Engineering
Reibungskupplung
Kuppeln Sie ruckartig und sanft ein, dann mit doppeltem Trägheitsmoment des Schwungrads: Gegen einen Motor, der seine Drehzahl hält, ist die Rutschwärme gleich der Energie, die das Schwungrad gewinnt, unabhängig von der Rampe.
Was passiert
Ein Motor treibt das Eingangsschwungrad; eine trockene Scheibenkupplung mit zwei Reibflächen vom mittleren Radius r verbindet es mit dem Ausgangsschwungrad, das eine Bremse belastet. Beim Einkuppeln steigt die Anpresskraft F über die Rampenzeit, und die Kupplung kann höchstens T = μFzr übertragen (z = 2 Flächen). Solange die Scheiben rutschen, liegt das Kupplungsmoment an dieser Grenze, und die Rutscharbeit wird zu Wärme; sind die Drehzahlen gleich, haften die Scheiben und übertragen nur, was die Last braucht. Gegen einen Motor, der seine Drehzahl hält, wird beim unbelasteten Einkuppeln genau die Energie zu Wärme, die das Ausgangsschwungrad gewinnt, ½J₂ω², ob ruckartig oder sanft eingekuppelt wird: Sanftes Einkuppeln dauert nur länger. Ein Lastmoment erhöht die Wärme und verzögert das Haften. Bei abgeschaltetem Motor teilen sich die beiden Schwungräder ihren Drehimpuls, und die Wärme ist die verlorene kinetische Energie.
Modell: starre Wellen; die Kupplung ist eine Reibkopplung, die haftet oder gleitet (Coulomb-Reibung), die Anpresskraft steigt linear; die Wärme geht in eine konzentrierte Scheibe mit Kühlung. Kein Verschleiß, und μ hängt weder von der Temperatur noch von der Geschwindigkeit ab.
Zum Ausprobieren
Kuppeln Sie ruckartig (Rampe 0) und sanft (Rampe 2–3 s) ein und vergleichen Sie die Wärme; verdoppeln Sie dann das Trägheitsmoment am Abtrieb.
Gleichungen des Moduls
Gleichungen Tmax = μ·F·z·r J₂ dω₂/dt = T − TL Q = ∫ T·(ω₁ − ω₂) dt ω₁ = ω₀, TL = 0 ⇒ Q = ½ J₂ ω₀²
