Fliehkraftkupplungen werden zumeist als radial schließende Reibungskupplungen gebaut. Die Ermittlung der Schaltkraft durch Integration der Normalkraftkomponente in Wirkrichtung führt auf den übertragbaren Teil des Reibmomentes bei radialer Reibung, das Schaltmoment, mit dem das Lastmoment übertragen wird. Das Verhältnis von Schalt- zu Reibmoment wird als Hypothese für den Reibungskegel bei rotatorischer Reibung verwendet und bildet zugleich ein Kriterium für die Sicherheit gegen Rutschen. Der Antrieb mit Reibungskupplung muss im stationären Betrieb bei radialer Reibung das Reib- und Führungsmoment aufbringen, bei axialer Reibung das Reib- und Lastmoment. Mit der Differentialrechnung lassen sich Kriterien für die Einschaltdrehzahl, Drehzahl des Haftreibbeginns und der radialen Breite der Fliehkörper herleiten. Die Berechnungen der Eigenfrequenzen von Torsionsschwingungen mit der homogenen Bewegungs-DGL unterscheiden zwischen Kupplungen mit einer Beschleunigung und Getriebestufen mit zwei Beschleunigungen der Massenträgheitsmomente. Bei der Herleitung der Eigenfrequenzen von Torsionsschwingungen aus der partiellen DGL wird die Wellengleichung als Poisson-Gleichung behandelt. Das Torsionsmoment ist das doppelte Produkt aus polarem Trägheitsmoment, Schubmodul und differentieller Drillung. Autor: Dieter Renno, geboren und aufgewachsen in Düsseldorf Studium Maschinenbau, Thema der Diplomarbeit in 2010: Berechnung und Auslegung von Fliehkraftkupplungen . Erweiterung des Themas in den nachfolgenden Jahren zu Berechnung radial und axial schließender Reibungs- und Fliehkraftkupplungen. Reibungswinkel und rotatorische Reibung bei Kupplungen, Eigenfrequenzen von Kupplungen und Getrieben .

Textprobe: Kapitel 1,. Einordnung, Funktionsweise und Einsatz von Fliehkraftkupplungen: Kupplungen und Getriebe: Kupplungen verbinden Wellen und übertragen Drehmomente und Drehzahlen. Kupplungen übertragen somit Leistungen. Getriebe verändern Drehmomente und Drehzahlen im stationären Betrieb bei konstanter Leistung. Kupplungen verbinden Wellen form- oder kraftschlüssig. Sie werden je nach Aufgabe als nichtschaltende oder schaltbare Kupplungen gebaut. Die Schaltung der Kupplung kann fremdbetätigt oder selbsttätig erfolgen. Die fremdbetätigten Kupplungen schalten mechanisch, hydraulisch, pneumatisch, elektromagnetisch oder elektrohydraulisch. Die selbsttätigen Kupplungen schalten drehzahl- oder momentabhängig, die Freilaufkupplungen in Abhängigkeit von der Drehrichtung. Selbsttätig schaltende Kupplungen: Zu den selbsttätig schaltenden Kupplungen gehören drehzahl-, drehmoment- und richtungsgeschaltete Kupplungen. Sicherheitskupplungen sind drehmomentgeschaltete Kupplungen, die Anlagen vor kritischen Beanspruchungen schützen, so dass ein voreingestelltes Moment nicht überschritten wird. Bauarten von Sicherheitskupplungen: Rutsch-, Sperrkörper-, Brechbolzen-, Brechring-, Zugbolzen-kupplungen und Kupplungen mit Druckölverbindungen, d.h. hydraulisch geschaltete Reibkupplungen Fliehkraftkupplungen: Fliehkraftkupplungen gehören zu den selbsttätig schaltenden Kupplungen. Die Fliehkraftkupplung verbindet drehzahlabhängig die Antriebswelle mit der Abtriebswelle. Ab einer bestimmten Drehzahl wird die Abtriebsseite zugeschaltet. Die Momentenübertragung erfolgt mit Kraftschluss durch Reibung zwischen den antriebsseitigen Fliehkörpern und der abtriebsseitigen Kupplungsglocke. Fliehkraftkupplung als Anlaufkupplung: Der Einsatz der Fliehkraftkupplung als Anlaufkupplung ermöglicht das lastfreie Beschleunigen der Antriebsmaschine (Elektro- oder Verbrennungsmotor). Das Antriebsmoment kann beim Anlauf unter dem - nicht geschalteten - Lastmoment liegen. Als Anlaufkupplungen für hohe Leistungen werden Strömungskupplungen (Föttinger-Kupplungen) verwendet. Fliehkraftkupplung als Rutschkupplung (Drehmomentbegrenzung ): Beim Anlauf mit Rutschkupplungen ist das Anlaufmoment auf das Rutschmoment begrenzt, so dass vom antreibenden Motor nur ein begrenztes Drehmoment auf die Lastseite übertragen wird. Neben der Erleichterung für den Anlauf kann die Fliehkraftkupplung als weitere Aufgabe das Anlauf-drehmoment begrenzen. Übersteigt das Lastmoment das übertragbare Reibmoment, rutschen die antriebsseitigen Fliehkraftkörper. Somit kann die Fliehkraftkupplung bei richtiger Auslegung auch als Drehmomentbegrenzungskupplung arbeiten. Antrieb durch Elektromotor: Fliehkraftkupplungen werden an Drehstrom-Asynchronmaschinen betrieben und bieten damit die Voraussetzung für den Anlauf in der Stern-Dreieck-Schaltung zur Vermeidung der hohen Anlauf-ströme der Dreieckschaltung und der damit verbundenen Wärmeentwicklung in den Motorwick-lungen. Antrieb durch Verbrennungsmotor: Die Fliehkraftkupplung erfüllt bei Verbrennungsmotoren zumeist zwei Funktionen: den lastfreien Anlauf und das drehzahlgesteuerte Schalten. Die Fliehkraftkupplung schaltet durch Reibkraftschluss bei der Einschaltdrehzahl mit Schlupf und bei Betriebsdrehzahl schlupffrei. Wird die Motordrehzahl durch Wegnahme des Gases reduziert, trennt die Fliehkraftkupplung den Kraftfluss zwischen Motorwelle und Getriebe. Fliehkraftkupplungen können in halb- und vollauto-matischen Getrieben zum Einsatz kommen. Bauformen von Fliehkraftkupplungen: Fliehkraftkupplungen werden als Fliehkörperkupplungen mit zwei oder mehreren Fliehkörperseg-menten gebaut oder als Füllgutkupplungen. Die Fliehkörper werden mit Profilnabe, als stiftgeführte Fliehkörper oder in Drehzapfen gelagerte Fliehkörper ausgeführt mit radial oder tangential angeordneten Schraubenzugfedern. Die Fliehkörper können auch elastisch aufgehängt werden. Statt Zug-federn sind auch Druckfedern einsetzbar. Fliehkörperkupplungen erzeugen das Reibmoment MR zumeist mit federkraftbelasteten Segmenten durch Haftreibung zwischen den Fliehkörpern und der Kupplungsglocke. Das Reibmoment MR ist abhängig von: Reibfaktor mR, Anzahl der Segmente i, Reibwinkel a und Radius des Schwerpunktes der Segmente rS, Masse m der Segmente, Winkelge-schwindigkeit w und Reibradius r2. Während des Schaltvorganges wird durch die Zentrifugalkraft die Rückhaltekraft der Federn überwunden. Bei der Auslegung von reibschlüssigen Kupplungen für eine hohe Schalthäufigkeit (Dauerschaltung) bzw. länger andauerndes Durchrutschen ist eine Wärme-bilanz aufzustellen, z.B. bei der Nutzung dieser Kupplungsart als Sicherheitskupplung. Füllgutkupp-lungen schleudern von einem sternförmigen Rotor Füllgut gegen die Mantelfläche des Abtriebsteiles, dadurch wird Reibschluss zwischen Antriebs- und Abtriebsseite hergestellt. Das übertragbare Moment steigt mit dem Quadrat der Drehzahl. Bei Nenndrehzahl laufen Füllgutkupplungen schlupf- und damit verlustfrei. Die Füllgutkupplungen werden ausgeführt mit antriebsseitigem Rotor und Stahlkugeln, abtriebsseitigem Läuferkranz und Stahlsand sowie als Füllgutkupplung mit antriebs-seitigem Flügelrad und Stahlsand. Die Schaltdrehzahl wird bei Fliehkörperkupplungen durch die Federrate und die Anzahl der Federn bestimmt, bei den Füllgutkupplungen durch die Füllmenge und die Kupplungsgröße. Fliehkraftbremse: Bei Fliehkraftbremsen steht die Kupplungsglocke fest, so dass ab der Schaltdrehzahl die Funktion der Reibungsbremse beginnt und die drehenden Fliehkörper durch die fixierte Kupplungsglocke gebremst werden. Die Fliehkraftbremse kann ohne weitere Vorrichtungen einen Antrieb nicht bis zum Stillstand abbremsen, sondern nur die Drehzahl auf die Schaltdrehzahl begrenzen. Durch die Reibung der Flieh-körper an der Kupplungsglocke entsteht Reibungswärme, die über die Kupplungsglocke und die Fliehkörper abgeführt wird. Fliehkraftkupplung mit Freilauf- oder Überholkupplung: In automatischen Schaltgetrieben des Fahrzeugbaus wurden Fliehkraftkupplungen mit Freilaufkupp-lungen kombiniert. Bei der Hintereinanderschaltung von Fliehkraft- und Überholkupplungen (Frei-läufen) ist jede Übersetzung mit einer Fliehkraftkupplung ausgestattet. Anwendungen von Fliehkraftkupplungen: Nach den Herstellerangaben werden Fliehkörperkupplungen für Antriebe von Lastmomenten bis 4.500 Nm gebaut bei Motorleistungen bis 760 kW sowie für das drehzahlgesteuerte Schalten kleiner Verbrennungsmotoren. Fliehkraftkupplungen eignen sich für schnell laufende Antriebe wegen der quadratisch mit der Drehzahl zunehmenden Fliehkraft, die als Schaltkraft arbeitet. Anwendungen von Fliehkörperkupplungen: Baumaschinen, Mischer, Walzen, Vibratoren, Zentrifugen, Ventilatoren, Gebläse, Kompressoren, Pumpenantriebe, Transportkühlung, Notstromaggregate, Bootsantriebe, Kehrmaschinen, Motorsägen, Rasenmäher, Kleinkrafträder und Kart-Rennsport Anwendungen von Füllgutkupplungen: Anlauferleichterung für Arbeitsmaschinen mit großer Trägheit (Generatoren, Zentrifugen, Mühlen, Blechbiegemaschinen), Anlauferleichterung für Arbeits-maschinen mit hohem Anlaufmoment (Kolbenpumpen, Kompressoren, Kugel- und Zementmühlen), Sicherheitskupplungen für Arbeitsmaschinen, die weichen Anlauf verlangen (Aufzüge, Bohrwerke, Fräsmaschinen), Arbeitsmaschinen, die betriebsmäßig zur Blockierung neigen (Bagger-, Schaufel-antriebe, Becherwerke, Förderschnecken, Rührwerke), Arbeitsmaschinen, die einen möglichst kurzen und gleichbleibenden Auslauf benötigen (Gummi-Walzwerke: Notabschaltung). Allgemeine Gesichtspunkte zur Kupplungsauswahl: Die Auswahl der Kupplung hinsichtlich der Leistung erfolgt nach dem zu übertragenden Moment bei Betriebsdrehzahl (Dauerleistung). Als weitere Gesichtspunkte sind zu berücksichtigen: Drehmomentspitzen, Stöße, Wellenlage der zu kuppelnden Wellen und Schwingungsverhalten. Bei Schaltkupplungen sind zusätzlich die Schalthäufigkeit und Schaltzeit sowie Erwärmung und Verschleißverhalten von Bedeutung. Die Massenträgheitsmomente, der zeitliche Momentenverlauf und das Beschleunigungsverhalten sowie die Betriebsbedingungen sind zu beachten.

• Anlaufkupplung

• Drehmomentbegrenzung

• Rutschkupplung

• Verbrennungsmotor

• Fliehkörperkupplungen

Autor: Dieter Renno, geboren und aufgewachsen in Düsseldorf Studium Maschinenbau, Thema der Diplomarbeit in 2010: Berechnung und Auslegung von Fliehkraftkupplungen Erweiterung des Themas in den nachfolgenden Jahren zu Berechnung radial und axial schließender Reibungs-und Fliehkraftkupplungen -Reibungswinkel und rotatorische Reibung bei Kupplungen, Eigenfrequenzen von Kupplungen und Getrieben