Kupplungen verstehen: 13 Typen erklärt für effiziente Kraftübertragung

Kupplungen und ihre Typen

Was ist eine Kupplung?

Eine Kupplung ist ein Bauteil, das zwei Wellen zur Kraftübertragung miteinander verbindet. Kupplungen sind je nach Ausrichtungsgenauigkeit und Drehmomentanforderung starr oder flexibel ausgelegt.

Was ist eine Wellenkupplung?

Die Wellenkupplung ist ein mechanisches Bauteil, das zwei rotierende Wellen – beispielsweise Antriebs- und Abtriebswelle – zum Zweck der Kraftübertragung verbindet. Sie findet Verwendung in Motoren, Pumpen, Generatoren und Verdichtern.

Funktionsweise einer Wellenkupplung

Wie im Diagramm dargestellt, lassen sich zwei Wellen mittels Kupplung verbinden – auch bei unterschiedlichen Wellendurchmessern.

Der Motor bildet die Antriebsseite, der Propeller die Abtriebsseite.

Die Kupplung überträgt die Wärme des Motors nicht auf die Abtriebsseite.

Kupplungen dämpfen Stöße und Vibrationen und schützen so umliegende Bauteile vor Beschädigung.

Warum werden Wellenkupplungen eingesetzt?

Die wichtigsten Gründe für den Einsatz von Wellenkupplungen sind:

1. Verbindung separater Einheiten wie Motor und Generator
2. Ausgleich von Wellenversatz
3. Mechanische Flexibilität
4. Dämpfung von Stoßlasten zwischen den Wellen
5. Schutz vor Überlast

Typen von Kupplungen

Folgende Kupplungstypen werden unterschieden:

1. Starre Kupplungen
   • Muffen- oder Hülsenkupplung
   • Klemm- oder Spaltmuffen-Kupplung
   • Flanschkupplung
2. Flexible Kupplungen
   • Büchsenbolzen-Kupplung
   • Universal-Kupplung (Gelenkwelle)
   • Oldham-Kupplung
   • Zahnkupplung
   • Balgkupplung
   • Kieferkupplung
   • Membrankupplung
3. Hydrodynamische Kupplungen
   • Konstantdrehzahl-Kupplung
   • Variabeldrehzahl-Kupplung

1. Starre Kupplung

Starre Kupplungen kommen zum Einsatz, wenn zwei Wellen perfekt ausgerichtet sind. Sie eignen sich nur bei präziser Ausrichtung. Beispiele: Muffenkupplung, Spaltmuffen-Kupplung, Flanschkupplung.

2. Muffen- oder Hülsenkupplung

Die Muffenkupplung ist der einfachste Typ einer starren Kupplung und besteht aus Grauguss.

Aufbau:

Sie setzt sich aus Welle, Passfeder, Muffe (Hülse) und einem Hohlzylinder zusammen, dessen Innendurchmesser dem Wellendurchmesser entspricht. Die Muffe wird über die Enden beider Wellen geschoben und mit einer Keilfeder fixiert.

Die Kraftübertragung erfolgt über Passfeder und Muffe. Alle Bauteile müssen ausreichend dimensioniert sein, um das Drehmoment zu übertragen.

3. Klemm- oder Spaltmuffen-Kupplung

Auch als Spaltmuffen-Kupplung bekannt. Die Muffe besteht aus zwei Hälften, die verschraubt werden. Beide Hälften sind aus Grauguss und werden mittels Stiftschrauben oder Bolzen verbunden.

Beide Wellenenden werden verbunden, eine Passfeder sitzt in der Nut. Eine Muffenhälfte wird von unten, die andere von oben angelegt und durch Bolzen und Muttern zusammengehalten.

Diese Kupplung eignet sich für schwere Drehzahlen. Zum Montieren oder Demontieren muss die Wellenposition nicht verändert werden.

4. Flanschkupplung

Sie besteht aus zwei Graugussflanschen, die an den Wellenenden befestigt und miteinander verschraubt werden. Eine Flanschkupplung verbindet zwei Rohre dichtend.

Ein Flansch besitzt einen zylindrischen Vorsprung, der andere eine passende Ausnehmung. Beim Zusammenfügen wird die korrekte Ausrichtung sichergestellt. Die Verschraubung erfolgt mit Muttern und Bolzen.

Flanschkupplungen bringen die Wellen in Fluchtung und halten diese. Sie kommen in Druckrohrleitungen und bei hohen Lasten an großen Wellen zum Einsatz.

Drei Haupttypen der Flanschkupplung:

1. Ungeschützte Flanschkupplung
2. Geschützte Flanschkupplung
3. Schiffsflanschkupplung (Marine-Typ)

5. Flexible Kupplungen

Sie verbinden Wellen mit lateralem und winkligem Versatz. Beispiele: Büchsenbolzen-, Universal-, Oldham-, Zahn-, Balg-, Kiefer- und Membrankupplung.

6. Büchsenbolzen-Kupplung

Für geringen Parallelversatz, winkligen Versatz oder axialen Versatz geeignet. Sie ist eine Modifikation der starren Flanschkupplung mit zwei unterschiedlich konstruierten Hälften, Bolzen (Stiften) und Gummi- oder Lederbüchsen auf den Stiften.

Zwischen den Kupplungshälften besteht ein 5 mm Spiel. Es gibt keine starre Verbindung; die Kraftübertragung erfolgt über die zusammengedrückten Büchsen.

7. Universal-Kupplung (Gelenkwelle)

Auch als Hooke-Kupplung bekannt. Sie wird verwendet, wenn sich die Achsen zweier Wellen unter einem kleinen Winkel schneiden. Die Neigung kann konstant sein, ändert sich in der Praxis jedoch während der Kraftübertragung.

Gelenkwellen finden breiten Einsatz in der Kraftübertragung, insbesondere im Kfz-Antriebsstrang (Getriebe zu Differential). Dort werden zwei Gelenkwellen pro Antriebswelle verbaut. Auch bei Mehrspindelbohr- und Fräsmaschinen kommen sie zum Einsatz.

8. Oldham-Kupplung

Für lateralen Versatz zweier Wellen. Der schematische Aufbau zeigt zwei Flansche A und B mit Nuten sowie ein mittiges Schwimmteil E mit zwei Zungen T1 und T2.

Das Mittelteil wird mittels Stifte an den Flanschen fixiert. Zunge T1 greift in Flansch A (Vor-/Rückwärtsbewegung), Zunge T2 in Flansch B (Vertikalbewegung). Durch die Rotation wird der laterale Versatz ausgeglichen.

9. Zahnkupplung

Eine Weiterentwicklung der Flanschkupplung. Zahnkupplungen übertragen hohe Drehmomente durch große Zahnabmessungen. Im Gegensatz zur Flanschkupplung sind Flansch und Nabe separat gefertigt.

Jedes Gelenk verfügt über ein Innen-/Außenverzahnungspaar mit 1:1-Übersetzung. Zulässiger Versatz: ca. 0,25–0,5 mm parallel und 2° winklig.

Zahnkupplungen und Gelenkwellen decken ähnliche Anwendungen ab, vor allem in der Schwerindustrie mit hohem Drehmomentbedarf.

10. Balgkupplung

Balgkupplungen sind flexible Kupplungen mit zwei Naben (Kupplungsenden). Sie bieten ausgezeichnete Torsionssteifigkeit für präzise Drehzahl-, Winkelpositions- und Drehmomentübertragung. Meist aus Edelstahl gefertigt, kommen sie bei hochpräziser Positionierung zum Einsatz.

Der Balg hat dünne Wände und erlaubt geringen winkligen, axialen oder radialen Versatz. Die Naben sind angeschweißt. Balgkupplungen bieten die höchste Torsionssteifigkeit unter den Servomotorkupplungen.

11. Kieferkupplung

Für allgemeine Kraftübertragung und Bewegungssteuerung. Sie überträgt Drehmoment, reduziert Systemvibrationen und gleicht Versatz aus, was andere Komponenten schützt.

Aufbau: zwei metallische Naben und ein Elastomereinsatz („Spinne“).

Vorteile:

• Beherrscht winkligen Versatz und Reaktionskräfte
• Gutes Drehmoment-Außendurchmesser-Verhältnis
• Gute Chemikalienbeständigkeit und Dämpfungseigenschaften

12. Membrankupplung

Ungefettete Kupplungen für Hochleistungsturbomaschinen. Sie übertragen Drehmoment und gleichen Wellenversatz aus.

Die Drehmomentübertragung erfolgt vom Außen- zum Innendurchmesser und zurück. Als flexible Elemente dienen eine oder mehrere Tellermembranen. Sie erlauben winkligen, axialen und radialen Versatz und eignen sich für hohe Drehmomente und Drehzahlen.

13. Hydrodynamische Kupplung (Fluidkupplung)

Auch als hydraulische Kupplung bekannt. Ein hydrodynamisches Bauteil, das mechanische Drehleistung über Beschleunigung und Verzögerung von Hydraulikflüssigkeit überträgt. Besteht aus einem Laufrad an der Antriebswelle (Eingang) und einem Laufrad an der Abtriebswelle (Ausgang). Das Laufrad wirkt als Pumpe, das Laufrad als Turbine.

Am Laufradinnern ist die Tangentialgeschwindigkeit gering, am Umfang hoch. Durch die Beschleunigung steigt die kinetische Energie. Das Fluid tritt mit hoher Geschwindigkeit aus, trifft die Turbinenschaufeln, gibt Energie ab und verlässt das Laufrad mit geringer Geschwindigkeit.

Fazit

Damit haben Sie einen umfassenden Überblick über Wellenkupplungen und ihre Typen. Falls Fragen offen geblieben sind, nutzen Sie gerne die Kommentarfunktion oder kontaktieren Sie uns per E-Mail.

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