Kupplungen
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Fertigstellung bis zum 28. April 2006
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- Balgkupplung Meyer2.jpg
- Elektromagnetische bremsen meyer3.jpg
Inhaltsverzeichnis
Kupplungen und Bremsen
Einführung
Kupplungen und Bremsen sind wichtige Maschinenelemente.
Die Aufgaben der Kupplungen und Bremsen richten sich nach der Funktion und der Wirkweisen.
Die Hauptaufgaben bei den Kupplungen ist das übertragen von Rotationsenergien z.b. Drehmomente, Drehbewegungen, und bei den Bremsen sollen Drehbewegungen kontrolliert gebremst bzw. beschleunigt werden.
Der Artikel befasst sich Hauptsächlich mit dem Bereich der Kupplungen, bei mehr Interesse siehe den Links. oder im Siehe RM ab Kapitel 13.6.
Scheibenbremse , Trommelbremse , Bremsanlage,
weitere Literatur siehe Fachbuch Maschinenlemente Roloff Matek Kapitel 13
Funktion
Kupplungen besitzen unterschiedlichste Funktionen, die Hauptfunktionen der Kupplungen lassen sich in 4.Kategorien einteilen.
Leistungsfunktion
Kupplungen stellen Verbindungen z.B. zwischen der Antriebs-und Abtriebsseite, her und übertragen dort Drehmomenten, Drehbewegungen. Dies geschieht im Formschluss z.B. Klauenkupplung oder im Kraftschluss über Reibung,
die mit Druck auf den Reibflächen der jeweiligen Kupplung, erzeugt wird.
Das Drehmoment kann auch in Sonderfällen hydraulisch (hydrodynamische Kupplungen) sowie über Induktion (Induktionskupplungen) übertragen werden.
Ausgleichsfunktion
Kupplungen gleichen radiale, axiale und winklige Wellenverlagerungen über Gelenke, verstellbare Schiebesitze aus.
Elastische Kupplungen mildern und fangen Stöße, durch den Einsatz von elastischen Zwischenglieder, ab.
Schaltfunktion
Kupplungen übernehmen Schaltfunktionen, die Fremdbetätigt oder Selbstschaltend erfolgen kann.
Die fremdbetätigten Kupplungen werden über das benötigte Drehmoment, oder über einer Drehrichtungsänderung betätigt.
Fremdbetätigte Kupplungen brauchen für den Schaltvorgang Signale oder Impulse, die mechanisch, hydraulisch,
oder elektromagnetisch von Ausssen in das Kupplungssystem eingebracht werden müssen, dieses Signal schaltet nach Betätigung die Kupplung z.B. in den Leerlauf oder in einer neuen Getriebestufe.
Sicherheitsfunktionen
Kupplungen die eine Sicherheitsfunktion besitzen und deswegen in ein System eingebaut werden,
können in 3 Kategorien eingeteilt werden:
- Momentbetätigte Kupplungen:
Die Kuppplungen unterbrechen bei Überschreiten eines Drehmoments die formschlüssige Verbindung und dienen so als einfacher Überlastschutz. - Funktion mit dem Brechbolzen:
Die Kupplungen besitzen eine festgelegte Sollbruchstelle die bei Überlastung bricht und das System vor weiteren Schaden bewahrt. Die Sollbruchstelle kann z.B. bei Kupplungen der Brechbolzen oder ein verbindende Bauteil, das eine geschwächte Stelle besitzt, sein. - Funktion über die Rutschnarbe:
Die Rutschnarbe besitzt die gleiche Funktion wie der Brechbolzen. Die Kupplung wird aber nicht beim Einsatz durch Überlastung zerstört.
Bei zu starker Belastung rasten die übertragenden Bauteile (Kugeln) aus den Eingriffsstellen (Nuten) aus und die Kupplung läuft im Leerlauf weiter.
Nach dem abschwächen der Belastung rutschen die Kugeln wieder in die Eingriffsflächen und übernehmen dann wieder die verbindende, übertragende Funktion.
Anwendungsgebiete die verschiedene Funktionsweisen erfordern werden über Kombinationen von unterschiedlichen Kupplungen erbracht,
weiterhin erhöhen diese die Effektivität der Kupplung in dem Systems.
Weiters Informationsmaterial zu den Funktionsprinzipien und zu den einzelnen Bauarten gibt es unter Kupplungen, Starre Kupplungen
Ausgleichkupplungen,
==Vorteile & Nachteile== Muss noch bearbeitet werden.!!!!!!!!!!!!!!!
Zu den Vorteilen:::: Gehört mit zu der Funktion Starre Kupplungen sind zur reinen Kraftübertragung in axialer Richtung vorgesehen. Sie sind nur einsetzbar wenn die zu verbindenen Welle fluchtend auf einer Achse liegen. Diese Kupplungsart kann keinen Ausgleich von Versatz oder Winkeländerungen schaffen. Beispiele für starre Kupplungen sind die Scheibenkupplungen oder eine Wellenkupplung mit einer Kegelhülse.
drehstarre kupplung: Diese Kupplungsart ist in der Lage die zu übertragene Drehbewegung starr zu übertragen und dabei gleichzeitig einen Versatz oder einen Winkelversatz auszugleichen. Das besondere bei den drehstaren Kupplungen ist es, dass die Übertragung auch bei großen Winkelversetzungen auch ohne Verluste Drehmomenten auf der Lastseite geschieht. Man spricht bei den Kupplungen auch von Gleichlaufgelenken (homokinetische Gelenke).
elastische kupplung: Elastische Kupplungen weisen so gut wie alle Eigenschaften der drehstarren Kupplungen auf. Sie können radialen und axialen Versatz ausgleichen und die geforderten Drehmomente ohne Verlust auf der Abtriebsseite übertragen. Das besondere bei den elastischen Kupplungen sind die federnden Bauteile in der Kupplung, so wird die Nachgiebigkeit in Umfangsrichtung erhöht. Die Kupplung ist nun in der Lage, Schwingungen, Stöße zu dämpfen und dadurch die Übertragung auf die Antriebsseite zu reduzieren.
Aufbau
Der Kupplungsaufbau setzt sich stark aus dem Anwendungsgebiet, den örtlichen Gegebenheiten, der Funktion und aus den technischen Vorgaben zusammen.
Grundsätzlich sind Kupplungen in alle möglichen Variationen und für jede Aufgabe lieferbar.
Entscheidend für den Aufbau einer Kupplung ist die Größe, die Funktionsweise, die unterschiedlichen Materialien und die richtige, passende Dimensionierung (Auslegung) mit den zugehörigen Berrechnungen.
Der Verschleiss von Kupplungselementen sollte ebenfalls für den Aufbau berücksichtigt werden.
Formen und Materialien
Die Kupplungsformen sind stark abhängig von dem Einsatzgebiet.
Prinzipiell gilt die Regel: Um so größer das zu übertragene Drehmoment, um so größer, wuchtiger wird die Form ausfallen.
Ausgenommen sind Sonderformen und Spezielle Typen, die zum übertragen von großen Momenten, Kräften entwickelt wurden oder die als Sicherheitseinheit zum Schutze des Systems dienen.
Die Bauteile bestehen aus den verschiedensten Materialien (Kunstoff, Metallen, Leichtmetalle, etc.). Sonderformen (Sicherheitskupplungen) werden mit spezielle Werkstoffen ausgestattet, die stabiler oder schwächer (Brechbolzen) sind.
Auslegung
Kupplungen werden nach dem Einsatzgebiet individuell ausgelegt.
Die Kupplung isr erst optimal ausgelegt, wenn sie:
- leicht montierbar,
- wartungsfreundlich,
- finanzierbar,
- und dauerbeständig ist.
Eine Überdimensionierung sollte wegen der zusätzlichen Kosten vermieden werden. Siehe RM 13.2.5-13.3
Berrechnungen
Eine reine rechnerische Auslegung ist bei den verschiedensten Typen schwer zu realisieren, deshalb geben die Hersteller Anwendungsdaten über Größe, etc. und den Einsatzgebieten, mit Motorenbeispiele etc. vor.
Entscheidend für die Berrechnung und die darauffolgende Auslegung ist das jeweilige Betriebsverhalten der Kupplung. Grundsätzlich werden die tatsächlichen zu übertragenden Drehzahlen und Momente mit dem Betriebsverhalten(Schlupf, Spiel, Trägheit, Wirkungsgrad der Kupplung und Leistung der Antriebsmaschine), ausgerechnet.
Formeln und Beispiele siehe: Kupplungen.
Eine Beispielberechnung zur Auslegung von Kupplungen, anhand eines konkreten Falls.
Der Verschleiß
Der Kupplungsverschleiß hängt von der Funktion der gängigen Kupplungen und dem Einsatzgebiet ab. Die Verschleissarten werden unter drei Funktionprinzipien unterschieden.
- Starren Kupplungen:
Die Hauptverschleißquelle liegt an dem Übergang von der Antriebsseite zur Abtriebsseite der Verbindung.
Hauptverschleißteile bei formschlüssigen Kupplungen sind die Verbindungselemente (Bolzen, Schrauben, etc.)
, Gefährdung durch zu starker Beanspruchung der Verbindung oder durch auftretenden axialen Wellenversatz. Kupplungen die über einer reibschlüssigen Verbindung die Übertragung leisten, sind die Reibflächen die Hauptverschleissteile.
Bei den hydrodynamischen Kupplungen sowie bei den Induktionskupplungen tritt aufgrund der Bauweise (berührungslosen Drehmomentübertragung) kein bzw. sehr geringer Verschleiss auf.
- Schaltbare Kupplungen:
Die meissten Verschleißerscheinungen treten an den Schaltungselementen in der Kupplung auf.
Die schaltenden Elemente, wie Kugeln, Stifte, Bolzen,etc., die die Energien übertragen, sind am stärksten gefährdet und deshalb auch die anfälligsten Bauteile in den jeweiligen Kupplungen.
- Sicherheitskupplungen (Sonderformen):
Bei den Sicherheitskupplungen muss unter zwei Arten von Verschleiss unterschieden werden, da es zwei Funktionsprinzipien gibt.
1. In den Kupplungen, die mit einen Brechbolzen als Sicherheitselement versehen wurden,
tritt der Verschleiß nur an den Brechbolzen in Form von Bruch, bzw. Abnutzung und darauf folgenden Bruch, auf.
2. Bei den übrigen Sicherheitskupplungen treten Verschleißerscheinungen meisst, wie bei den vorigen Kupplungen an den Kraftübertragenden Elementen, an den Reibflächen ,auf.
Kupplungsauswahl
Bei der Auswahl der passenden Kupplung werden die speziellen Eigenschaften der einzelnen Kupplungstypen herangezogen.
Die Hersteller geben heutzutage meisst nur noch die spezifischen Daten der einbaufertigen Kupplungen vor, wonach der Kunde die passende auszuwählen hat.
Die Kupplungsauswahl erfolgt über:
- Das Drehmoment(kräfte),
- die Aufgabe,
- die Funktionweise, und über
- das Einsastzgebiet.
Wenn eine Kupplungsbauart nicht für das jeweilige Anforderungsprofil ausreicht, werden auch Kombinationen von Kupplungen und deren unterschiedlichen Funktionsweise genutzt. Grundsätzlich hängt die Auswahl und der Einsatz der Kupplung vor allem nach der Größe des zu übertragenden Drehmoment ab.
Tipps und weitere Hinweise Siehe RM 13.5
Anwendungsgebiete
Die einzelnen Einsatzgebiete richten sich vor allem nach den Form und den Art bzw. Wirkweise der Kupplung.
In Werkzeugmaschinen, Fahrzeugen etc. werden Kupplungen benötigt, haben dort schaltende,
übertragende Funktionen oder übernehmen Sicherheitsaufgaben.
Ein Paar Beispiele aus der Praxis, wo Kupplungselemente und Einheiten zu finden sind:
In Getrieben als Schaltelement, in Fahrzeugmotoren als Verbindungsglied von der Antriebseinheit am Motor zu der Abtriebseinheit, in Nc-Maschinen als Sicherheitseinrichtung oder als einfaches Übertragungselement (Kardanwelle) von zwei oder mehreren Arbeitseinheiten.
Bauarten
Die Bauarten der verschiedensten Kupplungen sind unterteilt in nichtschaltbare, schaltbare und in Sonderformen (Sicherheitskupplung)
nichtschaltbare Kupplungen
Nichtschaltbare Kupplungen verbinden Antriebswelle mit der Abtriebswelle und dürfen während des Betriebes nicht voneinander getrennt werden. Von den nichtschaltbaren Kupplungen gibt es 3 Bauarten, die:
- starre Kupplungen:
Scheibenkupplung, Wellenkupplung mit Kegelhülse. - drehstarre Kupplungen:
Gelenkwellen, Topfgelenke und Bogenzahnkupplungen. - elastische Kupplungen:
Metallfederkupplung, Gummihülsenkupplung und Metalbbalgkupplung.
Siehe RM 13.3-13.4
einfügen von Beispielen: Bilder
schaltbare Kupplungen
Schaltbare Kupplungen unterbrechen die Verbindung zeitweise.
Schaltbare Kupplungen werden nach Art der Drehmomentübertragung, (Kraftschluss und Formschluss) unterschieden.
- Kraftschlüssig:
trennbare Klauenkupplung, schaltbare Zahnkupplung. - Formschlüssig:
Einscheibenkupplung, Lamellenkupplung, Kegelkupplung.
Siehe RM 13.4-13.4.2
Bilder einfügen
Sonderformen
Zu ihnen gehören die Sicherheitskupplungen (siehe Sicherheitsfunktion), die Induktionskupplungen (Prinzip wie ein Drehstrommotor), Freilaufkupplung und hydrodynamische Kupplungen (zu den starren Kupplungen zugehörig).
Die Sicherheitskupplung wir zumeist in 3 Ausführungen angeboten.
- Sicherheitskupplungen:
Brechbolzenkupplung, Zweiflächenrutschkupplung, Sperrkörpersicherheitskupplung. - Induktionskupplungen: Synchronkupplung (dynamische wie auch statische Drehmomentübertragung), Asynchron- und Wirbelstromkupplung (Jeweils nur dynamische Drehmomentübertragung).
- Freilaufkupplung: Formschlüssige Freilaufkupplung, Reibschlüssige Freilaufkupplung.
- hydrodynamische kupplung: Hydrodynamische Kupplung mit konstanter Füllung, oder mit einer veränderten Füllung.
Siehe RM 13.4.4-13.4.6
Abgrenzung Kupplungen/Bremsen
Bremsen und Kupplungen haben unterschiedliche Aufgaben und Funktionen, deshalb muss eine Abgrenzung voneinander erfolgen.
Die Hauptaufgaben der Kupplungen sind: Kraftübertragung, und Schaltvorgänge z.B. schalten von Getriebestufen. Weitere Eigenschaften siehe Kupplungen#Funktion.
Bremsen hingegen müssen eigenständig betrachtet werden, da sie trotz der sich ähnelnden Bauweise ein anderes Anwendungsgebiet besitzen.
Bremsen werden zur :
- Geschwindugkeitsreduzierung,
- als Geschwindigkeitskontrolle,
- oder als Sicherheitseinheit
verwendet.
Bremsen sind dementsprechend nicht zur Kraftübertragung, sondern sie nehmen Kräfte in Form von Drehmomenten, Drehbewegungen auf und drosseln diese anhand ihrer Bauweise, oder bremsen sie bis zum Stillstand komplett ab.
Normung
Die Normung der Kupplungen ist sehr Umfangreich, deshalb lassen sich keine Normen klar definieren. Für weiteres Interesse in dem Bereich der Kupplungsnormung, siehe: http://www.kupplungen.de/normen.htm
http://www.kupplungen.de/richtlinien.htm
Kosten
Die Kosten der Kupplungen sind nach dem Schwierigkeitsgrad der Herstellung und nach der Bauweise mit den unterschiedlichen Anforderungen gestaffelt. Für die starren, nicht schaltbare Kupplungen z.B. müssen weniger an Kosten eingeplant werden als für die, die diverse Neben-und Zusatzfunktionen wie z.B. Winkelversatz ausgleichen, als Sicherheitseinheit dienen oder eine Schaltfunktion haben. Ein wichtiges Kriterium ist daher die passende Auslegung der Kupplung, da der Kunde mit der richtigen Auslegung Kosten sparen kann.
Hersteller und Lieferanten
Es gibt eine vielzahl von Herstellern und Lieferanten die das Fachgebiet der Kupplungen und meistens auch Bremsen abdecken. Bei der Auswahl eines Lieferanten muss erst das Anwendungsgebiet der Kupplungen oder Bremsen feststehen, erst dann macht es Sinn nach den Herstellern und Lieferanten zu suchen und den passenden auszuwählen.
Herstellerverweise:
[Elastische Kupplungen]
