Aufbau und Funktionsweise von Kupplungen,
insbesondere bei der Anwendung im Direktschaltgetriebe von VW

Seminararbeit

Vorgelegt am Industrieseminar der Universität Mannheim

von Carl Christian Stein

am 24.10.2005

Inhaltsverzeichnis

Inhaltverzeichnis   I

1. Die Aufgabe von Kupplungen im Maschinenbau  1
1.1. Nicht schaltbare Kupplungen  2
1.1.1. Starre Kupplungen  2
1.1.2. Drehstarre Ausgleichskupplungen  3
1.1.3. Drehnachgiebige Ausgleichskupplungen  3
1.2. Schaltbare Kupplungen  4
1.2.1. Fremdbetätigte Kupplungen  4
1.2.2. Selbstschaltende Kupplungen  6

2. Kupplungen im Automobilbau  6
2.1. Reibungskupplung  7
2.2. Drehmomente der Reibungskupplung  7
2.3. Auslegung der Reibungskupplung anhand eines Schaltvorganges  8

3. Doppelkupplungssystem im Direktschaltgetriebe von VW  11
3.1. Funktionsweise der Doppelkupplung  11
3.2. Drehmomentübertragung  12
3.3. Direktschaltgetriebe bei VW 13

4. Zukunft der Doppelkupplungssysteme  13

Anhang
A. Physikalische Größen  14

Literaturverzeichnis  15

In der vorliegenden Arbeit werden zunächst allgemein Funktionsweise und Aufgabe der Kupplung beleuchtet. In der sich eine Darstellung der existierenden Bauarten und Einsatzgebiete einreiht. Sich anschließend wird mit dem Einsatz von Kupplungen im Automobilbau ein Schwerpunkt der Arbeit behandelt. Es werden die vorherrschenden Typen ausführlich beschrieben und die Auslegung einer Reibungskupplung analytisch veranschaulicht. Im Anschluss folgt eine Beschreibung des Direktschaltgetriebes von VW und in diesem Rahmen eine eingehende Darstellung der Funktionsweise der Doppelkupplung. Abschließend erörtert die Arbeit zukünftige Marktchancen des Systems.

1. Die Aufgabe von Kupplung im Maschinenbau

Kupplungen dienen der Übertragung von Drehmomenten und Drehbewegungen zwischen zwei Wellen. So ist im typischen Fall eines Antriebsstranges die Kupplung mit dem Getriebe das Glied zwischen Antriebs- und Arbeitsmaschine (im Beispiel ein Kraftfahrzeuges zwischen Motor und den Rädern). Kupplungen erfüllen dabei nicht die Aufgabe der Energiewandlung (im Gegensatz zum Getriebe) und weisen im stationären Zustand gleiche Drehmomente im Eingang und Ausgang auf¹. Darüber hinaus werden Kupplungen auch als Begrenzung, zum Ausgleich von Verlagerungen und zum Schalten des Drehmomentes eingesetzt². Roloff & Matek³ unterscheiden drei Funktionen von Kupplungen.

Leitungsfunktion

Die Drehmomentübertragung findet durch Form- oder Kraftschluss an einer oder mehreren Wirkflächen statt. Formschluss wird baulich bedingt erreicht (Klauenkupplung , Zahnkupplungen) während kraftschlüssige Übertragung durch Druck- oder Reibungskräfte erreicht werden kann. Der Zusammenschluss wird einzig über die wirkende Kraft gewährleistet. 

Ausgleichfunktion

Ausgleichskupplungen werden eingesetzt, um einen möglichen Versatz zwischen zwei Wellen aufzuheben. Wellenverlagerungen und Fluchtungsfehler, resultierend aus Montagefehlern, elastischer und thermischer Verformung, sowie Stöße und Schwingungen können so zum Teil ausgeglichen bzw. abgemildert werden. Der Versatz kann dabei in axiale, radialer, winklig oder in drehgerichteter Form auftreten. Zusätzlich können auch Elastische Bauteile (Elastomere und Federn) als Übertragungselemente verwendet werden. Diese fungieren als Energiespeicher und verleihen der Kupplung dämpfende Eigenschaften.

Schaltfunktion

Durch das Schalten einer Kupplung wird es ermöglicht den Antriebsstrang, entweder durch ein äußeres Signal (fremdbetätigt) oder durch selbstschaltende Elemente innerhalb der Kupplung zu unterbrechen bzw. wiederherzustellen. Dabei ist zu unterscheiden, ob eine Kupplung trennbar (nur Trennung ist jederzeit möglich) oder auch schaltbar (Trennung und Verbindung auch bei unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeiten) ist.

Im Folgenden wird ein Überblick über die verschiedenen Typen von Kupplungen und deren systematischen Einteilung anhand der VDI Richtlinie 2240 gegeben. Primär lassen sich Kupplungen nach der jeweiligen Bauart und deren Aufgaben in schaltbare und nicht schaltbare Kupplungen unterscheiden. Einen schematische Einteilung gibt Abbildung 1⁴:

Abbildung 1: Einteilung der Kupplungen nach VDI Richtlinie 2240

[...]

1.1. Nicht schaltbare Kupplungen

1.1.1. Starre Kupplungen

Drehstarre Kupplungen erfüllen die alleinige Funktion der Drehmomentübertragung , allerdings bei höchsten Drehmomenten und Drehzahlen. Sie werden aufgrund ihrer Wartungsfreiheit und Kosteneffizienz in einfachen Antrieben eingesetzt. Starre Kupplungen weisen keinerlei Nachgiebigkeit und müssen die zu verbindenden Wellen genau fluchten. Mit ihnen werden vorwiegend lange durchgehende Wellenstränge miteinander verbunden. 

[....]

1 Vgl. Dietz, P., Kupplungen und Bremsen, in: Beitz, Wolfgang. und Grote, Karl-Heinrich (Hrsg.): Dubbel Taschenbuch für den Maschinenbau, Berlin/Heidelberg/New York, 2001 S. G64

2 Vgl. Freund, Hermann: Konstruktionselemente Band 2: Lage, Kupplungen, Getriebe, Mannheim/Leipzig/Wien/Zürich 1992, Seite 70 ff.

3 Vgl. Roloff, Hermann & Matek, Wilhelm (Verf.): Maschinenelemente, Normung, Berechnung und Gestaltung, Braunschweig 2003, S. 385.

4 Vgl. VDI-Richtlinie 2240: Wellenkupplungen. Systematische Einteilung nach ihren Eigenschaften (VDIHandbuch Konstruktion). Düsseldorf: VDI-Verlag 1971.