DE3346220A1

DE3346220A1 - Reibungskupplung

Info

Publication number: DE3346220A1
Application number: DE19833346220
Authority: DE
Inventors: Charles Richard Wichita Falls Tex. Burkmire; Bobbie Gene Forsythe
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Dana Inc
Priority date: 1983-01-25
Filing date: 1983-12-21
Publication date: 1984-07-26
Also published as: JPH0434007B2; JPS59137625A; US4569428A; GB2134192A; IT8447551A0; GB8333869D0; GB2134192B; IT1178079B; CA1216244A

Description

A 14 731 ^- 5" ' Dana Corp.

Beschreibung

Die Erfindung betrifft 2ine Reibungskupplung, wie z.B. industrielle luftgekühlte Kupplungen und Bremsen, und sie betrifft insbesondere eine Betätigungsvorrichtung für eine Reibungskupplung.

Bisherige industrielle luftgekühlte Kupplungen und Bremsen verwenden dünnwandige elastomere Betätigungseinrichtungen, die im allgemeinen aus zweiteiligen Gehäusen bestehen, die zusammenpassende Paare von Membranen haben. Derartige dünnwandige, mehrteilige, elastomere Bauteile sind nicht nur schwierig zu installieren, sondern sie werden auch oft durch ihre Halterungen beschädigt. Dies hat zu kostenaufwendigen Ausfällen geführt, da die zugehörige Anlage in der Regel sehr groß und aufwendig ist.

Ein weiterer Nachteil bisheriger Betätigungsvorrichtungen für Reibungskupplungen ist ein allgemein schwieriger Zugang an die Reibungselemente. Es ist daher sehr viel Zeit erforderlich, um beispielsweise nur die Reibbeläge zu wechseln. Obwohl auch schon Einrichtungen vorgeschlagen wurden, die mit Schwingarmen versehen sind und daher weniger Montagezeit benötigen sollen, sind auch diese nicht zufriedenstellend.

Auch lassen sich die konventionellen Rotoren, die bei den bisherigen Betätigungsvorrichtungen verwendet werden, nicht effizient kühlen, da sie nur mit Rippen an ihren äußeren Flächen versehen sind.

Die Erfindung sucht diese Nachteile zu vermeiden.

Sie betrifft ein elastomeres Betätigungselement, auch für rauhen Betrieb, zur dauerhaften pneumatischen Betätigung von Reibungs kipplungen oder Bremsen. Sie ermöglicht einen relativ einfachen Zugang zu den Reibungselementen, die beim Kuppeln oder Bremsen verwendet werden. Sie schafft ferner eine bessere Kühlung der inneren Teile zwischen den Rotoren.

Vorzugsweise umfaßt die Vorrichtung eine Mehrzahl von Fluid-Motor-Betätigungsvorrichtungen, von denen jede ein axial dehnbares elastomeres Luftrohr aufweist. Jedes Luftrohr ist zwischen einem zusammenpassenden Paar von frei schwimmenden Trägerhälften angeordnet, die auf axialen Bolzen montiert

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sind, welche nur eine axiale Bewegung der Trägerhälften ermöglichen, wenn in dem Luftrohr ein Druck aufgebaut wird. Jedes derartige Rohr enthält ein Paar Kolben, die in seitlichen Öffnungen angeordnet sind, und die an Reibungsteilen anliegen, um diese direkt zu betätigen. Durch jedes Paar der Trägerhälften erstrecken sich Rückzugsfedern, um die Hälften zusammenzuziehen bei Abfall des Druckes in dem zugehörigen Rohr.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben, in der

Fig. 1 einen Schnitt durch eine bevorzugte Reibungskupplung zeigt.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht, wobei Teile einer Schutzplatte und ein darunterliegender Rotor aufgeschnitten sind, um die durch einen Fluidmotor betätigten Reibungselemente zu zeigen, die im Umfang um eine drehbare Welle angeordnet sind.

Fig. 3 zeigt eine Ansicht in Richtung der Pfeile 3-3 von Fig. 2, wobei ein Detail von einem der Fluid-Motore dargestellt ist.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt längs der Linie 4-4 von Fig. 3, wobei der Fluid-Motor nach Fig. 3 von der Seite gezeigt ist.

In den Fig. 1 und 2 ist eine luftbetätigte Friktions- oder Reibungskupplung dargestellt. Eine derartige Kupplung 10 wird bevorzugt als Bremse für Maschinen verwendet, die Folien-Materialien auf- und abwickeln. Die Vorrichtung 10 umfaßt eine Mehrzahl von Reibungsanordnungen 14, die durch Fluidmotore betätigt sind und die in Umfangsrichtung um eine drehbare Welle 12 ortsfest angeordnet sind, wie dargestellt. Die Einrichtungen sind axial eingeschlossen zwischen einwärtsgerichteten und sich gegenüberliegenden in axialem Abstand angeordneten Flächen 19 eines Paares drehbarer Rotoren 18, die auf der Welle 12 mittels Schrauben 21 befestigt sind, die sich durch eine Hülse 20 erstrecken, die mit der Welle 12 z.B. mittels Keil oder Paßfeder verbunden ist. Axial auswärts von beiden Rotoren 18 sind Schutzplatten 16 angeordnet, die für die meisten industriellen Anwendungsfälle zur

Sicherheit vor den rotierenden Rotoren 18 vorgeschlagen oder erforderlich sind»

Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, hat jeder Fluid-Motor bzw. jede Einrichtung 14 ein Paar in axialem Abstand liegende Reibungselemente 36, von denen jedes aus einer Druckplatte 46, einer Stützplatte 44 und einem Reibungsbelag 45 besteht, der mit der Stützplatte verbunden ist. Obwohl, wie hier beschrieben, jedes Reibungselement aus einer Gruppe von separaten Elementen gebildet ist, können auch andere Ausführungsformen statt dessen geeignet verwendet werden. Wenn beispielsweise in besonderer Reibungsbelag eine Dicke hat, und/oder aus einem Material besteht, das ausreichend fest ist, kann in manchen Fällen auf die Stützplatte verzichtet werden. Alternativ kann auch ein Reibungselement nur aus einem Reibungsmaterial hergestellt sein, wobei die separaten Elemente dann als eine Einheit ausgebildet sind.

Jede Einrichtung 14 ist ferner mit einem Luftrohr oder einem Luftschlauch 25 versehen, der ein Paar Kolben 34 hält bzw. abstützt (nur in Fig. 1 dargestellt). Wenn der Schlauch 25 unter Druck gesetzt wird, werden die Kolben 34 auseinandergedrängt und liegen gegen die Reibungselemente 36 und üben auf diese eine Kraft aus. Die Reibungselemente 36 werden dadurch axial nach außen auseinander und gegen die entsprechenden Rotoren 18 angepreßt, um einen Reibungskontakt zwischen relativ zueinander drehbaren Teilen zu bilden, in diesem Fall der Welle 12 und einem stationären Gehäuse 72. Jede der Einrichtungen 14 ist an dem stationären Gehäuse 72 mit Hilfe stationärer Schraubenbolzen 24 befestigt.

Wie die Fig.3 und 4 zeigen, ist jede Reibungseinrichtung 14 mit einem Paar frei schwimmender, zusammenpassender Trägerhälften 26 für den Luftschlauch versehen, die durch Rückholfedern 28 zusammengehalten werden, vorzugsweise Schraubenfedern, die unter konstanter Zugbelastung stehen. Arretierstifte 30 erstrecken sich durch jedes Ende der Federn 28. Die Federn verlaufen durch Bohrungen 27 in den Seiten jeder Trägerhälfte 26. Jedes Paar der Trägerhälften 26 enthält einen Luftschlauch 25, der aus einem elastomeren, relativ dickwandigen, wulstförmigen, einteiligen Körper besteht, wobei seine Dicke ausreichend ist, daß sich der Schlauch selbst trägt bzw. frei steht, wenn er

nicht unter Druck gesetzt ist, oder wenn gegenüberliegende Seiten seiner Wände dem Atmosphärendruck ausgesetzt sind. Beispielsweise hat ein Luftschlauch 25 mit einem äußeren Gesamtdurchmesser von 76 mm eine bevorzugte Wanddicke von etwa 2,3-3,8 mm.

Jeder Luftschlauch 25 hat, wie Fig. 1 zeigt, ein Paar, radial verlaufender seitlicher öffnungen 29, welche radial einwärts gerichtete, axial im Abstand angeordnete Dichtkanten 78 bilden. Diese Kanten bilden eine Abstützung für die Kolben 34, von denen jeder eine Umfangsnut 80 aufweist, die in dichtendem Eingriff mit einem der Ränder 78 steht. Vorzugsweise sind die öffnungen 29 kreisförmig und der unbelastete Durchmesser jeder öffnung 29 ist kleiner als der Durchmesser einer zugehörigen Nut 80 des Kolbens 34. Wird der Luftschlauch unter Druck gesetzt, so bewegen sich die Kolben axial auseinander und trennen damit die frei schwimmenden Trägerhälften 26 voneinander gegen die Spannung der Federn 28.

Jede Trägerhälfte 26 hat ein radial auswärts verschiebbares genietetes Reibungselement 36. Jedes Reibungselement 36 der hier beschriebenen Ausführungsform umfaßt, wie bereits erläutert, eine Druckplatte 46, eine Stützplatte 44 und einen Reibungsbelag 45. Nieten 38 erstrecken sich durch diese Teile, um sie zusammenzuhalten. Jede Einrichtung 14 umfaßt somit ein gegenüberliegendes Paar von Druckplatten, die zusammen mit den radial angeordneten Innenflächen der Trägerhälften einen Hohlraum 32 für jeden Luftschlauch 25 bilden. Der Hohlraum ist geschlossen durch zwei leicht ausbaubare Kappenhälften 22 (Fig. 1 und 2), die, wie Fig. 4 zeigt, mit einer inneren Formfläche 62 versehen sind, die an den radial äußeren Abschnitt eines Luftschlauches angepaßt ist. Eine Abnahme der Kappen 22 ermöglicht somit einen relativ einfachen Zugang zu dem Luftschlauch und den Reibungselementen. Die Kappen sind an den Trägern 26, z.B. durch Schrauben 52, oder andere geeignete Mittel, befestigt und bewegen sich damit ebenfalls axial auseinander, wenn der zugehörige Luftschlauch 25 unter Druck gesetzt wird.

Wenn die Schläuche 25 druckentlastet werden, werden durch die Rückholfedern jeder Einrichtung 14 die Reibungselemente 36 axial einwärts und weg aus dem

Reibungskontakt mit den drehbaren Rotoren 18 gezogen. Damit die Reibungselemente 36 radial auswärts verschoben werden können, zum Ausbau und Ersatz, sind die Druckplatten 46 abgestuft ausgebildet, so daß, wenn sie zusammengenietet sind, jede Druckplatte einen Abstand von der ihr zugeordneten StUtzplatte hat. Dieser letztgenannte Abstand definiert eine Nut 74, die eine Zunge 76 aufnimmt, die sich radial einwärts von und integral mit jedem Träger 26 erstreckt. Durch das Ineinandergreifen von Zunge und Nut des Reibungselementes 36 und der Trägerhälften 26 wird eine axial fixierte, jedoch verschiebbare ausbaubare Verbindung zwischen jedem der Reibungselemente 36 und dem zugehörigen Träger 26 gebildet. Die Wartung und/oder der Ersatz wird damit sehr einfach und inbesondere einfacher als bei den bisherigen Vorrichtungen dieser Art.

In der Ansicht nach Fig. 3 sind die Kappen 22 abgenommen. Da sich jeder Luftschlauch 25 bei Druckbeaufschlagung längs der Achse A-A ausdehnt, bewegen sich die Kolben 34 (Fig. 1) axial nach außen und gelangen in Kontakt mit den Druckplatten 46 auf jeder Seite. Da die Druckplatten 46 mit den Stützplatten 44 und den Reibungsbelägen 45 vernietet sind, führt die Ausdehnung jedes Luftschlauches 25 zu einer axialen Trennung bzw. Auseinanderbewegung der Reibungselemente 36, die, wie oben erwähnt, zweckmäßigerweise verschiebbar in den Trägern 26 gehalten sind. Da jedes Reibungselement 36 axial bezüglich jedem Träger 26 fixiert ist, wird, wenn der Luftschlauch unter Druck gesetzt wird, dessen axiale Ausdehnung auf die Trägerhälften übertragen und diese axial auseinanderbewegt. Bei Druckentlastung der Luftschläuche werden die beiden Hälften 26 durch die Federn 28 zurückgezogen, wobei sie die zugehörigen Reibungselemente mitnehmen.

Wie Fig. 4 zeigt, ist jede Trägerhälfte 26 mit einem Paar Befestigungsjochen oder 'Ösen 54 versehen, um jede der Einrichtungen 14 radial fixiert, aber axial frei-schwimmend zu haltern. Jede öse 54 hat eine öffnung 56, durch welche sich eine Büchse 58 (Fig. 1) zur Abstützung erstreckt. Die Schraubenbolzen 24 und die über diese geschobenen Büchsen 58 bilden somit die gesamte Halterung und Abstützung für die beschriebenen Betätigungseinrichtungen. Die ösen 54 sind an den Enden von Armen 60 ausgebildet, die somit eine Gruppe von versetzten Paaren von Armen 60 zwischen den Betätigungseinrichtungen 14 (Fig. 3) bilden, da durch die Versetzung der Arme 60 eine

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unbeschränkte und frei-schwimmende relative axiale Bewegung der benachbarten Arme 60' ermöglicht wird, die mit benachbarten Betätigungseinrichtungen verbunden sind.

Wie die Fig. 1, 3 und 4 zeigen, erstreckt sich ein Ventilschaft radial hinein in jeden Schlauch 25 jeder Betätigungseinrichtung 14. Es sind ferner nichtgezeigte Mittel vorgesehen, um die Betätigungseinrichtungen 14 gleichzeitig mit Druck zu beaufschlagen und zu entlasten, so daß sie im Gleichlauf arbeiten.

Die Reibungskupplung 10 ist in Umfangsrichtung mit einem ringförmigen Mantel 64 (Fig. 1 und 2) versehen. Der Mantel besteht aus mehreren Teilen, die durch Bänder 68 gehalten sind, die mit dem Mantel 64 durch Schrauben 70 verbunden sind (Fig. 1). Alternativ kann auch ein gelenkiger Mantel verwendet werden.

Da die beschriebene, bevorzugte Ausführungsform der luftbetätigten Reibungskupplung auch als luftbetätigte Bremse verwendbar ist, steht die Welle 12 in Reibungskontakt mit einem stationären Abstützteil oder Gehäuse 72, wie oben erwähnt. Die Befestigung der Kupplung 10 an dem stationären Gehäuse 72 erfolgt durch die Gewindebolzen 24, an denen ferner die seitlichen Schutzplatten 16 auf beiden Seiten der Rotore 18 befestigt sind.

Die Rotore 18 haben Rippen 40 zur Verbesserung der Kühlung der Rotore 18 beim Bremsen. Die Rotore bestehen aus üblichen Materialien, die hohe Wärmebelastungen erlauben. Vorzugsweise ist jedoch eine Mehrzahl von öffnungen 42 vorgesehen, die sich axial vollständig durch jeden Rotor 18 erstrecken, zur Verbesserung der Kühlung der inneren Teile der Kupplung 10. Die öffnungen sind in Umfangsrichtung radial einwärts von den Rippenbereichen jedes Rotors 18 angeordnet.

Claims

Dana Corp. - A 14 731 - Patentansprüche

1. Reibungskupplung zur selektiven übertragung eines Drehmomentes zwischen einer. Paar relativ zueinander drehbarer Körper, die eine gemeinsame Achse haben, wobei der erste Körper zwei parallele Rotoren aufweist mit gegenüberliegenden, axial im Abstand angeordneten Flächen, wobei die Rotore konzentrisch um die gemeinsame Achse angeordnet sind und der zweite Körper ein Paar axial im Abstand liegender Reibungselemente aufweist, die zwischen den Rotoren und radial auswärts von der Drehachse angeordnet sind, ferner mit Einrichtungen, um die Reibungselemente auseinander und in Kontakt mit den Flächen der Rotoren zu drücken, gekennzeichnet durch wenigstens eine Betätigungseinrichtung^) mit einem ringförmigen axial ausdehnbaren elastomeren Element (25), das ein Paar öffnungen (29) hat, die axial im Abstand angeordnete Dichtkanten (78) bilden, ferner durch ein Paar axial angeordnete Kolben (34), von denen jeder eine Umfangsnut (80) aufweist, und daß jede der Dichtungskanten (78) dicht in einer der Nuten (80) aufgenommen ist.

2. Reibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (14) ein Paar zusammenpassender Träger (26) aufweist, von denen jeder eines dieser Reibungselemente (36) abstützt.

3. Reibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Betätigungseinrichtung (14) ein Paar zusammenpassender Träger (26) aufweist zum Abstützen von einem dieses Paares axial im Abstand angeordneter Reibungselemente (36) und daß jeder Träger (26) eine frei bewegliche Halterung aufweist zur unabhängigen Bewegung relativ zu den Rotoren (18).

4. Reibungskupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Träger (26) ein Paar radial entgegengesetzt angeordneter ösen (54)

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mit Bohrungen (56) aufweist, daß ferner ortsfeste axial verlaufende Hülsen (58) vorgesehen sind, die radial auswärts von der Drehachse angeordnet sind und auf denen die ösen (54) axial beweglich abgestützt sind.

5. Reibungskupplung nach einem der Ansprüche 2-4, gekennzeichnet durch Rückholfedern (28) zum Rückholen der Träger (26).

6. Reibungskupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (14) ein ringförmiges axial ausdehnbares einteiliges elastomeres Element (25) aufweist mit einem Paar öffnungen (29), die in axialem Abstand angeordnete Dichtkanten bilden, daß die Betätigungsvorrichtung (14) ferner mit einem Paar axial angeordneter Kolben (34) versehen ist, von denen jeder eine Umfangsnut (80) aufweist, in denen entsprechend die Dichtkanten (78) dicht angeordnet sind.

7. Reibungskupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Reibungselement (36) eine Druckplatte (46), eine Stützplatte (44) und einen Reibungsbelag (45) aufweist, der an der Stützplatte (44) befestigt ist, daß ferner zwischen der Stützplatte (44) und der Druckplatte (46) ein axialer Zwischenraum vorhanden ist, wobei jede der Druckplatten zwischen einem der Kolben (34) und der zugeordneten Stützplatte angeordnet ist und die Druckplatten mit den Stützplatten und den zugehörigen Reibungsbelägen vernietet sind.

8. Reibungskupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Zwischenraum zwischen der Stützplatte (44) und der Druckplatte (46) eine Umfangsnut um jedes Reibungselement bildet, daß ferner jeder Träger (26) mit einer radial einwärts sich erstreckenden Zunge (76) versehen ist, die in diese Nut (74) paßt, so daß jedes Reibungselement axial relativ zu dem zugehörigen Träger (26) gehalten ist.

9. Reibungskupplung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein Paar Kappen (22), die radial auswärts von den Trägern (26) angeordnet sind.

10. Reibungskupplung nach Anspruch 1_S gekennzeichnet durch einen Betätigungsraum (32)₅ in welchem das elastomere Element (25) und die Kolben (34) angeordnet sind, wobei der Raum (32) begrenzt ist durch die Druckplatten (46) und die Kappen (22).

11. Reibungskupplung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (74) und die Zunge (76) radial einwärts von den Kappen (22) liegen, so daß bei Abnahme der Kappen die Reibungselemente (36) radial aus den Trägern (26) herausgenommen werden können.

12o Reibungskupplung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger (26) eine Mehrzahl von axial verlaufenden Bohrungen aufweisen, in denen die Schraubenfedern (28) unter Zugbelastung angeordnet sind, wobei jeweils eine Feder sich durch jedes Paar miteinander fluchtender Bohrungen (27) erstreckt und am Ende jeder Feder Stifte (30) zur Halterung der Federenden an jedem der Träger (26) angeordnet sind.

13. Reibungskupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (29) in dem ringförmigen elastomeren Element (25) in unbelastetem Zustand Durchmesser haben, die kleiner sind als die Durchmesser der Umfangsnuten (80) der Kolben (34).

14o Reibungskupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige ausdehnbare elastomere Element Wände mit einer Dicke aufweist, die ausreichend groß ist, um das Element selbst zu tragen wenn gegenüberliegende Seiten dieser Wände dem atmosphärischen Druck ausgesetzt sind.

15. Luftbetätigte Reibungskupplung zum selektiven übertragen und Steuern eines Drehmomentes zwischen einem Paar von relativ zueinander drehbarer Körper mit gemeinsamer Achse, wobei ein erster dieser Körper zwei parallele Rotoren aufweist mit einwärts einander gegenüberliegender, axial im Abstand angeordneter Flächen und die Rotore konzentrisch um diese Achse angeordnet sind, während ein zweiter dieser Körper ein Paar Reibungselemente aufweist, die zwischen den Rotoren und radial auswärts der Drehachse angeordnet sind, ferner mit Einrichtungen, um gleichzeitig die Reibungselemente auseinander und in Kontakt mit den gegenüberliegenden Flächen der Rotoren zu drücken, einer Fluid-Motor-Betätigungseinrichtung mit einem ringförmigen axial ausdehnbaren, einteiligen, elastomeren Element, das ein Paar radial sich erstreckender öffnungen aufweist, die axial im Abstand angeordnete Dichtkanten bilden, daß die Betätigungseinrichtung ferner ein Paar axial angeordneter Luftkolben aufweist, von denen jeder am Umfang in einer dieser Kanten abgestützt ist und jeder Kolben eine Umfangsnut hat, und die Kanten dieser öffnungen dichtend in diese Nuten eingreifen.

16. Reibungskupplung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung angeordneten Betätigungseinrichtungen vorgesehen ist, von denen jede auf Paaren von radial sich gegenüberliegender Haltejoche angeordnet ist, die mit Armen versehen sind, die versetzt zueinander angeordnet sind.

17. Reibungskupplung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von radialen Kühlrippen an den Außenflächen der drehbaren Rotore.

18. Reibungskupplung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Kühl öffnungen, die axial durch die Rotore radial einwärts von den Rippen verlaufen.