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Fertigstellung bis zum 28. November 2005

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 Bremsen sollen Drehbewegungen kontrolliert gerbremst bzw. beschleunigt werden.

Aufbau

Formen und Materialien

Die Kupplungs -und Bremsformen sind stark abhängig von dem Einsatzgebiet. Prinzipiell gilt die Regel: Um so größer das zu übertragene Drehmoment bzw. die zu bremsene Masse, um so größer wird die Form ausfallen. Ausgenommen sind Sonderformen und Spezielle Typen die zum übertragen von großen Momenten und für das herabsetzen der Beschleunigung von hohen Massen entwickelt wurden. Die Bauteile bestehen aus den verschiedensten Materialien (Kunstoff, Metallen, Leichtmetalle, etc.). Die Auswahl der Materialien richten sich ebenfalls nach dem oben genannten Grundsatz. Meisst geben die Hersteller die Materialien, aus dem die Komponenten hergestellt wurden, vor.

Auslegung

Kupplungen und Bremsen werden nach dem Einsatzgebiet individuell ausgelegt. Die Kupplungen und Bremsen sind erst optimal ausgelegt, wenn die Kupplung bzw. Bremse leicht montierbar, Wartungsfreundlich und bezahlbar ist. Eine lange Lebendsdauer bei Dauerlauf sollte ebenfalls gegeben sein. Desweiteren ist eine Überdimensionierung zu vermeiden, da so die Kosten des Systems unnötig vermehrt werden. 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.

Berrechnungen

Sicherheitsaspekt

Bremsen und Kupplungen können als Sonderformen sicherheitfunftionen Kupplungen können Sicherheitsmaßnahmen einleiten bzw. sind für den Einsatz als Sicherrungselement ausgelegt. Diese Kupplungen werden mit Werkstoffe ausgestattet, die stabiler oder schwächer (Brechbolzen) sein können. Man spricht bei den Kupplungen von Sonderformen

Verschleiß von Kupplungen

Der Kupplungsverschleiß hängt vor allem von der Funktion ab, dementsprechend wird unter den drei Funktionprinzipien und dem Verschleiß unterschieden.

Bei den starren Kupplungen liegt die Hauptverschließquelle an dem Übergang von der Antriebsseite zur Abtriebsseite der Wellenverbingung. Hauptverschleißteile sind die Verbindungselemente (Bolzen, Schrauben, etc.) der Kupplung.

Schaltbare Kupplungen: Verschleiß...........................

Sicherheitskupplungen (Sonderformen).......

Kupplungsauswahl

Bei der Auswahl von Kupplungen werden die speziellen Eigenschaften der einzelnen Kupplungstypen herangezogen. Zur Findung der entsprechenden Kupplung ist die Größe, die Bauart entscheidend. Viele Hersteller besitzen mittlerweile eine Vielzahl von einbaufertigen Kupplungstypen, wonach der Kunde nun nach den benötigten Eigenschaften die passende Kupplung auszuwählen hat. Die Auswahl der Kupplung erfolgt über die zu übertragenen Drehmomente und der Betriebsweise. Die Betriebsweise setzt sich aus Antriebsmaschine - Getriebe - Arbeitsmaschine zusammen. Der Kunde muss sich vor dem bestellen der Kupplung sicher sein wie gross das zu übertragende Drehmoment ist und welche Funktion die Kupplung übernehmen soll. Erst mit diesen Angaben ist die Auswahl der richtigen Kupplung für das endsprechende Einsatzgebiet möglich. Wenn eine Kupplung nicht das Anforderungsprofil ausreichend abdecken kann sind auch Kombinationen von speziellen Kupplungstypen möglich.

Funktion

Leistungsfunktion und als Zusatz die so genannte Ausgleichsfunktion bzw. die Schaltfunktion.

Kupplungen besitzen außer der Funktion, einer form- oder kraftschlüssige Verbindung zwischen zwei Wellen zu schaffen noch entscheidende Begleitfunktionen. So können Kupplungen auch für das Unterbrechen bzw. Übertragen von Drehmomenten dienen, z.B. Fahrzeugkupplungen. Kupplungen haben aber auch in vielen Fällen eine Schaltfunktion, in dem sie das schalten der verschiedene Getriebestufen übernehmen, deshalb gut einsetzbar in den Getrieben der einzelnen Werkzeugmaschinen. Verlinken zu den Formen oder sind bei dem Einsatz von elastischen Kupplungselementen schwingungsdämfend bzw. können Stöße aufnehmen und mildern. Eine der wichtigste Aufgabe ist das ausgleichen von Wellenversetzungen und Winkelunterschiede der zu verbindenen Wellen. Ein gutes Beispiel hiefür ist das Einsatzgebiet einer Kardanwelle die eine so genannte Gelenkkupplung darstellt.

Anwendungsgebiete

Kupplungen besitzen unterschiedlichste Amwendungsgebiete, die einzelnen Einsatzgebiete richten sich vor allem nach den Formen und den Bauarten (siehe Bauarten).

In Werkzeugmaschinen, Fahrzeugen (motorisiert oder durch mechanischen Antrieb etc.) werden Kupplungen benötigt, haben dort schaltende, Übertragende oder Sicherheitsaufgaben. Ein Paar Beispiele aus der Praxis, wo Kupplungselemente und Einheiten zu finden sind: In Getrieben als Schaltelement, in Fahrzeuugmotoren als Verbindungsglied von der Antriebseinheit am Motor zu der Abtriebseinheit, in Nc-Maschinen als Sicherheitseinrichtung oder als einfaches Übertragungselement von zwei oder mehreren Arbeitseinheiten.

Bauarten

Kupplungen werden in unterschiedlichsten Bauarten angeboten, differenziert werden Kupplungen anhand des Anwendungsgebietes. So gibt es als Hauptgruppe: nichtschaltbare, schaltbare oder Kupplungen für Sonderzwecke, die alle spezielle Eigenschaften aufweisen.

nichtschaltbare Kupplungen

Nichtschaltbare Kupplungen verbinden Antriebswelle mit der Abtriebswelle sind so ausgelegt, das sie während des Betriebes nicht voneinander getrennt werden können. Nichtschaltbare Kupplungen zeichnen eine feste Verbindung aus und sind für hohe Drehmomente ausgelegt. Unter den nichtschatlbaren Kupplungstypen wird dann unter starren Kupplungstypen, drehstarren Kupplungen und den elastischen Kupplungen unterschieden.

schaltbare Kupplungen

Schaltbare Kupplungen sind Kupplungen die die Wellenverbindung zeitweise unterbrechen können. Unter den schaltbaren Kupplungen wird nach der Art der Drehmomentübertragung, Kraftschluss oder Formschluss, unterschieden. Die Schaltkupplungen werden über ein Schaltsignal bzw. Schaltimpuls, der mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder elektromagnetisch, gesteuert werden kann, betätigt. Dieses Signal bewirkt dann das schalten der Kupplung z.B. in den Leerlauf oder in einer neuen Getriebestufe.

Sonderformen

Kupplungen können auch für Funktionen benutzt werden, die sich nicht mit der Übertragung von Drehmomenten befassen, sondern stattdessen für unterschiedlichen Aufgaben eingesetzt werden. Die Funktion als Überlastschutz in Form einer Sicherheitskupplungen ist mit der am häufigsten angewendeten Sonderform. Es gibt 3. Funktionsprinzipien bei Sicherheitskupplungen: 1. momentbetätigte Kupplungen, 2. Das Funktionsprinzip mit dem Brechbolzen oder 3. das auslösen des Sicherungsmechanismus über die Rutschnabe.

Weiteres Informationsmaterial zu den Funktionsprinzipen und zu den einzelnen Bauarten gibt es unter Rooloff-matek Maschinenelemente.

Normung

Die Normung der Kupplungen ...... http://www.kupplungen.de/normen.htm

http://www.kupplungen.de/richtlinien.htm

Hersteller und Lieferanten

Es gibt eine vielzahl von Hersteller und Lieferanten die sich auf ein spezielles Fachgebiet ausgerichtet entwickelt haben. Lieferanten und Hersteller positionieren ihr Hauptgeschäftsfeld nach dem Fachbereich, so spielen die Funktionen, Wirkungsweisen etc. eine große Rolle. Ebenso sind die Größen und die Einsatzmöglichkeiten mit den technischen Vorraussetzungen ein Kriterium zur speziealisierung des Geschäftsfeldes. Siehe den einzelnen Links von verschgiedenen Hersteller.

Herstellervrweise: [Elastische Kupplungen]

http://www.rw-kupplungen.de

http://www.mayr.de/deutsch/p_alt/default.htm

http://www.rexnord-antrieb.de/d/index.html

Kosten

Die Kosten der Kupplungen und Bremsen sind nach dem Schwierigkeitsgrad der Herstellung, der Bauweise mit den unterschiedlichten Anforderungen gestaffelt. Für die starren, nicht schaltbare Kupplungen z.B. müssen weniger an anfallenden Kosten eingeplant werden als für die Kupplungen die diverse Neben-und Zusatzfunktionen wie z.B. Winkelversatz ausgleichen, Sicherheitsfunktionen oder Schaltfunktionen. Ein wichtiges Kriterium ist daher die Auslegung der Kupplung, da der Kunde mit der richtigen Auslegung die Kosten minimal halten kann.

Bremsen

Aufbau

Der Aufbau der Bremsen ist meist sehr mit dem der Kupplungen identisch, aus diesen Gründen werden die Bremskomponenten von dem selben Hersteller, die Kupplungselemente und Kupplungen herstellen, entwickelt und vertrieben. Siehe den Herstellernachweisen und den externen Links.

Dimensionierung

Auslegung/Kräfte

Werkstoff

Baugröße/Gewicht

Sicherheitsfunktionen

Funktion

Bremsen gibt es in vielen verschiedenen Ausführungen: Bremsanlage

Verschleiß/Kräfte

Einsatzgebiete

Bauarten

Normung

Toleranzen

Unterschiede Kupplungen/Bremsen

Kupplungsdrehmoment

Das zu übertragende Drehmoment mit den Masseeigenschaften und die Motorleistung mit den Antriebseigenschaften müssen vor der Auswahl einer Kupplung und der Antriebseinheit feststehen. Es gibt vier unterschiedliche Varianten (Schwierigkeitsprofile), die beachtet werden sollte. 1. Stoßfreies Anfahren mit konstanten Drehmoment Bei einem stoßfreies Anfahren mit konstantem Drehmoment liegt die Schwierigkeit darin, ein Drehmoment von der Antriebsseite (Motorleistung) zu bekommen, das die gesammte Drehmasse der Abtriebsseite (Lastseite) aus dem Stand heraus auf dem entsprechenden Drehmoment beschleunigt. Als Gegenlast muss das Trägheitsmoment der Lastseite mit bestimmt werden und zur Auswahl der Antriebseinheit mit einfliessen. 2. Drehmomentstoß Der Drehmomentstoß ist ein Problem das bei dem Einsatz von Elektromotoren (Drehstrom) als Antriebseinheit enstehen kann. Er tritt häufig bei drehstarren und drehelastischen Kupplungstypen auf. Deshalb muss bei der Auswahl der Kupplung mit einem Stoßfaktor zur Bestimmung des Anfahrtsdrehmoments gerechnet werden. 3. Geschwindigkeitsstoß Die Ursache für den so genannten Geschwindigkeitsstoß liegt an den Kupplungelementen (Schlupf, Flankenspiel bei Zahnrädern) und der unterschiedlichen Drehmasse des Antriebsmotors. Das Problem kann klein gehalten werden, wenn man drehspielfreie Kupplungen wählt. 4. Periodisches Wechseldrehmoment Das Problem tritt nur auf , wenn als Antrieb ein Motor gewählt wurde, der periodische Drehmomentschwankungen aufweist. Diese Schwankungen können im schlimmsten Fall zur Zerstörung von Antriebselementen führen. Zur Vorbeugung muss die gewählte Kupplungeinheit so gewählt sein, das sie die Schwingungen aufnimmt und ausgleichen kann. _______________________________________________Kürzen