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Sicherheits-Reibungskupplung Die Erfindung betrifft eine Sicherheits-Reibungskupplung,
bei der das Drehmoment mit Hilfe von Erwärmungsvorgängen übertragen wird.
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Es ist eine Reibungskupplung bekannt, bei der einerseits die durch
Fliehkräfte erzeugten oder erzeugenden Kupplungskräfte mit Hilfe der Erwärmung und
Abkühlung von Bi-Metallstreifen beeinflußt und gesteuert werden. Andererseits können
bei einer derartigen Kupplung Konusteile mit Hilfe von sich unter Lagerreibung erwärmenden
Bi-Metallscheiben zunächst aneinandergepreßt werden. Sie werden dann von der Umfangskraft
über einen mit kegelförmigen Flächen vers#ehenen Ring aufeinander gepreßt, um das
volle Drehmoment zu übertragen. Wie auch immer das selbsttätige Arbeitsspiel dieser
Kupplungen zusammengestellt sein mag, so handelt es sich bei diesen Kupplungen immer
nur darum, die in der Kupplung zur Herbeiführung der jeweiligen Schaltzustände verfügbaren
bzw. bereitgestellten Kräfte durch Erwärmungs- bzw. Abkühlungsvorgänge zu beeinflussen.
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Ferner ist für den Antrieb eines Kühlerpropellers an einem Kraftfahrzeugmotor
eine Anordnung bekanntgeworden, bei der ein ein Medium führender Fühlkörper in das
Kühlwasser des Fahrzeuges ragt und mit Hilfe eines elastischen Rohres bei Erwärmung
eine kraftschlüssige Kupplung ein- und bei Abkühlung ausschaltet, um dadurch den
Kühlerpropeller zu betätigen und eine automatische Regelung der Kühlwassertemperatur
zu erzielen.
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Für eine mit von außen zugeführtem Flüssigkeitsdruck betätigte Kupplung
ist es bekannt, zur Schaffung einer bei überdrehzahlen ansprechenden Auslösevorrichtung,
einen Satz mit Keilflächen versehener Fliehkörper anzuordnen, welche bei überschreiten
einer bestimmten Drehzahl ein Widerlager axial verschieben und dadurch ein Flüssigkeitsventil
zum Lösen der Kupplung betätigen. Diese drehzahlabhängige Schaltvorrichtung ruft
nicht die Erzeugung der Kupplungskräfte hervor.
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Die mit Bi-Metallstreifen ausgerüsteten und lediglich die verfügbaren
Kräfte mit Hilfe von Wärme schaltenden Kupplungen sind in ihrem Aufbau sehr kompliziert
und fertigungstechnisch aufwendig sowie im Betrieb wegen der Kompliziertheit störanfällig.
Die Regelanlage für den Propeller eines Kraftfahrzeugkühlers erfordert eine ständige
Wärinezufuhr, die aber insbesondere bei großen und über längere Zeit oder dauernd
eingeschalteten Kupplungen einen untragbaren Energieverbrauch darstellen würde.
Auch kann in ihr Schaltspiel von außen nicht eingegriffen werden. Der Erflndung
liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und betriebssichere sowie im Dauerbetrieb
wenig Energie verbrauchende Sicherheits-Reibungskupplung zu schaffen. Die Erfindung
besteht darin, daß in den Kupplungsteilen ein Medium enthalten ist, das in an sich
bekannter Weise durch Wärmeaufnahme das Nenndrehmoment kraftschlüssig überträgt,
daß zwischen den Kupplungsteilen ein Sperrelement angeordnet ist, welches die Kupplung
unabhängig von der weiteren Wärinezufuhr oder einer weiteren Wärineabfuhr in eingeschaltetem
Zustand hält und daß ein an sich bekanntes Abschaltelernent vorgesehen ist, das
beim überschreiten des maximal zulässigen Drehmomentes die Kupplung löst. Mit einer
derartigen Kupplung können bei kleinen Ab-
messungen und einfachem Aufbau
sehr große Kräfte übertragen werden. Die Kupplungen können als automatische Anlaufkupplung
oder auch als Schaltkupplung sowie als Wellenbremse ausgebildet werden.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die das
Medium enthaltenden Kupplungsteile als auf einer Welle verschiebbar, drehfest angeordnete,
hohle Konusinnenteile ausgebildet sind und der von ihnen umschlossene Raum durch
an sich bekannte Federbälge nach außen abgedichtet ist. Vorteilhaft kann der Reibbelag
auf der dem Medium abgewandten Seite eine Wärineisolierung aufweisen.
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Das in dem Raum eingeschlossene Medium kann zusätzlich von außen
- wie an sich bekannt - erwärmt bzw. gekühlt werden. Zu diesem Zweck
kann innerhalb des Mediums ein diesem gegenüber abgedichteter Hohlkörper für eine
Heiz- bzw. Kühlflüssigkeit angeordnet sein.
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Als Sperrelement kann ein Federring vorgesehen werden, der durch Fliehkraft
wirkt. Dieser kann zwei
Stirnflächen aufweisen, um die Kupplungsteile
auseinanderzuhalten.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann das Abschaltelement
als in einer Rastnut liegender Ring ausgebildet sein, welcher eine geneigte Fläche
aufweist, die mit dem verschiebbaren Kupplungstcil zusammenwirkt.
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Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen an mehreren
Ausführungsbeispielen näher erläutert und beschrieben. Es zeigt Fig. 1 einen
Teilschnitt durch eine Reibungskupplung im ausgekuppelten Zustand, F i
g. 2 die Kupplung nach F i g. 1 im eingekuppelten Zustand, F i
g. 3 einen Teilschnitt durch eine Kupplung, die mit einem von außen zugänglichen
Heiz- und Kühlraum versehen ist.
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Die in den Zeichnungen dargestellten Kupplungen haben eine Antriebswelle
1, äuf welcher mittels der Paßfedem 2 Konusinnenteile 4 und 5 drehfest,
jedoch axial verschieblich angeordnet sind. Diese sind im Innern hohl und bilden
über Federbälge 6
und 7 bzw. 6' und 7' nach außen abgeschlossene
Druckkammern 3. Die Federbälge sind mit Hilfe von Dichtungsscheiben und Schraubringen
8, 9, 10 und 11 an den Konusinnenteilen 4 und 5 befestigt.
Innerhalb bzw. außerhalb der Federbälge 6, 6' und 7, 7'
sind im Profil
T-förmig ausgebildete Stützringe 12 und 13 angeordnet. Der zwischen den Konuskörpern
4, 5 und den Faltenbälgen gebildete Druckraum weist ein sich bei Erwärmung
ausdehnendes Medium auf.
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Den Konusinnenteilen 4 und 5 stehen Außenkonen 14 und
15 gegenüber, welche Reibbeläge 16
tragen, die mit einer wärmedämmenden
Schicht 17
unterlegt sind. Die Außenkonen 14 und 15 stützen sich über
Tellerfedem 18 und im einzelnen unten näher erläuterte Mittel gegenüber dem
mit der Abtriebswelle 19 verbundenen Gehäuse 20 ab. Dieses hat einen äußeren
zylindrischen Mantel 21, mit dem
die Außenkonen 14 und 15 mittels Paßfedern
22 drehfest, jedoch axial, verschieblich verbunden sind. Eine Stimplatte
23 stellt die Verbindung zur getriebenen Welle 19 dar. Die Antriebswelle
ist auf einem in der Stirnplatte 23 befestigten Zapfen 24 unter Zwischenschaltung
einer Lagerhülse 25 drehbar gelagert. Der Zylindermantel 21 ist an der offenen
Seite von einem über die Welle 1 gesteckten, einschraubbaren Deckel
26 verschlossen, welcher mit einer Lagerhülse 27 auf der Welle
1 geführt ist. Durch die Welle 1 führen eine zentrale Schmierbohrung
28, sowie Querbohrungen 29, welche das Lager 27, sowie die
für die Paßfedern 2 vorgesehenen Nuten und das Lager 25 mit Schmiermittel
versorgen.
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Bei den Ausführungsbeispielen nach den F i g. 1
und 2 sind die
Konuskörp,er 4 und 5 innen mit achsensenkrechten Flächen 30 und
31 sowie Abschrägungen 32 und 33 versehen, innerhalb deren
im Ruhezustand ein mit kegeligen Flächen 34 und 35
und achsensenkrechten Flächen
36 und 37 versehener, als Sperrelement dienender Federring
38 in einer in die Welle 1 eingearbeiteten Nut 39 liegt, in
welcher er über die Bohrungen 29 ebenfalls mit Schmiermittel versorgt wird.
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In jeweils einem der Konusteile 4 bzw. 5 ist eine Füllbohrung
40 für das Medium vorgesehen, welche mit einer Schraube 41 verschlossen ist. Der
Außenkonus 15 stützt sich über die Federn 18
und Beilegscheiben 42
direkt an der Stirnwand 23
ab. Die Beilegscheiben 42 dienen zum Einstellen
der Federspannung.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 1
und 2 stützt sich
der Außenkonus 14 über die Tellerfedern 18 und zur Einstellung der Spannung
dienende Ausgleichscheiben 42 an einem in einer Rastnut 43 liegenden Stützring 44
ab. Die Rastnut 43 ist in den Mantel 21 eingearbeitet. Der Stützring 44 hat eine
konische Fläche 45, der eine an dem Außenkonus 14 angearbeitete Innenkonusfläche
46 gegenübersteht. Zwischen den Deckel 26 und den Stützring 44 sind unter
Vermittlung von Federführungen 47 in Bohrungen 48 des Deckels 26 liegende
Federn 49 eingespannt, welche den Stützring 44 in Richtung auf den Konus 14 zu drücken
bestrebt sind.
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Die Wirkungsweise der Kupplung des Ausführungsbeispiels nach den F
i g. 1 und 2, das eine automatische Anlauf- und überlastsicherungskupplung
darstellt, ist folgende: Wenn die Welle 1 in Drehung versetzt wird, so nimmt
sie den Ring 38 und die Konusteile 4 und 5
mit. Der Federring
38 ist bestrebt, infolge der auf ihn wirkenden Zentrifugalkräfte sich entgegen
seiner Federwirkung auszudehnen. Er drückt dabei vermittels der Kegelflächen
32 bis 35 die Konusteile 4, 5
auseinander. Sie bewegen
sich dann, von dem in F i g. 1 dargestellten Ruhezustand ausgehend, in Richtung
auf die Außenkonen 14 und 15 und kommen an den Reibbelägen 16 zur
Anlage, so daß Reibungswärme erzeugt wird, die - unterstützt durch die Abschirmung
der wärmeisolierenden Schicht 17 -
im wesentlichen in das Innere der Konen
4 und 5
eindringt und das Medium erwärmt, so daß sich dieses ausdehnt und
die Konen 4 und 5 mit ständig steigender Kraft gegen die Außenkonen
13 und 14 drückt, um einen Reibungsschluß herzustellen, welcher zu einem
drehenden Antrieb der Abtriebswelle 19 führt. Da sich die Konen 4 und
5 infolge der steigenden Erwärmung durch die Reibung mehr und mehr voneinander
entfernen, tritt der in F i g. 2 dargestellte Zustand ein, in welchem der
Federring 38
mit seinen achsensenkrechten Flächen 36 und
37
zwischen die achsensenkrechten Flächen 30 und 31
der Konusteile
4 und 5 springt. Die Federn 18 sind mit Hilfe der Beilegscheiben 42
so eingestellt, daß in diesem Zustand das volle Drehmoment übertragen wird und keine
Gleitreibung zwischen den Konen 4, 5 und 14, 15 auftritt. Das Medium
in dem Druckraum zwischen den Konusteilen 5 kühlt sich allmählich ab. Die
Konen stützen sich auf den achsensenkrechten Flächen am Ring 38 weiterhin
ab, solange dieser infolge der Zentrifugalkraft seine in F i g. 2 gezeigte
Größe beibehält. Sinkt die Drehzahl der Kupplung ab, so zieht sich der Federring
38 auf die in F i g. 1 dargestellte Größe zusammen und es wird ausgekuppelt.
Die Kupplung ist zu einem neuen automatischen Anlaufvorgang bereit.
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übersteigt das von der Kupplung zu übertragende Drehmoment jedoch
das Nenndrehmoment, so fängt die Kupplung in dem in der F i g. 2 dargestellten
eingekuppelten Zustand an zu rutschen und bewirkt eine neuerliche Erwärmung des
innerhalb der Konen 4 und 5 befindlichen Mediums, so daß sich diese Konen
weiter voneinander entfernen und der Konus 14 mit seiner Fläche 46 auf der Fläche
45 des Stützringes 44 zur Anlage kommt und diesen durch
Keilwirkung
aus der Rastnut 43 herausdrückt, so daß sich der Stützring in Achsrichtung nach
rechts verschiebt und dadurch die Abstützwirkung der Federn 18 aufhebt, wodurch
der Reibschluß zwischen den Konen 4, 5 und 14, 15 aufgehoben wird,
was also zu einer überlastabschaltung führt. Um nach der überlastabschaltung die
Kupplung wieder in den Betriebszustand zu versetzen, wird der Stützring im Ruhezustand
der Kupplung mit Hilfe besonderer Hebeleisen über die Federführungen 47 in seine
Rastnut 43 geschoben.
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Bei dem in F i g. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel einer
Reibungskupplung stützen sich die an der offenen Zylindermantel-Stirnseite angeordneten
Tellerfedern 18 über Ausgleichscheiben 42 direkt an dem Deckel
26 ab. Zwischen den Konen 4 und 5 ist jedoch bei diesem Ausführungsbeispiel
ein mit der Antriebswelle 1 verbundenes Zwischenstück 50 angeordnet,
in welches unter Beilage von Dichtringen 51 zwei topfringförmige Behälter
52 eingeschraubt sind, die einen gegenüber dem das Ausdehnungsmedium enthaltenden
Druckraum abgeschlossenen Raum 53 bilden, welcher über die versetzt zu den
ölleitungen 28 und 29 liegende Zuführbohrungen 54 und Abführbohrungen
55 mit Heiz- bzw. Kühlmittel versorgt werden kann. Innerhalb dieses von außen
mit Heiz- und Kühlmittel zu versorgenden Raumes sind elektrische Heizelemente
56 angeordnet, deren Anschlußleitungen 57 durch das Teil
50 nach außen führen. Die Konen 4 und 5 sind über die Federbälge
6, 7 und 6', 7' mit dem Teil 50 verbunden, wobei die Federbälge
in dem Teil 50 mit Hilfe von Schraubringen und Dichtscheiben befestigt sind.
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Durch Aufheizen der elektrischen Heizelemente 56
kann dem zwischen
den Konen 4 und 5 befindlichen Medium Wärme zugeführt werden, so daß die
Konen 4 und 5 sich voneinander entfernen und den oben beschriebenen Kupplungseffekt
hervorrufen. Diese Erwärmung kann auch gegebenenfalls zusätzlich durch Zuführen
von Heizmedium durch die Leitung 54 erfolgen. Zur Abkühlung kann dem Raum
53 durch die Leitung 54 ein Kühlmedium zugeführt werden. Diese Möglichkeit
der Wärinezufuhr von außen erscheint als zusätzliche Maßnahme zur Beschleunigung
des Anlaufvorganges geeignet.