Auf dieser Seite findet sich ein Überblick der im Labor T52 der HS Emden/Leer ausgestellten Kupplungen. Dazu wird zunächst ein allgemeiner Überblick darüber gegeben, was Kupplungen sind, wie sie funktionieren und welche Arten es gibt.
Darauf folgend wird auf die Ausstellungsstücke der Glasvitrine näher eingegangen und Hintergrundinformationen werden zur Verfügung gestellt.
Allgemeine Informationen über Kupplungen
Was ist eine Kupplung?
Eine Kupplung ist ein Maschinenelement, welches als Leitfunktion zur Übertragung von Rotationsenergie zwischen zwei Wellen oder einer Welle und ein drehbeweglich sitzendes Bauteil genutzt wird. Dabei wird je nach Anwendungsfall eine starre, elastische, bewegliche oder lösbare Verbindung hergestellt. Daneben gibt es Kupplungen mit Schaltfunktion, welche die Drehmomentübertragung ein- und ausschalten. [1]
Kupplungen können ebenfalls eine Ausgleichsfunktion haben um, wie in den Schaubildern gezeigt wird, axialen und radialen Wellenversatz (auch Längs- und Querverlagerung genannt), sowie Winkelfehler auszugleichen. Diese Verlagerungen können unterschiedliche Ursachen haben: Längsverlagerungen können durch Temperaturdehnungen oder Ankerverschiebungen (bei elektrischen Maschinen) zustande kommen, wohingegen Quer- und Winkelverschiebungen bedingt sind durch Montageungenauigkeiten, Verziehen von Maschinenrahmen, Fundamentsenkungen oder durch elastische Lagerung. Winkelfehler können auch durch Drehmomentstöße und Drehschwingungen entstehen. Diese Drehmomentstöße können durch eine Kupplung gemildert oder gedämpft werden. [2]
Welche Kupplungsarten gibt es?
Kupplungen werden nach ihrer Schaltfunktion in zwei Hauptgruppen unterteilt: schaltbare und nicht schaltbare. Bei der Kräfteübertragung gibt es ebenfalls eine Einteilung in kraftschlüssig, formschlüssig und hydrostatisch, hydrodynamisch oder elektromagnetisch. Bei formschlüssigen Kupplungen gibt es keinen Schlupf zwischen den Kupplungshälften und das übertragbare Drehmoment ist durch die Festigkeit der Übertragungskomponenten begrenzt. Dagegen ist bei kraftschlüssigen Kupplungen ein Schlupf beim Einschalten und bei Überlastung möglich und das übertragbare Drehmoment ist abhängig von den Reibungsverhältnissen und der Anpresskraft der zu kuppelnden Teile. Abschließend ist beim Betrieb von hydrostatischen und hydrodynamischen Kupplungen ständig ein Schlupf vorhanden. Er steigt mit dem zu übertragenden Drehmoment an. [1, 2]
Ausstellungstücke
Lamellenkupplungen
Im ersten Bild ist eine Lamellenkupplung zu erkennen. In ihrem Korb befinden sich mehrere Innen- und Außenlamellen, durch die trotz des geringen Durchmessers große Drehmomente übertragen werden können. Durch die im Schnittmodell zu erkennenden Schraubfedern wird die Anpresskraft der Lamellen erzeugt. [3]
Lamellenkupplungen bestehen aus mehreren hintereinandergeschalteten, abwechselnd mit den Kupplungshälften verbundenen Reibscheiben, durch die die Anzahl der Reibflächen erhöht wird. Dadurch erhöht sich im gleichen Maße das übertragbare Drehmoment. [1]
An der zweiten ausgestellten Kupplung kann selbst ausprobiert werden, wie sich das Kuppeln auf den Kraftfluss auswirkt. [4]
Anleitung:
- Drehen der Kupplung im eingekuppeltem Zustand durch Drehen des sternförmigen Knaufes → Kraftfluss
- Betätigen der Kupplung durch Drücken des runden Knaufes → Kupplung ist jetzt gelöst
- Drehen der Kupplung im gelöstem Zustand durch Drehen des sternförmigen Knaufes → Kraftfluss unterbrochen
Anmerkung: Das Lösen der Kupplung kann schwergängig funktionieren und benötigt ein bisschen Geduld und Feingefühl.
Klauenkupplung
Dieser Demonstrator zeigt eine elastische Klauenkupplung. Sie gehört zu den nicht schaltbaren Kupplungen und besteht aus zwei Kupplungshälften mit sog. konkav ausgebildeten Klauen. In den Zwischenräumen greifen diese Klauen in einen Stern aus Vulkolan, dessen Zähne ballig ausgeführt sind. Dies dient der Verringerung bzw. Vermeidung von Kantenpressung bei Wellenverlagerungen. Durch die Elastizität können Anfahrstöße vermieden und axiale Verlagerungen ausgeglichen werden.
Anwendungsbeispiele sind: Ventilatoren, Kreiselpumpen, Hubwerke. [7]
Ausprobieren: Die beiden Kupplungshälften auseinanderziehen und den elastischen Stern ein wenig biegen.
Zahnkupplung
Die ausgestellte Zahnkupplung besteht aus einer Hülse und zwei Wellen mit Zahnrädern (Naben). Die Zahnflanken der Naben sind bogenförmig und ballig ausgebildet, das Zahnprofil der Hülse ist gerade. Hierdurch ergibt sich eine Verschiebbarkeit in axialer Richtung, aber auch ein Winkelversatz kann ausgeglichen werden. Über eine Zahnkupplung können große Drehmomente und hohe Drehzahlen übertragen werden. [7]
Ausprobieren: Einfach die beiden Naben auseinanderziehen und die Hülse abnehmen. Zusammengesetzt kann die Kupplung mittels der Scheibe gedreht werden.
Magnetkupplung
Der gezeigte Demonstrator verdeutlicht die Funktionsweise einer Magnetkuppung. Die zwei Kupplungsscheiben beinhalten Aussparungen, in denen Magnete befestigt sind. Da es sich um einen Demonstrator handelt, sind nur wenige Magnete eingesetzt. So können die Scheiben durch Auseinanderziehen der Wellen getrennt werden (einfach ausprobieren!).
Magnetkupplungen bieten den Vorteil, dass z.B. durch eine Wandung hindurch eine Kraft übertragen werden kann. Anwendung findet dies z.B. bei speziellen Pumpen für die Chemieindustrie, welche besonders abgedichtet sein müssen. Hier muss dann z.B. keine Welle durch das Gehäuse geführt werden. [6]
Fliehkraftkupplung
In der Vitrine ist eine sog. drehzahlbetätigte Backen-Fliehkraftkupplung ausgestellt. Bei einer durch die Konstruktion definierte Drehzahl kuppelt diese Art der Kupplungen selbstständig ein (Fliehkraftsteuerung). Eine Antriebswelle treibt das Innere der Fliehkraftkupplung (zwei radial bewegliche Backen) an. Durch die auftretenden Fliehkräfte (abhängig von der Drehzahl) werden die Backen an den abtriebsseitigen Außenring gepresst. Durch Reibung wird dann das Drehmoment übertragen. [7]
Einsatzgebiete sind: Antriebe von Zentrifugen, Zementmühlen, schweren Fahrzeugen etc. (überall dort, wo ein hohes Anlaufdrehmoment aufgrund großer zu beschleunigender Massen erforderlich ist). [6]
Quellenverzeichnis
[1] Wittel, H., Muhs, D., Jannasch, D., Voßiek, J. (2013). Roloff/Matek Maschinenelemente. Wiesbaden: Springer Fachmedien, 2013.
[2] Künne, B. (2008). Köhler/Rögnitz Maschinenteile 2. Wiesbaden: Vieweg + Teubner Verlag.
[3] Hako-Lehrmittel. Lamellenkupplung, unter: https://hako-lehrmittel.de/de/produktkatalog/lamellenkupplung/ (abgerufen am 19.10.2022).
[4] Hako-Lehrmittel. Lamellenkupplung, unter: https://hako-lehrmittel.de/de/produktkatalog/lamellenkupplung-2/ (abgerufen am 19.10.2022).
[5] Ludwig Meister GmbH & Co. KG. Kupplungen, unter: https://www.ludwigmeister.de/produkte/kupplungen/39119 (abgerufen am 20.10.2022).
[6] Ottink, Kathrin (2022). Vorlesung Maschinenelemente, Kupplungen
[7] Wittel, H., Spura, C., Jannasch, D. (2021). Roloff/Matek Maschinenelemente. Wiesbaden: Springer Vieweg, 2021