Technik-ABC: Q wie Q-Plung
Für das Q mussten wir die Lautsprache zu Hilfe nehmen … Q-Plung oder richtig Kupplung. Nach Getriebe, Motor und Kette / Kardan komplementieren wir mit der Kupplung den Antriebsstrang. Sie ist für den variablen Kraftschluss zuständig.
Im Verlauf dieser Technik-Serie wurde mir irgendwann bewusst, dass gegen Ende des ABC ein paar knifflige Buchstaben auf mich zukommen würden. Das Q trifft mich mit voller Härte. Naja, so schlimm nun auch wieder nicht, fällt mir doch da der Trick mit der Lautsprache ein, und schon ist das diesmalige Thema gefunden: die Q-Plung. Jeder benutzt sie wohl zigtausendmal, ohne sich nur im Geringsten darüber im Klaren zu sein, welch wichtige Rolle die Kupplung denn so für unser zweirädriges Vorwärtskommen spielt und welch stressigen Job sie da in der Regel vor unser aller Augen verborgen verrichten muss. Doch Kupplung ist nicht gleich Kupplung! Grob gesagt, dient jede Art von Kupplung dazu, zwei Wellen miteinander zu verbinden, um ein Drehmoment zu übertragen. Es gibt starre, elastische, bewegliche und lösbare Kupplungen, darüber hinaus gibt es die form- und die kraftschlüssigen Typen. Im Motorrad finden nur lösbare und kraftschlüssige Kupplungen Verwendung, also zumindest in dem Zusammenhang, den man sich so landläufig unter der Kupplung vorstellt.
Kraftschlüssig
Während formschlüssig bedeutet, dass zwei Bauteile derart ineinander gefügt sind, dass die Kraft allein durch die Formgebung (z. B. Zahnräder) gegeben ist, versteht man unter einer kraftschlüssigen Verbindung, dass die Kraft allein über die Reibung zwischen treibender und angetriebener Hälfte übertragen wird, so wie etwa bei einem Keilriemenantrieb – das formschlüssige Pendant dazu wäre der Zahnriemen. Ohne Kupplung wäre Anfahren aus dem Stand nicht möglich, das Gangwechseln problematisch und Anhalten, ohne den Motor abzuwürgen, auch kaum machbar.Schon früh war den Konstrukteuren klar, dass eine lösbare Verbindung zwischen Kurbelwelle und Getriebeeingangswelle her muss. Und am besten noch eine, die nicht schlagartig eingreift, sondern einen veränderlichen Schlupf, also damit eine Dosiermöglichkeit des Drehmoments zulässt und so ein sanftes Anfahren ermöglicht.
Material und Design
Lösungen wurden bald gefunden, anfangs wurde aber noch mit Formgebung und Material experimentiert, man denke an Lederbeläge und Reibräder oder Konuskupplungen. Doch die bis heute gängigen Bauarten und die passenden Materialien wurden bald gefunden. Heutzutage unterscheiden wir zwischen Ein- und Mehrscheibenkupplungen sowie Trockenkupplungen und Nasskupplungen, also Kupplungen, die im Ölbad laufen – die Nasskupplung ist am weitesten verbreitet.
Einscheibenkupplung
Das Prinzip einer Einscheiben (Trocken)-Kupplung liegt auf der Hand, zwischen der Schwungscheibe und der Mitnehmerscheibe (beide sind mit der Kurbelwelle verbunden) sitzt die per Verzahnung verschiebbare, mit der Getriebeeingangswelle verbundene Kupplungsscheibe, oft auch Reibscheibe genannt. Bei nicht betätigter, voll gelöster Kupplung drücken Federn die Mitnehmerscheibe einerseits gegen die Kupplungsscheibe und diese gegen die Schwungscheibe. Sie wird eingeklemmt und es herrscht Haftreibung vor, das heisst, wir haben keinen Schlupf und somit quasi einen starren Durchtrieb. Die Kurbelwellendrehzahl entspricht der Getriebeeingangswellendrehzahl.So weit so gut, das hätten wir ja auch ohne Kupplung geschafft. Betätigt man aber den Kupplungshebel, wird unsere Handkraft auf den Kupplungsausrückhebel übertagen, der über das Ausrücklager auf die Mitnehmerscheibe drückt, woraufhin diese gegen die Federkraft etwas weggedrückt oder abgehoben wird und damit beidseitig der Kupplungsscheibe ein kleiner Luftspalt entsteht – der Kraftfluss zwischen Motor und Getriebe wird zu 100 % unterbrochen, und wir können bei eingelegtem Gang stillstehen.
Grössenproblem
Die Einscheibenkupplung wird mehrheitlich bei Autos, eher selten bei Töff verwendet. Sie bedarf zwar verhältnismässig wenig Baulänge und kann zu 100 % trennen, der Durchmesser muss wegen der lediglich zwei Reibflächenpaare aber relativ gross sein. Das bedeutet einen erhöhten Platzbedarf, der bei einem quer eingebauten Vierzylinder nicht gegeben ist. Die Bauart bietet sich für Töff mit längs eingebauten Motoren und Kardanantrieb an, wie bei den BMW-Boxern oder dem V2 der Moto Guzzi. Durch die Bauweise und den grossen Durchmesser fällt aber die Schwungmasse hoch aus. Das ist gut für den Rundlauf, stellt sich aber schnellem Hochdrehen und dem Drehzahlabbau störend entgegen.
Mehrscheiben-Nasskupplung
Wie der Name schon vermuten lässt, kommen bei der Mehrscheibenkupplung mehrere in Reihe angeordnete Scheiben zum Einsatz: Auf der Getriebeeingangswelle ist der runde Kupplungskorb gelagert, der mit der offenen Seite nach aussen zeigt und in dessen Boden das Lager sitzt. Er wird über eine Verzahnung auf der Aussenseite von der Kurbelwelle angetrieben. Innerhalb dieses Kupplungskorbs befindet sich die Kupplungsnabe, welche per Verzahnung mit der Getriebeeingangswelle formschlüssig (!) verbunden ist und ihrerseits aussen eine Verzahnung aufweist.Von den Kupplungsscheiben gibt es prinzipiell zwei Sorten: Solche, die mit Belägen versehen per Aussenverzahnung mit dem Kupplungskorb in Verbindung stehen und somit von der Kurbelwelle angetrieben werden, und andere, die Reibscheiben, die per Innenverzahnung mit der Kupplungsnabe verbunden sind und dadurch ihrerseits die Getriebeeingangswelle antreiben. Von jeder Sorte sind es um die 8 Stück, die abwechselnd aufeinandergestapelt das Kupplungspaket bilden.
Druck muss Sein
Ein Bauteil fehlt noch, die Druckplatte. Diese wird von aussen als Letztes auf das Kupplungspaket gesetzt und auf der Kupplungsnabe festgeschraubt. Sie drückt in der Regel mittels 4 bis 6 Spiralfedern die einzelnen Scheiben des Kupplungspakets zusammen, sodass ein Kraftschluss entsteht und Eingangswelle und Kupplungskorb gleich schnell drehen. Betätigen wir die Kupplung, wird die Druckplatte gegen die Federkraft etwas abgehoben, wodurch die einzelnen Scheiben nicht mehr gegeneinander gepresst werden und kein Kraftschluss mehr besteht.
Unterschiede in der Funktion
Im Gegensatz zur Einscheibenkupplung wird bei der Mehrscheibenkupplung die Kraftübertragung nicht zu 100 % unterbrochen. Der maximale Hub des Ausrücksystems ist begrenzt, mehr als 8 bis 9 mm sind es in der Regel nicht, was pro Scheibenpaarung lediglich 0,5 mm ergibt. Erschwerend kommt hinzu, dass unter Umständen manche Scheibenpaare etwas aneinander kleben bleiben und so ungewollt ein gewisses Drehmoment übertragen. Besonders ausgeprägt ist dies bei der bei Motorrädern mehrheitlich verwendeten Mehrscheibenkupplung im Ölbad. Hier tritt ein sogenanntes Schleppmoment als unerwünschter Effekt auf. Das bedeutet, dass zwischen den Scheiben anhaftendes Öl ein gewisses Mass an Drehmoment überträgt und die Kupplung nicht voll trennt. Besonders, wenn der Motor kalt und das Motoröl noch dick und zäh ist, kracht es beim Einlegen des ersten Gangs recht furchtbar, sodass umstehende Passanten an unserem Fahrkönnen zweifeln. Das kalte, dickflüssigere Öl verstärkt das Schleppmoment zusätzlich, ausserdem kleben manche Lamellen einfach zusammen. Oft lässt sich in solchen Situationen auch der Leerlauf schlecht einlegen.
Der Trick 77
Vor dem erstmaligen Einlegen des ersten Gangs empfiehlt es sich, die Kupplung mehrmals zu ziehen und gleichzeitig kleine Gasstösse zu geben, damit sich das Lamellenpaket lösen kann. Grundvoraussetzung ist natürlich, dass das Kupplungsspiel nicht zu gross ist. Denn mit der Verringerung des Abstands zwischen Lenker und Hebel kann auch der Ausrückmechanismus nicht den vollen Weg machen und die Scheiben können sich noch weniger voneinander abheben.
Kupplung im Ölbad?
Warum läuft die Kupplung denn meist im Öl, wo doch Öl als Schmiermittel geschätzt wird, während Kupplungen auf Reibung setzen? Die kompakte Bauart ist die Folge der Idee, Kurbelwellen quer im Fahrgestell anzuordnen. So können die Kurbelwelle und beide Getriebewellen hintereinander angeordnet werden. Meistens erfolgt dann der Endantrieb über eine Kette, man kann sich also teure, schwere und in Sachen Wirkungsgrad etwas benachteiligte Winkelgetriebe sparen. Den Entwicklern spielte in die Hände, dass die damals zu verarbeitenden Kräfte noch überschaubar waren und die Entwicklung der Kupplungsbeläge schnellere Fortschritte machte als die Leistungsentwicklung. Der Kupplungskorb wird über eine Verzahnung direkt von der Kurbelwelle angetrieben (Übersetzung ca. 3 : 1). Weil so bereits ein Teil der Gesamtübersetzung erledigt ist, sind deutlich kleinere Durchmesser bei den Getriebezahnrädern möglich, was nicht nur das Gewicht und die rotierende Masse verringert, sondern auch eine Reduktion der Motorbaulänge ermöglicht. Durch die Möglichkeit, die Kupplung hinter der Kurbelwelle anzuordnen, war der Weg auch für breite Kurbelwellen für Vier- oder gar Sechszylindermotoren geebnet.
Trocken oder nass?
Das Öl hat positive wie negative Auswirkungen auf die Funktion der Kupplung. Vorteilhaft sind sicher die Kühlwirkung und die bessere Kupplungsdosierbarkeit, sie greift weicher ein. Zudem ist der konstruktive Aufwand geringer, denn Kurbelwelle, Getriebe und Kupplung sitzen im selben Gehäuse und nutzen denselben Ölvorrat. Manche sehen im Kupplungsabrieb, der ins Öl gelangt, einen wesentlichen Nachteil und sind daher glühende Verfechter der Mehrscheibentrockenkupplung, wie bei früheren Ducatis. Ich denke, der Abrieb ist normalerweise sehr gering, und der Ölfilter absolut in der Lage, ihn zuverlässig aus dem Motoröl zu fischen. Ein unbestrittener Nachteil ist, dass das Schleppmoment bei voll gezogener Nasskupplung etwas grösser ist. Bis heute bestehen Kupplungsbeläge in der Regel aus einer Mischung von organischen Fasern und Verbundharzen, die das Gemisch zusammenhalten. Bei Trockenkupplungen kommen auch Sintermetall-Beläge zum Einsatz. Natürlich sind sie vor Beschädigung nicht komplett gefeit. Lässt man die Kupplung zu lange schleifen, überhitzt sie zunächst und verbrennt in der Folge evtl. sogar. Bei Trockenkupplungen riecht man das sofort, es riecht süsslich, stechend, wie bei einem PW, den man mit angezogener Handbremse gefahren hat. Bei Nasskupplungen riecht man es am Öl, das stinkt dann aber grausam!
Fliehkraftkupplung
Da können unsere Freunde von der Rollerfraktion nur milde lächeln. Bei ihnen wird mit der linken Hand das Hinterrad gebremst. Die Kupplungsarbeit zum Anfahren wird einer fliehkraftbetätigten Schleuderbackenkupplung an der getriebenen Seite der Variomatik überlassen. Aber das ist ein anderes Thema, auf das wir hier nicht weiter eingehen wollen.
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