Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine nass laufende Lamellenkupp ^¬ lung oder -bremse mit zwei oder mehreren in Reihe ange ^¬ ordneten, von einem Kühlmittel angeströmten ringförmigen Lamellen, die abwechselnd als unbelegte Stahllamelle und als Reibbelaglamelle oder nur als einseitig mit einem Reibbelag belegte Stahllamellen ausgebildet sind und eine zur Verbindung mit einem äußeren und einem inneren Lamellenträger abwechselnd ausgebildete Außen- und Innenver ^¬ zahnung aufweisen.

Kupplungs- oder Bremslamellen der eingangs erwähnten Art werden beispielsweise in der DE 60032 442 T2 oder der DE 103 42 271 Al oder der DE 15 75 983 beschrieben. Aus der US 5 934 435 A ist eine nass laufende Lamellenkupplung aus abwechselnd angeordneten, unbelegten Stahllamellen und Reibbelagslamellen bekannt, die zur Durchleitung von Kühlmittel einen fest zwischen zwei Stahlblechen angeord ^¬ neten, genuteten oder gerillten Zwischenring aus Metall oder Papier umfasst.

Lamellenkupplungen oder Lamellenbremsen umfassen üblicherweise eine Mehrzahl von ringförmigen Lamellen. Dabei ist eine erste Gruppe mit außen verzahnten Lamellen verdrehfest in einem rohrförmigen Lamellenträger (z. B. Kupplungskorb) angeordnet und eine zweite Gruppe mit in- nen verzahnten Lamellen verdrehfest auf einer Welle oder Nabe befestigt. Die beiden Gruppen sind in axialer Richtung relativ zueinander verschiebbar und können dabei paarweise in reibschlüssige Verbindung gebracht werden. Die erste Lamellengruppe kann beispielsweise unbelegte, vorzugsweise aus Stahl bestehende Lamellen (Stahllamel ^¬ len) umfassen, während die zweite Gruppe aus sandwichar- tig aufgebauten Reibbelaglamellen, das heißt beidseitig mit einem Reibbelag beschichteten, vorzugsweise aus Stahl bestehenden Trägerblechen, gebildet ist. Die Lamellen können auch sämtlich einseitig mit einem Reibbelag be- schichtet sein. Dabei wirken jeweils zwei benachbarte La ^¬ mellen zusammen, indem in eingerücktem Zustand der Reibbelag der einen Lamelle mit der unbelegten Seite der anderen Lamelle in Kontakt gelangt. Bei der Verwendung von beidseitig belegten Reibbelaglamellen ist jeweils eine Reibbelaglamelle zwischen zwei benachbarten, nicht beleg ^¬ ten Lamellen, üblicherweise Stahllamellen, angeordnet. In den überwiegend aus Papier und/oder Kohlefasermaterial bestehenden Reibbelag sind Nuten eingeformt, so dass ein das Lamellenpaket anströmendes Kühl- und Schmiermittel radial zwischen der Reibfläche der einen Lamelle und der glatten metallischen Fläche der anderen Lamelle hindurchströmen kann und dadurch ein Teil der durch die Reibarbeit entstehenden großen Wärmemenge abgeführt werden kann und darüber hinaus zum einen ein durch die Adhäsionswir- kung des Kühlmittels verursachtes Restdrehmoment und zum anderen der Verschleiß verringert werden kann. Zur Verringerung des durch die Adhäsionswirkung des Kühl- und Schmiermittels bedingten Restdrehmoments dient auch eine besondere Gestaltung der Form der Lamellen, beispielswei- se deren wellenförmige Ausbildung, um den Ölfluss in ge ^¬ öffneter Stellung der Lamellen zu unterbrechen. Darüber hinaus kann auch der Zustrom des Kühl- und Schmiermittels zu den Lamellen bei geöffneter Kupplung bzw. Bremse unterbrochen werden, um das LeerlaufSchlupfmoment zu ver- meiden. Andererseits kann jedoch die Unterbrechung der

Ölschmierung zu starker Erwärmung und erhöhtem Verschleiß führen .

Die nicht belegten oder nur einseitig belegten Stahlla- mellen sind zudem sehr steif, so dass schon geringe geo ^¬ metrische Fehler, zum Beispiel eine Dickentoleranz oder Wellung oder eine Verformung (Teuerung) der Stahllamelle aufgrund thermischer Belastung zu geometrischem Rupfen oder infolge lokaler Pressungen zu örtlichen Temperaturerhöhungen (Hot Spots) auf der Reibfläche der Stahllamel- len kommen kann. Aufgrund der Hot Spots kommt es zur Ab ^¬ tragung von Material, das an anderer Stelle wieder aufgetragen wird und wandern und sich vergrößern kann. Durch derartige geometrische Fehler wird das Reibungs- und Ver ^¬ schleißverhalten der Reibpaarung negativ beeinflusst. Trotz der massiv ausgebildeten Stahllamellen und deren entsprechend hoher Wärmekapazität kommt es bei länger an ^¬ dauernder thermischer Belastung doch zu einer stärkeren Erwärmung der Stahllamelle, die von dem begrenzt zuge ^¬ führten Kühlmedium nur unvollständig aufgenommen werden kann. Der Reibbelag, der gegenüber der benachbarten

Stahloberfläche eine bestimmte Elastizität aufweist und eine gleichmäßige Flächenpressung zwischen Reiblamelle und Stahllamelle bewirken soll, kann infolge Verhärtung, Verschmutzung und Verbrennung der Oberfläche durch ther- mische Belastung das oben geschilderte nachteilige Ver ^¬ schleißverhalten weiter verstärken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine nass lau ^¬ fende Lamellenkupplung oder -bremse der eingangs erwähn- ten Art so auszubilden, dass deren sichere Funktion und lange Lebensdauer gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildeten Lamellen- kupplung oder -bremse gelöst. Weitere Merkmale sowie vor ^¬ teilhafte Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei einer nass laufenden Lamellenkupplung oder -bremse der eingangs erwähnten Art besteht der Grundgedanke der

Erfindung darin, dass die Stahllamellen mehrteilig ausge- bildet sind und jeweils erste und zweite ringförmige Reibbleche umfassen, die sich an einem zwischen diesen angeordneten, elastisch verformbaren und für das Kühlmittel durchlässigen Zwischenring abstützen und an ihren In- nen- und Außenrändern unter Freilassen von Kühlmittelein- und -austrittsöffnungen axial beweglich miteinander verbunden sind. Die beiden Reibbleche - bzw. bei einer einseitig beschichteten Stahllamelle das unbeschichtete Reibblech - sind aufgrund einer sehr geringen Dicke elas- tisch verformbar.

Aufgrund der durch die innere Kühlung verringerten thermischen Belastung und der elastischen Ausbildung der Stahllamelle werden geometrische Formabweichungen verhin- dert bzw. ausgeglichen und ebenso lokale Überhitzungen und daraus resultierende Materialanhäufungen vermieden oder aufgrund des elastischen Verhaltens ebenfalls ausge ^¬ glichen. Aufgrund der zusätzlichen Innenkühlung der Stahllamellen und der dadurch verbesserten Kühlwirkung kann zudem der Kühlmittelvolumenstrom reduziert und mithin das Leerlaufschlupfmoment verringert werden. Das Be ^¬ triebsverhalten der so ausgebildeten Lamellenkupplung oder -bremse kann verbessert und deren Lebensdauer erhöht werden, da zum einen das geometrische oder durch örtliche Überhitzung und Materialanhäufung verursachte Rupfen der Kupplung und zum anderen der Verschleiß minimiert wird.

In weiterer Ausbildung der Erfindung sind zur Ausbildung der Innen- oder Außenverzahnung der Stahllamellen bzw. der einseitig beschichteten Stahllamellen am Innen- oder Außenrand der beiden Reibbleche im Wechsel radial abstre ^¬ bende Zahnhüllen und Zahnkerne angeformt. Die Zahnkerne des einen Reibblechs greifen jeweils mit Spiel, d. h. axial beweglich, in die Zahnhüllen des gegenüberliegenden Reibblechs ein. An den der Verzahnung gegenüberliegenden Rändern der beiden Reibbleche sind zum jeweils gegenüber- liegenden Reibblech hin auskragende und dieses hinterfas ^¬ sende Haltehaken angeformt. Die beiden Reibbleche sind somit an den Außen- und Innenrändern axial beweglich miteinander verbunden und können entgegen der Wirkung des elastischen Zwischenrings zusammengedrückt und auch wie ^¬ der auseinander gedrückt werden, um Formabweichungen oder Formänderungen auszugleichen und eine gleichmäßige Flächenpressung zwischen den Stahllamellen und den Reibbelaglamellen zu bewirken und dadurch das Rupfen zu vermei- den und den Verschleiß zu verringern.

In Ausgestaltung der Erfindung greifen die Haltehaken in Ausnehmungen des jeweils gegenüberliegenden Reibblechs ein. Dadurch sind die Reibbleche - wie bereits im Bereich der Verzahnung - auch im Bereich der Haltehaken gegeneinander verdrehsicher verbunden.

In weiterer Ausbildung der Erfindung verbleibt zwischen den von den Zahnhüllen und Zahnkernen gebildeten Zähnen der Stahllamelle und den am gegenüberliegenden Rand vorgesehenen Haltehaken ein ausreichender Abstand zur Ausbildung der Kühlmittelein- und -austrittsöffnungen .

In Ausgestaltung der Erfindung ist der elastisch zusam- mendrückbare Zwischenring aus Stahlwolle gebildet oder besteht aus einer temperaturbeständigen, kühlmittelfesten Kunstfaser .

Die Dicke der elastisch verformbaren unbeschichteten Reibbleche beträgt zwischen 10 und 20% der Blechdicke herkömmlicher massiver Stahllamellen und liegt somit zwischen 0,1 und 0.5 mm.

Der Reibbelag der einseitig beschichteten Stahllamellen oder der Reibbelaglamellen weist in bekannter Weise eine Nutenstruktur auf. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein in auseinander gezogenem Zustand dargestelltes Lamellenpaket, bestehend aus im Wechsel an ^¬ geordneten beidseitig unbeschichteten Stahllamellen und beidseitig beschichteten Reibbelagla ^¬ mellen;

Fig. 2 eine mehrteilige, unbeschichtete Stahllamelle mit Außenverzahnung; und

Fig. 3 die mehrteilige Stahllamelle nach Fig. 2 in de- montierter Darstellung.

Das in Fig. 1 gezeigte Lamellenpaket besteht aus Stahlla ^¬ mellen 1 mit einer Außenverzahnung 2 sowie zwischen den Stahllamellen 1 positionierten Reibbelaglamellen 3 mit einer Innenverzahnung 4. Die Außenverzahnung 2 dient zur drehfesten Anordnung der Stahllamellen 1 am Innenumfang eines beispielsweise rohrförmigen Kupplungsträgers (nicht dargestellt), während die Innenverzahnung 4 zur Befesti ^¬ gung der Reibbelaglamellen 3 an einer Welle (nicht darge- stellt) vorgesehen ist. Die Reibbelaglamellen 3 bestehen jeweils aus einem Stahlträger mit auf diesen aufgeklebtem Reibbelag. In der Oberfläche, das heißt dem elastischen Reibbelag der Reibbelaglamellen 3 ist eine Nutenstruktur 5 ausgebildet, die für einen gleichmäßigen Kühlmittel- fluss zwischen den Stahllamellen 1 und den Reibbelaglamellen 3 und eine hohe Kühlwirkung zur Abführung der im Betrieb der Kupplung entstehenden Reibungswärme sowie große Reibkräfte und ein geringes Schlupfmoment sorgt.

Die in Fig. 2 in montiertem Zustand und in Fig. 3 in demontierten Zustand als Explosionsansicht dargestellte Stahllamelle 1 ist dreiteilig ausgebildet und umfasst zwei vergleichsweise dünne und daher elastisch verformba ^¬ re ringförmige Reibbleche 6 und 7 sowie einen vollflächig zwischen diesen angeordneten, in axialer Richtung elas- tisch verformbaren Zwischenring 8. Die Stärke der Reibbleche 6, 7 beträgt nur etwa 15 bis 20% der üblichen Di ^¬ cke herkömmlicher einteiliger, massiv ausgebildeter Stahllamellen. Der Zwischenring 8 besteht in der vorliegenden Ausführungsform aus Stahlwolle und ist daher elas- tisch und öldurchlässig, kann aber auch aus einem anderen elastischen und porösen, d.h. das Durchströmen eines Kühlmittels erlaubenden Werkstoff bestehen. Die beiden den elastischen Zwischenring 8 umhüllenden Reibbleche 6, 7 sind am Innenrand und am Außenrand derart miteinander verbunden, dass deren axiale Beweglichkeit in Richtung des elastischen Zwischenrings 8 (Zusammendrücken) gewährleistet ist und darüber hinaus ein Kühlmittel (Kühlöl) zwischen den beiden Reibblechen 6, 7 hindurch strömen kann und schließlich auch die Außenverzahnung 2 ausgebil- det wird.

Zu diesem Zweck besteht die Außenverzahnung 2 aus an den Außenrand der ersten Reibscheibe 6 und der zweiten Reib ^¬ scheibe 7 im Abstand im Wechsel angeformten Zahnhüllen 9, 9' und Zahnkernen 10, 10' . In montiertem Zustand sind die Zahnkerne 10, 10' zur Gewährleistung der axialen Beweglichkeit jeweils mit Spiel in einer zugehörigen Zahnhülle 9, 9' des jeweils gegenüberliegenden Reibblechs 6 bzw. 7 angeordnet. An den Innenrand des ersten Reibblechs 6 und des zweiten Reibblechs 7 sind jeweils zueinander versetzt in Richtung des gegenüberliegenden Reibblechs 6 bzw. 7 axial auskragende Haltehaken 11, 11' angeformt, die in Ausnehmungen 12, 12' des jeweils anderen Reibblechs eingreifen und dieses hinterfassen und so die beiden Reib- bleche 6, 7 am Innenrand aneinander halten. Durch die ge ^¬ genseitige Halterung einerseits mittels als Zahn 13 ge- formten Zahnhüllen und Zahnkernen am Außenrand und andererseits mittels Haken und Ausnehmungen am Innenrand sind die beiden Reibbleche 6, 7 axial beweglich, das heißt elastisch zusammendrückbar, aber ansonsten fest miteinan- der verbunden. Selbstverständlich können die Zähne auch am Innenrand und die Haken auch am Außenrand der Stahlla ^¬ melle vorgesehen sein. Zwischen den beiderseitigen Haltehaken und Ausnehmungen und zwischen den beiderseitigen Zahnhüllen und Zahnkernen - das heißt den Zähnen 13 - be- steht ein ausreichend großer Abstand, so dass am Innen ^¬ rand und am Außenrand der mehrteiligen Stahllamelle 1 Kühlmittelein- und -austrittsöffnungen 14 frei bleiben und ein Kühlmittel zwischen den Reibblechen 6, 7 und durch den offenporigen elastischen Zwischenring 8, der hier aus Stahlwolle besteht, strömen kann.

Aufgrund der - infolge der geringen Dicke - elastischen Reibbleche 6, 7 und deren zueinander axial beweglicher Anordnung und elastischer Abstützung an dem elastischen und zugleich flüssigkeitsdurchlässigen Zwischenring 8 werden örtliche hohe Pressungen an der Stahllamelle 1 ausgeglichen und somit lokale Temperaturerhöhungen (Hot Spots) und Materialanhäufungen auf der Reibfläche vermie ^¬ den. Durch die elastische Bauweise der Stahllamelle 1 können zudem geometrische Fehler (Dickentoleranz, Wellung) oder Verformungen (Teuerung) verhindert bzw. ausgeglichen werden. Ein geometrisches oder durch lokale Temperaturerhöhung und Materialanhäufung (Hot Spots) verursachtes Rupfen und dadurch hervorgerufene, die Lebens- dauer verringernde Verschleißerscheinungen können reduziert werden. Da die Stahllamelle 1 neben dem äußeren Kühlmittelstrom zusätzlich durch einen inneren Kühlmittelstrom gekühlt wird, kann die Kühlleistung verbessert und damit die thermische Belastung der Stahllamelle 1 und die Gefahr der Ausbildung von Hot Spots verringert werden. Eine daraus folgende Verringerung des äußeren Kühl- luftstroms reduziert außerdem das Schlupfmoment der La ^¬ mellenkupplung oder -bremse im Leerlauf. Der innere Kühlluftstrom ist aber auch insofern unerlässlich, als die dünnen Reibbleche 6, 7 nur über eine geringe Wärmespei- cherkapazität verfügen und daher eher als die aus dem

Stand der Technik bekannten massiv ausgebildeten Stahllamellen gekühlt werden müssen.

Die Erfindung ist nicht auf die zuvor erläuterte Ausfüh- rungsform beschränkt. Im Rahmen des Grundgedankens der Erfindung sind insbesondere Modifikationen hinsichtlich der zusammendrückbaren Verbindung der dünnen Reibplatten, der Anordnung der Zähne am Innen- oder am Außenrand oder der Ausbildung des elastischen, öldurchlässigen Zwischen- rings denkbar.

Darüber hinaus kann die Stahllamelle auch als einseitig mit einem Reibbelag versehene Lamelle ausgebildet sein. Im Unterschied zu der in der oben beschriebenen Art aus- gebildeten mehrteiligen Stahllamelle ist in diesem Fall ein steifes, stabiles, an der Außenseite mit einem Reib ^¬ belag beschichtetes Reibblech vorgesehen, an dem unter Zwischenschaltung eines Zwischenrings aus elastischem, öldurchlässigen Material ein dünnes elastisches Reibblech elastisch andrückbar gehalten ist. Der Vorteil der so ausgeführten einseitig mit einem Reibbelag beschichteten - Single sided - Lamelle liegt insbesondere in der durch die beidseitige Kühlmöglichkeit bedingten Vermeidung des sogenannten Tellerns und des somit verringerten Ver- schleißes. Bezugszeichenliste

1 Stahllamellen

2 Außenverzahnung

3 Reibbelaglamellen

4 Innenverzahnung

5 Nutenstruktur

6 erstes Reibblech v. 1

7 zweites Reibblech v. 1

8 Elastischer Zwischenring

9, 9' Zahnhüllen v. 13

10, 10' Zahnkerne v. 13

11, 11' Haltehaken

12, 12' Ausnehmungen

13 Zahn

14 Kühlmittelein- und -austrittsöffnungen