We gaan het hebben over een onderdeel wat je niet kan missen in een auto. Ongemerkt gebruik je het vele malen, op het moment dat je in de auto plaatsneemt trap je hem in om controle over de auto te hebben, daarna schakel je naar de eerste versnelling en gebruik je hem weer.

Je kunt (bijna) niet zonder, zo is er met het koppelingspedaal in een stadsrit van enkele honderden meters en twee stoplichten verder, het pedaal al zo'n 30 keer bediend met je linkervoetje. Reken eens uit hoeveel dit is op jaarbasis met 5000 km in de stad en overweeg je om een volgende auto te kopen met een automaat. Maar niet voor de Spiderrijder, die houdt van lekker schakelen met het sportieve pookje. Hoe is de koppeling ontstaan in een auto? We bespreken een stukje geschiedenis, de dagelijkse werkelijkheid (Spidertechniek) en een blik in de toekomst.

Leren riemen

Na de uitvinding van de verbrandingsmotor was een koppeling noodzakelijk om deze motor toe te passen als aandrijving van voertuigen. Een verbrandingsmotor levert immers alleen maar vermogen als er toeren worden gemaakt. Om te kunnen rijden en te schakelen, moest er dus wel een scheiding mogelijk zijn tussen motor en transmissie. Omdat dit niet eenvoudig te realiseren was, werd er vooral bij kleinere voertuigen geen wegrijdkoppeling toegepast. Het voertuig moest worden aangeduwd. De eerste toegepaste koppelingen kwamen uit de industrie. Daar werden als transmissie platte leren riemen gebruikt. Deze riem bracht via een poelie op de aandrijfas het vermogen over naar de wielen. De riem werd door een spanrol gespannen en ontkoppeld, en slipte dan door. Dit leidde tot grote slijtage van de riem. Met gevolg een slecht rendement en slechte wrijvingseigenschappen. Dit was bovendien niet geschikt voor een scheidingskoppeling, wat wel noodzakelijk is voor het gebruik van een versnellingsbak. (afb. 1) 

Enkele jaren later kwam er een schijvenkoppeling die is te zien in afb. 2. In het vliegwiel op de tekening (A) is een conisch gedraaide kant gemaakt. Daarin past een frictieschijf waar een laag dik leer aan geklonken is als voeringmateriaal. De krukas (B) heeft een verlengas (G) die door de schijf naar buiten steekt, deze dient om de schijf in het midden te houden en zit aangedrukt met een veer (O). Met het koppelingspedaal (M) kan je de schijf uit het vliegwiel (tegen de veerdruk in) trappen. Zo komt de koppeling vrij. Met de schuine kanten van het vliegwiel en de frictieschijf kan je maar een beperkt vermogen overbrengen; dit was ook nog afhankelijk van de veerspanning.

In het begin van de twintiger jaren werden de vermogens van de motoren groter en de toerentallen namen toe. Men had behoefte aan een sterkere koppeling, zo werd de dubbele metalen plaatkoppeling (afb. 3) uitgevonden. 'A' is het vliegwiel dat bevestigd is aan 'B' de krukas. Op het vliegwiel is een cilinder bevestigd 'V'. In deze cilinder zijn vier ribben bevestigd. Naast deze cilinder zien we een stalen schijf 'W', deze is ongeveer 1 mm dik en past in 'V'. As 'D' is de ingaande as van de versnellingsbak, deze is aan de koppelingszijde vierkant gemaakt zoals getekend bij 'X'. Deze as steekt in het vliegwiel en bij 'E' zit een bronzen bus ter ondersteuning van de as. Plaat 'Y' heeft een ronde vorm aan de buitenzijde en een vierkant aan de binnenzijde, zodat deze plaat vastzit aan de ingaande as. Door nu platen 'W' en 'Y' om en om tegen elkaar te monteren krijg je een opbouw van platen.

Deze platen worden aangedrukt door schuifstuk 'H', tezamen met de veer 'K'. Door het koppelingspedaal 'M' in te trappen gaat het schuifstuk naar achter en kunnen de koppelingsplaten onderling vrij draaien van elkaar. Het was nodig deze schijven te smeren en dit vroeg enig onderhoud.
Bij de latere koppelingen zat er tussen de metalen schijven een plaat met bekleding van ferodo of een daarmee vergelijkbare bekleding (voering). Aangezien het wrijvingscoëfficiënt van deze platen groter is dan bij metalen platen wordt het aantal platen minder. Dit zijn de eerste drogeplaatkoppelingen.
Motoren met grotere vermogens zoals een 8C 2300 van begin jaren '30 hadden een speciale koppeling. In het midden van het platenhart was een schijf gemonteerd en de platen zaten als ringen om deze schijf heen, de platen waren groter in diameter en met hulpveren werden de platen tegen elkaar aangedrukt zodat de wrijvingscoëfficiënt nog groter kon worden. Doordat deze koppelingen erg 'hapten' met wegrijden (grepen direct aan) waren ze niet comfortabel in het dagelijkse verkeer. (afb. 4)

Deze afbeelding komt uit het boek van Simon Moore over de 8C 2300. Het is een tekening bewerkt door Luigi Fusi begin jaren '70. Ook een nadeel van deze koppelingen was de grote massa waardoor de platen bleven doordraaien na het koppelingspedaal ingetrapt te hebben. De tanden stonden niet direct stil voor het schakelen, daarom werd er een soort van tandwielrem toegepast.
In de jaren '30 werd er in een onderzoekslaboratorium van General Motors een koppeling uitgevonden met een schotelveer (diafragma), die omklapte als je er kracht op zette. Deze werd voor het eerst toegepast op de Amerikaanse militaire vrachtwagens van GMC (afb. 5).

Vanaf het midden van de jaren '50 werd deze koppeling toegepast in de Porsche 356, de Goggomobil en de DKW Munga. In de jaren '60 werd deze koppeling toegepast bij sneldraaiende motoren met bovenliggende nokkenas bij Glas, BMW en Alfa Romeo. Tegen het einde van de jaren '60 gingen bijna alle fabrikanten over op deze koppeling, vooral door het ontwikkelingswerk van LuK dat de schotelveer (diafragma) koppeling geschikt maakte voor grote serieproductie.

Werkingprincipe van de enkele drogeplaat koppeling

In afb. 6 wordt de werking getoond van een koppeling, in de linker afbeelding gaat de van de krukas komende kracht over op het vliegwiel (13) en de drukgroep (1). De koppelingsplaat draagt deze kracht via de naaf (12) over op de ingaande as van de versnellingsbak.

De diafragmaveer drukt de drukplaat tegen de koppelingsplaat en het vliegwiel. De verbinding tussen motor en versnellingsbak is daarmee tot stand gebracht. Wil men deze verbinding onderbreken, dan trapt men de koppeling in. Dan drukt de koppelingsvork of gaffel (20) het druklager in de richting van de motor op de diafragmatongen (veren). Die tongen hebben de functie van een hefboom. Bij verder intrappen van het koppelingspedaal volgt via de kantelring een beweging in omgekeerde richting. De drukplaat (3) wordt ontlast en door middel van de tangentiaal-bladveren van de koppelingsplaat afgetrokken. De koppelingsplaat kan dan vrij ronddraaien en de motor en aandrijving zijn van elkaar gescheiden.

Afb. 6 — Onderdelen van een koppeling in gekoppelde en ontkoppelde toestand. 1 Drukgroep · 2 Koppelingshals · 3 Drukplaat · 4 Diafragmaveer · 5 Tangentiaal-bladveer · 6 Steunring · 7 Afstandsbus · 8 Koppelingsschijf · 9 Torsiedemper · 10 Voorlastinrichting · 11 Voering · 12 Naaf · 13 Vliegwiel · 14 Krukas · 15 Toplager · 16 Krukasdichting (motor) · 17 Price-a · 18 Geleidehuls · 19 Druklager · 20 Gaffel · 21 Krukasdichting (versnellingsbak) · 22 Segmentvering

De drie hoofdonderdelen van de koppeling

Koppelingsplaat

Het centrale verbindingselement van de koppeling. In gekoppelde toestand zit de plaat tussen vliegwiel en drukgroep geklemd. Via de vertanding in de koppelingsnaaf gaan de krachten over naar de price-as (ingaande as) in de versnellingsbak. In het hart van de koppelingsplaat is een torsiedemper gemonteerd. Het midden van de plaat, de zg. naaf, kan enigszins verdraaien t.o.v. de buitenring. De naaf draait tegen de veerkracht in van de veren (5) bij afb. 7.

Dit is ongeveer maximaal 20 graden. De torsiedemper heeft als doel om de trillingen tussen motor en versnellingsbak te dempen. Verbrandingsmotoren geven immers een voortdurend veranderend aantal omwentelingen af. Tussen de voeringen die op de plaat zijn geklonken zit segmentvering. Dit zorgt ervoor dat de koppelingsplaat verend samengedrukt kan worden. Het doel is om het aangrijpingspunt soepel te laten verlopen met schokvrij optrekken en geeft een comfortabele bediening van de koppeling. Nog een voordeel van segmentvering is een gunstige slijtageverhouding en een betere draagvlakverdeling en daarmee samenhangende gelijkmatige warmteverdeling.

Drukgroep

De drukgroep is bij deze afbeelding doorgesneden. De linkerzijde is de vliegwielzijde, dus de binnenkant waar de drukplaat zit. De rechterzijde is de buitenkant waar in het midden het druklager tegen de diafragmaveer aandrukt indien men de koppeling bedient.

De drukgroep is met bouten bevestigd aan het vliegwiel en zorgt dat het draaimoment van de motor via de koppelingsplaat naar de price-as wordt doorgegeven. Een van de belangrijkste onderdelen hierin is de diafragmaveer (3). Deze zit opgesloten gespannen in het koppelingshuis (de buitenzijde van de drukgroep) en de drukplaat, zodat ze de noodzakelijke drukkracht bewerkstelligt die noodzakelijk is om de koppelingsplaat tussen vliegwiel en drukplaat (2) te klemmen. Ze zet zich daarbij af tegen een ribbel in het koppelingshuis (1) en een ring (4). Aan de buitenzijde ligt ze op de drukplaat. Als het koppelingspedaal wordt ingetrapt, drukt het druklager tegen de diafragmatongen (uiteinden van de drukplaat). De drukplaat trekt zich terug met behulp van de tangentiaalveren en de koppelingsplaat wordt vrijgegeven.

Van de drukgroep zijn er nog heel veel variaties maar het is onmogelijk om die hier allemaal te bespreken.

Druklager

Het lager bestaat uit twee hoofdgedeelten, het eerste is de gelagerde metalen ring die meedraait met de diafragmaveer. In afb. 9 is dit het gele gedeelte bij de doorsnede tekening. Het tweede gedeelte van het druklager schuift over de geleidehuls die over de price-as zit. Deze huls zorgt ervoor dat het lager gecentreerd blijft en is aan de versnellingsbak gemonteerd.

Tot zover de koppeling van onze spider, maar hoe werkt nou de koppeling van onze moderne auto vanaf 2005 en jonger? Iedereen die een 'moderne' auto heeft bereden, is het misschien al opgevallen dat je bijna geen trillingen meer voelt in de versnellingspook. Ook de koppeling kan op laten komen maar je voelt bijna geen aangrijpingspunt meer. Dit is vooral bij de moderne diesel, vaak denkt men (terecht) dat het hoge motorkoppel bij lage toerentallen hierbij ten goede komt. Dit hoeft niet altijd juist te zijn. De dieselmotor draait stationair erg onregelmatig ondanks al onze verbeterde technieken zoals JTD en TDI motoren. Ik hoop dat je begrepen hebt dat de koppelingsplaat een torsiedemper heeft die zo'n 20 graden kan torderen om trillingen op te vangen. In deze auto's zit nl. een speciaal vliegwiel dat uit twee delen bestaat en daarin zit een dempingsysteem. We noemen zo'n vliegwiel een tweedelig vliegwiel, ook wel tweemassa vliegwiel.

Tweemassa vliegwiel

Via de opengewerkte tekening ga ik uitleggen hoe zo'n vliegwiel werkt. (afb. 10)

Een 'standaard tweedelig vliegwiel' bestaat uit een primair gedeelte aan massa (1) en een secundaire massa (6). De beide ontkoppelde gedeelten zijn via het veer/dempingsysteem met elkaar verbonden en door middel van een kogel- of glijlager (2) verdraaibaar gelagerd. Het primaire gedeelte dat direct aan de krukas geschroefd is, vormt samen met het deksel (5) een holle ruimte, de zogenaamde veerkamers. In deze kamers bevindt zich het hoofdonderdeel van het veer/dempingsysteem, dat bestaat uit de boogveren (3).

De boogveren liggen in glijschalen in de veerkamers en deze kamers zijn gescheiden door de aanslagpunten. Dit zijn nokken van ongeveer 3 cm groot. Tussen de aanslagpunten rust het uiteinde van het

Hydraulisch druklager

Tezamen met een tweemassa vliegwiel wordt er vaak een hydraulisch druklager toegepast.

Dit is een lager tezamen met een cilinder gebouwd in een huis. Hierbij heb je geen koppelingsgaffel meer nodig.

Het voordeel van dit systeem is dat het lager, wat direct vanuit het huis tegen de drukgroep aandrukt, minder draaipunten heeft in het systeem en dat alle trillingen van drukgroep en druklager gedempt worden. Nadeel is dus een gevoelloos koppelingspedaal.

Tekst: Ries van de Pouw Kraan