Einscheibentrockenkupplung
Die Einscheibentrockenkupplung trennt und schließt den Kraftfluss zwischen Motor und Getriebe. Hauptsächlich wird die Einscheibentrockenkupplung als Anfahr-und Schaltkupplung in Kraftfahrzeuge eingebaut
Anforderungen
Die Einscheibentrockenkupplung ist eine im Betrieb schaltbare Reibungskupplung, das heisst sie nutzt den Reibungswiderstand zwischen zwei Platten, um Kräfte von einer Platte auf eine Andere zu übertragen. Das übertragbare Drehmoment ist dabei abhängig von der Fläche und dem Material, welches aneinander reibt, und dem Druck (durch eine Feder), mit dem die Scheiben (Schwungscheibe, Kupplungsscheibe mit Belag/sogen. Mitnehmerscheibe und Druckplatte) aneinander gepresst werden. Um den Durchmesser der Kupplung nicht unnötig groß werden zu lassen, muss der Belag einen hohen Reibwert haben (Das Drehmoment vom Übergang der Haftreibung zur Gleitreibung muss erheblich über dem Drehmoment des Motors liegen). Bei jedem Schaltvorgang muss die Kupplung den Kraftschluss zwischen Motor und Getriebe trennen, da Zahnradgetriebe nur lastfrei (ohne Kraftübertragung durch den Motor) geschaltet werden können. Beim Anfahren muss die Kupplung durch zunehmende Gleitreibung (der Mitnehmerscheibe zwischen der Schwungscheibe und der Druckplatte) zwischen Motor und Getriebe die Möglichkeit eines weichen Anfahrens bis zur Haftreibung der Kupplung (Pedal losgelassen) ermöglichen. Daher muss die Kupplungsscheibe eine hohe Verschleißfestigkeit und durch die entstehende Reibungswärme eine hohe Temperaturfestigkeit haben. Darum haben sich in der Praxis Materialien ähnlich denen der Bremsbeläge als nützlich erwiesen. Bei der Übertragung von Drehmomenten (eingekuppelt) wird ein Wirkungsgrad von 100% angestrebt. Zusätzlich wird die möglichkeit einer Überlastsicherung gefordert (z.B. Blockaden im Antriebsstrang, plötzliches Einkuppeln). Die moderne Einscheibentrockenkupplungen erfüllen diese Anforderungen.
Aufbau und Funktion
Die Einheit aus Druckplatte (weiss) und Tellerfeder (rot) ist mit der Schwungscheibe (türkis) drehfest verbunden. Die Kupplungsscheibe (grün), mit den Reibbelägen (orange), ist auf der Getriebewelle (lila) mittels einer Verzahnung (dunkelgrün) verschiebbar befestigt.
Der Ausrückhebel (grau) wirkt auf das Drucklager (blau) und drückt gegen die Tellerfeder in Richtung der Schwungscheibe. Dadurch wird die Druckplatte, durch ein Hebelsystem, in Richtung des Getriebes bewegt. Die Kupplungsscheibe ist entlastet und überträgt keine Drehbewegung auf die Getriebewelle. Wirkt keine Kraft auf den Ausrückhebel übt das Drucklager keinen Druck auf die Tellerfeder aus. Die Tellerfeder drückt die Druckplatte auf die Kupplungsplatte und schiebt diese gegen die Schwungscheibe. Der Kraftschluss wird hergestellt, die Getriebewelle dreht sich mit der vollen Motordrehzahl. Bei nur halb gedrücktem Ausrückhebel (z.B. Kupplungspedal beim Anfahren) kann die Tellerfeder nur einen Teil ihrer Kraft auf die Druckplatte übertragen. Dadurch wird die Kupplungsscheibe nicht richtig einklemmt und rutscht kontinuierlich durch. Man spricht vom Schleifen. Die übertragene Kraft und Drehzahl sind abhängig von der Motordrehzahl, der Stellung des Ausrückhebels und dem Reibwert der Reibbeläge (z.B. abgenutzte Beläge) Statt der hier aufgeführten Tellerfeder waren früher auch Randfederkupplungen gebräuchlich. Dabei sind mehrere Hebel mit Spiralfedern radial auf der Kupplungsscheibe verteilt. Die Funktionsweise ist wie bei einer Tellerfeder. Nachteile einer Randfederkupplung gegenüber einer Tellerfederkupplung sind:
- mehr bewegliche Teile
- daher teurer und schwerer
- höhere Unwucht bzw. Rundlauf ist schwerer zu handhaben
- empfindlich bei höheren Drehzahlen
- im Gegensatz zur Tellerfeder wird die Bedienkraft bei einem weiteren Weg des Ausrückhebels nicht kleiner.
- die Einzelteile können Geräusche hervorrufen (rasseln, klappern)
Die Kupplungsscheiben werden häufig mit Drehschwingungsdämpfer oder Drehschwingungsfedern ausgestattet. Damit wird ein sanfteres ansprechen der Kupplung, z.B. beim Anfahren, erreicht. Das Drucklager, ein Radiallager, besteht aus drei Teilen. Teil eins ist der feststehende. Er wird mit einer Klammer am Ausrückhebel befestigt. Teil zwei lässt sich unabhängig vom ersten drehen und drückt gegen die drehende Tellerfeder. Das dritte Teil besteht aus einer Führungsbuchse (oder ein Axiallager), die auf der Getriebewelle für die passgenaue Funktion sorgt.
Betätigungsarten
mechanische Betätigung
Kupplungsseil
Ein Kupplungsseil (Bowdenzug) überträgt,z.B. beim Motorrad od.Auto, die auf den Kupplungshebel wirkende Kraft auf den Ausrückhebel, der das Ausrücklager(Drucklager) und somit die Kupplung betätigt.
Das Kupplungsseil ist einer hohen mechanischen Zugbelastung ausgesetzt.
Ein stark verschlissenes Kupplungsseil hält der mechanischen Belastung nicht mehr stand und kann reißen.
Bei einer etwas abgenutzten Einscheibentrockenkupplung verkleinert sich das Kupplungsspiel im Gegensatz zu einer neuwertigen Kupplung. Um dennoch eine einwandfreie Funktion zu gewährleisten, muss das Kupplungsspiel wieder vergrößert werden. Dies wird durch eine Längeneinstellung des Kupplungsseils erreicht.
Bei automatisch nachstellenden Kupplungsseilen und bei hydraulisch betätigten Kupplungen ist dies nicht erforderlich.
Gestänge
Über ein Gestänge mit mehreren Umlenkpunkten wird die Kraft zum Ausrücken(Kupplung trennen)auf den Ausrückhebel übertragen. Diese Version ist nur noch selten gebräuchlich (z.B.Rasentrac)und verlangt bei starken Motoren, wegen der höheren Andruckkräfte, nach einer Kupplungshilfe. Eine Kupplungshilfe kann eine Totpunktfeder oder eine halbzentrifugale Kupplung sein. In früheren Zeiten wurde die Mechanik auch von Hydraulik oder Pneumatik unterstützt.
hydraulische Betätigung
Bei einer Hydraulischen Betätigung sind zwischen Kupplungshebel (Pedal) und Ausrückhebel keine mechanischen Bauteile, die Kräfte werden rein hydraulisch übertragen. Der grundsätzliche Aufbau ähnelt stark einer hydraulischen Bremsanlage. Der Kupplungshebel betätigt einen Hydraulikzylinder der, über eine Hydraulikleitung, den Arbeitszylinder am Ausrückhebel betätigt. Beim Lösen der Bedienkraft wird das System drucklos. Der Arbeitszylinder wird durch die Kupplungsfeder zurückgedrückt. Bei dieser Betätigungsart bleibt das Drucklager im ständigen Kontakt mit der umlaufenden Kupplungsfeder. Es muss deshalb anders dimensoniert (dauerhaft drehzahlfest) sein. Aufgrund dieser Eigenart ist diese Kupplung selbstnachstellend.
automatische Betätigung
Von einer automatisch betätigten Kupplung spricht man, wenn eine normale Schaltkupplung, automatisch fremdgeschaltet wird. Fremdgeschaltet heißt die Betätigungskraft wird von aussen betätigt. Zur Steuerung der Kupplung müssen bestimmte Betriebszustände gemessen werden. Sensoren und Schalter erfassen :
- Motordrehzahl
- Getriebedrehzahl
- Geschwindigkeit
- gewählter Gang
- Gaspedalstellung oder Stellung der Drosselklappe
- der Wunsch zu Schalten bzw. Berührung des Schalthebels.
Die Daten werden entweder über ein System von Relais, Schaltern und Hydraulikschaltungen umgesetzt, oder werden von Elektronik verarbeitet. Von der Elektronik wird dabei ein Kennfeld abgearbeitet. Im Ergebnis betätigt ein Hydraulikzylinder den Ausrückhebel genau im richtigen Moment mit der richtigen Geschwindigkeit. Eine Magnetkupplung oder ein Elektromotor können auch direkt elektrisch angesteuert werden.
Im Gegensatz dazu steht die selbstschaltende automatische Kupplung. Diese schaltet Aufgrund ihrer Bauweise selbst ohne Einfuss von aussen. Folgende Kupplungen gehören zu dieser Gattung: Fliehkraftkupplung, Freilauf, Rustschkupplung und die hydrodynamische Kupplung
Betätigungshilfen
- Totpunktfeder
- Tellerfeder
- Fliehkraft Unterstützung
- hydraulische Unterstützung
- pneumatische Unterstüzung