Kupplung
Eine Kupplung ist ein Maschinenelement zur Übertragung von Drehmomenten bei Wellen ohne und mit Verlagerung der Achsen. Eingeteilt werden die Kupplungen nach ihren Funktionen und der Verbindungsart. Es gibt drehstarre Kupplungen, elastische (drehnachgiebig,drehelastisch) Kupplungen und schaltende (bzw. trennende) Kupplungen. Die Verbindung der Kupplungselemente wird entweder durch Kraftschluss, Formschluss oder Stoffschluss hergestellt. Mit der Kombination von unterschiedlichen Kupplungen können ihre Eigenschaften addiert werden. 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. Kupplungen dienen, im Gegensatz zu Getrieben, nicht zur Drehmomentwandlung sondern sie übertragen im verbundenen Zustand gleichgroße Drehmomente.
Schaltbare Kupplungen
Schaltbare Kupplungen werden verwendet, wenn Antriebsseite und angetriebene Seite voneinander getrennt werden müssen. Das kann je nach Anwendung im Stillstand oder während des Betriebes notwendig sein. Das Schalten beinhaltet das wiederholte Trennen oder Verbinden des Kraftflusses zwischen angetriebener und treibender Welle. Kraftschlüssige Schaltkupplungen können als Anlauf- oder Anfahrkupplung eingesetzt werden. Durch einen schleifenden Betriebszustand wird bei variablen 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
kraftschlüssig und selbstschaltend
- Fliehkraftkupplung (schaltet durch Drehzahl)
- Freilauf (schaltet durch Drehzahlunterschied)
- Rutschkupplung (schaltet durch Überlastdrehmoment)
formschlüssig und fremdgeschaltet
formschlüssig und selbstschaltend
- Klauenkupplung mit abgeschrägten Klauen (schaltet bei Drehzahlunterschied)
- Schaltkupplungen
-
L-Kupplung -
Scheibenkupplung -
Viscokupplung
Nicht schaltbare Kupplungen
Nicht schaltbare Kupplungen werden als Verbindungsmittel z. B. zwischen Motor und Getriebe bzw. Arbeitsmaschine verwendet. Sie übernehmen dabei auch ausgleichende Funktionen (siehe Definition oben).
Drehstarre Kupplungen
Drehstarre Kupplungen sind nicht schaltbar aber können je nach Bauart auch ausgleichende Funktionen bei Winkel- und Längenveränderungen sowie bei Wellenversatz übernehmen. Starre Kupplungen sind demontierbar und übernehmen durch Sollbruchstellen die Aufgaben einer Überlastsicherung. Durch eine feste stete Arretierung werden auch manche Schaltkupplungen als „starr“ bezeichnet (z. B. Klauenkupplung).
Kraftschlüssig
- Flanschkupplung (kein Versatz möglich)
Formschlüssig
- Stirnzahnkupplung (kein Versatz möglich)
- Längsverzahnung (Verschiebung in Längsrichtung möglich)
- Klauenkupplung (leichter Längenversatz ist möglich)
- Kreuzgelenk (Winkelversatz der Wellen möglich)
- Brechbolzenkupplung (bricht durch Überlastdrehmoment)
- Schraubenfederkupplung (drehelastisch)
- Schalenkupplungen
Schalenkupplungen sind für mittlere und leichte Beanspruchung geeignet. Sie bestehen aus zwei gleichen Schalenhälften, die durch Verbindungsschrauben auf die beiden Wellenenden gepresst werden. Für einen zuverlässigen Sitz ist eine genaue Übereinstimmung der Wellendurchmesser erforderlich. Die Wellen sollen Toleranz h9 aufweisen. Das Moment wird durch Reibung übertragen. Bei Wellen mit einem Durchmesser größer als 55mm werden zur Sicherung Passfedern verwendet. Die Schraubenköpfe und Muttern liegen versenkt und werden um Unwucht zu vermeiden wechselseitig angeordnet. Der Ein- und Ausbau ist ohne Demontage der Welle möglich. Zur Verminderung der Unfallgefahr ist die Kupplung mit einem Blechmantel verkleidet.
Elastische 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, biegeelastische Kupplungen zum Ausgleich von axialen und winkelbedingten Fluchtungsfehlern, sowie eine Kombination aus beiden Formen. Bei Überbeanspruchung der Elastizität reißen die Kupplungen ab und dienen so als drehmomentabhängige Sicherung.
- Hardyscheibe (biege- und drehelastisch)
- Klauenkupplung mit hochelastischen Elementen (drehelastisch)
- Stiftkupplung mit mehreren hochelastischen Gummistiften (drehnachgiebig)
- Metallbalgkupplung
Drehnachgiebige Kupplungen
Drehnachgiebige Kupplungen können Drehmomente ständig unter Schlupf übertragen. Ist der Schlupf regel und steuerbar können bestimmte Bauausführungen deshalb auch schaltbar sein. Eine drehmomentabhänige Überlastsicherung ist bei allen drehnachgiebige Kupplungen schon bauartbedingt vorhanden.
- Visco-Kupplung
- Magnetpulver-und MRF-Kupplung
- hydraulischer Drehmomentwandler (Föttinger-Kupplung), (Retarder)
- Wirbelstromkupplung (Wirbelstrombremse)
Anwendungsbeispiele von Kupplungen
- Anfahrkupplung und Schaltkupplung im Kraftfahrzeug
- zum 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 und (z. B. Kardanwelle)
- als Montagehilfe bei schwer zugänglichen oder langen Wellen.