9. Kupplung und Bremse 9.1 Überblick

Transkript

1 Kupplungen, Bremsen

2 9. Kupplung und Bremse 9. Überblick otivation: Die Synthetisierung von aschinen aus Standardkomponenten verlangt mehr und mehr nach Kupplungen. Das können im einfachsten Fall Welle Nabe Verbindungen sein. Neben der Hauptfunktion der drehfesten Verbindung zweier aschinenteile haben Kupplungen zumeist Zusatzfunktionen: - Ausgleich von Achsversätzen und Winkelfehlern - Verbinden / Trennen einer Lastmaschine oder eines Getriebeteils an eine Arbeitsmaschine (Schaltfunktion) - Beeinflussung der Schwingungsübertragung Schaltbare Bremsen sind gleich aufgebaut wie Kupplungen

3 Lernziele - Kennen verschiedener Kupplungs- und Bremsvarianten und deren Eigenheiten - Dynamisches Verhalten drehelastischer Kupplungen - Vollständige Berechnung eines Kupplungs- Bremsvorgangs - Thermische Auslegung - Vorteile von trockenen und geschmierten Kupplungen

4 . Pressenantrieb Antrieb und Schwungrad laufen durch. Für den Hub wird das Schwungrad auf die Antriebswelle gekuppelt, die Bremse gelöst. Zum Anhalten wird das Schwungrad abgekuppelt, die Bremse eingerückt.

5 . Kupplung, Bremse Bremse, passiv Kupplung, aktiv Pressenwelle eibbelagsträger 3 eibbeläge 4, 5 eibscheiben 6 Gehäusering 7 Zylinderschrauben 8 Distanzrohre 9 Gegenring 0 Druckfedern ingzylinder 3 ingkolben 4 Luftzufuhr 5 Schwungrad / Gehäuse

6 Einteilung Einteilung nach VDI 40 in schaltbar und nicht schaltbar Weitere Unterteilung nach Art des Schlusses (Kraftschluss, Formschluss), der Nachgiebigkeit und der Betätigungsart. Wellenkupplungen Nicht schaltbar 000 Schaltbar 000 Starr 00 Nachgiebig 00 Fremdbetätigt 300 Drehzahlbetätigt 400 omentbetätigt 500 ichtungsbetätigt 600

7 Auswahl: Lageabweichungen von Wellen Ausgleich: - Längsversatz - Querversatz - Winkelversatz - Drehwinkelabweichung Zu übertragende Kräfte und omente:

8 Auswahl Auswahl: - Nachgiebigkeit zur Kompensation von Drehmomentschwankungen - übertragbare Drehmomente - Freiheitsgrade der Kupplung, damit Gesamtsystem in sich statisch bestimmt ist. Achtung: - Trotzdem möglichst genaues Fluchten der Wellen zur Veringerung Geräusche und Kräfte

9 Starre nichtschaltbare Kupplungen (00) Hülsenkupplung kraftschlüssig Schalenkupplung kraftschlüssig DIN 5 Hirth - Stirnverzahnung formschlüssig

10 Nicht schaltbar, nachgiebig (00) (a) Arten der Nachgiebigkeit (l) (s) (d) Kardangelenk (sl)

11 Kardangelenk cos I I cos s II II II I sin tan Stellung Stellung Antrieb gleichförmig Ungleichförmigkeit

12 Kardanwelle

13 Nicht schaltbar, nachgiebig (00) Gleichlaufgelenk (s) homokinetisches Gelenk

14 Nicht schaltbar, nachgiebig (00) Tripoden (ls) (d) Kardangelenk (s)

15 Lamellenpaketkupplung / Laschenkupplung (s)

16 Bogenzahnkupplung (lqsd)

17 Nicht schaltbar, nachgiebig (00) Längsverschieblich Bolzenkupplung (l) Klauenkupplung (l)

18 Parallelkurbel-Kupplung (q) Kreuzscheiben - Kupplung (q)

19 Schlangenfederkupplung (d)

20 Wulstkupplung (lqsd) Anvulkanisiert und verzahnt (lqsd) Anvulkanisiert (lqsd)

21 elastische Klauenkupplung (lqsd) Anvulkanisiert (lqsd) Anvulkanisiert und verzahnt (lqsd)

22 Drehstarre / drehelastische Kupplung J A K A A J K L L L J J L A K A L JA JL JA JL für A L

23 Drehstarre / drehelastische Kupplung Anfahrstoss K C K C J A K A A C J K L L L A L J J C ( J J ) J J A L K A L A L L A J C (cos t) L K K 0 A JL JA J J L A Kmax A L JL JA JL JA Überschwinger auf Antriebsstoss, ohne Lastmoment Überlagertes Lastmoment

24 Drehelastische Kupplung Schwankung Antriebsmotormoment J A J L C ( J J ) K A L W A J L ˆ cost L J A W J L Lösung: cos( t ) ˆ Vermeidung esonanz: e J AJ L, CKsoll J J Drehzahlabhängige Schwankungen: Überkritischer Betrieb. Beim Hochlaufen muss der Wellenstrang schnellstmöglich durch die esonanz geführt werden Dämpfung erforderlich Beschleunigungsvermögen erforderlich A L

25 Schaltbare Kupplungen (000) Schaltkupplung fremdbetätigt (300)

26

27 Schaltbare Kupplungen Schaltkupplung richtungsbetätigt (600) Zusätzlich - Drehmomentbetätigte Kupplungen (Überlastrutschkupplung) - Drehzahlbetätigte Kupplungen (Fliehkraftkupplung)

28 Schaltbare Kupplungen Scheibenkupplung: eibmoment sin 4, 4 ) ( 3 3 a n i a n W i a n W i a W D D W F F D D z F D D F D D p dr r r p a i p = Anpressdruck Kupplung z = Anzahl eibpaarungen Vergrösserung Anpresskraft Kegelkupplung

29 Schaltbare Kupplung eibwerte für eibbeläge

30 Schaltbare Kupplung Auslegung nach zulässiger Flächenpressung p 4Fn ( D a D i ) p zul

31 Schaltbare Kupplung Allgemein: Antriebs und Lastmomente Funktionen der Drehzahl: ( ( ) )

32 Kuppeln Phase 0: otor im Leerlauf, Abtrieb ruht Phase I, utschphase: Abtrieb beschleunigt, otor wird abgebremst Phase II, Beschleunigung: Gemeinsame Beschleunigung von otor und Abtrieb Phase III, Beharrung: otor und Abtrieb rotieren mit konstanter Drehzahl

33 Schaltbare Kupplung Phase 0: otor Leerlauf, Arbeitsmaschine ruht 0 0,, ( 0) ( ) 0 0 Phase : Einkuppeln, Anlaufvorgang mit Hilfe Drallsatz: ( ) 0 t t ) 0 ( ) 0 ( ( ) 0 t ( t) ( ) 0 otor wird verzögert dt Arbeitsmaschine beschleunigt dt

34 Schaltbare Kupplung Vereinfachend: omente unabhängig von der Drehzahl: Synchronisation für: t t t t 0 ) ( ) ( 0 t S Synchronisationszeit: r r mit t r S 0

35 Schaltbare Kupplung Synchrondrehzahl: H Ab Synchronisation: Kupplung überträgt Haftreibmoment: 0 0 r r S ) )( ( t t S b S b Gemeinsame Beschleunigung: ( ) ) ( ) ( S t S t t Die Betriebswinkelgeschwindigkeit wird erreicht, zum Zeitpunkt :

36 Schaltbare Kupplung Dabei muss dann = eingeregelt werden: kstat kstat H H

37 Schaltbare Kupplung eibleistung t P t t P r rel 0 ) ( ) ( S t t P 0 t W P dt W r S t S eibarbeit ist Inhalt der schraffierten Fläche

38 Schaltbare Kupplung Verbesserung der Situation:.) Kupplung mit grossem 4.) Anfahren ohne Lastmoment W r 0

39 Schaltbare Kupplung Thermische Belastung.) Seltenes Schalten: Vermeidung Zerstörung beim Schalten: adiabate Erwärmung der Lamellen vorausgesetzt W max m LcL 0 c L 465 J kgk ml= asse der wärmespeichernden Lamellen cl=wärmekapazität der wärmespeichernden Lamellen.) Häufiges Schalten: Vermeidung Zerstörung auf Dauer: Die Temperatur erreicht nach einer Anzahl von Schaltungen den Beharrungszustand. Wärmebilanz zwischen Wärmeeintrag durch die Schaltungen und Konvektion vom Kupplungsgehäuse W z max h k A 0 k vk m [ vk ], [ k ] s 0.75 W m K

40 Schaltbare Kupplung Auslegungskriterium: W max z = Anzahl der eibflächen (Lamellenzahl -) x zh = Anzahl der Schaltungen pro Zeiteinheit Auslegung berücksichtigt die thermische Belastung der eibflächen direkt q zul zul za z h

41 . Kupplung, Bremse Bremse, passiv Kupplung, aktiv Pressenwelle eibbelagsträger 3 eibbeläge 4, 5 eibscheiben 6 Gehäusering 7 Zylinderschrauben 8 Distanzrohre 9 Gegenring 0 Druckfedern ingzylinder 3 ingkolben 4 Luftzufuhr 5 Schwungrad / Gehäuse

42 Scheibenkupplungen und - bremsen Keine Servowirkung it oder ohne Ölschmierung Scheibenkupplung hat max. zwei eibscheiben, sonst Lamellenkupplung Vorteile Lamellenbauart mit Ölschmierung baut sehr klein Sehr gute Selbstkühlung von Scheibenbremsen Nachteile Leerlaufmodul grösser 0 bei Lamellenkupplungen

43 Ölschmierung? Vorteile von ölgeschmierten Kupplungen Geringerer Verschleiss Auch an Stellen einsetzbar, wo aus anderen Gründen Öl nicht ausgeschlossen werden kann (Getriebekupplungen) Bessere Wärmeabführung Vorteile von trockenen Kupplungen Höheres m, kleinere Anpresskräfte ist besser konstant HAFT nur unwesentlich grösser als GLEIT (manchmal sogar gleich oder gar geringer) P V Oel c ) Oel poel ( Oel, aus Oel, ein

44 Dimensionieren Danke für die Aufmerksamkeit