Kupplungseinstellung - Motortuning der besonderen Art

von Heiner Martin

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Wenn ein RC-Car nur schlecht beschleunigt, wird schnell der Ruf nach einem stärkeren Motor laut. Häufig kann mit einer korrekten Einstellung der Kupplung schon eine wesentliche Verbesserung erreicht werden. Um optimale Ergebnisse zu erreichen, muss die Kupplung möglichst gut auf die Charakteristik eines Motors abgestimmt sein. Auch einfache Fliehkraftkupplungen lassen sich mit kleinen Veränderungen anpassen.

Bei niedrigen Drehzahlen entwickelt ein Verbrennungsmotor nur wenig Kraft – ganz im Gegensatz zu einem Elektromotor. Greift eine Fliehkraftkupplung zu früh (also bei sehr niedrigen Motordrehzahlen), steht nur wenig Kraft zur Beschleunigung zur Verfügung und das RC-Car gewinnt nur langsam an Fahrt, um dann, wenn bei höheren Drehzahlen das maximale Motordrehmoment zur Verfügung steht, immer besser zu beschleunigen. Sehr häufig sind die Kupplungen aus dem Baukasten heraus auf einen sehr frühen Einstellpunkt ausgelegt. Mit einfachen Tuning-Maßnahmen lässt sich das beheben.
Die Drehmomentkurve eines Verbrennungsmotors steigt von der Leerlaufdrehzahl aus an, erreicht dann ein Maximum, um bei hohen Drehzahlen wieder abzufallen. Je nach Modellmotor liegt dabei der Punkt des höchsten Drehmoments in etwa zwischen 15 000 und 26 000 U/min. Dieses Motor-Drehmoment bestimmt neben der Getriebeübersetzung die Kraft, die an den Rädern zum Beschleunigen des Fahrzeugs zur Verfügung steht.

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Typische Leistungskurve eines 3,5er-Verbrennungsmotors mit Resonanzrohr. Die rote Kurve ist die abgegebene Leistung an der Kurbelwelle, die blaue Kurve das Drehmoment. Hier sieht man, dass der Motor bei 14 000 U/min nur wenig mehr als die Hälfte des Drehmoments abgibt als bei 25 000 U/min, dem Punkt des maximalen Drehmoments. Mit einer Kupplung, die bei 14 000 U/min schon voll greift, ist die Beschleunigung des RC-Cars wesentlich geringer als mit einer Kupplung, die bei 25 000 U/min voll greift

Eine Kupplung, die exakt am Punkt des höchsten Drehmoments des Motors einkuppelt, wäre also optimal. Eine Fliehkraftkupplung besitzt aber einen recht großen Bereich, in dem sie schleift. Das bedeutet, dass eine Fliehkraftkupplung langsam anfängt zu greifen: Bei niedrigen Drehzahlen wird also wenig Drehmoment übertragen, mit höheren Drehzahlen wird immer mehr Kraft übertragen, bis die Kupplung schlussendlich das volle Drehmoment des Motors weitergibt.
Daraus folgt, dass ein RC-Car nur dann optimal beschleunigt, wenn die Eingriffsdrehzahl der Kupplung möglichst nahe bei der Drehzahl liegt, bei der der Motor das maximale Drehmoment entwickelt. Liegt die Eingriffsdrehzahl der Kupplung zu niedrig, steht anfangs nur wenig Kraft an den Rädern zur Beschleunigung zur Verfügung. Gleiches gilt, wenn die Eingriffsdrehzahl zu hoch gewählt wurde. Hier kommt dann auch noch hinzu, dass sich die Kupplung durch die Reibung extrem aufheizt, was mechanische Schäden wie einen verbrannten Kupplungsbelag, ausgeglühte Kugellager usw. zur Folge haben kann. Um solchen Schäden vorzubeugen, muss die Einstellung der Kupplung immer vom niedrigen Drehzahlniveau her erfolgen.

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Zweibacken-Kupplung mit Ringfeder in einem Thunder-Tiger-Fahrzeug. Da es nur selten andere Ringfedern gibt, bleibt hier zur Abstimmung der Kupplung nur die Erleichterung der Backen


Die Praxis

Es sind zwei grundsätzliche Konstruktionen zu unterscheiden. Einmal Kupplungen, bei denen zum Beispiel über eine Mutter die Vorspannung der Feder, die auf die Fliehgewichte einwirkt und somit die Eingriffsdrehzahl bestimmt, eingestellt werden kann. Zum anderen gibt es Kupplungen, bei denen sich nichts einstellen lässt. Diese sind meist einfach aufgebaut und besitzen zwei oder mehr Kupplungsbacken, die gleichzeitig als Fliehgewicht und Kupplungsbelag dienen und mittels einer oder mehrerer Federn gehalten werden.

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Schenkelfeder und Kupplungsbacke einer typischen Dreibacken-Kupplung. Die Schenkelfeder lässt sich nur selten verbiegen. Um die Kupplungsdrehzahl einzustellen, helfen hier nur die im Text beschriebenen Modifikationen an den Backen

Die Veränderung der Eingriffsdrehzahl bei den einstellbaren Kupplungen ist meist einfach zu bewerkstelligen. Hier wird einfach die Federvorspannung erhöht, um die Eingriffsdrehzahl zu erhöhen. Dabei sollte die Einstellung immer nur geringfügig verändert werden, weil es Konstruktionen gibt, bei denen schon kleinste Änderungen sehr große Auswirkungen haben. Im Bereich der optimalen Einstellung kann ein Verdrehen der Einstellmutter um 1/8 Umdrehung schon zu viel sein.
Bei den einfachen Kupplungen ohne Einstellmöglichkeit gibt es nur zwei Wege, die Kupplung auf höhere Drehzahlen einzustellen. Manche Hersteller bieten leichtere Kupplungsbacken und härtere Federn an. Der Versuch, die vielfach verwendeten Schenkelfedern zu verbiegen und damit weiter vorzuspannen, hat nur selten Erfolg und birgt auch das Risiko einer Verletzung. Gibt es keine härteren Federn oder reichen diese nicht aus, bleibt nur, die Backen leichter zu machen, was ohnehin meistens der bessere Weg ist. Dies gilt zugegebenermaßen vor allem dann, wenn preisgünstige Kunststoff-Backen verwendet werden. Mit einem Dremel oder einer Feile wird am freien Ende der Backen jeweils etwas Material weggenommen. Dies muss natürlich bei allen Backen möglichst gleichmäßig erfolgen, damit keine Unwucht entsteht. Hier arbeitet man sich langsam vor. Das heißt, es wird zuerst nur wenig Material abgenommen, dann gefahren, dann wieder etwas Material abgenommen, und so weiter. Ist man zu weit gegangen, dann bleibt hier aber nichts anderes übrig, als einen Satz neue Backen zu kaufen und bei diesen dann etwas weniger Material abzunehmen.

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Oben eine Kupplungsbacke, wie sie original in einer Dreibacken-Kupplung geliefert wird. Die unten abgebildeten Backe wurde erleichtert, damit die Kupplung später greift

Nach jeder neuen Einstellung geht es mit dem RC-Car wieder auf die Piste, um die Auswirkungen der Einstellung zu kontrollieren. Bei den ersten Änderungen der Einstellung wird sich die Beschleunigung nur wenig verbessern, dann aber kommt ein Punkt, an dem die Beschleunigung kräftig zulegt. Erhöht man jetzt die Federspannung bzw. erleichtert die Fliehgewichte weiter, wird die Beschleunigung sehr schnell wieder abnehmen. Die Eingriffsdrehzahl der Kupplung liegt jetzt über der Drehzahl, bei der der Motor sein maximales Drehmoment abgibt. Die Testfahrt sollte nun ganz schnell abgebrochen werden, denn jetzt wandelt die Kupplung sehr viel Energie in Wärme um mit der Gefahr einer kapitalen Überhitzung. Die Kupplung muss dann wieder zurückgestellt werden.

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Typische Dreibacken-Kupplung mit Schenkelfedern. Zur besseren Verdeutlichung der Vorspannung der Schenkelfedern wurden die inneren Schenkel nicht vollständig über die Kurbelwellenmutter geschoben

Auf Wettbewerben sieht man auch immer wieder eine ziemlich brutale Methode, um festzustellen, ob die Kupplung richtig eingestellt ist. Da wird das Fahrzeug festgehalten und auf den Boden gepresst. Dann wird kurz Vollgas gegeben. An der Vortriebskraft merkt man dann, ob die Eingriffsdrehzahl der Kupplung „stimmt“. Dieses Vorgehen sollte man nur dann einsetzen, wenn man schon etwas Erfahrung mit einem Verbrennungsmotor und einer Kupplung hat. Auf gar keinen Fall darf zu lange Vollgas gegeben werden. Die gesamte vom Motor abgegebene Energie wandelt sich dabei in der Kupplung in Wärme um und kann nicht nur ganz schnell die Kupplung zerstören, sondern auch die daran anschließenden Zahnräder.

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Nicht einstellbare Vierbacken-Kupplung mit Schenkelfedern für die Backen. Will man die Eingriffsdrehzahl einer solchen Kupplung ändern, müssen die Federn oder das Gewicht der Backen verändert werden

Fazit

Eine Veränderung der Eingriffsdrehzahl von Fliehkraftkupplungen kann die Performance eines RC-Cars wesentlich verbessern. Auch zeigt ein Verbrennungsmotor erst mit einer richtig eingestellten Kupplung sein wahres Potenzial.

Der CAR-Modell-Tipp

Weiche Federn sind besser
Der Bereich, über den eine Fliehkraftkupplung schleift, ist unter anderem auch von der Kombination Federhärte und Gewicht der Fliehgewichte/Backen abhängig. Es ist ja gewünscht, dass dieser Bereich möglichst klein ist. Hier sind weichere Federn mit starker Vorspannung und schwerere Fliehgewichte/Backen günstiger als härtere Federn und/oder weichere Backen. Allerdings sind den Federn Grenzen gesetzt: Sie müssen so aufgebaut (Formgebung wie Material) sein, dass sie sich im Betrieb nicht verbiegen können. Von den Profi-Rennfahrern wird dieses im Allgemeinen als „Nachgeben“ oder „Erlahmen“ der Feder bezeichnet. Auch im normalen Betrieb erlahmt eine Feder auf Dauer, sodass es sich generell empfiehlt, die Kupplungsfedern von Zeit zu Zeit zu wechseln.


Erschienen CM_Logo_80.jpg in Heft 3/2010
 

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