Übertragbares Drehmoment

Grundsätzlich bestimmen die beiden Komponenten Klemmkörper (Anzahl, Klemmwinkel) und Umgebungskonstruktion (Steifigkeit, Hertz’sche Pressung) das übertragbare Drehmoment.

Drehmomentaufbau

Mit dem Verdrehen der Anschlussteile richten sich die Klemmkörper auf und dehnen den Klemmspalt zwischen den Ringen elastisch auf.

Bei Erreichen der Nennspalthöhe hnenn überträgt der Freilauf sein Nennmoment Mnenn, bei der maximalen Spalthöhe hmax das Maximalmoment Mmax.

FL_EN_DM_M33_1100x550

Drehmomentaufbau bei optimalem Startspalt h0 (blau). Drehmomentaufbau bei Startspalt h > h0 (schwarz). Die Steigung der Drehfederkennlinie bleibt unverändert, Nenn- und Maximalmoment sind reduziert.

Spalthöhe

Bei der Spalthöhe wird grundsätzlich zwischen Startspalthöhe h0, Nennspalthöhe hnenn und maximaler Spalthöhe hmax unterschieden. Die maximale Spalthöhe resultiert aus der Geometrie der Klemmkörper.

FL_EN_DM_M33_2_1100

Spalthöhen

Belastungsgrenzen

In den Klemmelementen und in den Anschlussteilen baut sich eine lastabhängige Reaktionsspannung auf.

Der Linienkontakt der Klemmkurven mit den Anschlussteilen wird nach dem Hertz’schen Kontaktmodell bewertet.

Die Klemmelemente weiten den Spalt auf. Die max. Spalthöhe ist durch die Geometrie der Klemmkörper vorgegeben.

FL_EN_DM_Spalthoehe_1100x277

Das Nenn- bzw. Maximalmoment des Freilaufs wird durch das Erreichen einer der relevanten Belastungsgrenzen definiert.

Spannungen

Die Klemmkörper sowie die Laufringe werden im Kontaktbereich mit Tangential- und Radialspannungen belastet. Als Vergleichsspannung für diese Belastung gilt die Biegewechselfestigkeit σBWzul..

Für alle anderen Komponenten im Pressverband gibt die Streckgrenze Re die Belastungsgrenze an.

 

FL_EN_DM_Spannungen_1100x535

Werkstoffkennwerte

Freiläufe in Reihe

Das übertragbare Drehmoment von maximal 3 nebeneinander angeordneten Freiläufen beträgt:

  • 2 Freiläufe nebeneinander: 90 % der Summe der Einzelmomente
  • 3 Freiläufe nebeneinander: 80 % der Summe der Einzelmomente

Nennmoment

Das Nennmoment (Mnenn) bezeichnet das Drehmoment, das der Freilauf als Dauerlast übertragen kann.

  • Die Ermittlung des Nennmoments basiert auf einer standardisierten Umgebungskonstruktion.
  • Vollwelle
  • Werkstoff der Anschlussteile: 100 Cr6 / gehärtet und angelassen; HRC = 60+4
  • Wanddickenverhältnis D/DL = 1,4
  • Rechnerische Breite

Abweichende Eigenschaften der Umgebungskonstruktion beeinflussen das Nennmoment.

FL_EN_DM_M33_5_1100

FL_EN_DM_M33_6_1100

Einfluss der Steifigkeit der Anschlussteile auf das Nennmoment. (Wanddickenverhältnisse: D/DL = 1,2 / 1,4 / 1,6) (Beispiel für 20 MnCr5 - D/DL = 1,4)

Breite & Rechnerische Breite

B = Breite

Br = Rechnerische Breite

FE 400: Br = 15 mm

FR/FRN:  Br = 15 mm

FP/FN/FPD/FND/FK/FKN: Br = B

FE 8000: Br = B + 3mm

FL_EN_DM_Nennmoment_935x550

Maximalmoment

Übersteigt die Belastung das angegebene Nennmoment (Mnenn), steigt der Klemmwinkel steil an und vergrößert die Spalthöhe auf das maximal zulässige Maß (hmax).
Das Maximalmoment (Mmax) beträgt je nach Bauform und Umgebungskonstruktion das 1,5- bis 2-fache des angegebenen Nennmoments, es kann jedoch nicht im Dauerbetrieb übertragen werden.

Überlastschutz

Übersteigt das anstehende Drehmoment die maximal zulässige Größe (Mmax), löst sich die Haftreibung zwischen Laufringen und Klemmkörpern (Rutschgrenze) und hebt den Kraftschluss auf.
Der Freilauf rutscht durch, um ein Überkippen der Klemmkörper und eine irreparable Beschädigung des Freilaufs zu verhindern. Nach Entlastung geht der Freilauf in die Leerlaufposition zurück.

Schleppmoment

In Leerlaufrichtung weist der Freilauf ein sehr geringes Schleppmoment zur Überwindung der Gleitreibung zwischen Klemmkörpern und Laufringen auf.

Bei abgedichteten Freiläufen erhöht sich das Schleppmoment:

  • Kugellagerfreiläufe Ms = 0,01 bis 0,05 Nm
  • Komplettfreiläufe Ms = 0,1 bis 0,3 Nm

Drehmoment­berechnung

Das GMN Berechnungsprogramm ermittelt unter Berücksichtigung aller Einflussgrößen das spezifische Nennmoment.

Die Analyse einer vorgegebenen Umgebungskonstruktion kann Optimierungspotentiale an den Anschlussteilen aufzeigen, leistungssteigernde Konstruktionshinweise geben und die Auswahl des geeigneten Freilaufs unterstützen.

Berechnungsprogramm