VDI 2241 Blatt 2-1984 Friction clutches and brakes typ related properties criteria for selection examples of calculations.pdf

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1、DK 62-578.22:621.825.5462-592.117(083.132) VDI-RICHTLINIEN September 1984VEREINDEUTSCHERINGENIEURESchaltbare fremdbettigteReibkupplungen und -bremsenSystembezogene Eigenschaften, Auswahlkriterien,BerechnungsbeispieleVDI 2241Blatt 2Frictlon clutches and brakesTyp related properties, criteria for sele

2、ction,examples of caiculationsInhalt SeiteVorbemerkung 21 System- und bauartenbezogene Eigenschaften 21.1 Bauarten im Vergleich 21.2 Reibsysteme und deren Eigenschaften 41.3 Besttigungssysteme und deren Eigenschaften 61.4 bhche Verknpfungen der Bauarten und Systeme 92 Beispiel eines Fragebogens zur

3、Kupplungsauswahl 113 Berechnungsbeispiele 133.1 Prallmhle 133.2 Fahrzeug-Luftkompressor .143.3 Doppelstnder-Exzenterpresse 163.4 Generator im Schiffsnebenantrieb 173.5 Kraftfahrzeug-Hauptkupplung 193.6 Zweigang-Schaltgetriebe einer Werkzeugmaschine 203.7 Vorschubeinrichtung einer Bromaschine 23Schri

4、fttum 25Begriffe, Formelzeichen, Einheiten UmschlagklappeVDK-Gesellschaft Konstruktion und EntwicklungFachbereich KonstruktionAusschu WellenkupplungenVDI-Handbuch KonstruktionPreisgr. 13B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCol

5、lection - Stand 2016-11-2- VDI2241 Blatt 2 Alle Rechte vorbehalten VDi-Verlag GmbH, Dsseldorf 1 984VorbemerkungDie Richtlinie VDI 2241 Schaltbare fremdbettigteReibkupplungen und -bremsen“ stellt eine berarbeitung des 1976 vom Ausschu Wellenkupplungen“ unter der Leitung von Herrn Obering. H.Straub he

6、rausgegebenen Entwurfs dar.Nach Einarbeitung eingegangener Zuschriften undzwischenzeitlich abgeschlossener Untersuchungen,wurde die Richthnie aufgrund des gestiegenen Informationsgehaltes in zwei Bltter unterteilt. Whrendin Blatt 1 Begriffe und Kennwerte definiert, Bauarten beschrieben und neue Bere

7、chnungsmethodenvorgestellt werden, wird mit Blatt 2 Systembezogene Eigenschaften, Auswahlkriterien, Berechnungsbeispiele“ fr den Kupplungsanwender ein Hilfsmittel geschaffen, durch das er im Gesprch mit demKupplungshersteller ber ein besseres Verstndnisund Wissen fr eine Kupplungsauswahl verfgt. Dam

8、it soll fr beide Gesprchspartner eine effektiveZusammenarbeit auf hherem Niveau“ mglichwerden. Die Kenntnis der Richtlinie VDI 2241 Bl. 1,Begriffe, Bauarten, Kennwerte, Berechnungen“wird dabei vorausgesetzt.Die gesamte Richthnienreihe ist das Ergebnis einerGemeinschaftsarbeit des Ausschusses ,Wellen

9、kupplungen“ des Fachbereiches Konstruktion der VDI-Gesellschaft Konstruktion und Entwicklung. DemAusschu, der zunchst von Herrn Professor Dr.-Ing. K. Federn, Technische Universitt Berlin undspter von Herrn Dr.-Ing. J. Duminy, Crailsheim,geleitet wurde, gehren an die Herren :Dipl.-Ing. (FH) E. Bausch

10、, VillingenIng. F. Frohwein, ArnsbergObering. Dipl.-Ing. H. Harmuth, SchweinfurtObering. Ing. (grad.) W. Krte, UnnaDipl.-Ing. K.W. Mombre, WermelskirchenObering. Ing. (grad.) S. Winkelmann, FriedrichshafenDipl.-Ing. K. Wstenberg, Frankfurtund von der VDI-GeschftsstelleDipl.-Ing. Th. Pflug, Dsseldorf

11、Die Arbeiten wurden durch die FachgemeinschaftAntriebstechnik im VDMA und insbesondere durchdie Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V.(FVA) in dankenswerter Weise untersttzt.1 System- und bauartenbezogeneEigenschaften1.1 Bauarten im VergleichDie in der bersicht 1 dargestellten Kupplungsbauarten

12、sollen dem Anwender einen Anhalt berden konstruktiven Aufbau, die Abmessungen unddie thermische Belastbarkeit geben.Bei der Gegenberstellung der Kupplungsbauartenwurde ein Kennmoment von ca. 500 Nm zugrunde gelegt. Die Abmessungen wurden den Katalogen der Hersteller entnommen. Die dargestelltenBauar

13、ten erheben keinen Anspruch auf Vollstndigkeit, bercksichtigen jedoch einen groen Teil derauf dem Markt befindlichen Ausfhrungen.Die Bauarten 1 bis 7 stellen trockenlaufende Kupplungen, die Bauarten 8 bis 10 nalaufende Kupplungen dar. Ihre Funktionsbeschreibungen sind inder Richtlinie VDI 2241 BL 1

14、enthalten.Mit Ausnahme der als Bauart 1 dargestellten Nutzfahrzeugkupplung (ffnende Kupplung), handeltes sich um schlieende Kupplungen).Bei der Auswahl reibschlssig arbeitender Kupplungen mu, neben dem Kennmoment in ersterLinie die zulssige Schaltarbeit bei einmaliger Schaltung Qe) und die zulssige

15、stndliche SchaltarbeitE-) bei sehr hoher Schalthufigkeit bercksichtigt werden.Abmessungen, Volumen, Einbauverhltnisse und dieKhlung der am Reibschlu beteiligten Teile sowiedie zulssige flchenbezogene Belastung des Reibmaterials bestimmen die mgliche Schaltarbeit.Bei den elektromagnetisch bettigten K

16、upplungen istzustzlich die jeweils zulssige Temperatur an derSpule zu bercksichtigen.Fr eine optimale Wahl von Bauart und Gre wirdder Kontakt zum Hersteller empfohlen.Definition siehe VDI 2241 Bl. 1, AbschniU 2.1.2Definition siehe VDI 2241 Bl. 1, Abschnitt 2.5.1Definition siehe VDI 2241 Bl. 1, Absch

17、nitt 2.6.1B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11-4- VDI2241 Blat

18、t 2 Alle Rechte vorbehalten VDI-Verlag GmbH, Dsseldorf 19841.2 Reibsysteme und deren EigenschaftenNach Richtlinie VDI2241, Bl. 1, Seite 9, lt sichein Reibsystem folgendermaen beschreiben :Reibsysteme bestehen aus einer oder mehreren Reibflchen, die z.B. aus axialverschiebbar angeordnetenRingscheiben

19、 gebildet werden und wechselnd mitdem Innen- und Auenmitnehmer formschlssig verbunden sind.Eine Reibflche wird aus zwei Flchen gebildet, diein den meisten Anwendungsfllen aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen und als Reibpaarungbezeichnet werden.Durch Aufbringung einer Normalkraft kann von derR

20、eibflche ein Drehmoment kraftschlssig bertragen werden. Reibsysteme sind grundstzlich in zweiGruppen zu unterscheiden.1.2.1 Nalaufende ReibsystemeVorteile: Geringer V er schleilange Lebensdauerhohe Wrmebelastbarkeit durch lkh-lunghohe zulssige Reibflchenpressung pbis ca. 4 N/mm)Nachteile: Niedrige G

21、leitreibungszahl (/0,12)mehrere Reibflchen (zr ca. 6 bis 20)Restmoment im Leerlauf1.2.2 Troclcenlaufende ReibsystemeVorteile: Hohe Gleitreibungszahl (ji 0,2)geringes Restmomentwenig Reibflchen (zr ca. 1 bis 8)Nachteile: Begrenzte Lebensdauer der Reibbelgeu.U. Verschlei der GegenreibflcheTabelle 1. R

22、eibpaarungenReibpaarungenNalauf Trockenlauf G egen re i b Werkstoff eSinterbronzeSintereisenSinterkeramikStahl, gehrtet oder vergtetStahl, nitriertGG, GS oder GGGPapierbelgeOrganische BelgeMolybdnbeschichtetSinterbronzeSintereisenSinterkeramikOrganische BelgeKorkbelgeStahl, nitriertStahl, ungehrtetX

23、 X (X) X X X (X) X X X X X (X) Stahl, gehrtet oder vergtetX X (X) X (X) X X Stahl, ungehrtetX X X X Stahl, nitriertX (X) X X (X) Stahl, chemisch vernickelt(X) (X) X (X) X X (X) GG (Graugu)(X) (X) (X) (X) (X) GS (Stahlgu)(X) (X) (X) X (X) GGG (Sphrogu)X Cu-LegierungReibflchenausfhrung, siehe Bild 1(X

24、) (X) X X X X X X X X X X X X GlattX X X X X SpiralrillenX X X X X X X X X (X) (X) Radialnuten oder -rillenX X X X X Spiralrillen und Radialnuten oder -rillenX X X WaffelnutungX X X SunburstnutungZeichenerklrung; X=oft / X=weniger hufig / (X)=seltenB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C

25、461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten VDI-Verlag GmbH, Dsseldorf 1984 VDI 2241 Bltt 2Tabelle 2. Merkmale von oft X“ angewendeten ReibpaarungenNalauf Trockenlauf Reibpaarungen Sinter-bronze/StahlSintereisen/StahlPapier/StahlStahl

26、,gehrtet/Stahl,gehrtetSinterbronze/StahlOrganischeBelge/GrauguStahl,nitriert/Stahl,nitriertReibungszahlenGleitreibungszahl 0,05bis 0,100,07bis 0,100,10bis 0,120,05bis 0,080,15bis 0,300,3bis 0,40,3bis 0,4Haftreibungszahl /q 0,12bis 0,140,10bis 0,140,08bis 0,1 00,08bis 0,120,2bis 0,40,3bis 0,50,4bis 0

27、,6Verhltnis /yUo 1,4bis 21,2bis 1,50,8bis 11,4bis 1,61,25bis 1 .61,0bis 1,31,2bis 1 ,5Technische Daten(Richtwerte*)max. Gleitgeschwindigkeit m/s 40 20 30 20 25 40 25max. Reibflchenpressung Pr N/mm 4 4 2 0,5 2 1 0,5zulssige flchenbezogene Schaltarbeitbei einmaliger Schaltung J/mm1bis 20,5bis 10,8bis

28、1,50,3bis 0,51bis 1,52bis 40,5bis 1zulssige flchenbezogene ReibleistungW/mm(vgl. VDI 2241 Bl. 1, Abschnitt 3.2.2)1,5bis 2,50,7bis 1,21bis 20,4bis 0,81,5bis 2,03bis 61bis 2flchenbezogener Khllstrom mm s 0,1bis 2 0,1bisi 0,1bis 2 0,1bis 0,5a5“03c/) Eunlegierte und schwachlegierte le X X X Xstarklegier

29、te le - X X X*) Diese Richtwerte sind stark voneinander abhngig und knnen je nach Einsatzbedingungen erheblich berschritten, jedoch auchunterschritten werden1.2.3 ReibpaarungenDie gebruchlichen Reibpaarungen sind in T ab eile 1 zusammengestellt. Die Merkmale von oftX“ angewendeten Reibpaarungen unte

30、r bhchenBedingungen sind in Tabelle 2 aufgefhrt.1.2.4 ReibfichenausfhrungNalauf: Die Reibflchengestaltung von nalaufenden Lamellenpaarungen trgtdem jeweihgen Einsatzfall, der Bauart,der thermischen Belastung und denFertigungsmglichkeiten Rechnung .Drehmomentaufbau, Hhe der Reibungszahl, ldurchsatzve

31、rmgen undLeerlaufverhalten knnen sehr starkdurch die Reibflchenausbildung (Nuten und Rillen, siehe Bild 1), durchdie gegebenenfalls angewendete Lamellen wellung und durch das verwendete Khll beeinflut werden. Fr jeden spezifischen Einsatzfall sollte dieReibpaarung vom Kupplungshersteller aufgrund vo

32、rliegender Erfahrungenfestgelegt werden. Bild 1. Beispiele fr ReibflchenausfhrungenB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11-6- VDI 2241 Blatt 2 Alle Rechte vorbehalten VDI-Verlag GmbH, Dsseldorf 1984Troc

33、kenlauf: Bei Reibpaarungen fr Trockenlaufsind die Reibflchen berwiegendglatt. Radialnuten und Unterbrechungen im Reibbelag dienen vorwiegendzur Abfhrung des Abriebes, wenigerzur Khlung. Drehmomentaufbauund Hhe der Reibungszahl sind hierbei durch die Reibpaarung bestimmt.1.3 Bettigungssystemeund dere

34、n EigenschaftenNach Blatt 1 dieser Richtlinienreihe bedeutet der Begriff Bettigen Erzeugen oder Aufheben einer Anprekraft“.Die bei Reibkupplungen blichen Bettigungssysteme sind danach in zwei Gruppen zu unterteilen :1.3.1 Bettigungssysteme,weiche eine Anprelcraft erzeugenHierzu gehren druckmittelbet

35、tigte sowie mechanisch und elektromagnetisch arbeitende Systeme. Siebilden die grere Gruppe. Nach dem Einschaltendes Bettigungssystems schliet die Kupplung undbertrgt ein Drehmoment. Nach dem Ausschaltendes Bettigungssystems ffnet die Kupplung undunterbricht die Drehmomentbertragung.1.3.2 Bettigungs

36、systeme,welche eine Anprekraft aufhebenDazu zhlen Federdruck- und Permanentmagnet-Systeme. Nach dem Einschalten des Bettigungssystems ffnet die Kupplung, die Drehmomentbertragung wird unterbrochen. Nach dem Ausschalten desBettigungssystems schliet die Kupplung und bertrgt ein Drehmoment. Diese Grupp

37、e wird hufigunter dem Gesichtspunkt der Sicherheitsfunktion gem den Unfallverhtungsvorschriften gewhlt,oder falls die Kupplung berwiegend geschlossen ist.Beispiele fr die schematische Darstellung vonKupplungen mit unterschiedlichen Bettigungssystemen sind in Bild 2 bis 8 dargestellt. Bei den zugehri

38、gen Schalteinrichtungen Speicher, Ventile, Aufbereitungseinheiten, Transformatoren, Gleichrichter, Schnellschaltgerte usw. gibt es derart vieleMglichkeiten, so da hier nur einige grundstzlicheAusfhrungen gezeigt sind.Die Auswahl der Schalteinrichtungen hngt in starkem Mae von den an die Kupplung ges

39、tellten Anforderungen ab. Durch entsprechende Auswahl kannu.a. die Steilheit des Drehmomentanstiegs oder -abfalls, die Drehmomenthhe sowie die Ein- oder Ausschaltzeit gezielt beeinflut werden.3/2 Wegeventil mitelel0 CO0CO 00 Oi_ *0 ,4_,OJZ -2? I 3Q to Ui 3 C PN D a52 S ca f uS S i2C/)-Dg SO)Q)C lLU

40、NO)c“2 D 00 u0 0 cc 01 T3 Ui c0 COE :00C c 0) 0 C1 CO c 0COE E0c0CO0 0- 0CO0 co CO 0QTJ LL.E0)wcn +-(/) roO) !:= Q Q- S E .E 2(D C O 03 W CO “c x:E oa5 D-G OCD CCO Q)N )0) 0)C )rS w_a) O X6 i- 2.o -Qj CO0) -gCO E f.=0 CO= Ej/) o CO pS!li s)c- c d ) 5 -S = SXI w a CO c F . Q |jU, - 0 3 .S 5 = c 5 -Q

41、5? Q ? 1 C 0)c i “?c -Q E w 9 “03 0I - 0 0 Q O 51152 - Z LU,- P _ 0 DQ T3 T3C/) CO0 UCO c0 ) 5=o c iloa . g COQ. Ew 05? “52 )0 c3Sl-gCOD 0)N )0) 0i?o j;m XCO Ui0 0 cG COG) C0ECD 0CO 3 0CO c“c CO CO 2 G)0 0 COJD Ui CO 2. ECO c E01-CO g cGc s:0 CO 0c3 CO 0_coG COUi _0 CZJ E0 l0 S103Q_00-COcCOn0aCO3Q.C

42、Oco0Gi I3 o: SJIa E - - i2 :C0 ._g E 0N 0)C .s c2 c/) )C3) (/) *0100i X! - “CO i_ Q. c 3.2 ro 2o cb i z, J5 Q. 0Q CO 0.5 ta:C0 -Qn =35 s- G5S J-c aO Q. =ECOCO2 c2 =0 0)Q. Wc cU_ 0c92 CON _coS LU _c5 0.:c “ 90 0)+:;) C COc 3 c 3 0 C CO x:3 D-z zO) G)C C )D D CO) C 3O)D 0 3“ “OO2 -0 0 DQ3 E o “O O)S0

43、5CO CO I0 c._ c 0=S roc50 cD -03 0 c_: :3 1=CO 4; co o“ oSl o =3 030 - 0Q. Q c ):C0 -3 =2CO 0C CO0 irCG 0) CO 032 03 -Q +-2 CO= C0 (O X CO COc0COE052 “ti. cQUi“O:C0 C0 =3 C“05 0 O)E JII-o0E0COCO=tCNI CDCNI T-C00 !=CO!dCONnCOO) _92 Q.CO MC C 3CO 0 N0 i?C CO.E UiQ EO) P CO:C0 30 2 0 Ui332 23 “E CO3Ui=

44、s UioEO 0 o0 oO JCCO C0 CO“ Vr.3 e2 0E LU CO 0 O COB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten VDI-Verlag GmbH, Dsseldorf 1984 VDI 2241 Blatt 2 -9-Kupplungsscheibe AnpreplatteBild 8.

45、Kraftfahrzeug-Membranfeder-Kupplung zum ffnen,mechanisch bettigtZu beachten ist, da bei der Wahl einer Kupplungmit einem bestimmten Bettigungssystem Anwendungsgrenzen festgelegt werden. Einige Systeme eignen sich mehr fr den Kupplungseinsatz im Nalauf(Getriebe), andere wieder mehr fr den Trockenlauf

46、.Bestimmte Systeme ergeben hohe Drehmomente beikleinem Bauvolumen oder besonders kurze Schaltzeiten. Wichtig ist auch die Frage nach der vorhandenen Energieversorgung z.B. Strom, Druckluft,Druckl.Nhere charakteristische Hinweise sowie Eigenschaften der verschiedenen Systeme sind in Tabelle 3 zusamme

47、ngefat.1.4 bliche Verknpfungender Bauarten und SystemeDurch Kombination der im Abschnitt 1.1. angefhrten Bauarten mit den verschiedenen in Abschnitt 1.2und 1.3 beschriebenen Reib- bzw. Bettigungssystemen ergibt sich, rein theoretisch, eine groe Anzahlvon mglichen Kupplungs- und Bremsen Varianten.In

48、der Praxis haben sich jedoch aus technisch-wirt-schafthchen Grnden nur einige davon durchgesetzt.In Tabelle 4 sind in Form einer Matrix die blichenSystemverknpfungen bei schaltbaren fremdbettigten Reibkupplungen und -bremsen dargestellt.Bei der Kraftfahrzeug-Hauptkupplung berwiegtimmer noch die rein mechanische Bettigung.Die Einflchenkupplung kann nur mit einer trock