mußten
Überdimensionierungen der Kupplungs- bzw. Bremselemente vorgenommen werden. Die
erwähnten Übelstände treten in um so größerem Maße auf, je mehr Schaltungen pro
Zeiteinheit durchgeführt werden müssen.
-
Hier setzt nun die Erfindung ein, welche eine Zylinderreibungskupplung
oder -bremse der eingangs geschilderten Art betrifft. Das Neue besteht in der Hauptsache
darin, daß der Reibzylinder nahe seiner Reibfläche eine oder mehrere Reihen konzentrisch
angeordneter, achsparalleler Bohrungen aufweist, denen über mäanderartig verlaufende
Kanäle im Reibzylinder aus an sich bekannten Bohrungen der Welle Kühlflüssigkeit
zugeführt wird.
-
Bei Fahrzeugbremsen ist es bekannt, mit Wasser benetzte Bohrungen
zum Zwecke der Kühlung anzuwenden, jedoch verlaufen diese bekannten Bohrungen nicht
achsparallel, sondern schräg zur Achse, so daß sie eine Ventilationswirkung auf
die Bohrungen bzw. auf das in diese eingespritzte Kühlwasser ausüben. Die Bohrungen
sind nicht mit dem Kühlwasser gefüllt, sondern es wird ein Teil der Innenfläche
der Bohrungen mit Wasser benetzt, welches durch die Zentrifugalkraft nach außen
abgeschleudert wird. Die Ventilationswirkung ist wegen der beim Bremsen abnehmenden
Umfangsgeschwindigkeit nur geringfügig. Für Kupplungen oder Bremsen zur Übertragung
großer Drehmomente wäre daher diese Art der Bremskühlung unzureichend.
-
Demgegenüber handelt es sich bei der Erfindung um achsparallele, voll
beaufschlagbare Bohrungen, durch welche ständig unter Druck stehendes Kühlmittel
fließt, unabhängig davon, welche Umfangsgeschwindigkeit die Kupplungs- oder Bremsfläche
hat. Gemäß der Erfindung wird sogar der Kühlvorgang beim Stillstand der Maschine
nicht unterbrochen. Die bisher durch Wärmespannungen verursachten Schäden werden
somit vermieden. Mit der Reibungskupplung bzw. -bremse gemäß der Erfindung können
große Drehmomente übertragen werden, ohne daß die Gefahr von durch Reibungswärme
hervorgerufenen Wärmerissen oder Brüchen entsteht. Während bei vielen im normalen
Maschinenbau angewendeten Kupplungen die Zahl der Schaltungen pro Stunden so gering
ist. daß die Reibungswärme rasch von den Metallmassen aufgenommen und in den langen
Pausen an die Umgebung abgegeben werden kann, ist dies bei großen Spezialanlagen,
wie z. B. bei Bergwerks-Fördermaschinen. Reversier-Walzwerken, Eisbrechern usw.
nicht mehr der Fall. Hier müssen die Schaltungen vom Stillstand auf Höchstleistung
oft wiederholt werden. so daß man die Abführung der Reibungswärme durch den Einbau
von Gebläsen zu erzielen versucht. Die Erfahrung zeigt jedoch, daß durch diese Art
der Kühlung die Kupplung nicht vor Wärmerissen und Brüchen mit Sicherheit bewahrt
werden kann, abgesehen von der Notwendigkeit umständlicher, teurer und überdimensionierter
Kupplungseinrichtungen. Demgegenüber ermöglicht nun die Erfindung die gleichmäßige,
intensive Ölkühlung nicht nur der Nabenreibflächen, sondern der gesamten Nabe. Durch
die erfindungsgemäße Anordnung von Bohrungen und Schlitzen in der das Drehmoment
aufnehmenden Nabe ist dem Material bei hoher Reibungsbeanspruchung und damit bei
außerordentlich großer Wärmebildung die Möglichkeit gegeben, seine Form zu ändern,
d. h. sich auszudehnen. Dadurch können keine unerwünschten Formänderungen an den
Gleitflächen
auftreten; ferner werden Umfangsspannungen, die zu
den erwähnten Rissen und Zerstörungen führen können, vermieden. Einzelheiten der
Erfindung sind aus der nachstehenden Beschreibung und den Zeichnungen zu ersehen.
Diese stellen die Erfindung beispielsweise dar, und zwar zeigt Fig. 1 einen Teil-Längsschnitt
1-I der Fig. 2 durch eine Reibungskupplung, Fig. 2 einen Teil-Ouerschnitt 11-II
der Fig. 1, Fig.3 eine weitere Ausführungsform des Reibzylinders im Teil-Längsschnitt,
Fig. 4 einen Teil-Querschnitt zu Fig. 3, Fig. 5 einen Schnitt V-V der Fig. 3, Fig.
6 und 7 weitere Ausführungsformen des Reibzylinders im Längsschnitt.
-
Der Antrieb der Zylinderreibungskupplung erfolgt über das Kegelrad
1, durch welches die eine Kupplungshälfte 32 und mit dieser der federnde, achsparallel
geschlitzte Reibring 2 mitgenommen wird, der einen Reibbelag 13 aufweist. Der Abtrieb
des Drehmoments erfolgt dadurch, daß infolge des durch den Kanal 11 der Hohlwelle
22 zugeführten Drucköls, das über den Kanal 35 in den ringförmigen Druckraum 12
eintritt, der den Schlitz 16 aufweisende Reibring 2 zusammengepreßt und gegen die
Oberfläche des Reibzylinders 4 gepreßt wird. Hierdurch erfolgt eine Mitnahme durch
Reibung, so daß der auf der Welle 22 fest aufgesetzte Reibzylinder 4 das aufgenommene
Drehmoment über das Abtriebszahnrad 15 weiterleitet.
-
Gemäß der Erfindung sind eine oder mehrere Reihen konzentrisch angeordneter,
achsparalleler Bohrungen 5 im Reibzylinder 4 vorgesehen. Diese achsparallelen Bohrungen
5 dienen einerseits zum Ausgleich von Wärmespannungen des Werkstoffs und anderseits
zur Kühlung des äußeren Bereichs des Reibzylinders 4. Wie insbesondere aus Fig.
2 zu ersehen ist, sind auf dem Umfang des Reibzylinders 4 gegen die Achsmitte gerichtete
Schlitze 3 vorgesehen, die als Ausdehnungsschlitze wirken und vorzugsweise in Bohrungen
25 münden, durch welche Kerbspannungen verhindert werden. Durch die Schlitze 3 in
Verbindung mit den achsparallelen Bohrungen 5 entsteht ein in hohem Maße elastischer
Reibzylinder 4, so daß die äußere Zone sich ausdehnen kann, ohne daß große Spannungsunterschiede
zwischen benachbarten Schichten mit erheblichen Temperaturunterschieden entstehen.
Die Bildung von Rissen im Reibzylinder sowie Brüche sind daher praktisch ausgeschlossen.
Die Wahl von beispielsweise zwei Reihen von Bohrungen 5 erhöht den Ausgleich der
Spannungen gegenüber der Anwendung einer Reihe von Bohrungen 5.
-
Zur Kühlung wird Kühlöl unter einem Druck von etwa 1 bis 2 atü durch
den Ringkanal 10 der Welle 22 eingeleitet und gelangt über den Kanal 9 und die Kanäle
8 des Reibzylinders 4 in die Bohrungen 5, die vom Kühlöl in den angegebenen Pfeilrichtungen
durchflossen werden. Zweckmäßigerweise werden diese Bohrungen 5 so nahe als möglich
an die Außenfläche des Reibzylinders 4 gelegt, um eine möglichst intensive Wärmeabführung
zu erzielen. Bei Ausführung mit zwei Reihen von Bohrungen 5 (Fig. 1 und 2) werden
die beiden Reihen im Gegenstrom vom Kühlöl durchflossen. Dadurch wird erreicht,
daß im Inneren des Reibzylinders 4 etwa die gleiche mittlere Temperatur herrscht
wie an seinem Umfang. Demzufolge wird eine durch Temperaturunterschiede bedingte
Durchmesseränderung des Reibzylinders 4 an den Außenzonen gegenüber der Mittelzone
vermieden und ein gleichmäßiges Anliegen des Reibbelags 13 erzielt. Es ist vorgesehen,
die wirksame Kühlfläche der Bohrungen 5 durch Einschneiden eines Innengewindes zu
erhöhen; auf diese Weise kann beinahe eine Verdoppelung der Kühlwirkung erzielt
werden.
-
Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, -verlaufen die im Reibzylinder 4 vorgesehenen
Kühlölkanäle 8 etwa mäanderförmig, wodurch eine Erhöhung der Kühlwirkung im Inneren
des Reibzylinders erzielt wird. Zur weiteren Erhöhung der Kühlwirkung ist vorgesehen,
die Kanäle 8 mit Rippen, Rauhungen, Gewindegängen od. dgl. zu versehen. Entsprechend
der jeweiligen Ausführungsform der Erfindung können Verteilerkammern 26 vorgesehen
sein, von welchen das Kühlöl über die Bohrungen am Grund der Schlitze zu den achsparallelen
Bohrungen 5 geleitet wird. Gemäß der Erfindung ist auf die Kühlung des inneren Teils
des Reibzylinders 4 großer Wert gelegt, «>eil bei Arbeitspausen jeweils eine intensive
Kühlung der Außenzone des Reibzylinders 4 einsetzt, was bei Nicht-Kühlung des inneren
Bereichs des Reibzylinders 4 zu erheblichen Tangentialspannungen und zum Bruch des
Reibzvlinders führen kann. Durch die Anordnung der Kühlölkanäle zwischen der Welle
22 und den Außenzonen des Reibzylinders 4 werden verhältnismäßig sanfte Temperaturübergänge
im Gesamtbereich des Reibzylinders erzielt, was einen elastischen Ausgleich der
Wärmespannungen zur Folge hat. Bei der Anordnung von Innenkanälen 8 gemäß Fig. 1
wird der Reibzylinder 4 geteilt ausgeführt und durch Ankerschrauben 14 zusammengehalten.
Zur Erzielung einer maximalen Kühlwirkung wird erfindungsgemäß eine Stauung des
Kühlöls im äußersten Bereich (äußere Bohrungen 5) dadurch hervorgerufen, daß der
Abflußkanal 7 für das Kühlöl radial innerhalb der äußersten Bohrungen 5 nach außen
mündet. Hierdurch wird erreicht, daß letztere niemals ohne Kühlöl sind. Diese Wirkung
wird noch weiter dadurch gesichert, daß die Abflußkanäle 7 einen geringeren Durchmesser
als die Bohrungen 5 aufweisen. Zufolge der erfindungsgemäßen Mündung und der Verengung
des Abflußkanals 7 wird daher sowohl bei rotierendem Reibzylinder 4 als auch bei
dessen Stillstand die äußerste Reihe der Bohrungen 5 stets mit Kühlöl gefüllt. Wenn
somit die Kupplung nach hoher Beanspruchung stillsteht, hört die Ölkühlung nicht
auf, sondern das Kühlöl spritzt auch bei ruhendem Reibzylinder, vorausgesetzt daß
die Kühlölpumpe weiterläuft, durch die Abflußkanäle 7 seitlich heraus. Dies ist
zur Verhinderung von Wärmerissen und Brüchen von Wichtigkeit. Wie aus Fig. 1 zu
ersehen ist, erfolgt der seitliche Abschluß der Bohrungen 5 durch Umleit-und Stauringe
6, in welchen die Abflußkanäle 7 vorgesehen sind.
-
Damit das Kühlöl im Bereich der Schlitze 3 nicht durch diese austreten
kann, sind sowohl am Grund der Schlitze als auch in der äußeren Reihe der Bohrungen
5 Dichtungsbolzen 27 und 17 (Fig. 2) eingelegt. Gemäß der Erfindung befinden sich
in den äußeren Dichtungsbolzen 17 Schmierbohrungen 18 (Fig. 3 und 5) von entsprechend
kleinem Durchmesser, zu dem Zweck, den Reibbelag 13 zu schmieren, d. h. ihn mit
einem Ölfilm zu versehen. Durch die Schmierung wird zwar der Reibungskoeffizient
verringert, jedoch kann der Anpreßdruck wegen der durch das Öl verhinderten Abnutzung
der Reibfläche so gesteigert werden, daß die Abmessungen der Kupplung kleiner werden
als bei einer nicht schmierten Kupplung. Die Kühlung des Reibbelags 13
erfolgt
im wesentlichen durch die Berührung mit dem
gekühlten Reibzylinder
4. Da eine Wärmebrücke zwischen dem Belag 13 und dem geschlitzten Reibring 2 besteht,
läßt sich eine weitere Kühlung des Bremsbelags noch dadurch erreichen, daß die gegen
den Druckraum 12 gerichtete Fläche des Reibringes 2 mit (nicht dargestellten) Kühlrippen
bzw. Rillungen versehen wird.
-
Gemäß Fig. 3 und 4 ist ein Füllblech 19 in den Schlitz 3 eingesetzt,
wodurch verhindert wird, daß das Kühlöl unter Umgehung der inneren Bohrungsreihe
5 a unmittelbar in die äußere Bohrungsreihe 5 b eintritt. Die Füllbleche
19 sind in Nuten der Dichtungsbolzen 17 eingesetzt.
-
In den Fig. 6 und 7 sind einfachere Ausführungsformen gezeigt, d.
h. solche, die für geringere Beanspruchungen vorgesehen sind. Der Reibzylinder 4
besteht hierbei aus einem Stück, und es ist nur eine einzige Reihe von Bohrungen
5 für die Kühlung vorgesehen. An Stelle der mäanderförmigen Kühlkanäle 8 im Inneren
des Reibzvlinders 4 sind die aus den Fig. 6 und 7 ersichtlichen Zuführungskanäle
8a und 8 b vorgesehen, die in Ringkanäle verschiedener Form, Größe und Anordnung
münden. Bei diesen Ausführungsformen sind entweder seitliche Abschlußscheiben 28
(Fig. 6) oder ein Reibring 24 (Fig. 7) vorgesehen, durch welchen die Kühlölkanäle
5 c von beispielsweise kleinem Durchmesser mitgebildet sind und nach außen abgeschlossen
werden. Ein Abschlußring 31 ist bei der Ausführungsform nach Fig. 7 für den seitlichen
Abschluß vorgesehen. Als vorteilhafte Ausführungsform werden die Kanäle 5 c (Fig.
7) in der Weise hergestellt, daß sowohl im Reibzylinder 4 als auch auf der Innenfläche
des Reibrings 24 Zähne eingestoßen sind, so daß ein allseitiges Spiel für den Durchfluß
des Kühlöls vorhanden ist. Auf diese Weise wird trotz geringer Kühlraumhöhe eine
verhältnismäßig große Kühlfläche erzielt. Infolge der Verringerung des Kühlöldurchflußquerschnitts
tritt eine Erhöhung der Durchflußgeschwindigkeit des Kühlöls und damit eine Erhöhung
der Wärmeübergangszahl ein. Außer der intensiven Kühlwirkung hat die Ausführung
gemäß Fig.7 noch den Vorteil, daß die Durchmesseränderungen durch Temperaturunterschiede
zwischen dem Reibring 24 und dem Reibzylinder 4 keine rissebildenden Spannungen
hervorrufen.
-
Die Erfindung ist sinngemäß auch für Kupplungen bzw. Bremsen zur Übertragung
kleinerer Drehmomente anwendbar, bei welchen infolge der hohen spezifischen Leistung
eine verhältnismäßig große Raumeinsparung erzielt werden kann.