Herausgeber: LuK GmbH & Co. - Schaeffler Group Herausgeber: LuK GmbH & Co. Industriestrasse...

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  • Herausgeber: LuK GmbH & Co. Industriestrasse 3 • D -77815 Bühl/Baden

    Telefon +49 (0) 7223 / 941 - 0 • Telefax +49 (0) 7223 / 2 69 50 Internet: www.LuK.de

    Redaktion: Ralf Stopp, Christa Siefert

    Layout: Vera Westermann

    Druck: Konkordia GmbH, Bühl Das Medienunternehmen

    Printed in Germany

    Nachdruck, auch auszugsweise, ohne Genehmigung des Herausgebers untersagt.

  • Vorwort

    Innovationen bestimmen unsere Zukunft. Experten sagen voraus, dass sich in den Bereichen Antrieb, Elektronik und Sicherheit von Fahrzeugen in den nächsten 15 Jahren mehr verändern wird als in den 50 Jahren zuvor. Diese Innovationsdynamik stellt Herstel- ler und Zulieferer vor immer neue Herausforderungen und wird unsere mobile Welt entscheidend verändern.

    LuK stellt sich diesen Herausfor- derungen. Mit einer Vielzahl von Visionen und Entwicklungsleistun- gen stellen unsere Ingenieure ein- mal mehr ihre Innovationskraft unter Beweis.

    Der vorliegende Band fasst die Vorträge des 7. LuK Kolloquiums zusammen und stellt unsere Sicht der technischen Entwicklungen dar.

    Wir freuen uns auf einen interes- santen Dialog mit Ihnen.

    Bühl, im April 2002

    Helmut Beier

    Vorsitzender der Geschäftsführung LuK Gruppe

  • LuK KOLLOQUIUM 2002

    Inhalt

    1 ZMS – nichts Neues? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

    2 Der Drehmomentwandler. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

    3 Kupplungsausrücksysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

    4 Der Interne Kurbelwellendämpfer (ICD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

    5 Neueste Ergebnisse der CVT-Entwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

    6 Wirkungsgradoptimiertes CVT-Anpresssystem . . . . . . . . . . . . . 61

    7 Das 500 Nm CVT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

    8 Das Kurbel-CVT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

    9 Bedarfsorientiert ansteuerbare Pumpen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

    10 Die temperaturgeregelte Schmierölpumpe spart Sprit . . . . . . . 113

    11 Der CO2 Kompressor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

    12 Komponenten und Module für Getriebeschaltungen . . . . . . . . 135

    13 Die XSG Familie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

    14 Neue Chancen für die Kupplung? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

    15 Elektromechanische Aktorik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173

    16 Denken in Systemen – Software von LuK . . . . . . . . . . . . . . . . . 185

    17 Das Parallel-Schalt-Getriebe PSG. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199

    18 Kleiner Startergenerator – große Wirkung. . . . . . . . . . . . . . . . . 213

    19 Codegenerierung contra Manufaktur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227

    WESTEV 10 Die temperaturgeregelte Schmierölpumpe spart Sprit . . . . . . . 113

  • 113LuK KOLLOQUIUM 2002

    Die temperaturgeregelte Schmierölpumpe spart Sprit

    Heiko Schulz-Andres Dirk Kamarys

    10

  • 10 Die temperaturgeregelte Schmierölpumpe spart Sprit

    114 LuK KOLLOQUIUM 2002

    Einleitung Die Reduzierung des Kraftstoffverbrauches bei Fahrzeugen wird auch in Zukunft ein zentraler Entwicklungsschwerpunkt in der Kfz-Industrie sein. Neben der Entwicklung von neuen Tech- nologien (z. B. Direkteinspritzung) kommt der Optimierung von bestehenden Komponenten eine zunehmende Bedeutung zu. Hier sind nen- nenswerte Einsparpotenziale zu realisieren, ohne die immensen Kosten, die neue Systeme verursachen können. Das Schlagwort hierbei heißt „bedarfsorientierte Nebenaggregate“.

    Bild 1: Energiebilanz im NEFZ

    In Bild 1 ist die Energiebilanz eines Mittelklas- sefahrzeuges im neuen europäischen Fahrzy- klus (NEFZ) dargestellt. Dass die Nebenaggre- gate den zweitgrößten Verbrauchsanteil ha- ben, ist angesichts der Anzahl der angebunde- nen Verbraucher nachvollziehbar [6]. Auffal- lend ist jedoch der hohe Anteil der Ölpumpe mit bis zu 3% der mechanischen Leistung. Die Ver- mutung liegt nahe, dass eine Anpassung der Ölpumpe an den Bedarf zu einer Reduzierung der Verlustleistung führt. LuK hat sich dieser Aufgabe angenommen und stellt mit dem vor- liegenden Beitrag eine Ölpumpen-Neuent- wicklung vor, die zu beachtlichen Ver- brauchseinsparungen führen wird.

    Grundlagen Die Ölpumpe ist ein wichtiger Bestandteil des Motors. Ein Ausfall der Pumpe führt innerhalb kürzester Zeit zum Versagen des kompletten Motoraggregates.

    Die Ölpumpe hat drei Aufgaben zu bewälti- gen:

    � Schmierung An allen Lagerstellen muss ein ausreichen- der Schmierfilm sichergestellt werden. Dies betrifft insbesondere die hoch belasteten Kurbelwellen- und Pleuellagerstellen.

    � Kühlung Die anfallende Wärme muss abgeführt wer- den. Dies betrifft die Reibungswärme in den Lagerstellen ebenso wie das, durch den Verbrennungsprozeß erwärmte Öl im Be- reich der Kolbenschmierung.

    � Steuerung Im Motor sind verschiedene hydraulische Stellelemente, wie Hydrostößel, Nocken- wellenversteller etc. Diese Verstellelemente werden von der Motorsteuerung aus betä- tigt. Der hierfür notwendige Druck ist von der Ölpumpe bereitzustellen.

    Zusammenfassend ist die Hauptaufgabe der Ölpumpe, die Bereitstellung eines notwendi- gen Druckes [1], [2].

    Bild 2: Öldruckbedarf des Motors

    In Bild 2 ist der Öldruckbedarf des Motors über der Motordrehzahl dargestellt. Dieser Öl- druckanstieg ist notwendig, um den erforder- lichen Schmierfilm an den einzelnen Lager- stellen zu gewährleisten.

  • 10 Die temperaturgeregelte Schmierölpumpe spart Sprit

    115LuK KOLLOQUIUM 2002

    Hydraulisch gesehen ist der Ölkreislauf des Motors eine Kombination aus Drosseln und Spalten, die für die Pumpenauslegung durch eine Ersatzdrossel ersetzt werden können. Hiermit lässt sich der zum Druckaufbau benö- tigte Volumenstrom berechnen.

    Weiterhin ist allgemein bekannt, dass die Viskosität von Ölen mit zunehmender Tem- peratur stark abfällt. Die Konsequenz daraus ist eine entsprechende Vergrößerung des notwendigen Volumenstromes bei anstei- gender Temperatur, um den Aufbau des be- nötigten Druckes zu ermöglichen.

    Bild 3: Temperaturabhängiger Volumenstrom- bedarf

    Bild 3 zeigt den so hergeleiteten Volumen- strombedarf des Motors für verschiedene Tem- peraturen. Neben der Drehzahlabhängigkeit ergibt sich eine starke Zunahme des erforder- lichen Volumenstroms mit zunehmender Tem- peratur. Bei einer Konstantpumpe steigt der Volumenstrom linear mit der Drehzahl an. Für eine konstante Temperatur ergibt sich also eine gute Annäherung an den Bedarf.

    Gesucht wird deshalb zusätzlich eine geeig- nete Temperaturregelung.

    Die Auslegung der heute in Serie eingesetz- ten Konstantpumpen ist in Bild 4 dargestellt. Maßgeblich für die Pumpenauslegung ist der sogenannte Heißleerlauf. Hierbei handelt es

    sich um den Betriebspunkt mit der höchsten Öltemperatur im Leerlauf. Dieser Zustand wird in der Regel nur bei Fahrten mit hohem Leistungsbedarf und niedrigen Geschwindig- keiten erreicht (z. B. Bergfahrten mit Anhän- ger). Wenn der Motor nach einer solchen Be- lastung anschließend im Leerlauf betrieben wird, stellt sich der genannte Heißleerlauf ein. In diesem Betriebspunkt ist jetzt noch der Min- destdruck zur Versorgung der Lagerstellen und der Steuerstellen zu gewährleisten. Die- ser beträgt im Allgemeinen 0,7 - 0,8 bar. Bei höheren Drehzahlen ist die ausreichende Ver- sorgung durch die Konstantpumpe dann im- mer gewährleistet.

    Im Allgemeinen wird der Motor jedoch bei Öl- temperaturen bis 90°C betrieben. Dies führt zu einem ungewollten Ansteigen des Öl- drucks, der durch das Druckbegrenzungsven- til abgeregelt wird. Dadurch wird ein großer Teil der Ölmenge nutzlos im Umlauf gefördert. Diese Verlustleistung wird um so größer, je niedriger die Motortemperatur ist.

    Normalerweise werden viele Fahrzeuge im Kurzstreckenbetrieb eingesetzt. Die Betriebs- temperatur wird selten erreicht. Um diesem Vorgang gerecht zu werden, wird der neue eu- ropäische Fahrzyklus NEFZ kalt gestartet. Der Motor erwärmt sich dann im Laufe des Zy- klus auf die Betriebstemperatur.

    Bild 5 zeigt den Anstieg der Öltemperatur über der Betriebszeit des NEFZ. Da dieser Zy- klus zum einen die Realität sehr gut abbildet und zum anderen auch zu Verbrauchsverglei- chen herangezogen wird, ist es sinnvoll, neue Konzepte für die Ölschmierung im NEFZ zu bewerten.

    Bild 6 zeigt den Unterschied in der Leistungs- aufnahme zwischen einer Serienpumpe und der Leistung, die sich aus dem eigentlichen Ölbedarf im NEFZ für eine optimale Pumpe er- geben würde. Es ist zu erkennen, dass eine temperaturangepasste Reduzierung des Vo- lumenstromes den Leistungsbedarf der Öl- pumpe deutlich reduzieren könnte.

  • 10 Die temperaturgeregelte Schmierölpumpe spart Sprit

    116 LuK KOLLOQUIUM 2002

    Bild 4: Auslegung einer Konstantpumpe

    Bild 5: Erwärmung des Motoröls während des NEFZ

    Bild 6: Leistungsaufnahme im NEFZ

  • 10 Die temperaturgeregelte Schmierölpumpe spart Sprit

    117LuK KOLLOQUIUM 2002

    Lösungsansätze Um einen Volumenstrom in Abhängigkeit von der Temperatur verändern zu können, gibt es prinzipiell zwei verschiedene Lösungswege. Entweder wird die Drehzahl oder das Förder- volumen der Pumpe in