Herausgeber: LuK GmbH & Co. - schaeffler.com · Vorwort Innovationen bestimmen unsere Zukunft....

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Redaktion: Ralf Stopp, Christa Siefert

Layout: Vera Westermann

Druck: Konkordia GmbH, BühlDas Medienunternehmen

Printed in Germany

Nachdruck, auch auszugsweise, ohneGenehmigung des Herausgebers untersagt.

Vorwort

Innovationen bestimmen unsereZukunft. Experten sagen voraus,dass sich in den BereichenAntrieb, Elektronik und Sicherheitvon Fahrzeugen in den nächsten15 Jahren mehr verändern wirdals in den 50 Jahren zuvor. DieseInnovationsdynamik stellt Herstel-ler und Zulieferer vor immer neueHerausforderungen und wirdunsere mobile Welt entscheidendverändern.

LuK stellt sich diesen Herausfor-derungen. Mit einer Vielzahl vonVisionen und Entwicklungsleistun-gen stellen unsere Ingenieure ein-mal mehr ihre Innovationskraftunter Beweis.

Der vorliegende Band fasst dieVorträge des 7. LuK Kolloquiumszusammen und stellt unsere Sichtder technischen Entwicklungen dar.

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

Bühl, im April 2002

Helmut Beier

Vorsitzenderder 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

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

61LuK KOLLOQUIUM 2002

WirkungsgradoptimiertesCVT-Anpresssystem Verbrauchsreduktion durch Schlupferhöhung?

Hartmut FaustManfred HommFranz Bitzer

6

6 Wirkungsgradoptimiertes CVT-Anpresssystem

62 LuK KOLLOQUIUM 2002

EinleitungDie steigenden Treibstoffpreise und die vomGesetzgeber verordneten Emissionsrichtlinienstellen hohe Anforderungen an die Automobil-hersteller und Zulieferer, den Wirkungsgrad desAntriebstranges weiter zu verbessern.

LuK stellt als Systemlieferant CVT-Kompo-nenten wie Scheibensätze, Kette, hydrauli-sche Steuerung und Dämpfer her. All dieseKomponenten haben einen großen Einflussauf den Getriebewirkungsgrad und somit aufden Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs. Diemit Audi gemeinsam entwickelte multitronic�zeigt, dass das Getriebe einen deutlichen Bei-trag zur Verbrauchsreduzierung leisten kann.Im Vergleich zu konventionellen 5-Gang-Stu-fenautomaten wird ein Verbrauchsvorteil imNEFZ-Zyklus von ca. 9% erreicht [1].

Trotz dieses Vorsprungs, den das CVT hat,wird versucht, den Wirkungsgrad weiter zuverbessern. In diesem Bericht werden zweiverlustrelevante Bauteile näher betrachtet.Der erste Abschnitt befasst sich mit den Ver-lusten, die durch die hydraulische Steuerunghervorgerufen werden, und den Möglichkei-ten, diese weiter zu reduzieren. Der zweiteAbschnitt behandelt die mechanischen Ver-luste im Variator in Abhängigkeit von den An-presskräften. Hierzu wird ein neuartiges Ver-fahren zur Schlupferkennung und damit zur

Bild 1: Verluste im MVEG-Zyklus

Reduzierung der Anpresskräfte und Verbes-serung des Wirkungsgrades vorgestellt. InBild 1 sind die Verlustanteile am Beispiel derin Serie produzierten multitronic� für denNEFZ-Zyklus dargestellt.

Die Summe der Energieverluste am Variatorund der Hydraulik liegt bei ca. 15% bezüglich derGesamtenergie an der Getriebeeingangswelle.Durch weitere Optimierungsschritte, wie einerkleineren Pumpe und einer geänderten An-pressstrategie des Variators, soll der Wirkungs-grad des Systems weiter verbessert werden.

Reduzierung der hydraulischen Antriebsleistung

Auswahlkriterien für die PumpengrößeDie notwendige Pumpengröße stellt ein we-sentliches Beurteilungskriterium für die Aus-wahl des Hydraulikkonzeptes dar.

Die hydraulischen Verluste können, wie in Bild 2dargestellt, über das theoretische Fördervolu-men und den Druck berechnet werden.



Bild 2: Reduzierung hydraulischer Verluste

GetriebekonzeptDie Pumpengröße wird durch das Getriebe-konzept und die Getriebeleckage bestimmt.Das Getriebekonzept beinhaltet beispielswei-se die Entscheidung für Einfach- oder Dop-pelkolben oder die Ausführung der Kupp-lungskühlung mit einer Saugstrahlpumpe, diees erlaubt, den Kühlvolumenstrom der Hoch-druckpumpe zu verdoppeln.

Je nach Fahrsituation benötigt das Getriebesehr unterschiedlich große Volumenströme.Das LuK System mit Doppelkolben undDrehmomentfühler zeichnet sich dadurchaus, dass die Spitzenbedarfswerte für Ver-stellung, Kupplungskühlung und Anpres-sung im gleichen Maße die Pumpengrößebestimmen. Der große Volumenstrombedarfder Scheibensätze für dynamische Getriebe-verstellungen bei Vollbremsung von konven-tionellen CVT mit Einfachkolben kann durchdas Doppelkolbensystem auf ein Drittel re-duziert werden [2], [3].

Ein weiteres wichtiges Auslegungskriteriumfür die Dimensionierung der Pumpengrößestellt die Kupplungskühlung dar. Im Anfahr-modus benötigt die nasse Kupplung einen ho-hen Kühlölvolumenstrom auf niedrigem

Druckniveau, um dieentstehende Verlustlei-stung abführen zu kön-nen. Die Zeitanteile, indenen zusätzlich zurHochdruckpumpe einVolumenstrom zurKupplungskühlung be-nötigt wird, betragen imNEFZ weniger als 2%.Auf Grund der geringenZeitanteile ist es nichtsinnvoll, diesen Spit-zenbedarf allein mit derHochdruckpumpe ab-zudecken. Stattdessenwird eine kostengünsti-ge zuschaltbare Saug-strahlpumpe, die keine

Antriebsleistung erfordert, verwendet. DieSaugstrahlpumpe nutzt die vorhandene kine-tische Energie des Öls mittels Injektorwirkungzur Erhöhung des Volumenstromes.

GetriebeleckageEinen weiteren wichtigen Aspekt für die Aus-legung der Pumpengröße stellt die interneGetriebeleckage dar. Diese setzt sich wie folgtzusammen:

� Interne Pumpenleckage

� Steuerungsleckage

� Leckage der Gleitdichtringe

� Schiebesitzleckage der Scheibensätze

All diese Leckagen sind stark temperatur-,druckund toleranzabhängig. In einem Getrie-be gehen viele Bauteileinzeltoleranzen in dieLeckagebilanz ein. Die Wahrscheinlichkeit,dass all diese Spiele gleichzeitig ein Maximumaufweisen, ist sehr gering. Aus diesem Grundwerden die Maximaltoleranzen im Sinne einerstatistischen Betrachtung berücksichtigt. So-mit wird die Pumpe nicht unnötig groß dimen-sioniert. Für die Berechnung der Getriebelek-kage werden alle einzelnen Leckagestellenerfasst und in einer Bilanz zusammengeführt.



In Bild 3 sind zwei kritische Betriebszuständedargestellt. Für beide Zustände wird die klein-ste vorkommende Motordrehzahl, das jeweilshöchst mögliche Motormoment und eine Tem-peratur von 100 °C zugrundegelegt, d. h. ge-ringe Fördermenge der Pumpe bei hohem Sy-stemdruck und geringer Ölviskosität. Im Be-triebszustand Anfahren wird der erforderlicheVolumenstrom vom Kühlölbedarf der Anfahr-kupplung bestimmt, während die Vollbrem-sung durch den hohen Volumenstrombedarffür die Underdriveverstellung charakterisiertwird. Rechts wird der Vorteil des Doppelkol-bensystems bezüglich Pumpengröße ver-deutlicht. Trotz des bei einer Vollbremsungniedrigen Druckniveaus mit Einfachkolbensy-stem und der dadurch geringeren Getriebe-leckage muss die Pumpe wegen des höherenVerstellvolumenstromes deutlich größer di-mensioniert werden [2].

Die Getriebeleckage stellt je nach Betriebszu-stand einen Anteil von bis zu 70% des geförder-ten Volumenstroms dar. Der größte Leckagean-

teil entsteht in der hydraulischen Steuerungselbst. Betrachtet man den Zustand Anfahren,so teilt sich die Steuerungsleckage, wie in Bild 4dargestellt, in drei wesentliche Blöcke auf.

Die folgenden Optimierungsmaßnahmenwurden zur Reduzierung der Steuerungs-leckagen untersucht:

� Schieberleckage

– Verkleinerung der Schieberdurchmesser

– Vergrößerung der Überdeckungslängen

– Reduzierung der Schieberspiele

– Reduzierung der Schieberanzahl aufein Minimum

� Vorsteuerleckage

– Einsatz von 3/2-Wegeventile anstellevon 2/2-Wegeventile

– Reduzierung der Zulaufblendendurch-messer

Bild 3: Aufteilung des Volumenstromes für die Betriebszustände Anfahren und Voll-bremsung

Bild 4: Steuerungsleckage Betriebszustand An-fahren



� Leckagezunahme über der Lebensdauerauf Grund von Bohrungsverschleiß

– Neue Beschichtungstechnologie füroptimale Schieberkantentopographie

– Reduzierung der Schieberquerkräftedurch Optimierung der Strömungsfüh-rung und Druckverteilung

Werden all diese Maßnahmen umgesetzt, sokann die Steuerungsleckage um bis zu 25%gesenkt werden (Bild 5).

Auch die übrigen Leckagestellen, wie Pumpe,Gleitdichtringe und Schiebesitze der Weg-scheiben, werden analysiert und durch lecka-gereduzierende Maßnahmen optimiert.

Die Pumpe wird konstruktiv mit einer radialenund axialen Spaltkompensation versehen [4].Die Pumpenleckage kann dadurch auf ein Mi-nimum reduziert werden.

Bild 5: Optimierung der Steuerungsleckage im Betriebszustand Anfahren

Die Gleitdichtringleckage wird durch den Ein-satz von speziellen Schlossgeometrien undneuen Materialien mit günstigem Quellverhal-ten verringert.

Die Schiebesitzleckage der Scheibensätzekann durch Spieleinengung, Vergrößerungder Dichtlänge und Reduzierung der Ovalver-formung unter Last verkleinert werden.

Auswahlkriterien für das Druckniveau der PumpeMit steigenden Systemdrücken nehmen dieLeckagen zu, und die Pumpe muss entspre-chend größer dimensioniert werden.

Werden die Systemdrücke kleiner gewählt, sowerden die Anpress- und Verstellflächen ent-sprechend größer, die wiederum bei gleicherVerstelldynamik eine größere Pumpe erfor-derlich machen. Anhand von Verbrauchssi-mulationen wird ein Optimum zwischenDruckniveau und Anpress- bzw. Verstellflä-chen gefunden. Für die Wahl des Druck-niveaus wurden folgende Randbedingungenberücksichtigt:

� Systemdruck abhängig von Motormomentund Übersetzung

� Optimum bezüglich Druckniveau und An-pressflächen

� Geringe Sicherheitsfaktoren für die Anpres-sung, z. B. Schlupfregelung

� Geringe Rückstaudrücke im Kühlerkreis,um nicht systemdruckbestimmend zuwerden

� Geringe Rückstaudrücke in der Steuerungdurch große Querschnitte mit wenigen Ka-nalumlenkungen

Zusammenfassung zumLeistungsbedarf der HydraulikBild 6 zeigt einen Vergleich zwischen derPumpengröße im LuK Hydraulikkonzept undanderen auf dem Markt verfügbaren CVT-Pumpen. Die zu übertragenden Motormo-



mente beeinflussen die Systemdrücke in ei-ner Steuerung stark und haben somit einendeutlichen Einfluss auf die Getriebeleckage.Der Pumpenvergleich wurde deshalb in Ab-hängigkeit vom Motormoment durchgeführt.

Bild 6: Vergleich CVT-Pumpengröße

Die Vorteile des LuK Konzeptes zeigen sichdeutlich in der kleinen Pumpe, die für Motor-momente größer 300 Nm kaum größer aus-geführt werden muss wie eine Pumpe eineskonventionellen CVT für weniger als das hal-be Motormoment. Auch für die Entwicklungvon noch leistungsfähigeren CVT mit höherenübertragbaren Momenten wird die Pumpen-größe und somit der Leistungsbedarf nichtstark ansteigen. Die höheren Leckagen, dieim Getriebe durch die höheren übertragbarenMomente entstehen, werden durch die darge-stellten leckagereduzierenden Maßnahmenüberkompensiert.

Wenn alle leckagereduzierenden Maßnah-men bei gleichem Nennmoment umgesetztwerden, kann die Pumpengröße um etwa20% im Vergleich zum Serienstand verkleinertwerden.

Reduzierung der mechanischen Verluste

Schlupfbestimmung

Die Leistungsübertragung mechanisch stu-fenloser Getriebe erfolgt über Reibkontakte.Zur Sicherstellung der Leistungsübertragungan den Reibstellen ist eine ausreichende An-presskraft notwendig. Die für einen sicherenBetrieb realisierbare, minimale Anpresskraftwird im Wesentlichen beeinflusst durch:

� Güte des Lastsignals

� Schwankungen des Reibwertes

� Verhalten des Stellgliedes

Auf Grund dieser Einflüsse und der Tatsache,dass starkes Rutschen des Variators zur so-fortigen Zerstörung führt, müssen zum Teilhohe Überanpressungen in Kauf genommenwerden, die zu einer Verschlechterung desWirkungsgrades sowie zu einer erhöhtenBauteilbelastung führen.

Mit der vor zweieinhalb Jahren erstmals amMarkt vorgestellten multitronic� wurde bereitseine deutliche Verbesserung des Wirkungs-grades gegenüber konventionellen CVT er-reicht [1]. Die Anpresskraft wird hierbei in Ab-hängigkeit des Variatoreingangsmomentesdurch einen am Scheibensatz 1 angeordne-ten hydro-mechanischen Drehmomentfühlereingestellt [2]. Dadurch konnte die Überan-pressung reduziert werden.

Zur weiteren Steigerung des CVT Wirkungs-grades ist eine weitere Reduzierung der Über-anpressung von entscheidender Bedeutung.

Zwischen ungewollter Überanpressung undzerstörendem Rutschen bleibt jedoch ledig-lich ein schmaler optimaler Bereich.



Bild 7: Prinzip der Schlupferkennung(schematisch)

Um den Variator im optimalen Bereich betrei-ben zu können, ist eine Messgröße notwen-dig, die im Folgenden Regelgröße genanntwird. Anhand der Regelgröße wird ermittelt,ob die Anpresskraft innerhalb oder außerhalbdes optimalen Bereiches liegt. Optimal be-deutet in diesem Zusammenhang, dass dieFunktionsfähigkeit des Variators über der Le-bensdauer nicht eingeschränkt und gleichzei-tig ein hoher Wirkungsgrad erreicht wird.

Eine mögliche Regelgröße zur Ermittlung desAbstandes zwischen der aktuellen Anpres-sung und der Rutschgrenze, bei der der Va-riator irreversibel geschädigt wird, stellt derVariatorschlupf dar.

Während der Entwicklung einer Methode zurSchlupfbestimmung wurden verschiedenephysikalische Prinzipien, die Rückschlüsseauf den Schlupf erlauben, wie z. B. die Mes-sung der Temperatur des abspritzenden Kühl-öles, untersucht. Am erfolgversprechendstenerwies sich eine Modulation des Scheiben-satzanpressdruckes.

Im oberen Teil von Bild 7 ist die Zunahme desVariatorschlupfes in Abhängigkeit des Motor-momentes bei konstantem Anpressdruckschematisch dargestellt. Im Bereich der Über-

anpressung ist derSchlupf klein. Im optima-len Bereich liegt derSchlupf bereits etwas hö-her. Bei einer weiterenSteigerung des Momen-tes steigt der Schlupfüberproportional an, undes tritt eine irreversibleSchädigung von Schei-bensätzen und Kette auf.

Mit Schlupf werden diezur Leistungsübertra-gung notwendigen Gleit-bewegungen zwischenKette und Scheibensät-zen bezeichnet.

Das Verfahren der Druckmodulation soll an-hand der unteren Diagramme in Bild 7 veran-schaulicht werden. Bei dem Verfahren wirdder Anpressdruck periodisch moduliert unddie Scheibensatzdrehzahldifferenz ermittelt.Im Bereich der Überanpressung ergibt sichkeine Reaktion der Drehzahldifferenz durchdie Druckmodulation. Mit zunehmendemSchlupf stellt sich aber eine Drehzahlschwin-gung ein, deren Frequenz der Modulations-frequenz des Anpressdruckes entspricht undderen Amplitude umso größer wird, je mehrSchlupf vorliegt. Damit ist eine Größe gewon-nen, die sich in Abhängigkeit des Variator-schlupfes ändert.

Wahl der ModulationsfrequenzWesentliche Kriterien zur Wahl der Modulati-onsfrequenz sind:

� Hydraulische und mechanischeEigenfrequenzen

� Komfort und Akustikeigenschaften

� Verstellverhalten des Variators

Bild 8 zeigt den idealen Frequenzbereich fürdie Modulation, in dem keine Komfortproble-me zu erwarten sind und wenig andere Stör-frequenzen vorhanden sind.



Bild 8: Wahl der Anregungsfrequenz

AuswerteverfahrenDie in Bild 7 beschriebene Idee zur Schlupf-messung soll nun anhand einer Messungüberprüft werden.

Bild 9 zeigt zwei Messungen mit Druckmodu-lation an einem Umschlingungs-CVT. Die Ver-läufe von Anpresskraft und Drehzahldifferenzsind über der Zeit dargestellt.

Für beide Messungen wurde derselbe mittlereAnpressdruck gewählt, der nach Momenten-fühlerauslegung einem Getriebeeingangs-moment von ca. 60 Nm entspricht. Die Getrie-beeingangsmomente in den Messungen sindmit 30 Nm und 100 Nm stark unterschiedlich.

Somit liegen die Grenz-verhältnisse aus Bild 7vor.

Die Drehzahl vonScheibensatz 1 ist beibeiden Messungen3000 min-1, die Variator-übersetzung ist 2. Dar-aus ergibt sich eine mitt-lere Drehzahldifferenzvon 1500 min-1. DieDrehzahldifferenzen

zeigen bei beiden Getriebeeingangsmomen-ten Schwingungen. Es sind jedoch überwie-gend Frequenzen vorhanden, die nicht derModulationsfrequenz entsprechen. Weiterhinsind trotz verschiedener Eingangsmomentedie in Bild 7 gezeigten, markanten Unter-schiede der Drehzahldifferenzen nicht zu er-kennen.

Dass sich die Signale im Zeitbereich nur un-wesentlich unterscheiden, liegt am starkenRauschanteil, der dem Nutzsignal überlagertist. Dies bedeutet, dass das im Vergleich zumRauschen vorhandene kleine Nutzsignal erstmit einem geeigneten Auswerteverfahrensichtbar gemacht werden muss.

Bild 9: Messergebnisse bei zwei verschiedenen Momenten



Für die Erzeugung eines nutzbaren Signalsaus einem stark verrauschten Untergrund istdas Lock-In Verfahren bekannt. Nachfolgendwird das Verfahren erläutert und die Funkti-onsfähigkeit anhand der oben gezeigten Mes-sungen nachgewiesen.

Gemäß Bild 10 wird das Anpressdrucksignalzunächst in eine Rechteckschwingung mit ei-nem Wertebereich zwischen -1 und +1 um-gewandelt.

Bild 10: Lock-In-Verfahren mit idealen Signalen

Dies lässt sich realisieren, indem ein Band-passfilter auf das Rohsignal angewandt undunter Berücksichtigung der Phasenlage einRechtecksignal generiert wird.

Das Drehzahldifferenzsignal wird ebenfallsmit einem Bandpassfilter gefiltert. Wird nundas Rechtecksignal mit dem gefilterten Dreh-zahldifferenzsignal multipliziert, werden dienegativen Bereiche der Drehzahldifferenz inden positiven Bereich abgebildet. Das be-schriebene Vorgehen kann auch mit phasen-richtiger Gleichrichtung bezeichnet werden,da nur die Bereiche gleichgerichtet werden,die die richtige Phasenlage zur Anpresskraftbesitzen. Sämtliche Störanteile, deren Pha-

senlage zum Anpresssignal nicht konstant ist,werden zufällig multipliziert.

Durch die anschließende Tiefpassfilterungdes gleichgerichteten Signals werden die hö-herfrequenten Anteile unterdrückt, so dassdas Nutzsignal sichtbar wird. Ein Vergleichzwischen Nutzsignal und Schlupf an einemgeometrisch blockierten Variator zeigt, dassdas Nutzsignal vom Variatorschlupf abhängt.Deshalb wird es im Folgenden als Schlupf-maß bezeichnet.

Die in Bild 9 dargestellten Messsignale wur-den mit dem beschriebenen Verfahren aus-gewertet. Das dabei erzeugte Schlupfmaß istin Bild 11 dargestellt. Zwischen den Signalenfür das Eingangsmoment von 30 Nm und100 Nm sind nun im Schlupfmaß im Gegen-satz zu den Drehzahldifferenzen deutlicheUnterschiede zu erkennen.

In Bild 12 ist das Schlupfmaß von mehrerenausgewerteten Messungen in Abhängigkeitdes Motormomentes aufgetragen. Die Mes-sungen wurden an einem Verbrennungsmo-toren-Prüfstand mit Umschlingungs-CVT beidrei unterschiedlichen Variatorübersetzun-gen durchgeführt. Der mittlere Anpressdruckwar nahezu konstant. Die Symbole geben dieMesswerte und deren Streuung wieder.

Für alle drei Übersetzungen ist eine deutlicheAbhängigkeit des Schlupfmaßes vom Motor-moment zu erkennen. Die Steigung der Kur-ven verläuft bei hoher Überanpressung zu-nächst flach und nimmt im Bereich geringererÜberanpressung progressiv zu.

Das von der multitronic� bei der hier vorge-gebenen Anpressung übertragene Drehmo-ment ist ebenfalls eingetragen.

Nach den Messungen wurde das System ausScheibensätzen und Kette befundet. Dabeikonnten trotz eines Schlupfmaßes von bis zu 16keine Beschädigungen festgestellt werden. Dasbedeutet, dass zumindest kurzzeitig ein gegen-über der multitronic� erhöhter Schlupf zulässigist. Nach derzeitigem Erprobungsstand kannnoch nicht beurteilt werden, welches Schlupf-maß dauerhaltbar ertragen werden kann.



Bild 11: Lock-In Auswertung von Messungen

Bild 12: Messungen am Getriebeprüfstand mit Verbrennungsmotor



Wirkungsgradeinfluss

Bild 13: Gemessener Gesamtgetriebe-wirkungsgrad

Die Auswirkung der Überanpressung auf denGesamtgetriebewirkungsgrad zeigt Bild 13.

Während der Messung wurden die Getriebe-eingangsdrehzahl, die Variatorübersetzungund das Getriebeeingangsmoment konstantgehalten.

Mit fallendem Anpressdruck steigt der Wir-kungsgrad ausgehend von der Anpressungder multitronic� zunächst deutlich an. Trotz ei-ner Zunahme des Variatorschlupfes steigt derGesamtgetriebewirkungsgrad. Dies liegt dar-an, dass zum einen die hydraulischen Verlu-ste durch eine geringere Anpressung redu-ziert werden und zum anderen sich auf Grundder verminderten Überanpressung geringereVariatorverluste einstellen.

Bei weiterer Reduktion der Anpressung steigtder Gesamtgetriebewirkungsgrad nur noch

wenig bzw. mündet in einen horizontalen Ver-lauf. Die Schlupfverluste werden nicht mehrdurch den Leistungsgewinn aus Überanpres-sung und Pumpendruck überkompensiert.

Das mit eingetragene Schlupfmaß – ausge-wertet nach dem Lock-In-Verfahren – steigt mitsinkendem Anpressdruck kontinuierlich an.

Schlupfregelung

Wird das Schlupfsignal als Regelgröße für einenSchlupfregler verwendet, besteht prinzipiell dieMöglichkeit, das Getriebe im Bereich des opti-malen Wirkungsgrades zu betreiben. Durch diereduzierte Anpressung werden zusätzlich dieVariatorwellen entlastet, was z. B. für eine Sprei-zungserweiterung genutzt werden kann.

Da sich der Anpressbedarf zeitlich nur langsamändert, ist anstatt einer Schlupfregelung aucheine Anpresssteuerung mit Adaption denkbar.

Hydraulikkonzept

Eine Schlupferkennung/ -regelung mit demVerfahren der Druckmodulation stellt sehrhohe Anforderungen an die hydraulischeSteuerung:

� Geringe Hysterese in der Steuerkette

� Hohe Dynamik im Druckaufbau

� Hohe Stabilität bezüglich hydraulischerSchwingungen

� Sehr gute Streckenkenntnisse über Druckund Temperatur, um den überlagerten Re-gelkreis für die Schlupfregelung in allen Be-triebszuständen stabil auslegen zu können.

� Hohe Reproduzierbarkeit des Druckauf-und -abbaus

In Bild 14 ist der Teil der Hydraulik dargestellt,der für das Anpresssystem verantwortlich ist.



Bild 14: Schlupfgeregelte Anpressung

Für die Auslegung der Hydraulik wurden um-fangreiche Simulationen und Berechnungendurchgeführt. Mit Hilfe dieser Simulationenkann z. B. der Einfluss der Hysterese auf dasSchlupfmaß dargestellt werden (Bild 15).

Sowohl in der Simulation als auch in den Mes-sungen zeigt sich, dass bei gleicher Ventilan-regung die Druckamplituden mit steigenderVentilhysterese geringer werden. Gleichzeitigreduziert sich auch das Schlupfmaß.

Um die Ventilhysterese minimal zu halten,hat LuK eine spezielle Ventilansteuerung

entwickelt. Die Hy-sterese des Propor-tionalventils und diedes Anpressschie-bers wird auf ein Mi-nimum reduziert, in-dem gezielte Druck-schwingungen überdie Stromvorgabedes Proportionalven-tils ins Gesamtsy-stem eingebrachtwerden. DieseDruckschwingungenliegen in einem Fre-quenzbereich zwi-schen 70 und 100 Hz

und damit über der Modulationsfrequenz fürdie Schlupferkennung. Sie haben keinen Ein-fluss auf die Druckamplituden der Schlupfer-kennung. In Bild 16 ist der Zusammenhangzwischen Strom, Vorsteuerdruck und An-pressdruck dargestellt.

Die erforderliche Form der Überlagerungsam-plitude im Strom wird durch das Folgesystembestimmt. Da die Strecke ein nichtlinearesVerhalten aufweist, werden unterschiedlichhohe Anregungsamplituden im Strom benö-tigt, um eine konstante Druckamplitude überden Kennlinienverlauf zu erzielen.

Bild 15: Einfluss der Hysterese auf den relativen Schlupf



Bild 16: LuK Ventilansteuerung mitÜberlagerung

Bild 17: Verbrauchsvorteile

ZusammenfassungEin wesentliches Entwicklungsziel der moder-nen Antriebstechnik ist die Reduktion desKraftstoffverbrauches. Dies erfordert Maß-nahmen zur weiteren Steigerung des Getrie-bewirkungsgrades. Die in Serie befindlichemultitronic� stellt bezüglich Wirkungsgradund Verbrauch bereits einen sehr guten Standdar (Bild 17).

Durch eine konsequente Weiterentwicklungder hydraulischen Steuerung in Verbindungmit neuen Ideen zur Realisierung einerSchlupfregelung lässt sich weiteres Potenzialzur Senkung des Kraftstoffverbrauches er-schließen.

Anhand von ersten Messungen konnte nach-gewiesen werden, dass das Potenzial zur wei-teren Steigerung des Wirkungsgrades vor-handen und umsetzbar ist.

Literatur[1] Nowatschin, K.; Fleischmann, H.-P.;

Gleich, Th.; Franzen, P.; Hommes, G.;Faust, H.; Friedmann, O.; Wild, H.:multitronic� – Das neue Automatikge-triebe von Audi, ATZ 102 (2000),H. 7/8, S. 548 - 553, H. 9, S. 746 - 753.

[2] Faust, H.; Linnenbrügger, A.: CVT-Ent-wicklung bei LuK; 6. LuK Kolloquium1998.

[3] Englisch, A.; Faust, H; Friedmann, O.:Innovative System for Clamping andAdjusting of a Chain Variator; Procee-dings of the Global Powertrain Con-gress (GPC), Detroit (U.S.A.) 2001.

[4] Lauth, H. J.; Scholz, T.; Agner, I.;Webert, D.: Bedarfsorientiert ansteuer-bare Pumpen – Reduzierte Leistungs-aufnahme von Lenk-, Fahrwerks- undGetriebesystemen, 7. LuK Kolloquium2002.

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