Schadensanalysen an Kupplungen

Die Lebensdauer von Kupplungen hängt stark von der Fahrweise und den Einsatzbedingungen ab.

An die heutigen Kupplungssysteme werden zum Kraftschluss zwischen Motor und Getriebe hohe Anforderungen gestellt: schnelles und zuverlässiges Trennen und Schließen des Kraftflusses, ruckfreies Anfahren, Dämpfen von Motorschwingungen, angenehme Bedienbarkeit, hohe Lebensdauer ohne Komforteinbußen sowie geringer Bauraumbedarf. Zusätzliche Aufgaben hat die Kupplung in Spezialfahrzeugen wie Traktoren und Baufahrzeugen, beispielsweise das Antreiben von Zusatzgeräten, die getrennt zu- und abgeschaltet werden, oder gar die Anbindung eines permanenten Nebenabtriebs.

Jeder Kfz-Profi behauptet von sich, schon unzählige Kupplungen aus- und eingebaut zu haben. Aber wurden dabei die Einbauvorschriften der Automobil- und Teilehersteller auch exakt eingehalten? Nicht umsonst gehen rund 50 Prozent der Reklamationen (weltweit) an verschmutzten Kupplungsteilen bei ZF Services auf kosten einer Werkstatt. Falscheinbauten, durch Mechanikerhände verschmutzte Kupplungsscheiben oder bereits beschädigte Druckplatten, etwa durch Herabfallen vom Werkstattwagen, sind keine Seltenheit.

Wichtig für die sichere Beurteilung von Fehlfunktionen oder Schäden im Kupplungssystem ist deshalb, dass der Fachmann dabei methodisch vorgeht. Das heißt, auch bei diesen scheinbar routinemäßigen Montagearbeiten ist das Bauteil sowie das entsprechende Umfeld genau zu prüfen. Nur so kann der Profi die eigentliche Ursache klar erkennen und sicher beheben. Die Werkstatt, die hier nicht vorschriftsmäßig arbeitet, riskiert unzufriedene Kunden und hohe Reklamationskosten zu eigenen Lasten.

Aufbau und Funktion
Die wesentlichen Bauteile einer Kupplung sind Schwungrad oder Zweimassenschwungrad (ZMS), Kupplungsscheibe, Druckplatte sowie Ausrücksystem. Je nach Einsatzzweck gibt es unterschiedliche Bauformen. Die Kupplung gehört durch Vibrationen, Druck- und Fliehkräfte sowie Reibungshitze zu den am stärksten belasteten Elementen im Antriebsstrang. Ihre Komponenten sind so aufeinander abgestimmt, dass sie etwa die gleiche Lebensdauer erreichen. Sollte dennoch ein Kupplungsschaden auftreten, ist es daher sinnvoll, das gesamte Kupplungssystem auszutauschen.

Die Kupplungsgröße und die Auslegung der Anpresskraft werden von verschiedenen Kriterien bestimmt, insbesondere durch das maximale Motordrehmoment und die entstehende Reibenergie. Je höher die Anpresskraft, desto kleiner kann der Reibradius sein. Da Gewicht und Kosten im Wesentlichen vom Durchmesser bestimmt werden, sollte dieser ebenfalls möglichst klein ausfallen. Allerdings muss die Größe der Kupplungsscheibe der entstehenden Wärme und dem Belagverschleiß angepasst sein.

Die Druckplatte überträgt das Motormoment über die Kupplungsscheibe auf die Getriebeeingangswelle. In modernen Automobilen sind deshalb Membranfederkupplungen in vielfältigen Varianten üblich. Der betriebsbedingte Verschleiß an Kupplungsbelägen führt zu höheren Betätigungskräften an der Druckplatte. Bei der ‘XTend’-Druckplatte von ZF wird dieses Problem durch Abkoppelung des Belagverschleißes von der Membranfederbewegung gelöst.

Die Kupplungsscheibe mit Torsionsdämpfer wird während eines Fahrzeuglebens immens beansprucht und ist aufgrund der kompakten Bauweise ein sehr aufwändiges Bauteil. Neben der Drehmomentübertragung erfüllt sie zusätzliche Aufgaben wie Drehschwingungsdämpfung, guten Bedienkomfort und hohe Wärmeresistenz. Das Übertragungsglied zwischen rotierender Kupplung und dem ruhenden Betätigungssystem ist der Ausrücker. Er ist zentral geführt, mit einer Selbstzentrierung ausgestattet und für die sichere Funktion der Kupplung verantwortlich. Zur Betätigung gehören unter anderem auch der Geber- und Nehmerzylinder sowie der Kribbelfilter.

Schadensdiagnose
Wichtig zum Beurteilen von Fehlfunktionen oder Schäden im Kupplungssystem ist es, die Kundenbeanstandung detailliert festzustellen. Dann sollte der Werkstattfachmann zunächst das Kupplungssystem konsequent nach möglichen Fehlern untersuchen und nicht gleich das gesamte System ‘auseinander nehmen’. Nach Ausbau der betroffenen Bauteile gilt es, das Schadensbild genau zu analysieren -auch das Umfeld- und Maßnahmen zu treffen, um alle Störungsmöglichkeiten auszuschließen.

Auch eine falsche Bedienung der Kupplung kann zu Fehlfunktionen und unnötigem Verschleiß führen. Beispielsweise wird bei einer Bergabfahrt mit ausgerückter Kupplung und eingelegtem kleinem Gang die Kupplungsscheibe bei höherer Rollgeschwindigkeit durch die niedrige Getriebeübersetzung auf eine Drehzahl beschleunigt, die eventuell weit über der maximalen Motordrehzahl liegt. Die Kupplungsbeläge können dadurch abplatzen und verkeilen sich möglicherweise zwischen Schwungrad und Druckplattengehäuse. Ebenso führt plötzliches Einkuppeln zu sehr hohen Schubkräften, die sich negativ auf Druckplatte (Anpressplattenaufhängung) und Kupplungsscheibe (Torsionsdämpfer und Belagfedern) auswirken. Solche Belastungen können so stark sein, dass die Bauteile brechen. Bruchstücke führen somit zu gravierenden Beschädigungen an Kupplungsglocke, Motor und Getriebe.

Grundsätzlich ist bei jeder Inspektion die Kupplung auf einwandfreies Trennen und richtige Kraftübertragung zu prüfen. Um das Trennverhalten beurteilen zu können, wird bei im Leerlauf drehendem Motor ausgekuppelt. Nach circa 3 s Wartezeit sollte der Rückwärtsgang geräuschlos einzulegen sein. Bei sofortigem Einlegen des Rückwärtsgangs treten jedoch unweigerlich Schaltgeräusche auf.

Für die Diagnose der Kundenbeanstandung ‘Kupplung rutscht’ muss die Kupplung Betriebstemperatur erreicht haben. Dafür sollte der Werkstattfachmann erst eine kurze Strecke mit einigen Kuppelvorgängen zurücklegen, anschließend die Handbremse anziehen und den größten Gang einlegen, im ausgekuppelten Zustand Gas geben bis zu einer Motordrehzahl von rund 2.000/min und diese Drehzahl halten. Dann muss der Kfz-Profi rasch einkuppeln. Wird dabei der Motor abgewürgt, ist die Übertragungsfähigkeit der Kupplung in Ordnung. Dieser Vorgang sollte nur einmal wiederholt werden, um mögliche Überlastungen zu vermeiden.

Eine rutschende Kupplung kann verschiedene Ursachen haben: Neben der Druckplatte und der Kupplungsscheibe ist häufig das Ausrücksystem der Grund. Weitere Ursachen sind ein falsch nachgearbeitetes Schwungrad oder der Einbau einer falschen Kupplung. Des Weiteren sind für diese Beanstandung unter anderem abgenutzte, verschlissene, verölte oder verfettete Beläge verantwortlich, dadurch ist der Reibwert der Beläge gemindert beziehungsweise keine volle Anpresskraft der Druckplatte mehr vorhanden. Ebenso sind stark verschlissene Membranfederspitzen, gebrochene Membranfedern sowie stark eingearbeitete Führungsnocken Ursachen für eine rutschende Kupplung.

Trennt die Kupplung nicht, liegt das nicht unbedingt an der Kupplung. Häufig sind Mängel am Ausrücksystem verantwortlich, das Pilotlager sitzt fest oder wichtige Einbauvorschriften wurden nicht beachtet. Eine weitere Ursache ist ein Überschreiten der Planlaufabweichung von maximal 0,5 mm der Kupplungsscheibe: Sie könnte beim Einbau oder bereits beim Transport verbogen worden sein. Der vorgeschriebene Abhub der Anpressplatte reicht dann nicht mehr aus, um ein vollständiges Trennen zu gewährleisten. Bei beschädigten Verpackungen von Mitnehmerscheiben ist deshalb besonders darauf zu achten. Auch bei Reibrost im Nabenprofil gleitet die Kupplungsscheibe nicht auf der Getriebewelle, sondern bleibt dadurch hängen. Der Kupplungsbelag aber hat immer noch Kontakt zur Reibfläche des Schwungrads. Der Mangel macht sich im Anfangsstadium für den Fahrer meist durch Rupfen bemerkbar. Die Folge wäre möglicherweise ein verbrannter oder aufgelöster Kupplungsbelag. Weitere Fehlerbilder sind geknickte oder verformte Tangentialblattfedern, gebrochene oder verformte Anpressplatten sowie zerstörte Vordämpfer.

Eine Kupplung, die rupft, muss allerdings nicht unbedingt defekt sein. Verschlissene Motorlager oder eine nicht korrekte Motoreinstellung können ebenfalls den geschmeidigen Kupplungseingriff verhindern. Eine mögliche Ursache kann auch der Einbau einer falschen Kupplungsscheibe sein. Ebenso stören leichte Öl- und Fettspuren, beispielsweise fettige Fingerabdrücke des Monteurs auf dem Belag, das Reibverhalten und damit das Anfahrverhalten beim Einkuppeln. Oder: Verbrauchte oder verschlissene Motor-und Getriebelagerungen führen beim Anfahren während des Kupplungseingriffs zum Aufschaukeln des Antriebsstrangs, man spricht hier vom Pseudo-Rupfen (Bonanza-Effekt).

Kupplungsgeräusche wie Pfeifen oder Klacken müssen als Ursache ebenfalls keine defekte Kupplung haben. Pfeifgeräusche entstehen zum Beispiel auch durch außermittiges Anlaufen des Ausrückers, eine nicht zentrierte Getriebeeingangswelle oder ein defektes Pilotlager. Klackgeräusche können bei Lastwechseln auftreten, wenn Kupplungsscheiben mit Vordämpfer verbaut sind. Dies hat jedoch keinen direkten Einfluss auf Funktion und Lebensdauer der Kupplungsscheibe. Weitere Ursachen wären der Einbau falscher Teile oder dass der Monteur die Kupplungsscheibe in unkorrekter Einbaulage montiert. Zudem ist besonders das Kupplungsumfeld auf Verschleiß zu prüfen, wie Ausrücklagerführungsrohr, verbogene, gebrochene oder eingelaufene Ausrückgabel und Ausrückhebel sowie Einarbeitung am Ausrückteller und das Pilotlager. Dringend sollte in die Fehlersuche auch die Kupplungsbetätigung mit einbezogen werden.

Zweimassenschwungrad
Um ein Zweimassenschwungrad (ZMS) im Fahrzeug zu beurteilen, ist zu prüfen, ob die vom Kunden beanstandeten Geräusche nicht von umgebenden Bauteilen, wie Abgasanlage, Hitzeschutzbleche, Dämpfungsblöcke der Motoraufhängung und Nebenaggregate, verursacht werden. Zusätzlich ist sicherzustellen, dass beispielsweise Brummgeräusche können beispielsweise Resonanzen im Antriebsstrang oder unzulässig hohe Unwucht des ZMS sein. Hohe Unwucht kann durch fehlende Wuchtgewichte auf der Rückseite des ZMS oder durch ein defektes Gleitlager entstehen. Um dies festzustellen, ist der Motor im Stand langsam und gleichmäßig hochzudrehen. Wird das Vibrieren des Motors mit zunehmender Drehzahl stärker, ist das nicht eine Riemenspanneinheit oder ein Klimakompressor die Geräusche übertragen. Um die Quelle einzugrenzen, sollte der Fachmann für die Fehlersuche ein Stethoskop verwenden.

Im Idealfall besteht die Möglichkeit, die vorhandene Beanstandung mit einem Fahrzeug mit gleicher oder ähnliche Ausstattung zu vergleichen. Klackgeräusche beim Einkuppeln, Schalten und Lastwechsel können aus dem Antriebsstrang stammen. Sie werden möglicherweise verursacht vom Zahnflankenspiel der Zahnräder im Getriebe, vom Spiel in den Gelenken, der Kardanwelle oder des Differenzials. Eine Beschädigung am ZMS liegt dann jedoch nicht vor.

Die Sekundärschwungscheibe ist im ausgebauten Zustand gegen die Primärschwungscheibe verdrehbar. Auch hier lässt sich unter Umständen ein Geräusch wahrnehmen. Es stammt entweder vom Flansch, der an die Bogenfeder anschlägt, oder vom Anschlagen der Sekundärschwungscheibe an die Reibsteuerscheibe. Auch in diesem Fall ist das ZMS nicht defekt. ZMS defekt. Empfehlenswert ist die vorherige Prüfung des Mengenvergleichs der Einspritzdüsen oder Injektoren durch ein entsprechendes Diagnosegerät, um hier eventuell vorhandene Fehler auszuschließen.

Bei Leistungserhöhungen durch Chiptuning von teilweise über 30 Prozent Drehmomentsteigerung wird in vielen Fällen die Sicherheitsreserve des ZMS aufgebraucht oder überschritten. Als Folge werden die Bogenfedern im normalen Fahrbetrieb vollständig zusammengedrückt. Das führt zur Verschlechterung der Isolation (Geräusche) oder zum Ruckeln des Fahrzeugs. Außerdem ist während des Fahrbetriebs somit das ZMS permanent überlastet. Das führt dazu, dass die Bogenfedern im ZMS um ein Vielfaches häufiger ‘auf Block gehen’ als sie für die Serie ausgelegt sind. Die Schädigungen reichen vom erhöhten Verschleiß, auch anderer Bauteile, bis zum abrupten Ausfall und damit hohen Instandsetzungskosten.


Quelle: Krafthand 21/2010, Autor: Rudolf Guranti

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