Kupplung: Die Verbindung von Motor und Getriebe

Kupplung: Die Verbindung von Motor und Getriebe

 

Verbrennungsmotoren benötigen eine bestimmte Mindestdrehzahl (Leerlauf), bevor sie von selbst laufen und eine zum Antrieb des Fahrzeugs genügend große Leistung abgeben können. Bis diese Drehzahl erreicht ist, muss der Motor mithilfe der Kupplung vom Getriebe getrennt werden. Die Kupplung hat zwei Aufgaben: Beim Anfahren muss sie die stillstehende Getriebeeingangswelle kontinuierlich auf die Drehzahl der Motorwelle bringen und bei Zahnradgetrieben ist sie außerdem zum Schalten der einzelnen Gänge notwendig, da sich derartige Getriebe nur bei Trennung des Motors vom Getriebe schalten lassen. In modernen Fahrzeugen werden fast ausschließlich Reibungskupplungen oder hydrodynamische Kupplungen verwendet.

 

 Reibungskupplung

 

Bei der gebräuchlichsten Kupplung wird die Verbindung zwischen Motorwelle und Getriebeeingangswelle durch Reibung einer oder mehrerer Scheiben aufeinander hergestellt. Dazu besteht die Kupplung aus einer Kupplungsscheibe, die zwischen der Schwungscheibe des Motors und der Kupplungsdruckplatte angeordnet ist und auf die beiderseits Beläge genietet oder geklebt sind, einer Membranfeder (Tellerfeder) und dem Ausrücker. Beim Treten des Kupplungspedals drückt der Ausrücker gegen die Membranfeder. Die Druckplatte wird dabei entgegen der Federkraft von der Kupplungsscheibe weggedrückt, wodurch die Kupplungsscheibe freikommt. Die Verbindung zwischen Motor und Getriebe ist unterbrochen.

 

Die übertragbaren Drehmomente hängen von der Fläche und vom Durchmesser der Kupplungsscheibe sowie von der Federkraft der Membranfeder ab. Für große Drehmomente werden daher auch Mehrscheibenkupplungen eingesetzt. Die Kupplungsscheibe unterliegt vor allem beim Anfahren durch »Schleifen« der Abnutzung und erwärmt sich durch den Reibungsvorgang. Sie werden daher aus hitzebeständigem Material mit einer Metalleinlage, die für eine verbesserte Wärmeabfuhr sorgt, hergestellt.

 

 Hydrodynamische Kupplung

 

Lässt man das Fußpedal bei einer Reibungskupplung zu schnell »kommen«, setzt sich das Fahrzeug mit einem Ruck in Bewegung. Ein völlig ruckfreies Anfahren bei gleichzeitig fast verschleißfreier Kraftübertragung ermöglicht dagegen die hydrodynamische Kupplung, auch Föttinger- oder Strömungskupplung genannt, bei der ein von der Motorwelle erzeugter Flüssigkeitsstrom dazu benutzt wird, die Abtriebswelle mitzunehmen und auf die gleiche Drehzahl wie die Antriebswelle zu bringen. Der Motor treibt das Pumpenrad an, das in einem geschlossenen Flüssigkeitskreislauf Öl zum Turbinenrad fördert, in dessen Schaufelrad die Strömungsenergie in eine Drehbewegung umgewandelt wird. Dadurch kann an der Antriebswelle Drehenergie abgenommen werden.

 

Die Schaufelräder des Pumpen- und Antriebsrades sitzen in einem gemeinsamen Gehäuse, wobei jedes der beiden Räder einen Halbringraum mit radial verlaufenden Schaufeln besitzt, die spiegelbildlich zueinander angeordnet sind. Beide Räder sind nur durch einen engen Spalt getrennt. Die Schaufeln sind mit einer Flüssigkeit, meist Öl, gefüllt, das zur Aufrechterhaltung der Kupplungsfunktion nicht schäumen darf und unabhängig von der Betriebstemperatur eine möglichst gleichbleibende Viskosität (Zähigkeit) aufweisen sollte.

 

Die beiden Schaufelräder beim Anfahren: In dem vom Motor angetriebenen Pumpenrad wird das zwischen seinen Schaufeln befindliche Öl in Drehung versetzt. Die dadurch am Öl wirkende Fliehkraft schiebt das Öl an den äußeren Rand des Pumpenrades, von wo aus es dann von außen in das sich noch in Ruhe befindliche Turbinenrad eindringt. Gleichzeitig wird in Achsnähe aus dem Turbinenrad Öl in das Pumpenrad gesaugt (Strömungskreislauf). Neben der Fliehkraft erhält das Öl durch die Mitnahme im Pumpenrad eine weitere, in Drehrichtung der Antriebswelle wirkende Geschwindigkeit. Dadurch entsteht beim Übertritt des Öls in das Turbinenrad eine Kraft in Drehrichtung des Pumpenrades, die das Turbinenrad allmählich mitnimmt (ruckfreies Anfahren).

 

Solange die Drehzahl des Pumpenrades größer ist als die des Turbinenrades, ist auch die Fliehkraft im Pumpenrad größer als im Turbinenrad, und die Strömungsrichtung bleibt erhalten. Je stärker der Flüssigkeitsstrom in beiden Rädern ist, desto größer ist auch die Rückwirkung des einen auf das andere Rad bzw. das übertragbare Drehmoment: Bei gleicher Drehzahl von Turbinen- und Pumpenrad kommt der Flüssigkeitsstrom zum Stillstand und beide Räder sind hydraulisch gekoppelt. Während einer Bergabfahrt und/oder bei weggenommenem Gas kehrt sich die Wirkung der beiden Räder um. Das Turbinenrad wird zum Pumpenrad und umgekehrt. Dies erlaubt ein Abbremsen des Motors über die Kupplung, ohne dass der Motor ausgeht.