Nasslaufende Lamellenbremsen – Ein Überblick über Industrie-Anwendungen

Bildquelle: Stromag GmbH

Streusinter-Lamelle partiell in Hydrauliköl getaucht

Es entstehen Reibschwingungen durch die Verwendung eines trockenlaufenden Sinter-Reibbelags? Die Anwendung erzeugt in vereinzelten Schaltmodi hohe Energieeinträge, weist jedoch keine geeigneten Möglichkeiten einer Umlaufschmierung auf? Dies sind nur zwei Beispiele für Herausforderungen, die in industriellen Anwendungen auftreten können. Mögliche Lösungsansätze für derartige und weitere Herausforderungen werden in diesem Vortrag an konkreten Anwendungsbeispielen vorgestellt und veranschaulicht.
 

Einfluss der Beölung auf das tribologische System

Um diesen vielfältigen Anforderungen zu begegnen, sind verschiedene konstruktive und technologische Maßnahmen im Bereich der hydraulischen Lamellenbremsen möglich. Unter anderem bestehen Möglichkeiten in der Wahl von geeigneten Reibbelägen und der Beölung des tribologischen Systems innerhalb der Industrieanwendungen. Die Wahl des Reibbelags hängt direkt mit der umsetzbaren Beölung zusammen, die wiederum von den grundsätzlichen Randbedingungen der Anwendung abhängig ist bzw. beeinflusst wird. 

Im Allgemeinen wird in der Industrie zwischen den folgenden Arten der Beölung unterschieden:

  1. Trockenlauf (keine Beölung)
  2. Mischreibung durch in Öl getränkte Reibbeläge
  3. Nasslauf
     
Trockenlauf

Unter Trockenlauf wird die Verwendung von Reibbelägen verstanden, bei denen kein Öl als Schmier- oder Kühlmittel verwendet wird. In der Regel wird ein derartiger Trockenlauf mit der Verwendung von stark verpressten Streusinter-Belägen oder Reibbelägen aus organischem oder keramischem Material kombiniert. Insbesondere vor dem Hintergrund elektrischer Lamellenkupplungen und -bremsen, die möglichst auf Öle verzichten, ist der Einsatz im Trockenlauf üblich. Des Weiteren sind die Reibwerte, die im Vergleich zu beölten oder nasslaufenden Lamellen zum Teil deutlich höher ausfallen, ein Grund für die Verwendung trockenlaufender Reibbeläge. 
 

Mischreibung

Ist aufgrund von anwendungsspezifischen Randbedingung eine geringe Beölung der Reibbeläge notwendig, kann auf die sogenannte Mischreibung zurückgegriffen werden. Hierbei handelt es sich um eine Beölung, die für den Anlagenbetreiber dem Trockenlauf gleicht, da kein externes Ölvolumen in Bezug auf die Kühlung bzw. Schmierung der Reibbeläge erforderlich ist. Das Öl befindet sich bei Auslieferung des Produktes innerhalb der Reibbeläge. 

Hierzu werden die Reibbeläge, vorwiegend Streusinter-Beläge mit einer geringeren Verpressung, vor der Montage in einem Ölbad gelagert. Die aufgrund der schwachen Verpressung grobkörnigere Oberflächenstruktur der Beläge ermöglicht es kleine Mengen von Öl aufzunehmen. 

Das aufgenommene Öl wird dann während der dynamischen Reibprozesse zur Schmierung des tribologischen Systems genutzt. Durch die Schmierung kann trotz der geringen Ölmengen das Reibverhalten stabilisiert und der Verschleiß vermindert werden. 
 

Nasslauf

Ist hingegen eine kontinuierliche Beölung in Folge von hohen Energieeinträgen bei Lastschaltungen oder anderen Randbedingungen erforderlich, kann in industriellen Anwendungen zwischen den Möglichkeiten einer Tauschmierung oder einer aktiven Beölung unterschieden werden. 

Tauchschmierung

Bei der Tauchschmierung wird innerhalb der Bremse ein Ölsumpf vorgesehen, in dem die Reibbeläge rotieren. Hier ist, geometrisch bedingt, die Ölmenge und die damit einhergehende Kühlwirkung begrenzt. Gleichzeitig wird jedoch kein Hydraulikkreislauf benötigt. In der Regel reichen Ölreserven in Form von Fässern oder Kanistern für einen notwendigen Ölwechsel aus. 

Die Abbildung 1 zeigt eine Lamellenbremse mit einer schematisch dargestellten Tauchschmierung. In diesem Beispiel ist eine Tauchschmierung mit einem Ölvolumen gewählt worden, welches die Bremse zur Hälfte (bis zur Rotationsachse) füllt. Eine Entleerung der Bremse ist mittels der radialen Bohrung im Außenmitnehmer möglich.

Bildquelle: Stromag GmbH

Abbildung 1: Tauchschmierung einer Lamellenbremse

Bildquelle: Stromag GmbH

Abbildung 2: Aktive Beölung einer Lamellenbremse

Aktive Beölung

Bei der aktiven Beölung handelt es sich hingegen um einen an die Bremse angeschlossenen Hydraulikkreislauf. Dieser fördert Öl in den Innenmitnehmer des Lamellenpaketes und schmiert und kühlt das Lamellenpaket unter Zuhilfenahme der Zentrifugalkraft. Durch die angeschlossenen Steuerungselemente kann zudem der Volumenstrom für den Zeitverlauf einer Lastschaltung erhöht und im Synchronlauf oder Offenlauf des Produktes verringert werden. 

Die Abbildung 2 zeigt eine Lamellenbremse mit einer aktiven Innenkühlung über den Innenmitnehmer. Über die Nut, welche die beiden Innenverzahnungen voneinander trennt, wird das Öl in den Innenmitnehmer geführt. Anschließend sorgt die Rotation für eine Zentrifugalkraft, die das Öl durch die radialen Bohrungen in der Außenverzahnung des Innenmitnehmers an die Lamellen leitet. Bei dem dargestellten Beispiel handelt es sich um ein Bremssystem, das innerhalb eines Getriebes verbaut wird, sodass das zur Kühlung und Schmierung verwendete Öl über Ausfräsungen und Bohrungen an das Getriebe abgegeben wird.

Ein Ausblick auf den Vortrag:

Die beschriebenen verschiedenen Beölungen des tribologischen Systems werden in dem Vortrag anhand konkreter Anwendungsbeispiele aus der Industrie illustriert. Des Weiteren wird auf die zugehörigen Vor- und Nachteile eingegangen.

Insbesondere werden die für die Auswahl der jeweiligen Reibbeläge und Beölungen ausschlaggebenden Randbedingungen und Einflüsse aufgezeigt, um das Verständnis für die gewählten Lösungsansätze zu schärfen. Die Anwendungen werden unter anderem die Bereiche der mobilen Arbeitsmaschinen, Fahrantriebe und Marine-Anwendungen abdecken.

Die Diversifikation der Anwendungen wird dadurch ergänzt, dass verschiedene Einsatzbedingungen der Lamellenbremsen beleuchtet werden. Hier werden sowohl reine Haltebremsen als auch Betriebsbremsen und Drehmomentenbegrenzer betrachtet.