Elastische Kupplung
Eine drehelastische Kupplung sitzt am Schwungrad des Motors und nimmt Drehmomentstöße und Fluchtungsfehler auf, die eine starre Kupplung nicht bewältigen kann. Ihre Werte für Steifigkeit und Dämpfung gehen unmittelbar in die Drehschwingungsrechnung des Wellenstrangs ein, und eine verschlissene Kupplung kann die Resonanz lautlos in den normalen Betriebsbereich verschieben.
Typische Modelle.
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Was man an einem Elastische Kupplung prüft.
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Was eine elastische Kupplung abhebt
Eine drehelastische Kupplung sitzt zwischen dem Motor und dem übrigen Wellenstrang, üblich unmittelbar am Schwungrad des Motors oder zwischen Motor und Getriebe, und ihre Aufgabe ist es, Drehschwingungen und Winkelfluchtungsfehler aufzunehmen und nicht bloß Drehmoment zu übertragen. Eine starre Flanschkupplung setzt dagegen voraus, dass die beiden von ihr verbundenen Wellen bereits nahezu vollkommen fluchten und drehschwingungstechnisch zueinander passen; sie taugt weiter unten in einem Wellenstrang zwischen zwei bereits elastischen Abschnitten, lässt sich aber nicht unmittelbar an der Kurbelwelle eines Dieselmotors einsetzen, wo die Drehmomentstöße jeder zündenden Zylinderfüllung sonst geradewegs in Getriebe und Propellerwelle gelangen würden. Die Gummi- oder Stahllamellenelemente der elastischen Kupplung verdrehen sich unter jedem Drehmomentstoß leicht und dämpfen ihn, und das ist es, was die Drehschwingungseigenfrequenzen des Wellenstrangs vom normalen Drehzahlbereich des Motors fernhält.
Legende
- Kupplungsschrauben
- Abtriebswelle zum Getriebe
- Antriebsflansch
- Elastisches Element (Elastomerblöcke)
- Abtriebsflansch
- Von der Kurbelwelle
- Schwungrad des Motors
Hauptkomponenten
Elastisches Element
Kupplungen mit Gummiblöcken oder Gummibuchsen nutzen vorgespannte Gummielemente zwischen Metallsegmenten, um sowohl Drehelastizität als auch über die innere Reibung eine gewisse Schwingungsdämpfung zu geben. Stahllamellenkupplungen nutzen stattdessen dünne, sich biegende Stahlscheiben, was hohe Drehmomentfähigkeit und keinen alternden Gummi gibt, um den Preis einer geringeren Eigendämpfung.
Nabenflansche und Verschraubung
Zwei Nabenflansche, einer auf Motorschwungrad oder Abtriebswelle gekeilt oder aufgeschrumpft und einer auf der getriebenen Welle, fassen die elastischen Elemente zwischen sich und werden mit Passschrauben zusammengehalten, die auf einen vorgegebenen Wert angezogen sind; die richtige Schraubenspannung hält die Verbindung davon ab, sich unter wechselndem Drehmoment zu lösen.
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Drehmomentbegrenzer oder Scherstift
Manche Kupplungen enthalten ein bewusst schwächeres Glied, einen Scherstift oder einen Reibrutschabschnitt, das versagen oder rutschen soll, bevor ein Überlastereignis wie ein blockierter Propeller Motor oder Getriebe beschädigt.
Auswahl und Auslegung
Die Kupplungswahl richtet sich nach dem Drehschwingungsverhalten des Wellenstrangs und nicht bloß nach der Drehmomentfähigkeit:
- Nenn- und Spitzendrehmoment mit Reserve für die Dauerhöchstleistung des Motors zuzüglich vorübergehender Lasten
- Drehsteifigkeit und Dämpfung, denn diese Werte gehen unmittelbar in die Drehschwingungsrechnung des Schiffs ein und bestimmen, ob ein Sperrdrehzahlbereich nötig wird
- Zulässiger Fluchtungsfehler, winklig, radial und axial, abgestimmt auf die am Motorfundament wirklich erreichbaren Einbautoleranzen
Vorschriften und Klasse
Die Klassifikationsgesellschaften verlangen vor der Zulassung der Kupplung eine Drehschwingungsuntersuchung des vollständigen Wellenstrangs von der Motorkurbelwelle bis zum Propeller, und die Steifigkeits- und Dämpfungsdaten des Kupplungsherstellers sind eine unmittelbare Eingangsgröße dieser Rechnung. Zeigt die Untersuchung eine Resonanz im normalen Betriebsbereich, legt die Klasse einen Sperrdrehzahlbereich fest, den der Motor rasch durchfahren muss, statt darin dauernd zu laufen, und die Kupplung gehört bei jeder Untersuchung des Wellenstrangs zum Besichtigungsumfang.
Typische Fehler
- Gummielemente, die durch Ölverunreinigung oder anhaltende Überhitzung verhärten und reißen, was die Drehsteifigkeit der Kupplung allmählich verschiebt und den Resonanzpunkt verlagert
- Schrauben, die sich unter wechselnder Last lösen, wenn sie beim Einbau nicht richtig angezogen oder gesichert wurden, was zu Reibkorrosion und schließlich zum Versagen führt
- Unbemerkter Fluchtungsfehler durch ein sich setzendes Motorfundament, der sich als ungleicher Verschleiß über die elastischen Elemente zeigt
- Falsche Steifigkeitswahl in der Neubauphase, die einen Sperrdrehzahlbereich innerhalb der üblichen Dienstgeschwindigkeit des Schiffs erzeugt
Worauf es beim Lieferanten ankommt
- Vollständige Daten zu Drehsteifigkeit und Dämpfung für genau diese Kupplungsgröße, geliefert in dem Format, das die Klassifikationsgesellschaften für die Schwingungsrechnung verlangen
- Eine Gummimischung, eingestuft für die erwartete Maschinenraumtemperatur und eine etwaige Belastung durch Ölnebel
- Die Verfügbarkeit der elastischen Elemente als eigenes Ersatzteil, damit für einen üblichen Elementwechsel nicht die ganze Kupplung getauscht werden muss
- Erfahrung mit vergleichbaren Kombinationen aus Motor und Getriebe, denn das Drehschwingungsverhalten hängt von der einzelnen Anlage ab
Eine Kupplung, die von außen unauffällig aussieht, kann in der Drehsteifigkeit schon nachgelassen haben; wandern die Betriebsdrehzahlen in einen Bereich, der früher gesperrt war, das als Problem des Wellenstrangs behandeln und nicht als Reglerproblem.
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