Kupplung

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Dieser Artikel beschäftigt sich mit dem Maschinenelement; für weitere Bedeutungen siehe Kupplung (Begriffsklärung)
Eine improvisierte, nicht-lösbare elastische Kupplung aus Reifenstücken verbindet die Wellen eines Motors und einer Wasserpumpe. Sie gleicht den Versatz der Wellen oder ihr Nicht-Fluchten aus. Aufgenommen in Kerala (Indien)

Eine Kupplung ist ein Maschinenelement zur starren, elastischen, beweglichen oder lösbaren Verbindung zweier Wellen. Eine nicht starre Kupplung kann neben einer formschlüssigen auch eine kraftschlüssige Verbindung sein. Durch die Verbindung wird es möglich, zwischen beiden Wellen Rotation und damit Drehmoment und letztlich mechanische Arbeit zu übertragen.

Bei den aus dem Alltag bekannten, in Kraftfahrzeugen verwendeten Kupplungen handelt sich es um kraftschlüssige, im Betrieb lösbare Kupplungen. Diese werden verwendet, um den Antrieb zwischen Motor und Getriebe zu unterbrechen, wenn der Gang gewechselt wird oder wenn das Fahrzeug mit laufendem Motor stehen soll. Die kraft- beziehungsweise reibschlüssige Verbindung ist beim Anfahren aus dem Stand erforderlich: Anfahren mit schleifender Kupplung.

Allgemeines[Bearbeiten]

Im Unterschied zu einem Getriebe mit unterschiedlicher Ein- und Ausgangsdrehzahl beziehungsweise Ein- und Ausgangsmoment, können Kupplungen Drehmomente und Drehzahlen nur übertragen, nicht aber wandeln. Das bedeutet, dass Drehzahl und Drehmoment an der Kupplungs-Eingangswelle größer oder gleich der Werte an der Ausgangswelle sind.

Umgangssprachlich wird meist eine lösbare Kupplung als Kupplung bezeichnet (zum Beispiel im Kraftfahrzeug). Im Allgemeinen ist jede Verbindungsart zweier Wellen zur Übertragung von Drehzahl und Drehmoment eine Kupplung. Das Gegenstück zur lösbaren ist die starre Verbindung, im Extremfall die Herstellung einer langen Welle aus kürzeren Teilstücken.

Außer Starrheit und Lösbarkeit kann eine Kupplung weitere Funktionen haben:

  • Mit ihr kann in Grenzen ausgeglichen werden, dass die beiden Wellen nicht fluchten, das heißt zueinander versetzt sind oder /und nicht die gleiche Richtung haben.
  • Man kann eine Kupplung drehelastisch gestalten, wodurch Drehmoment- und Drehgeschwindigkeitsstöße gedämpft übertragen werden.
  • Das in einer Kupplung verwendete Material (zum Beispiel Gummi) kann die Ausbreitung von Körperschall dämpfen.
  • Eine Kupplung kann einen Überlastschutz darstellen, beispielsweise durch die Verwendung von definiert brechenden oder rutschenden Elementen.

Kupplungen in Kraftfahrzeugen[Bearbeiten]

Kraftfahrzeugkupplung, geöffnet
hinten: Motor mit Schwungscheibe (mit Zahnkranz für den Anlasser)
Mitte: Kupplungsscheibe
vorn: Deckel (Druckscheibe und Tellerfeder z.T. verdeckt)
Schnitt einer Kraftfahrzeug-Kupplung
A: verbindend (eingekuppelt)
B: gelöst (ausgekuppelt)
1 Motorkurbelwelle
2 Motorschwungscheibe
3 Kupplungsscheibe
4 Druckscheibe
5 Membranfeder
6 Getriebewelle
7 Ausrückring
8 Deckel
9 Stützscheiben
10 Stützbolzen
11 Anschlagbund
Kupplungssscheibe mit ringförmigem Reibbelag und verdrehbarer Druckfederkupplung zwischen Ring und mittigem Abtrieb zur Schwingungsdämpfung

Lösbare Kupplung[Bearbeiten]

Die beim PKW fuß-, beim Motorrad handbetätigte lösbare Kupplung zwischen Motor und Getriebe in Kraftfahrzeugen ist aufgrund der hohen Verbreitung die bekannteste Kupplung überhaupt. Sie ist eine kraftschlüssige Kupplung, die das Anfahren und das Wechseln der Getriebestufen ermöglicht.

Die kraft- beziehungsweise reibschlüssige Verbindung ist beim Anfahren aus dem Stand, wobei der Motor mit einer Mindestdrehzahl dreht, erforderlich: Anfahren mit schleifender Kupplung.

Zum Wechseln der Getriebestufen (Gänge) muss die Drehmomentübertragung unterbrochen werden, damit die entsprechenden zwei Zahnräder im Getriebe in gegenseitigen Eingriff gebracht werden können (entsprechende Drehzahlanpassung zwischen den beiden Zahnrädern mit Hilfe einer sogenannten Sychronisiereinrichtung). Beim Wiederherstellen der Verbindung zwischen Motor und Getriebe wird ein etwaiger Drehzahlunterschied durch kurzzeitigen Schlupf in der Kupplung überbrückt.

Üblicherweise wird eine beidseitig mit ringförmigen Reibbelägen versehene Kupplungsscheibe (3) zwischen zwei an der Motorkurbelwelle (1) befestigten Scheiben eingeklemmt. Die eine Scheibe ist die mit der Kurbelwelle starr verbundene Schwungscheibe (2), die andere ist die mitdrehende sogenannte Topf-/Druckscheibe (4), die mit einer Membranfeder (5) gegen die Schwungscheibe gepresst wird. Die Kupplungsscheibe ist mittels einer Zahnkupplung mit der Getriebewelle (6) drehstarr verbunden.

Zum Lösen wird die Membranfeder, die mit ihrem äußeren Rand über die Topfscheibe auf die Kupplungsscheibe drückt, "abgehoben", indem sie an ihrem inneren Rand axial verspannt wird. Der Ausrückring (7) wird mit Fußkraft vom Kupplungspedal aus gegen die Membranfeder gedrückt, die sich umstülpt (Verdrehen um die Stützlager (10)/(11)). Die Topfscheibe entfernt sich etwas von der Kupplungs- und der Schwungscheibe.

Drehelastische Kupplung in einer Kupplungsscheibe (nicht lösbar)[Bearbeiten]

Der äußere Teil der Kupplungsscheibe mit den Reibringen ist mit der Nabe mit der Verzahnung für die Verbindung mit der Getriebeeingangswelle drehelastisch verbunden. Die eingebauten Druckfedern fangen Drehmoment- und Drehgeschwindigkeitsstöße ab.

Weitere nicht lösbare Kupplungen in Kraftfahrzeugen[Bearbeiten]

Zur Übertragung der Leistung vom Frontmotor zum Hinterradantrieb dient in der Regel eine Kardanwelle. Diese ist mit der Ausgangswelle des Getriebes mit einem Kardangelenk verbunden. Diese winkelbewegliche Kupplung erlaubt die gefederte Vertikalbewegung der Hinterachse relativ zum im Prinzip fest eingebauten Getriebe. Das oder ein weiteres Kardangelenk kann sich auch in einer geteilten Kardanwelle befinden.

Wenn die angetriebenen Hinterräder nicht mit einer starren Achse verbunden sind, sondern sich einzeln elastisch gegen das Fahrzeug bewegen, werden die zwei Halbachsen auch oft mittels Kardangelenken am Hinterachsdifferential und an den Rädern verbunden.

Bei Vorderradantrieb sind die Räder vertikal gefedert und werden zusätzlich eingelenkt. Weil die Drehübertragung in abgewinkelter Lage über eine Umdrehung zu stark schwankt, werden gleichmäßig übertragende homokinetische Gelenke verwendet.

Die Hardyscheibe ist mit dem Kardangelenk verwandt. Sie enthält eine Gummischeibe, die bei Winkelausschlägen zwischen den beiden Wellen und bei Drehstößen elastisch verformt wird.

Fliehkraftkupplung einer Motorsäge
Lösen beim Unterschreiten einer Mindestdrehzahl
1 Reibsegment, 2 radiale Koppel, 3 Zugfeder

Besondere lösbare Kupplungen[Bearbeiten]

  • Kupplungen mit Kraftschluss als Überlastschutz: Durchrutschen (Rutschkupplung, wenn der Motor das erforderliche Drehmoment nicht aufbringen kann zum Beispiel in Fahrzeugen, Baumaschinen und Werkzeugmaschinen)
  • Kupplungen mit Sollbruchstelle als Überlastschutz: zum Beispiel Bolzenkupplung mit Scherstift
  • Automatisches Lösen der Kupplung beim Erreichen einer oberen oder Unterschreiten einer unteren Drehzahl: zum Beispiel Fliehkraftkupplung
  • Automatisches Lösen der Kupplung bei Drehrichtungsumkehr: Zum Beispiel Freilauf beim Fahrrad

Nicht lösbare nachgiebige Kupplungen[Bearbeiten]

Nicht lösbare Kupplungen können verschiedenartig nachgiebig sein:

Unterscheidung nach Kraft- beziehungsweise Formschluss[Bearbeiten]

Kraftschlüssige Kupplungen (Reibkupplungen) sind besonders als lösbare Kupplungen und selbstlösende Kupplungen (Rutschkupplungen) bei Überlast (wozu auch Anlauf und Anfahren gehören) geeignet. Sie können mehr als eine oder zwei kraftschlüssige Flächenkontakte haben (zum Beispiel bei Ausrüstung mit mehreren Lamellen). Die Kontaktflächen sind eben oder keglig.

Formschlüssige Kupplungen sind einfacher gebaut. Sie schließen Schlupf in der Übertragung aus, bieten aber keinen Schutz bei Überlast (außer bei zusätzlicher Sollbruchstelle, zum Beispiel mit Scherstift). Ausführungsformen sind zum Beispiel Klauenkupplungen und Zahnkupplungen. Lagefehlern und Stößen nachgebende formschlüssige Kupplungen sind entsprechend aufwändiger, zum Beispiel die Hardyscheibe, die Metallbalgkupplung, das Kreuzgelenk, das homokinetische Gelenk, die Parallelkurbelkupplung und die Oldham-Kupplung.

Eine Besonderheit im Vergleich zu den im Allgemeinen mechanischen Kupplungen sind die Visco-Kupplung und die Strömungskupplung. Sie sind nicht starr, deshalb eher den kraftschlüssigen mechanischen Kupplungen zuzuzählen, haben aber permanent einen Schlupf in der Größenordnung von 10 %.

Ähnlich ist die Wirbelstromkupplung (Prinzip wie Wirbelstrombremse) einzuordnen. Diese Kupplung ist auch nicht starr.

Siehe auch[Bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten]

  • August Schalitz: Kupplungs-Atlas: Bauarten und Auslegung von Kupplungen und Bremsen. 4., geänd. u. erw. Aufl., A.G.T-Verlag Thum, Ludwigsburg 1975
  • Heinz Peeken, Christoph Troeder: Elastische Kupplungen: Ausführungen, Eigenschaften, Berechnungen. Springer, Berlin 1986, ISBN 3-540-13933-8
  • Siegfried Winkelmann, Harry Harmuth: Schaltbare Reibkupplungen: Grundlagen, Eigenschaften, Konstruktionen. Springer, Berlin 1985, ISBN 3-540-13755-6

Weblinks[Bearbeiten]

 Wiktionary: Kupplung – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
 Commons: Clutches – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien