Wie funktioniert eigentlich?: Die Fliehkraftkupplung

Gas geben und losfahren: Seit vielen Jahrzehnten sind Rollerfahrer diesen Komfort gewohnt. Möglich macht das häufig die Fliehkraftkupplung. Sie verbindet den Motor erst mit dem Antriebsstrang, wenn eine bestimmte Drehzahl erreicht ist. Sinkt die Drehzahl, löst sie die Verbindung. Der Fahrer muss dabei weder einen Kupplungshebel betätigen noch den Schleifpunkt suchen.

Die Fliehkraftkupplung übernimmt damit eine zentrale Aufgabe im Antriebssystem: Sie ermöglicht es dem Verbrennungsmotor, im Leerlauf weiterzulaufen, während das Fahrzeug steht. Erst beim Dreh am Gasgriff wird über die Fliehkraftkupplung die Motorkraft auf das Getriebe beziehungsweise das Antriebsrad übertragen. Das geschieht rein mechanisch, ohne Sensoren, Steuergeräte oder zusätzliche Stellmotoren.

Das Prinzip ist einfach: Im Inneren einer typischen Fliehkraftkupplung befinden sich beweglich gelagerte Kupplungsbacken, die Federn nach innen ziehen. Sie rotieren mit der Antriebswelle des Motors. Steigt deren Drehzahl, werden die Backen zunehmend nach außen gedrängt, da die steigende Fliehkraft die Rückstellkraft der Federn überwindet. Die Reibbeläge der Backen legen sich an die Innenseite einer sie umschließenden Kupplungsglocke. Durch Reibung wird die Glocke mitgenommen und das Drehmoment an den nachfolgenden Antrieb weitergegeben.

Leicht verzögerter Kraftaufbau

Zunächst schleift die Kupplung beim Andocken noch, die Backen und die Glocke drehen sich also unterschiedlich schnell. Der Fahrer bemerkt das an einem leicht verzögerten Kraftaufbau. Mit zunehmender Drehzahl steigt die Anpresskraft, bis ein weitgehend schlupffreier Kraftschluss entsteht und die Motorkraft vollständig übertragen wird. Beim Abbremsen läuft der Vorgang umgekehrt ab. Fällt die Drehzahl unter einen bestimmten Wert, ziehen die Federn die Backen zurück, die Verbindung wird gelöst. Der Motor kann mit Standdrehzahl weiterlaufen, ohne Kraft an den Antrieb abzugeben.

Das Funktionsprinzip ist zwar immer ähnlich, in der konstruktiven Umsetzung unterscheiden sich Fliehkraftkupplungen jedoch. Besonders verbreitet sind Varianten mit zwei oder drei radial beweglichen Reibbacken in einer Kupplungsglocke. Daneben gibt es Ausführungen mit Fliehgewichten, die über Hebel oder Druckmechanismen eine Scheiben- beziehungsweise Lamellenkupplung betätigen. Auch Mischformen sind üblich, bei denen die Fliehkraft nur das automatische Einkuppeln übernimmt, während weitere Mechanismen das Trennen oder Schalten ermöglichen.

Von einer konventionellen, beispielsweise hydraulisch betätigten Mehrscheibenkupplung unterscheidet sich die Fliehkraftkupplung vor allem durch ihre Betätigung. Bei einer klassischen Motorradkupplung werden mehrere Reib- und Stahllamellen durch Federkraft zusammengepresst. Über einen Handhebel und gegebenenfalls eine Hydraulik kann der Fahrer die Verbindung gezielt lösen. Eine Fliehkraftkupplung hingegen reagiert selbsttätig auf die Drehzahl. Beide Prinzipien schließen sich allerdings nicht aus: Auch eine Mehrscheibenkupplung lässt sich fliehkraftgesteuert betätigen.

Viele Vorteile

Die Vorteile liegen auf der Hand. Eine Fliehkraftkupplung ist vergleichsweise einfach aufgebaut, kostengünstig, kompakt und benötigt keine aufwendige Regelung. Gerade bei kleinen Fahrzeugen macht sie das Anfahren komfortabel und verhindert, dass der Motor beim Anhalten abgewürgt wird. Ihre Schwächen zeigen sich bei hoher Belastung. Während der Schlupfphase entsteht Wärme, die Reibbeläge verschleißen. Zudem ist das Einkuppelverhalten weitgehend durch die Konstruktion und die Federabstimmung vorgegeben. Anders als bei einer manuell betätigten Kupplung kann der Fahrer den Kraftschluss nicht unabhängig von der Motordrehzahl dosieren.

Die Geschichte der Fliehkraftkupplung reicht bis in die Frühzeit des Verbrennungsmotors zurück. Ein eindeutig belegter Erfinder oder ein erstes Serienfahrzeug findet sich nicht. Bereits im 19. Jahrhundert wurde das Prinzip bei industriellen Antrieben erprobt. Anfang des 20. Jahrhunderts entstanden zahlreiche Patente. So meldete der US-amerikanische Ingenieur Meigs W. Bartmess 1914 eine Fliehkraftkupplung für Westinghouse zum Patent an.

Auch im Automobilbau wurde mit der Technik experimentiert. In den 1930er-Jahren kamen Fliehkraftkupplungen unter anderem bei Armstrong Siddeley zum Einsatz. Später versuchten Hersteller, mit automatischen Kupplungssystemen den Komfort konventioneller Schaltgetriebe zu verbessern. Ein Beispiel war der 1956 von Fichtel & Sachs entwickelte Saxomat, der eine Fliehkraftkupplung mit einer zusätzlichen Betätigung zum Gangwechsel kombinierte. Durchsetzen konnten sich solche Lösungen im Pkw jedoch nicht.

Ihre eigentliche Erfolgsgeschichte schrieb die Fliehkraftkupplung im Zweiradbereich. Vor allem Mopeds und Motorroller profitierten von der unkomplizierten Bedienung. Mit der Verbreitung stufenloser Riemenautomatikgetriebe, auch Variomatik genannt, wurde sie zum festen Bestandteil vieler Rollergenerationen. Dabei übernimmt die Variomatik die Anpassung der Übersetzung, während die Fliehkraftkupplung das automatische Anfahren ermöglicht. Beides funktioniert ohne Zutun des Fahrers. Auch Vespa vollzog in den 1980er-Jahren den Wechsel zur Automatik, beispielsweise mit der 1984 eingeführten PK Automatica.

Wo kommt die Fliehkraftkupplung noch zum Einsatz?

Die Fliehkraftkupplung ist keineswegs auf Roller beschränkt. Sie findet sich ebenso in Karts, Pocketbikes, Kettensägen, Rasenmähern und motorisierten Arbeitsgeräten. Eine eher exotische Anwendung sind Modellbauantriebe, bei denen Fliehkraftkupplungen dafür sorgen, dass kleine Verbrennungsmotoren zunächst unbelastet hochdrehen können.

Zumindest im Rollersegment könnte die Fliehkraftkupplung allerdings langfristig zum Auslaufmodell werden. Denn mit der zunehmenden Elektrifizierung verliert sie dort ihre Daseinsberechtigung. Elektromotoren liefern bereits aus dem Stand hohes Drehmoment und benötigen für das Anfahren keine Kupplung. Was beim Verbrenner eine clevere mechanische Lösung ist, wäre beim E-Roller schlicht überflüssiger Ballast.