funktion und wirkung von kupplungen

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Johann Lodewyks 1 Kupplungen und Bremsen Roloff/Matek Maschinenelemente Funktion und Wirkung von Kupplungen Aufgaben Übertragung von Rotationsenergie Ausgleich von Wellenverlagerungen • Fluchtungsfehler • Lagefehler elastische Verformung • Temperaturfehler Drehmomentenstöße dämpfen Schwingungen dämpfen Ein- und Ausschalten der Drehmomentenübertragung Eigenschaften elastische Ausgleichselemente Bild 13-01 axialer Versatz radialer Versatz Winkelfehle r Schwingunge n

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Bild 13-01. Funktion und Wirkung von Kupplungen. Aufgaben Übertragung von Rotationsenergie Ausgleich von Wellenverlagerungen Fluchtungsfehler Lagefehler elastische Verformung Temperaturfehler Drehmomentenstöße dämpfen Schwingungen dämpfen Ein- und Ausschalten der Drehmomentenübertragung - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: Funktion und Wirkung von Kupplungen

Johann Lodewyks 1

Kupplungen und Bremsen Roloff/Matek Maschinenelemente

Funktion und Wirkung von Kupplungen

• Aufgaben– Übertragung von Rotationsenergie– Ausgleich von Wellenverlagerungen

• Fluchtungsfehler• Lagefehler• elastische Verformung• Temperaturfehler

– Drehmomentenstöße dämpfen– Schwingungen dämpfen– Ein- und Ausschalten der

Drehmomentenübertragung

• Eigenschaften– elastische Ausgleichselemente

Bild 13-01

axialer Versatz radialer Versatz

Winkelfehler Schwingungen

Page 2: Funktion und Wirkung von Kupplungen

Johann Lodewyks 2

Kupplungen und Bremsen Roloff/Matek Maschinenelemente

Drehnachgiebigkeit von Kupplungen

– (1) drehstarre Kupplung• verlustarme Momentenübertragung

– (2) elastische Kupplung • Energiespeicherung durch

federnde Elemente• phasenverschobene, verteilte

Momentenübertragung

– (3) dämpfende Kupplung • Energiespeicherung durch

federnde Elemente• Energieumwandlung durch

Reibung in Wärme• phasensynchrone, gedämpfte

Momentenübertragung

Bild 13-02

drehstarre Kupplung

elastische Kupplung

dämpfende Kupplung

Drehfeder- kennlinie

Dämpfungs-arbeit

Page 3: Funktion und Wirkung von Kupplungen

Johann Lodewyks 3

Kupplungen und Bremsen Roloff/Matek Maschinenelemente

Bild 13-03

Page 4: Funktion und Wirkung von Kupplungen

Johann Lodewyks 4

Kupplungen und Bremsen Roloff/Matek Maschinenelemente

Bild 13-03

Page 5: Funktion und Wirkung von Kupplungen

Johann Lodewyks 5

Kupplungen und Bremsen Roloff/Matek Maschinenelemente

Drehmomentenübertragung

• Antriebsmoment (Tan)

– Lastmoment (TL)

• Reibung• Last der Arbeitsmaschine

– Beschleunigungsmoment (Ta)

• Trägheitsmoment * Winkel- beschleunigung

Bild 13-07

(13.02)

Anlaufdrehmoment Tan. TL Ta [ Nm ]

(13.03)

Beschleunigungs-drehmoment

Ta. Tan TL J J2 1

ta [ Nm ]

TL[Nm] Lastdrehmoment

Ta[Nm] Beschleunigungs- drehmoment

J [kgm^2] Trägheitsmoment

ta[s] Beschleunigungszeit

1[1/s] Anfangswinkel- geschindigkeit

2[1/s] Endwinkel- geschindigkeit

(13.06)TK

JL

JA JLTA

JA

JA JLTL

Kupplungsmoment

Page 6: Funktion und Wirkung von Kupplungen

Johann Lodewyks 6

Kupplungen und Bremsen Roloff/Matek Maschinenelemente

Bild 13-05

(13.04)

Jred. J0 J1

1

0

2

J2

2

0

2

..... m1

v1

0

2

m2

v2

0

2

.. [ kg m2 ]

reduziertes Trägheitsmoment

Energie einer Drehbewegung

W1

2J

2 [ Nm ]

Energie einer Linearbewegung

W1

2m v

2 [ Nm ]

• Energie der Bewegung

• Ersatzmodell mit reduziertem Trägheitsmoment

• Trägheitsmomente verschiebenSatz von Steiner Jx JS m e

2 [ kg m2 ] m [kg] Masse

e [m] Abstand von Drehachse x zum Schwerpunkt

JS[kgm^2] Trägheitsmoment bei Dreh- achse im Schwerpunkt

Page 7: Funktion und Wirkung von Kupplungen

Johann Lodewyks 7

Kupplungen und Bremsen Roloff/Matek Maschinenelemente

Betriebsverhalten von Antriebs- und Arbeitsmaschinen– Antrieb (E) (TB16-21)

• E-Motor (Drehstrom - Nebenschlussmotor)– Nennmoment (TN ) < Anlaufmoment (Tan )

– Maximalmoment: Kippmoment (Tki )

– Arbeitsmaschine (A)• Fördermaschine

– konstantes Lastmoment (TL )

• Momentendifferenz (Ta ) beschleunigt die Arbeitsmaschine

– Arbeitspunkt (B)• Schnittpunkt der Kennlinien

– Drehzahl (n)• Entlastung im Arbeitspunkt führt zum Dreh-

zahlanstieg bis auf Synchrondrehzahl (nS)

Bild 13-06

Page 8: Funktion und Wirkung von Kupplungen

Johann Lodewyks 8

Kupplungen und Bremsen Roloff/Matek Maschinenelemente

Betriebsverhalten von Antriebs- und Arbeitsmaschinen

– Antrieb (E) (TB16-21)• E-Motor (Drehstrom - Nebenschlussmotor)

– Nennmoment (TN ) < Anlaufmoment (Tan )

– Maximalmoment: Kippmoment (Tki )

– Arbeitsmaschine (A)• Lüfter, Kreiselpumpe, Zentrifuge, ...

– Lastmoment (TL ) steigt mit der Drehzahl

• Momentendifferenz (Ta ) beschleunigt die Arbeitsmaschine

– Arbeitspunkt (B)• Schnittpunkt der Kennlinien

– Drehzahl (n)• Entlastung im Arbeitspunkt führt zum Dreh-

zahlanstieg bis auf Synchrondrehzahl (nS)

Bild 13-06

Page 9: Funktion und Wirkung von Kupplungen

Johann Lodewyks 9

Kupplungen und Bremsen Roloff/Matek Maschinenelemente

Betriebsverhalten von Antriebs- und Arbeitsmaschinen– Antrieb (E) (TB16-21)

• E-Motor (Wechselstrom - Reihenschlussmotor)– Nennmoment (TN ) < Anlaufmoment (Tan )

– Maximalmoment: Anlaufmoment (Tan )

– Arbeitsmaschine (A)• Lüfter, Kreiselpumpe, Zentrifuge, ...

– Lastmoment (TL ) steigt mit der Drehzahl

• Momentendifferenz (Ta ) beschleunigt die Arbeitsmaschine

– Arbeitspunkt (B)• Schnittpunkt der Kennlinien

– Drehzahl (n)• Entlastung im Arbeitspunkt führt zum

unkontrollierten Drehzahlanstieg

Bild 13-06

Page 10: Funktion und Wirkung von Kupplungen

Johann Lodewyks 10

Kupplungen und Bremsen Roloff/Matek Maschinenelemente

Betriebsverhalten von Antriebs- und Arbeitsmaschinen

• Berechnung des mittleren Beschleuni-gungsdrehmomentes (Tam)

– Integration des Antriebsdrehmomentes von Null bis zum Betriebspunkt

– Integration des Maschinendrehmo-mentes von Null bis zum Betriebspunkt

– Differenz der Mittelwerte

Bild 13-06

Page 11: Funktion und Wirkung von Kupplungen

Johann Lodewyks 11

Kupplungen und Bremsen Roloff/Matek Maschinenelemente

Auslegung nachgiebiger Wellenkupplungen

• Auslegung mit Anwendungsfaktoren– Herstellerangaben in Katalogen– Einflussfaktoren

• Antriebstyp• Maschinentyp• Betriebsdauer• Temperaturen

(13.11)

Nenndrehmoment TK TN KA TKN [ Nm ]

TKN[Nm] Nenndrehmoment der Kupplung

TN[Nm] max. Nenndrehmoment der Lastseite

KA[ - ] Anwendungsfaktor nach TB 3-5b