Kupplung

Die Kupplung ist eine Kupplungsvorrichtung zwischen einem die Motorwelle und ein anderes einem gerufenen Empfänger . Aufgrund seiner Übertragung durch Adhäsion ermöglicht es eine fortschreitende Belastung der Kupplung, wodurch die Stöße vermieden werden, die bei einem Getriebe mit Verbrennungsmotor zum Bruch der Getriebeelemente oder zum Abstellen des Motors führen können .

Die Kupplung wird bei Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor benötigt , die auch bei stehendem Fahrzeug weiterlaufen müssen. Die Entkopplung erleichtert auch das Schalten. Die Kupplung findet daher ihren Platz in der Getriebekette zwischen Motor und Getriebe , wo außerdem das zu übertragende Drehmoment am niedrigsten ist. Es wird häufig bei PKW oder LKW am Schwungrad angebracht, wenn der große verfügbare Durchmesser die Verwendung eines Einscheiben- oder Doppelscheibensystems ermöglicht. Es ist eher am Ende der Kurbelwelle bei Motorrädern oder Cyclos, in einer Mehrscheibenversion in einem Ölbad (Schaltgetriebe) oder in einer Fliehkraftversion (Automatikgetriebe).

"Kupplung" bezeichnet auch die Betriebsphase, in der die Kupplung hergestellt ist; Dies ist der umgekehrte Vorgang des „Auskuppelns“, bei dem die Wellen getrennt werden.

Tatsächlich ist "Kupplung" eine Kontraktion von "Kupplungsvorrichtung" .

Kupplungen werden Kupplungssystemen entgegengesetzt , die eine Kupplung durch ein Hindernis bieten und daher keine fortschreitende Belastung zulassen.

Die Betriebsphasen einer Kupplung

Es gibt drei Betriebsphasen für eine Kupplungsvorrichtung.

• In der eingerückten Position: Die Kupplung überträgt die gelieferte Kraft vollständig (das Auto bewegt sich, der Motor ist mit dem Getriebe verbunden ). Dies ist meistens die stabile Position des Geräts (keine Steueraktion).
• In ausgerückter Position: Die Übertragung ist unterbrochen. Freilauf oder angehaltenes Auto, der Motor kann weiterlaufen, ohne die Räder anzutreiben. Die Situation ist gleichbedeutend mit einem Stillstand.
• vorübergehende Schlupfphase: Insbesondere während des Eingriffs wird die Kraftübertragung allmählich wiederhergestellt. Dieser Moment wird als Skating Point bezeichnet . Während dieser Phase drehen sich die Eingangs- und Ausgangswelle nicht mit der gleichen Geschwindigkeit. es gleitet dann zwischen den Scheiben, wodurch Energie in Form von Wärme abgegeben wird. Diese Phase sollte zeitlich begrenzt sein, auch wenn dies unvermeidlich ist und eine schrittweise Verbindung von Motor und Getriebe ermöglicht. Die Scheiben verschleißen während dieser Phase, die häufig bei Bergstarts verwendet wird.

Es ist die Schlupf-Situation, die die Auslegungsbedingungen der Kupplung bestimmt. Sie bestimmt das maximal übertragbare Drehmoment . Darüber hinaus ist die Verschiebung systematisch. Die gleiche technologische Konfiguration wird auch für die Drehmomentbegrenzungssysteme angewendet, die daher verrutschen, wenn das angeforderte Drehmoment zu hoch wird.

Während empfohlen wird, sich so schnell wie möglich zu lösen, ist es andererseits erforderlich, allmählich einzurücken, um Stöße zu vermeiden, die alle Getriebeelemente beschädigen würden: die Teile der Kupplungsvorrichtung selbst, aber auch die Zahnräder des Kastens. und das Differential , die Lager des letzteren, die Universalgelenke und schließlich die Reifen .

Einstufung

Die für dieses Gerät verwendeten technologischen Lösungen unterscheiden sich nach mehreren Kriterien:

• die Geometrie der Reibfläche:
  • Scheiben, wobei der Kontakt in einer Krone pro Scheibenfläche wirksam ist;
  • Trommel (bei bestimmten Fliehkraftkupplungen);
  • konisch (heute bis auf wenige Anwendungen mit geringem Stromverbrauch eingestellt). Sein Vorteil liegt in der Selbsthemmung: Die konische Baugruppe bleibt ohne Druckkraft stecken. Wir müssen handeln, um uns zu lösen.

• Entsprechend der Anzahl der Festplatten (wenn es um Festplatten geht)
  • einzelne Scheibe;
  • Einzelkontrolle oder separate Kontrolle (Doppel) trockener Bidisk;
  • nasse oder trockene Multi-Disc.

Der Begriff "Scheibe" oder "Reibung" wird für das Element verwendet, das im Allgemeinen mit der Abtriebswelle verbunden ist und durch zwei mit der Motorwelle verbundene Elemente geklemmt wird. Es trägt die Reibbeläge und ist daher ein Verschleißteil. Die Anzahl der Kontaktflächen ist immer gerade; Somit induzieren die Druckkräfte keine Spannungen in der Verbindung zwischen dem Rahmen und dem Kupplungssystem und werden tatsächlich vom Kupplungsgehäuse aufgenommen.

Die Anzahl der in einer Kupplung beworbenen Scheiben entspricht daher der Anzahl der eingeklemmten Scheiben, die mit Belägen versehen sind. Zwischenplatten können bei Multi-Disc-Modellen zwischen die Discs passen.

• Kontaktflächen können:
  • Mit Luftkühlung trocken laufen lassen;
  • Durch ein Ölbad geschmiert und gekühlt werden.

• Der Befehl kann sein:
  • Mechanisch;
  • Hydraulisch  ;
  • Elektrisch elektronisch gesteuert ;
  • Zentrifugal (in diesem Fall ist die Steuerung nicht direkt, sondern wird durch die Wirkung auf das Gaspedal induziert).

• Die Richtung des Befehls kann sein:
  • Kupplungssteuerung für Vorrichtungen normalerweise ausgerückte (im Fall von kleinen Maschinen wie Rasenmäher und Bestockungstriebe ) oder Maschinen mit Fliehkraftkupplung ( Moped , funkgesteuerte Modelle );
  • Kupplungssteuerung für normalerweise eingerückte Geräte.

Die Architektur

Einscheibenkupplung

Eine Kupplung besteht aus mehreren Teilen:

• Das Schwungrad 2 , das in die Motorwelle 1 integriert ist, kann die Baugruppe tragen und eine der Reibflächen der Scheibe bilden.
• Die Kupplungsscheibe 3, die in Drehung an der Eingangswelle (Primär) des Getriebes 6 durch Keile befestigt ist .
• Die Druckplatte des Mechanismus 4 stellt sicher, dass die Kupplungsscheibe in der eingerückten Position am Motorschwungrad haftet.
• Die Federn des Mechanismus (in unserem Fall Membran) 5 drücken auf die Druckplatte und können durch das Kupplungslager 7 zusammengedrückt werden .

Wenn die Kupplungsausrücksteuerung (Hydraulik oder Kabel) betätigt wird:

• der Anschlag übt eine Kraft auf die Federn oder die Membranfeder aus,
• Die Druckplatte bewegt sich zur Seite, um den Druck auf die Reibscheibe abzubauen. Die Bewegung wird immer weniger übertragen, wodurch das Getriebe vom Motor unabhängig wird. Dies ermöglicht es beispielsweise, stationär zu bleiben, ohne den Motor abzustellen, oder einen Gang zu wechseln.

Das Rückwärtsmanöver besteht darin, die Kupplungssteuerung schrittweise freizugeben, um die Motor / Getriebe-Verbindung wiederherzustellen. Dieses Manöver wird als "Drehen der Kupplung" bezeichnet .

Multidisk-Kupplung

Mehrscheibenkupplungen arbeiten nach dem gleichen Prinzip, außer dass ein Stapel Scheiben und Platten verwendet wird. Scheiben oder Reibscheiben sind an ihrem Umfang gekerbt (gerillt) und drehbar mit der Glockenkupplung verbunden, die auch als glatte Scheibenplatten bezeichnet wird. Sie sind mit dem Innenraum verzahnt und mit der Mutterkupplung verbunden . Dieser Stapel wird durch Federn unter Druck gehalten. Der Schub ist daher theoretisch und mit Ausnahme der Reibung für jede Scheibe gleich, und die Zwischenplatten ermöglichen die Verteilung des Drehmoments auf größere Flächen. Die Zwei-Scheiben- oder Mehrscheiben-Versionen für Lastkraftwagen können ohne sie auskommen. Die Multiplikation der Scheiben zielt darauf ab, den Verschleiß zu verteilen und die Lebensdauer des Systems zu verlängern.

Diese Konfiguration ist bei gleichem übertragbaren Drehmoment radial viel kompakter als die mit einer einzelnen Scheibe. Es wird auf Motorrädern beibehalten.

Elektrorheologische Kupplung

Jüngste Fortschritte in der Elektrorheologie ermöglichen es, an eine neue Kupplungsgeneration zu denken, die auf der Fähigkeit des Wechsels zwischen dem festen und dem flüssigen Zustand eines elektrorheologischen Fluids basiert . Diese Art von Kupplung ermöglicht es, das Eingangsdrehmoment und das Ausgangsdrehmoment sehr einfach und schnell zu verbinden oder zu isolieren.

Das Prinzip der elektrorheologischen Kupplung ist sehr einfach. Wenn ein elektrisches Feld angelegt wird, verfestigt sich die elektrorheologische (ER) Flüssigkeit und verbindet die Eingangsscheibe und die Ausgangsscheibe. Wenn dieses Feld entfernt wird, kehrt die ER-Flüssigkeit in den normalen (Flüssigkeits-) Zustand zurück. Die Ausgabediskette ist daher fast augenblicklich von der Eingabediskette isoliert.

Dieser Kupplungstyp wurde im Labor hergestellt und getestet. Die derzeitigen Grenzwerte für elektrorheologische Flüssigkeiten (Schwellenwertbeschränkung immer noch niedrig und Stabilität nicht garantiert) verhindern jedoch weiterhin deren Vermarktung.

Fliehkraftkupplung

Bei diesen Vorrichtungen wird die Kupplung durch die Drehzahl der Motorwelle gesteuert: Wenn diese unter Einwirkung der Zentrifugalkraft eine bestimmte Drehzahl erreicht, neigen Elemente (Kugeln, Rippen) dazu, sich von der Drehachse zu entfernen reiben Sie gegen die Sekundärscheibe, die die Kupplung gewährleistet.

Diese Art von Kupplung wird üblicherweise bei Mopeds oder kleinen tragbaren Werkzeugen wie Kettensägen, aber auch bei bestimmten Citroën 2CVs verwendet .

Durch die Verlangsamung der Motordrehung wird der Motor von der Sekundärwelle getrennt, wodurch die " Motorbremsung  " erheblich verringert wird  .

Elektromagnetische Kupplung

Die elektromagnetische Kupplung wird bei Klimakompressoren, Mähmessern, Lüftern oder verschiedenen Servogeräten in der allgemeinen Mechanik (Werkzeugmaschinen, Drucker) verwendet und verwendet eine Spule, die im Allgemeinen konzentrisch zur Achse ist, um die Reibflächen zu berühren. Die "Alles oder Nichts" -Regelung ist im Allgemeinen nicht für Sanftanläufe vorgesehen, aber der Aktuator ist integriert und das kompakte Gerät ist kostengünstig.

Dimensionierung

Die Demonstration wurde für eine Einscheiben-Flugzeugkupplung durchgeführt. Es gilt nicht mehr für konische oder zentrifugale Kupplungen. Das von einer Kupplung übertragene Drehmoment hängt von dem Material ab, aus dem die Beläge bestehen, von der Anzahl und den Abmessungen der Reibflächen zwischen den Scheiben und von der von den Federn ausgeübten Kraft .

Demonstration

Nach dem Prinzip des strengen Gleichgewichts festgelegt, kann das maximal übertragbare Drehmoment berechnet werden. In der Tat wird das Drehmoment aus der Länge des Hebelarms und der Tangentialkraft auf die Scheibe durch die einfache Beziehung erhalten:  VS{\ displaystyle \ C} l{\ displaystyle \ l} T.{\ displaystyle \ T}

VS =l T. {\ displaystyle C \ = l \ T \}

Der Hebelarm entspricht hier jedoch dem Abstand zwischen der betrachteten Kontaktfläche und der Mitte der Scheibe. Dieser Abstand ist ein Radius, der vom Innenradius der Scheibe (aufgrund des zentralen Lochs) bis zu ihrem Außenradius variiert . Wir müssen daher das Drehmoment berücksichtigen, das durch Reibung auf der Ebene eines kleinen Oberflächenelements der Scheibe erzeugt wird:  r{\ displaystyle \ r} R.ich{\ displaystyle \ R_ {i}} R.e{\ displaystyle \ R_ {e}}

dVS=r dT.{\ displaystyle \ mathrm {d} C = r \ \ mathrm {d} T}

Andererseits hängt diese Tangentialkraft , die für ihren Antrieb auf die Scheibe übertragen wird, vom Reibungskoeffizienten und der normalen Klemmkraft durch die Formel ab:  T.{\ displaystyle \ T} f {\ displaystyle f \}NICHT {\ displaystyle N \}

T. =f NICHT {\ displaystyle T \ = f \ N \}dass wir auf dieses Oberflächenelement einer Scheibe schreiben werden :dT.=f dNICHT{\ displaystyle \ mathrm {d} T = f \ \ mathrm {d} N}

Wovon dVS=r f dNICHT{\ displaystyle \ mathrm {d} C = r \ f \ \ mathrm {d} N}

In ähnlicher Weise kann man, wenn die Anziehkraft gleichmäßig über die Kontaktfläche verteilt ist , Folgendes schreiben: Entweder in unserem Fall: NICHT{\ displaystyle \ N} S.{\ displaystyle \ S}dNICHT=NICHTS. dS.{\ displaystyle \ mathrm {d} N = {\ frac {N} {S}} \ \ mathrm {d} S}
dNICHT=NICHTπ((R.e2- -R.ich2) dS.{\ displaystyle \ mathrm {d} N = {\ frac {N} {\ pi (R_ {e} ^ {2} -R_ {i} ^ {2})}} \ \ mathrm {d} S}

Was uns endlich erlaubt zu schreiben: dVS=r f NICHTπ((R.e2- -R.ich2) dS.{\ displaystyle \ mathrm {d} C = r \ f \ {\ frac {N} {\ pi (R_ {e} ^ {2} -R_ {i} ^ {2})} \ \ mathrm {d} S}

dass wir integrieren, um endlich das übertragbare Drehmoment zu erhalten, indem wir uns in Zylinderkoordinaten setzen, wobei  : dS.=dr . r dθ{\ displaystyle \ mathrm {d} S = \ mathrm {d} r \. \ r \ \ mathrm {d} \ theta}

VS=∫r=R.ichr=R.e∫θ=0θ=2πr f NICHTπ((R.e2- -R.ich2) dr . r dθ=2π f NICHTπ((R.e2- -R.ich2)∫r=R.ichr=R.er2 dr{\ displaystyle C = \ int _ {r = R_ {i}} ^ {r = R_ {e}} \ int _ {\ theta = 0} ^ {\ theta = 2 \ pi} r \ f \ {\ frac {N} {\ pi (R_ {e} ^ {2} -R_ {i} ^ {2})}} \ \ mathrm {d} r \. \ R \ \ mathrm {d} \ theta \, \, = 2 \ pi \ f \ {\ frac {N} {\ pi (R_ {e} ^ {2} -R_ {i} ^ {2})}} \ int _ {r = R_ {i}} ^ { r = R_ {e}} r ^ {2} \ \ mathrm {d} r \,}

wovon :

VS=f NICHT 23.((R.e3- -R.ich3)((R.e2- -R.ich2){\ displaystyle C = f \ N \ {\ frac {2} {3}}. {\ frac {(R_ {e} ^ {3} -R_ {i} ^ {3})} {(R_ {e} ^ {2} -R_ {i} ^ {2})}}}

Im Allgemeinen schreiben wir: mit: VS=nicht f NICHT R.eq{\ displaystyle C = n \ f \ N \ R_ {eq}}

• nicht {\ displaystyle n \} die Anzahl (gerade oder ungerade) der Reibflächen
• f {\ displaystyle f \}der Reibungskoeffizient zwischen diesen Oberflächen
• NICHT {\ displaystyle N \} die Anziehkraft wird als gleichmäßig verteilt angenommen
• R.eq=23.((R.e3- -R.ich3)((R.e2- -R.ich2){\ displaystyle R_ {eq} = {\ frac {2} {3}}. {\ frac {(R_ {e} ^ {3} -R_ {i} ^ {3})} {(R_ {e} ^ {2} -R_ {i} ^ {2})}}}
• R.e {\ displaystyle R_ {e} \}und die äußeren und inneren Radien der KronenoberflächenR.ich {\ displaystyle R_ {i} \}

Die Leistungen, insbesondere der Reibungskoeffizient, bleiben an die Temperatur gebunden. Dies steigt schnell an, wenn die Scheiben rutschen. Die Baugruppe muss daher gekühlt werden können.

Die Materialien, aus denen die Auskleidungen bestehen, sind Verbundprodukte, die häufig auf Metall oder Keramik basieren.

Sonderfall des Automatikgetriebes

Bei Automatikgetrieben werden folgende Geräte als Kupplung verwendet:

Drehmomentwandler Es gibt keine Scheibenkupplung mit einem Automatikgetriebe, das einen Drehmomentwandler verwendet . Da der automatisierte Betrieb einer herkömmlichen Kupplung sehr empfindlich ist, ähnelt diese Vorrichtung einer "Fliehkraftkupplung", wobei der Zustand der Kupplung nur von der Relativgeschwindigkeit der Primär- und Sekundärwelle abhängt. Da die Gangwechsel mit einem Automatikgetriebe selbst durch Einwirkungen auf kupplungsinterne Kupplungen erzielt werden, induziert der Drehmomentwandler einen variablen Schlupf, aber auch eine wesentliche Erhöhung des auf der Ebene des Sekundärgetriebes verfügbaren Drehmoments, wenn das Getriebe eintritt Eingangswelle und Ausgangswelle sind wichtig. Doppelkupplung Bei einem Doppelkupplungsgetriebe hat jede Getriebegruppe eine eigene Kupplung, eine für gerade Gänge und die andere für ungerade Gänge. Der Gangwechsel erfolgt an der einen oder anderen dieser Kupplungen, je nachdem, ob die Geschwindigkeit zunimmt oder abnimmt. Da der Gangwechsel nahezu synchron erfolgt, kann die Größe der Kupplungen im Vergleich zu einem manuellen Getriebe stark reduziert werden. Darüber hinaus vermeidet dieses Gerät den Eindruck, dass der Motor "  im Vakuum läuft  ", wie es beim Drehmomentwandlersystem bei starker Beschleunigung auftritt . Robotergetriebe Schaltgetrieben sind immer häufiger robotic , was bedeutet , daß die Kupplung auch durch die Elektronik gesteuert wird , der die Fahrzeugcomputer der auf den Anschlag wirkt.

Hydrostatische Getriebe

Maschinen mit hydrostatischem Getriebe benötigen keine Kupplung. In der Tat ist es der Variation des Hubraums der Zentralpumpe oder der Empfangsmotoren zu verdanken, dass die abgegebene Leistung beispielsweise an die Räder einer Baumaschine oder eines Tanks gesteuert wird.

Anmerkungen und Referenzen

Anmerkungen

1. Kontraktion von "Kupplungsvorrichtung"
2. Früher auf Asbestbasis , jetzt verboten.
3. Andererseits steigt der Temperaturanstieg des Drehmomentwandlers proportional zur Drehzahldifferenz zwischen Primärwelle und Sekundärwelle an.

Verweise

1. Lexikografische und etymologische Definitionen von "Clutch" aus der computergestützten französischen Staatskasse auf der Website des Nationalen Zentrums für textuelle und lexikalische Ressourcen , konsultiert am 4. Dezember 2014
2. Zentrifugale Kettensägenkupplung auf motoculture-jardin.com, abgerufen am 20. April 2017
3. Citroën 2CV-Kupplung , auf autobrico.com, abgerufen am 13. Januar 2017.

Siehe auch

Zum Thema passende Artikel

• Robotergetriebe
• Drehmomentwandler
• Nicht synchronisierte Übertragung
• Sekundärübertragung

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