Schnellschaltende Kupplung zur Reduzierung von Reibverlusten während des Synchronisationsvorgangs
Mechanik
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Forschungsvorhaben werden Analogien zwischen Elektrotechnik und Mechanik genutzt, um einen mechanischen Tiefsetzsteller zu entwickeln. Ein entsprechender Prototyp wird aufgebaut, an einem hochdynamischen Antriebsstrang-Prüfstand erprobt und im Rahmen des hier dargestellten Forschungsprojektes sukzessive weiterentwickelt. Die neuartige Topologie soll dazu verwendet werden, die hohen Reibverluste, welche sich im Schlupfzustand einer kraftschlüssigen Einscheibentrockenkupplung während eines Drehzahlsynchronisationsvorgangs ergeben, zu reduzieren. Zur Umsetzung des Ansatzes „Wandeln durch periodisches Schalten“ aus der Leistungselektronik bilden eine schnell schaltende Kupplung und ein mechanischer Energiespeicher, bestehend aus Torsionsfedern (in Form von Spiralbandfedern) und Schwungmassen, die Hauptelemente des mechanisches Tiefsetzstellers. Zur Optimierung des Systems im Rahmen des hier dokumentierten Forschungsvorhabens werden zwei Ziele verfolgt: Einerseits soll der Kupplungswirkungsgrad erhöht werden. Andererseits sollen die prinzipbedingt infolge des hochfrequenten Schaltens abtriebsseitig entstehenden Drehzahl- und Drehmomentschwankungen minimiert werden. Zur Erreichung der Ziele werden im Rahmen des Projektes hard- sowie softwareseitige Optimierungen an der hydraulischen Kupplungsaktuierung vorgenommen, um höhere Schaltfrequenzen realisieren zu können. Darüber hinaus wird das Energiespeicherelement im Rahmen der Reduzierung von dessen Gesamttorsionsfedersteifigkeit zu einem rotatorischen Zweimassenschwinger erweitert. Mit der hochdynamisch aktuierten Kupplung können bis zu einer Schaltfrequenz von ca. 30 Hz rechteckförmige Hydraulikdruck- bzw. Anpresskraftverläufe realisiert und damit „saubere“ Öffnungs- und Schließvorgänge ohne ausgeprägtes Schlupfen erzielt werden. Dies führt dazu, dass die mit einer Schaltfrequenz von 20 Hz durchgeführten Drehzahlsynchronisationsvorgänge im Vergleich zum schlupfenden Betrieb der Kupplung einen deutlich höheren Kupplungswirkungsgrad von bis zu 85 % aufweisen. Darüber hinaus bewirken die umgesetzten Optimierungsmaßnahmen eine erhebliche Reduzierung der Schwingungseffekte am Abtrieb.
