Lamellenkupplung

Eine Lamellenkupplung oder Reiblamellenkupplung ist ein Maschinenelement. Ihr charakteristisches Merkmal im Vergleich mit anderen Kupplungen ist Anordnung mehrerer Reibbeläge in Reihe. Dabei wirkt die gleiche Anpresskraft auf alle Reibpaare.

Lamellenkupplungen sind unter Last schaltbar. Sie werden häufig verwendet, weil sie kompakt und preisgünstig sind. Meistens sind diese in Öl laufend und überwiegend in Automatikgetrieben, in hochbelasteten Haupt- oder Anfahrkupplungen oder in Sperrdifferenzialen im Einsatz. Die Vorteile liegen in der höheren Leistungs- und Energieaufnahme im Gegensatz zu Trockenkupplungen, da hier mit Öl gekühlt wird. Nachteile sind niedrigere Reibwerte (etwa µ= 0,08..0,12) gegenüber Trockenkupplungen und ein höheres Schleppmoment im Leerlauf.

Technik

Eine Reiblamellenkupplung besteht aus wenigsterns einer Innen- und einer Außenlamelle. Die Innenlamellen sind mit einer drehenden Welle verzahnt und die Außenlamellen werden von einem innenverzahnten, rohrförmigen Träger aufgenommen. Um das zu übertragende Drehmoment zu erhöhen, werden oft mehrere Innen- und Außenlamellen abwechselnd angeordnet, so daß bei gleicher Betätigungskraft höhere Momente übertragen werden können.

In der Praxis wird die Anzahl dieser Reiblamellen auf 10-20 Scheiben begrenzt, da sich beim dynamischen Einkuppeln die Reiblamellen zusammengeschoben werden und sich jede Reiblamelle gegenüber ihrer Führung verschieben muss. Dadurch wird ein Teil der Betätigungskraft nicht an die benachbarte Reiblamelle weitergegeben, sondern am Lamellenträger abgestützt. Das Reibmoment fällt dadurch beginnend von der Krafteinleitungsrichtung, das jede einzelne Lamelle überträgt, von der (in Einrückrichtung gesehen) ersten zur letzen Reiblamelle degressiv ab.

Reibbelag

In ölgeschmierten (nasslaufenden) Lamellenkupplungen können bei ausreichender Schmierung Stahllamellen (Legierungen mit Zusatz von Molybdän) gegeneinander laufen. In der Praxis werden aber entweder die Lamellen beschichtet oder es werden Lamellen aus anderen Werkstoffen eingesetzt. Dadurch lassen sich die Reibwerte erhöhen, die Temperaturfestigkeit verbessern, ein sanfteres Ansprechverhalten erreichen oder eine Verminderung der Geräusche erreichen.

Gängigen Reibmaterialien sind:

Papierbeläge haben ihren Namen daher, da sie im selben Verfahren gefertigt werden wie Papier. Diese Art der in Öl laufenden Reibbeläge ist meistverbreitet.
Bei Kohlenstofffaserbelägen (Carbonbeläge) wird überwiegend gewobene Kohlefaser verwendet. Dieser Herstellprozeß verbessert aufgrund der Webstruktur die Festigkeit des Belags und das Handling während des Prozesses. Desweiteren werden ebenso Kohlenstofffasern als Komplettbelag (ähnlich dem Papierbelag) verwendet. Grundsätzlich lassen sich auch Carbonbeläge im Papierverfahren herstellen, wegen des hohen Verschnitts und der Kosten des Materials werden derzeit aber gewebte Kohlefasermatten ausgestanzt und auf den Träger (meist eine Stahllamelle) geklebt.
Vorteile der Sinterbronze sind die hohe thermische- und mechanische Festigkeit. Jedoch zeigen Sinterbronzebeläge im Kupplungspaket geringere Leistungsaufnahme als z.B. hochtemperaturfeste Papierreibbeläge. Nachteile sind niedrigere Reibwert als bei Papierbelägen.
Gepresstes Graphit bietet ähnliche Vorteile wie die Sinterbronze, ist jedoch leichter.

Verschleiß und Schadensbilder

Alterung und Überlastung führen bei Lamellenkupplungen zu verschiedenen Effekten:

Normalen Verschleiß vergrößert den Betätigungsweg. Das kann durch eine automatische Nachstellung kompensiert werden.
Überhitzung an der Oberfläche des Belages läßt diesen verglasen. Die Reibwerte sinken und damit auch das übertragbare Moment. Üblicherweise wird dieser Schaden nicht mehr durch normalen Verschleiß rückgängig gemacht.
Wenn die Reibmaterialien mit einer Stahllamelle verbunden sind, kann der Klebstoff bei Überhitzung erweichen und der Reibbelag verschiebt sich bzw. stört die Funktion der Kupplung.
Bei nasslaufenden Kupplungen kann durch hohe Dauertemperaturen das Kühlmittel chemisch verändert werden. Bei Öl kann dies z.B. zu verstärkter Oxidation oder zum Cracken von Ölmolekülen führen.

Entwicklung und Forschung

Ein Feld intensiver Entwicklung und Anpassung ist die Geräuschvermeidung bei Reiblamellenkupplungen, die von selbsterregten Reibschwingungen verursacht wird. Als Gesamtsystem muß hierbei der tribologische Zusammenhang zwischen Reibpaarung und -bei naßlaufenden Kupplungen- dem Schmierstoff betrachtet werden.

Daneben ist die Temperatur- und Verschleißfestigkeit ein weiteres Gebiet der Forschung. Speziell bei Carbonbelägen muss die Alterungsbeständigkeit und die Erweichungstemperatur des Klebstoffes möglichst hoch sein.

Anwendungen

Antriebstechnik im KFZ (Verteilergetriebeersatz)
Drehmomentbegrenzung bei Akkuschraubern