Antriebssysteme Kapitel 2

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• form-oder kraftschlüssig starr oder formschlüssig nachgiebig

• längs-, quer- und winkelnachgiebig

• Hauptfunktion ist der Ausgleich von Wellenverlagerungen (Ausgleichskupplung)

• drehnachgiebige,formschlüssige Kupplungen milder nzusätzlich Stöße oder dämpfen Schwingungen

• kraftschlüssig drehnachgiebige Kupplungen sind Schlupfkupplungen
  hydrostatisch ,hydrodynamisch (Strömungskupplungen) oder elektrodynamisch (Induktionskupplungen)

Drehmomentübertragung durch Drehzahlschlupf zwischenden Kupplungshälften 

• fremdbetätigt (Schaltkupplungen)
• drehzahlbetätigt (Fliehkraftkupplungen)
• momentbetätigt (Sicherheitskupplungen)
• richtungsbetätigt (Freilaufkupplungen)
• alle Bauarten für Form-oder Kraftschluss einsetzbar

Ausnahmesindkraftschlüssige,drehzahlbetätigteKupplungen 

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• Schlupf s 

Werkstoffkennwerte bestimmen übertragbares Moment

Überlastung führt zu Zerstörung
An-und Abtriebsdrehzahl sind gleich->Schlupf s=0
schaltbar bei ω1 = ω2 

übertragbare Drehmoment wird durch elastische Kräfte, Reibkräfte, elektrische Felder sowie durch kinetische oder potentielle Flüssigkeitsenergie bestimmt

Zerstörung beiandauernder Überbelastung 

• Drehmomentenübertragung zwischen einem drehenden und einem fest stehenden Bauteil (Aufnahme Gegenmoment)

• permanenter Schlupf( außer im Stillstand) 

mechanische, elektrische  und hydraulische Bremsen 

manuell, pneumatisch,hydraulisch und elektrisch betätigte, sowie selbsttätige Bremsen (Fliehkraft- Lastdruckbremsen) 

• Regelbremsen (Verminderung von Rotations-oder Translationsgeschwindigkeit - z.B. Senkbremse beim Kranhubwerk)

• Stoppbremsen (Verminderung von Bewegungen bis zur Ruhelage)

• Haltebremsen(Gewährleistung des Stillstands)

• Leistungsbremsen (Umwandlung von Bewegungsenergie über längere Zeit zur Erzeugung zusätzlicher Belastungen - z.B. Prüfstandsbremsen) 

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• Schließbremsen 

• Lösebremsen 

• SelbstwirkendeBremse 

immer geöffnet und werden nur im Bremsfalldurch Hand-, Fuß-oder maschinelle Betätigung geschlossen (z.B. Betriebsbremse beim Kraftfahrzeug) 

•   im Außerbetriebsfall immer geschlossen und werden ün

•  im Betriebsfall durch Hand-, Fuß-oder maschinelle Betätigung geöffnet

•  Einsatz im Maschinen-und Anlagenbau vor (z.B. Betriebsbremse beim

•  Kranhubwerk-die Last ist immer gebremst, lediglich im Betriebsfall Heben/Senken wird die Bremse gelöst) 

1. schließen sich durch eigene Steuerung ohne zusätzliche Betätigungselemente (z.B. Fliehkraftbremse - hier stellt sich das Bremsmoment proportional zur Geschwindigkeit ein) 

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Einsatzart, Betriebseigenschaften, Bremsmoment, Bremsleistung, Schaltzahl, Betätigungsart, Platzbedarf Lebensdauer und Kosten 

• zwischen Motor und Getriebe

•  kleine Bremse und geringe Kosten

•  bei Wellenbruch im Getriebe keine Bremswirkung

•  bei Kranhubwerken zu beachten

  • zwischen Getriebe und Arbeitsmaschine(Last)

•  großeBremseundhoheKosten

•  langsames Einfallen der Bremse,sonst zu hohe Belastung im Antriebsstrang

•  Regelung der Bremse notwendig 

• Anlaufdrehmoment:ungefährZweifachesdesNennmomentes(M.A=1,5...2 * M.N).

• Antriebsstrang wird nach Einschalten unter Last beschleunigt.

• Drehmoment kann maximal bis zum Kippmoment (Maximaldrehmoment) (MKipp = 2 ... 3 MN) ansteigen, Antriebsstrang wird dabei weiter beschleunigt.

• Danach fällt das Drehmoment auf Nenndrehmoment ab.

• Antriebsstrang läuft stabil im stationären Betriebspunkt B mit der Nenndrehzahl nN.

• Beiweitere rDrehzahlsteigerung biszur Synchrondrehzahl nS nimmt das Motordrehmoment bis zum Wert 0 ab. 

1. a)  Bei konstanter oder nahezu konstanter Hub-, Reibungs- und Formänderungsarbeit, Lastmoment ML = const., Leistung proportional zur Drehzahl P ~ n

2. b)  Überwindung von Luft- oder Flüssigkeitswiderständen – z.B. bei Lüftern, Gebläsen, Zentrifugen, Rührwerken, Kreiselpumpen und –kompressoren, Windrotoren, Schiffspropellern und Fahrzeugen, Lastmoment ML ~ n2, Leistung P ~ n3

3. c)  Arbeitsmaschinen, die eine konstante Antriebsleistung P erfordern, z. B. Wickelmaschinen mit gleichbleibender Materialzugkraft und –geschwindigkeit, Lastmoment nimmt proportional mit Drehzahl ab, ML ~ 1 / n 

• M.A, n.A und OmegaA sowie M.L, n.L und Omega.L die Drehmomente, Drehzahlen und

  Winkelgeschwindigkeiten der Antriebsmaschine und Arbeitsmaschine 

• Erforderliches Antriebsdrehmoment MA der Antriebsmaschine während des Anfahrens folgt aus Lastdrehmoment ML und Beschleunigungsdrehmoment MB 

Wird die Masse J aus dem Stillstand beschleunigt (0 = 0), so folgt mit einer endlichen Beschleunigungszeit tB = (t1 – t0) 

• Im Nennbetrieb bei Nenndrehzahl lässt sich für drehstarre oder drehelastische Kupplungen das Nenndrehmoment der Kupplung immer durch das Nenndrehmoment der Lastseite oder der Antriebsseite beschreiben: 

1. Anlauf einer drehstarren oder drehelastischen Kupplung unter Last

2. Einmalige kurzzeitige Stöße bei drehstarren oder drehelastischen Kupplungen

3. Drehstarre Kupplungen bei periodisch schwankenden Antriebsmomenten

4. Drehelastische Kupplungen bei periodisch schwankenden Antriebsmomenten 

• BeimAnfahrenwirddemNenndrehmomenteinBeschleunigungsmoment überlagert.

• VereinfachendeAnnahmeeinesstoßfreienBeschleunigungsvorganges.

• BerechnungdesmaximalwirkendenKupplungsmomentsbeischlupffrei

  verbundenen Kupplungshälften:

  siehe Bild

• M.A:Einsetzen des größten zu erreichenden Motor-bzw.Antriebsmoment, zweite Term entfällt wenn kein Lastmoment M.L vorhanden. 

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Ei nAntriebssystem is tzunächst im stationären Betrieb und rotiert mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit , wobei auf der Abtriebsseite das Lastmoment ML und auf der Antriebsseite das Antriebsmoment MA wirken.

Überlagert man dem konstanten Antriebsmoment MA eine periodische Anregung, so werden das maximale Antriebsmoment und somit auch das maximale Kupplungsmoment durch dieses wirkende Wechseldrehmoment MW,wirk der überlagerten Anregung bestimmt: 

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M.LN: Nenndrehmoment der Lastseite (Größtwert des errechneten Lastdrehmomentes der Arbeitsmaschine, aus Leistung und Drehzahl, s.a. Kapitel 1)

S.t: Temperaturfaktor nach Tabelle 13.3

M.KN: Zulässiges Nenndrehmoment der Kupplung nach Herstellerangaben 

• Belastungen von schaltbaren / nicht schaltbaren Kupplungen bei vergleichbaren Randbedingungen im Antriebsstrang nahezu identisch

• Festigkeit der schaltbaren, formschlüssigen Kupplungen allerdings wesentlich durch Gestaltung der Wirkflächenpaare (z.B. Zahngeometrie) festgelegt

• Bei den schaltbaren, reibschlüssigen Kupplungen ist die Wärmebelastung von besonderer Bedeutung