Kupplung - Clutch

Einfach-Trockenkupplungs-Reibscheibe. Die Keilnabe ist mit Federn an der Scheibe befestigt, um das Rattern zu dämpfen.

Eine Kupplung ist eine mechanische Vorrichtung, die die Kraftübertragung , insbesondere von einer Antriebswelle ( Antriebswelle ) auf eine Abtriebswelle ein- und ausrückt . In der einfachsten Anwendung verbinden und trennen Kupplungen zwei rotierende Wellen (Antriebswellen oder Gelenkwellen ). Bei diesen Geräten ist eine Welle typischerweise an einem Motor und die andere an der Antriebseinheit (dem Antriebselement) befestigt, während die andere Welle (das angetriebene Element) die Ausgangsleistung für die Arbeit bereitstellt. Typischerweise sind die beteiligten Bewegungen rotatorisch, aber es gibt auch Linearkupplungen.

In einem Kraftfahrzeug wirkt die Kupplung als mechanisches Gestänge zwischen Motor und Getriebe und trennt bzw. trennt kurzzeitig den Motor vom Getriebe. Dies trennt die Antriebsräder , wenn das Kupplungspedal niedergedrückt wird, um den Fahrer zu reibungslos Wechselrädern ermöglicht.

Bei einer drehmomentgesteuerten Bohrmaschine wird beispielsweise eine Welle von einem Motor und die andere ein Bohrfutter angetrieben. Die Kupplung verbindet die beiden Wellen, so dass sie miteinander verriegelt sind und sich mit derselben Geschwindigkeit drehen (eingerückt), miteinander verriegelt, aber mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten (durchrutschen) oder entriegelt und mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten (ausgekuppelt) drehen können.

Entwurf

Trockenkupplung

Schema einer Rutschkupplung

Eine Trockenkupplung verwendet Trockenreibung , um die Kraft von der Eingangswelle auf die Ausgangswelle zu übertragen. Die meisten Kupplungen sind Trockenkupplungen. Ein Rutschen einer Reibungskupplung (bei der die Kupplung teilweise eingerückt ist, aber die Wellen sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen) ist manchmal erforderlich, beispielsweise wenn ein Kraftfahrzeug aus dem Stillstand beschleunigt; jedoch sollte der Schlupf minimiert werden, um erhöhte Verschleißraten zu vermeiden.

Bei einer Zugkupplung zieht das Drücken des Pedals das Ausrücklager, um die Kupplung auszurücken. In einer Push-Typ - Kupplung, die Druck auf das Pedal drückt das Ausrücklager der Kupplung auszurücken.

Eine Mehrscheibenkupplung besteht aus mehreren konzentrisch angeordneten Reibscheiben und wird manchmal verwendet, um den Durchmesser der Kupplung zu verringern oder um verschiedene "Stufen" des Schlupfs bereitzustellen (z Beim Beschleunigen aus dem Stand wird das Drehmoment des Motors auf die Räder übertragen.

Materialien

Ein übliches Reibungsmaterial ist ein organisches Verbundharz mit einer Kupferdrahtbeschichtung oder ein Keramikmaterial . Keramische Werkstoffe können oft höhere Drehmomentbelastungen übertragen, können jedoch zu einem erhöhten Verschleiß des Schwungrads führen . Bis Mitte der 1990er Jahre wurde Asbest auch in Kupplungsscheiben verwendet.

Federzentren und Kupplungsdämpfer

Eine Kupplungsscheibe kann Federn enthalten, die dazu bestimmt sind, die Eigenfrequenz der Kupplungsscheibe zu ändern , um Vibrationen oder hörbares Klappern des Getriebes im Leerlauf des Motors im Leerlauf zu reduzieren.

Ein Kupplungsdämpfer ist ein Gerät, das das Ansprechen des Einrückens/Ausrückens der Kupplung mildert. In Automobilanwendungen wird dies oft durch einen Mechanismus in der Kupplungsscheibenmitte bereitgestellt.

Nasskupplung

Bei einer Nasskupplung befindet sich das Reibmaterial in einem Ölbad (oder hat Durchflussöl), das die Kupplung kühlt und schmiert. Dies kann zu einem sanfteren Einrücken und einer längeren Lebensdauer der Kupplung führen, jedoch können nasse Kupplungen einen geringeren Wirkungsgrad haben, da etwas Energie auf das Öl übertragen wird. Da die Oberflächen einer Nasskupplung rutschig sein können (wie bei einer in Motoröl getauchten Motorradkupplung), kann das Stapeln von mehreren Kupplungsscheiben den niedrigeren Reibungskoeffizienten ausgleichen und so den Schlupf unter Kraft im voll eingekuppelten Zustand eliminieren.

Nasskupplungen verwendeten oft ein Verbundpapiermaterial.

Fliehkraftkupplung

Eine Fliehkraftkupplung kuppelt automatisch ein, wenn die Drehzahl der Eingangswelle zunimmt, und wird ausgekuppelt, wenn die Drehzahl der Eingangswelle abnimmt. Zu den Anwendungen gehören kleine Motorräder , Motorroller , Kettensägen und einige ältere Automobile .

Konuskupplung

Eine Konuskupplung ähnelt einer Trockenreibungsscheibenkupplung, außer dass das Reibmaterial auf die Außenseite eines konisch geformten Objekts aufgebracht wird. Eine häufige Anwendung für Konuskupplungen ist der Synchronring in einem Schaltgetriebe.

Hundekupplung

Eine Klauenkupplung ist eine rutschfeste Konstruktion der Kupplung, die in asynchronen Getrieben verwendet wurde .

Kupplung mit einer Umdrehung

Kaskadierte Klinken-Eindrehungskupplung in einem Fernschreiber

Die Kupplung mit einer Umdrehung wurde im 19. Jahrhundert entwickelt, um Maschinen wie Scheren oder Pressen anzutreiben, bei denen ein einziger Zug des Bedienhebels oder (später) Drücken eines Knopfes den Mechanismus auslöst und die Kupplung zwischen der Antriebsquelle und der Maschine einkuppelt Kurbelwelle für genau eine Umdrehung, bevor Sie die Kupplung lösen. Wenn die Kupplung ausgerückt ist und das angetriebene Element stillsteht. Frühe Konstruktionen waren typischerweise Klauenkupplungen mit einem Nocken auf dem angetriebenen Element, die verwendet wurden, um die Klauen an der entsprechenden Stelle auszurücken.

Im 20. Jahrhundert wurden stark vereinfachte Kupplungen mit einer Umdrehung entwickelt, die viel geringere Betätigungskräfte erfordern und in einigen Variationen einen festen Bruchteil einer Umdrehung pro Betätigung ermöglichen. Schnell wirkende Reibungskupplungen ersetzten bei einigen Anwendungen Klauenkupplungen, wodurch das Problem der Stoßbelastung der Klauen bei jedem Einrücken der Kupplung beseitigt wurde.

Neben ihrem Einsatz in schweren Fertigungsanlagen wurden Einfachumdrehungskupplungen bei zahlreichen kleinen Maschinen eingesetzt. Bei Tabelliermaschinen würde zum Beispiel das Drücken der Betriebstaste eine Einzelumdrehungskupplung auslösen, um die zuletzt eingegebene Zahl zu verarbeiten. Bei Satzmaschinen wählte das Drücken einer beliebigen Taste ein bestimmtes Zeichen aus und betätigte auch eine Kupplung mit einer einzigen Drehung, um den Mechanismus zum Setzen dieses Zeichens zu aktivieren. In ähnlicher Weise löste bei Fernschreibern der Empfang jedes Zeichens eine Einzelumdrehungskupplung aus, um einen Zyklus des Druckmechanismus zu betätigen.

1928 entwickelte Frederick G. Creed eine Singleturn-Federkupplung (siehe oben), die sich besonders gut für die sich wiederholenden Start-Stopp-Aktionen eignete, die in Fernschreibern erforderlich sind . 1942 entwickelten zwei Mitarbeiter der Pitney Bowes Postage Meter Company eine verbesserte Single-Turn-Federkupplung. Bei diesen Kupplungen ist eine Schraubenfeder um die Abtriebswelle gewickelt und durch den Auslösehebel in einer ausgedehnten Konfiguration gehalten. Beim Auslösen zieht sich die Feder schnell um die Antriebswelle zusammen, die die Kupplung einkuppelt. Wenn der Auslösehebel am Ende einer Umdrehung zurückgesetzt wurde, fängt er das Ende der Feder (oder einer daran befestigten Sperrklinke) und der Drehimpuls des angetriebenen Elements gibt die Spannung der Feder frei. Diese Kupplungen haben eine lange Lebensdauer – viele haben Dutzende und vielleicht Hunderte von Millionen Zyklen ohne die Notwendigkeit von Wartung außer gelegentlicher Schmierung durchgeführt.

Kupplungen mit kaskadierter Klinke mit einfacher Umdrehung ersetzten Kupplungen mit Schlingfeder mit einfacher Umdrehung in Seitendruckern, wie Fernschreibern , einschließlich des Teletype Model 28 und seinen Nachfolgern, wobei die gleichen Konstruktionsprinzipien verwendet wurden. Auch IBM Selectric-Schreibmaschinen verwendeten sie. Dies sind typischerweise scheibenförmige Anordnungen, die auf der Abtriebswelle montiert sind. Im Inneren der hohlscheibenförmigen Antriebstrommel sind zwei oder drei frei schwimmende Klinken angeordnet, so dass die Klinken beim Auslösen der Kupplung ähnlich wie die Backen einer Trommelbremse nach außen federn . Im eingerückten Zustand wird das Lastdrehmoment an jeder Sperrklinke auf die anderen übertragen, um sie in Eingriff zu halten. Diese Kupplungen rutschen nicht, wenn sie einmal verriegelt sind, und sie greifen sehr schnell in der Größenordnung von Millisekunden. Ein Auslösevorsprung erstreckt sich aus der Baugruppe heraus. Wenn der Auslösehebel diesen Vorsprung berührte, wurde die Kupplung ausgerückt. Wenn der Auslösehebel diesen Vorsprung freigibt, schließen interne Federn und Reibung die Kupplung. Die Kupplung dreht sich dann eine oder mehrere Umdrehungen und stoppt, wenn der Auslösehebel wieder in den Auslösevorsprung eingreift.

Kickback Kupplungsbremsen

Diese Mechanismen wurden in einigen Arten von synchronmotorbetriebenen elektrischen Uhren gefunden. Es wurden viele verschiedene Arten von synchronen Uhrenmotoren verwendet, einschließlich der Hammond-Handstartuhren aus der Zeit vor dem Zweiten Weltkrieg. Einige Arten von selbstanlaufenden Synchronmotoren sprangen immer an, wenn Strom angelegt wurde, aber im Detail war ihr Verhalten chaotisch und sie begannen mit gleicher Wahrscheinlichkeit in die falsche Richtung zu drehen. An den Rotor durch eine (oder möglicherweise zwei) Untersetzungsstufen gekoppelt war eine Schlingfeder-Kupplungsbremse. Die Feder drehte sich nicht. Ein Ende wurde fixiert; der andere war frei. Es lief frei, aber eng auf dem rotierenden Element, das Teil des Räderwerks der Uhr war. Die Kupplungsbremse blockierte beim Rückwärtsdrehen, hatte aber auch eine gewisse Federwirkung. Die Trägheit des rückwärts gehenden Rotors kuppelte die Kupplung ein und spannte die Feder auf. Beim Abwickeln startete er den Motor in der richtigen Richtung neu. Einige Designs hatten keine explizite Feder als solche – sondern waren einfach nachgiebige Mechanismen. Der Mechanismus war geschmiert und Verschleiß war kein Problem.

Andere Designs

  • Riemenkupplung : gebraucht auf Landmaschinen, Rasenmäher, Motorhacken und Schneefräsen. Die Motorleistung wird über einen Satz Riemen übertragen , die im Leerlauf des Motors schlaff sind, aber eine Spannrolle kann die Riemen spannen, um die Reibung zwischen den Riemen und den Riemenscheiben zu erhöhen.
  • BMA-Kupplung : Erfunden von Waldo J. Kelleigh im Jahr 1949, verwendet zur Übertragung von Drehmoment zwischen zwei Wellen, bestehend aus einem festen Antriebselement, das an einer der Wellen befestigt ist, und einem beweglichen Antriebselement, das eine Kontaktfläche mit einer Vielzahl von Vertiefungen aufweist.
  • Elektromagnetische Kupplung : typischerweise durch einen Elektromagneten eingerückt, der ein integraler Bestandteil der Kupplungsbaugruppe ist. Ein anderer Typ, die Magnetpartikelkupplung , enthält magnetisch beeinflusste Partikel in einer Kammer zwischen den Antriebs- und Abtriebselementen – das Anlegen von Gleichstrom lässt die Partikel zusammenklumpen und an den Betriebsoberflächen haften. Eingriff und Schlupf sind besonders glatt.
  • Schlingfederkupplung : hat eine Schraubenfeder, die normalerweise mit einem Draht mit quadratischem Querschnitt gewickelt ist. Diese wurden im späten 19. und frühen 20. Jahrhundert entwickelt. In einfacher Form ist die Feder an einem Ende am Abtriebsglied befestigt; sein anderes Ende ist nicht befestigt. Die Feder passt eng um ein zylindrisches Antriebselement. Wenn sich das Antriebselement in die Richtung dreht, die sich abwickeln würde, dehnt sich die Feder geringfügig aus und rutscht, wenn auch mit etwas Widerstand. Aus diesem Grund müssen Federkupplungen typischerweise mit Leichtöl geschmiert werden. Wenn man das Antriebselement in die andere Richtung dreht, schlingt sich die Feder selbst fest um die Antriebsoberfläche und die Kupplung verriegelt sehr schnell. Das Drehmoment, das erforderlich ist, um eine Federkupplung zum Schlupf zu bringen, wächst exponentiell mit der Anzahl der Windungen in der Feder und gehorcht der Capstan-Gleichung .

Verwendungszweck

Kfz-Getriebe

Schaltgetriebe

Die meisten Pkw und Lkw mit Schaltgetriebe haben eine Kupplung bestehend aus Reibscheibe(n), die über das ganz linke Pedal betätigt wird, wobei die Bewegung über Hydraulik (Geber- und Nehmerzylinder) oder einen Seilzug auf die Kupplung übertragen wird. Die Kupplung wird nur dann ausgerückt, wenn der Fahrer das Kupplungspedal in Richtung Boden drückt, daher ist das Getriebe standardmäßig mit dem Motor verbunden. Damit das Kupplungspedal bei stehendem Fahrzeug gelöst werden kann, ist eine "neutrale" Gangstellung vorgesehen.

Neben dem Anfahren aus dem Stand wird die Kupplung in der Regel auch für Gangwechsel benötigt. Obwohl das Getriebe während eines Gangwechsels nicht aufhört, sich zu drehen, wird kein Drehmoment durch es übertragen, wodurch weniger Reibung zwischen den Zahnrädern und ihren Eingriffsklauen entsteht. Die Abtriebswelle des Getriebes ist fest mit dem Achsantrieb verbunden , dann die Räder, und so drehen sich beide immer gemeinsam in einem festen Drehzahlverhältnis. Bei ausgerückter Kupplung kann die Getriebeeingangswelle ihre Drehzahl ändern, wenn die interne Übersetzung geändert wird. Ein daraus resultierender Drehzahlunterschied zwischen Motor und Getriebe wird ausgeglichen, da die Kupplung beim Wiedereinrücken leicht durchrutscht.

Die Kupplung wird normalerweise direkt an der Stirnseite des Schwungrads des Motors montiert , da dies bereits eine praktische Stahlscheibe mit großem Durchmesser bietet, die als eine Mitnehmerscheibe der Kupplung fungieren kann. Einige Rennkupplungen verwenden kleine Lamellenpakete, die nicht Teil des Schwungrads sind. Kupplung und Schwungrad sind in einem konischen Pumpenträger für das Getriebe untergebracht. Eine kleine Anzahl von Fahrzeugen mit Frontmotor und Heckantrieb (wie Alfa Romeo Alfetta, Porsche 924 und Chevrolet Corvette C5 verwenden ein Transaxle- Layout, bei dem sich das Getriebe in der Nähe des Hecks des Autos befindet; in diesem Fall ist die Kupplung mit montiert das Transaxle (daher dreht sich die Antriebswelle ständig mit dem Motor, auch wenn die Kupplung ausgerückt ist).

Automatikgetriebe

Einige Automatikgetriebe verwenden eine Überbrückungskupplung , um ein Rutschen des Drehmomentwandlers beim Fahren mit höheren Geschwindigkeiten zu verhindern. Der Zweck der Überbrückungskupplung besteht darin, den Kraftstoffverbrauch zu verbessern, indem Energieverluste minimiert werden, die durch Schlupf des Drehmomentwandlers verursacht werden.

Andere Automobilanwendungen

Autos verwenden Kupplungen an anderen Stellen als dem Antriebsstrang. Beispielsweise kann ein riemengetriebener Motorlüfter eine wärmeaktivierte Kupplung aufweisen. Das antreibende und das angetriebene Element sind durch eine Flüssigkeit auf Silikonbasis und ein Ventil, das von einer Bimetallfeder gesteuert wird, getrennt . Wenn die Temperatur niedrig ist, schließt das Federwind und das Ventil, die bei etwa 20% bis 30% der den Lüfter Spin läßt Wellendrehzahl. Wenn die Temperatur der Feder ansteigt, wickelt sie sich ab und öffnet das Ventil, lässt Flüssigkeit am Ventil vorbei und lässt den Lüfter mit etwa 60 bis 90 % der Wellendrehzahl rotieren.

Andere Kupplungen – wie zum Beispiel für einen Klimaanlagenkompressor – schließen Kupplungen unter Verwendung von Magnetkraft elektronisch ein, um das Antriebselement mit dem Abtriebselement zu koppeln.

Motorräder

Eine Korbkupplung

Motorräder verwenden typischerweise eine Nasskupplung, wobei die Kupplung im gleichen Öl wie das Getriebe läuft. Diese Kupplungen bestehen normalerweise aus einem Stapel von Wechselreibscheiben und Stahlscheiben. Die Reibscheiben haben an ihren Außendurchmessern Nasen, die sie in einem Korb verriegeln, der von der Kurbelwelle gedreht wird. Die Stahlplatten haben an ihren Innendurchmessern Nasen, die sie an der Getriebeeingangswelle befestigen. Ein Satz Schraubenfedern oder ein Tellerfederteller pressen die Lamellen beim Schließen der Kupplung zusammen.

Bei Motorrädern wird die Kupplung über einen Handhebel am linken Lenker betätigt. Kein Druck auf den Hebel bedeutet, dass die Kupplungsscheiben eingerückt sind (Fahren), während das Zurückziehen des Hebels in Richtung des Fahrers die Kupplungsscheiben durch Seilzug oder hydraulische Betätigung löst, sodass der Fahrer Gänge schalten oder ausrollen kann. Rennmotorräder verwenden oft Rutschkupplungen , um die Auswirkungen der Motorbremsung zu eliminieren , die, wenn sie nur auf das Hinterrad ausgeübt wird, zu Instabilität führen kann.

Siehe auch

Verweise