Kupplung

Eine Kupplung ist ein Maschinenelement zur Übertragung von Drehmomenten zwischen Wellen.

Merkmale

Im Gegensatz zum Getriebe überträgt eine Kupplung im verbundenen Zustand ein unverändertes Drehmoment. Dies kann ohne oder auch mit Verlagerung der Welle geschehen.

Zweck

Aufgaben sind die Übertragung von Drehbewegung bzw. Drehmoment, Ausgleich von Wellenversatz, Dämpfung von Drehmoments- und Geschwindigkeitsstößen, Trennen und Verbinden (Schalten), Isolierung gegen Schall, Elektrizität und Vibration.

Anwendung

Kupplung in Kraftfahrzeugen

Durch Distanzbolzen geöffnete Einscheiben-Trockenkupplung zwischen Verbrennungsmotor (hinten) und Fahrzeuggetriebe

Am bekanntesten ist auf Grund der hohen Verbreitung die fußbetätigte Fahrzeugkupplung zwischen Verbrennungsmotor und Fahrzeuggetriebe in Kraftfahrzeugen. Zweck ist das Ermöglichen des Anfahrens und das Wechseln der Getriebestufung, das technisch bedingt nur ohne beaufschlagtes Drehmoment möglich ist. Üblicherweise handelt es sich um eine durch Federkräfte gegen eine Metallscheibe - die mit dem Antriebsmotor drehstarr verbunden ist - gedrückte, topfförmige Scheibe. Zwischen diesen Scheiben liegt eine weitere, beidseitig mit ringförmigen Reibbelägen versehene Scheibe, die mit der Getriebewelle drehstarr verbunden ist. In dieser Scheibe ist zur Dämpfung von Drehschwingungen eine weitere Kupplung fest eingebaut.

Funktion

Schnitt einer Einscheiben-Trockenkupplung eines Kraftfahrzeugs Schaltstellungen
A: eingekuppelt
B: ausgekuppelt
1 Kurbelwelle des Motors
2 Schwungrad
3 Kupplungsscheibe
4 Druckscheibe
5 Membranfeder
6 Getriebewelle
7 Ausrücklager
8 Deckel
9 Stützscheiben
10 Stützbolzen
11 Anschlagbund

Zum Trennen wird eine Scheibe (4) axial mit Fußkraft über das Pedal und einem Hebelsystem (7) durch tellerförmige Verspannung der Membranfeder (5) von der anderen Scheibe (2) entfernt. Die Feder verdreht sich um die Stützbolzen (10). Dadurch läuft die drehstarr mit dem Getriebe verbundene Kupplungsscheibe (3) frei.

Reibscheibe einer Kraftfahrzeug-Kupplung mit ringförmigem Reibbelag und verdrehbarer Druckfederkupplung zwischen Ring und mittigem Abtrieb zur Schwingungsdämpfung

Schema einer Kraftfahrzeug-Kupplung

weitere Anwendungen

• Schutz vor Überbelastungen, Beispiel: Rutschkupplung an Bohrmaschinen, Bolzenkupplung mit Scherstift als Sollbruchstelle
• Trennen oder Zuschalten von Antrieb und Getriebe bei bestimmter vorgegebener Drehzahl oder Drehrichtung z. B. Freilauf beim Fahrrad
• Trennen des Antriebs bei Erreichen eines zu hohen Drehmoments zum Schutz von nachfolgenden Maschinenelementen durch eine Sicherheitskupplung, so zum Beispiel bei Zapfwellen
• Schwingungsdämpfung bei langen Wellen (z. B. Kardanwelle)
• als Montagehilfe bei schwer zugänglichen oder langen Wellen.
• Verbessern der Fahreigenschaften bei heck- und allradgetriebenen Fahrzeugen mit sogenannten Hardyscheiben, Gelenkscheiben Kupplungen
• Abkoppeln von Motoren bei hydrostatischen Antrieben, z. B. bei Bau- und Landmaschinen mit Gelenkscheiben

Klassifizierung

Eingeteilt werden die Kupplungen nach ihren Funktionen und der Verbindungsart:

nicht schaltbar

Nicht schaltbare Kupplungen dienen lediglich der Übertragung von Drehmomenten. Zweck ist die Entkopplung von sonst störenden Einflüssen wie axialen oder radialen Kräften, Schwingungen oder Achsversatz.

• starr (Flanschkupplung,Schalenkupplung)
• drehstarr (Zahnkupplung, Klauenkupplung)
• drehelastisch (Gummikupplung)
• drehnachgiebig (Magnetpulverkupplung)

Schaltbar

Schaltbare Kupplungen werden verwendet, wenn Antriebsseite und angetriebene Seite voneinander getrennt werden sollen.

Je nach Anwendung erfolgt das Schalten im Stillstand oder während des Betriebes.

Das Schalten beinhaltet das wiederholte Trennen oder Verbinden des Kraftflusses zwischen angetriebener und treibender Welle.

Fremdgeschaltet

Fremdgeschaltete Kupplungen dienen darüber hinaus der gewollten, unabhängigen Trennbarkeit der Übertragung von Drehmomenten. Die Betätigungsart kann vielfältig sein:

• mechanisch
• elektromagnetisch
• hydraulisch
• pneumatisch

Selbstschaltend

Fliehkraftkupplung einer Motorsäge
1 Reibsegment
2 radiale Koppel
3 Zugfeder

Selbstschaltende Kupplungen dienen zweckdienlichen, gewollten, abhängigen Trennbarkeit der Übertragung von Drehmomenten.

• Drehmoment (Brechbolzenkupplung, Rutschkupplung)
• Drehzahl (Fliehkraftkupplung)
• Drehrichtung (Freilauf)

Schaltbare Kupplungen

Kraftschlüssige Schaltkupplungen können als Anlauf- oder Anfahrkupplung eingesetzt werden. Durch einen schleifenden Betriebszustand wird bei variablem Schlupf eine Drehzahlanpassung bewirkt. Bei schaltbaren Kupplungen gibt es zusätzlich eine Unterteilung in fremdgeschaltet und selbstschaltend. Bei der Fremdschaltung wird die Betätigung der Kupplung von außen gesteuert und ausgeführt. Selbstschaltende Kupplungen bewirken alleine durch ihre Bauweise ein Trennen oder Verbinden des Kraftflusses. Die Steuerung erfolgt entweder über die Drehzahl, Drehrichtung oder das Drehmoment.

kraftschlüssig und fremdgeschaltet

• Scheibenkupplung (z. B. Einscheibentrockenkupplung, Doppelkupplung und Lamellenkupplung)
• Magnetkupplung
• Kegelkupplung
• Strömungskupplung

kraftschlüssig und selbstschaltend

• Fliehkraftkupplung (schaltet durch Drehzahl)
• Freilauf (schaltet durch Drehzahlunterschied)
• Rutschkupplung (schaltet durch Drehmoment)
• Strömungskupplung

formschlüssig und fremdgeschaltet

• Klauenkupplung

• Zahnkupplung

formschlüssig und selbstschaltend

• Klauenkupplung mit abgeschrägten Klauen (schaltet bei Drehzahlunterschied)

Nicht schaltbare Kupplungen

Nicht schaltbare Kupplungen werden als Verbindungsmittel z. B. zwischen Motor und Getriebe bzw. Arbeitsmaschine verwendet. Die Antriebswelle kann während des Betriebes nicht von der Abtriebswelle getrennt werden. Sie übernehmen dabei auch ausgleichende Funktionen (siehe Definition oben).

Starre Kupplungen

Starre Kupplungen sind kleinbauende und kostengünstige Kupplungen, die bei sehr einfachen Antrieben zum Einsatz kommen. Sie können auch bei höchsten Drehmomenten und Drehzahlen eingesetzt werden. zu den starren Kupplungen gehören:

• Scheibenkupplung
• Schalenkupplung
• Stirnzahnkupplung

Drehstarre Kupplungen

Drehstarre Flanschkupplung mit Bogenverzahnung

Drehstarre Kupplungen sind nicht schaltbar, aber können je nach Bauart auch ausgleichende Funktionen bei Winkel- und Längenveränderungen sowie bei Wellenversatz übernehmen. Zu den drehstarren Kupplungen gehören:

• Klauenkupplung: Kreuzschlitzkupplung
• Parallelkurbelkupplung
• Ringspann-Ausgleichskupplung
• Kreuzgelenk
• Kreuzgelenkwelle
• Kugelgelenkwelle
• Zahnkupplung
• Tonnenkupplung
• Federlamellenkupplung
• Metallbalgkupplung
• Kugel-Gleichlauf-Verschiebegelenk (Topfgelenk)

Drehelastische Kupplungen

Elastische Kupplungen sind nicht schaltbar. Die übertragenden Elemente bestehen aus Metall (z. B. Federstahl) oder aus Elastomeren. Es gibt drehelastische Kupplungen zum Dämpfen und Abfedern von Drehzahlschwankungen und Drehzahlstößen und Reduzierung von Drehschwingungen, biegeelastische Kupplungen zum Ausgleich von axialen und winkelbedingten Fluchtungsfehlern, sowie eine Kombination aus beiden Formen. Bei Überbeanspruchung der Elastizität durch wechselnde Drehmomente reißen die Kupplungen ab und dienen so als drehmomentabhängige Sicherung. Bei Flanschen an Dieselmotoren im Industriebereich findet sich diese Art der kombinierten Kupplung am häufigsten. Sie wird eingesetzt, um zum Beispiel hydrostatische Antriebe von Schwingungen abzukoppeln oder bei Prüfstandswellen. Die bevorzugte Variante ist hier die Gelenkscheibe oder auch Hardyscheibe. Im Automobilbau finden Hardyscheiben sehr oft im Antriebsstrang oder in der Lenksäule Verwendung.

• Hardyscheibe (biege- und drehelastisch)
• Gelenkscheibenkupplung SGF
• Laschengelenkscheibenkupplung
• Klauenkupplung mit hochelastischen Elementen (drehelastisch)
• Stiftkupplung mit mehreren hochelastischen Gummistiften (drehnachgiebig)
• Kreuzscheibenkupplung bzw. Oldham-Kupplung
• Metallbalgkupplung
• Federstegkupplungen

Drehnachgiebige Kupplungen

Im Gegensatz zu den drehelastischen Kupplungen setzt eine drehnachgiebige Kupplung einer Verdrehung keine rückstellende/elastische Federkraft entgegen. Drehnachgiebige Kupplungen (in der Praxis häufig Strömungskupplungen) können Drehmomente ständig unter Schlupf übertragen. Ist der Schlupf regel- und steuerbar, können bestimmte Bauausführungen deshalb auch schaltbar sein. Eine drehmomentabhängige Überlastsicherung ist bei allen drehnachgiebigen Kupplungen schon bauartbedingt vorhanden. Ähnlich wie bei Reibkupplungen ist die umsetzbare Leistung in diesem Betriebszustand allerdings thermisch begrenzt.

• Visco-Kupplung
• Magnetpulver- und MRF-Kupplung
• hydrodynamischer Drehmomentwandler auch Föttinger-Wandler; im engeren Sinne keine Kupplung, da das Ausgangsmoment vom Eingangsmoment abweichen kann, es wird "gewandelt".
• Retarder, eine hydrodynamische Bremse, bei der ein Teil der Kupplung bzw. des Wandlers nicht rotiert.
• hydrodynamische Kupplung
• Wirbelstromkupplung (Prinzip wie Wirbelstrombremse)

• verschiedene Kupplungen
• 

  L-Kupplung

• 

  Scheibenkupplung

• 

  Schlangenfeder und Bolzenkupplung mit vorgespannten Gummihülsen

• 

  Visco-Kupplung

• 

  Kegelkupplung

• 

  Eine Seilkupplung als Verbindung zwischen einer Francis-Turbine und einem Generator

Siehe auch

• Fahrzeuggetriebe
• Torsionssteife Kupplung
• Kupplungsspiel
• Automatisches Kupplungssystem (AKS)

Weblinks

 Wiktionary: Kupplung – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

 Commons: Clutches – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Die Kupplungen im Wandel der Zeit (PDF) (2,76 MB)
• Infos zu Kupplungen im Marinebereich - Jetantriebe - Marinediesel
• So funktioniert die Kupplung
• Beispiele für Starre Kupplungen