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LuK Kupplungs-Kurs Einführung in die Kupplungstechnik für Personenkraftwagen

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Mai 2012

Inhalt

Inhalt

3

1 Entwicklungsgeschichte der Kupplungstechnik 4

2 Die Kupplung zwischen Motor und Getriebe – Funktionsschema, Bauteile 13

3 Die Kupplungsscheibe: das zentrale Verbindungselement der Kupplung 16

4 Die Kupplungsdruckplatte: Bauarten und Kennlinien 20

5 Das ZMS: effektive Torsionsdämpfung zwischen Motor und Getriebe 28

6 Hydraulische Ausrücksysteme 32

7 Automatisierte Schaltgetriebe (ASG) für mehr Komfort 36

8 Doppelkupplungsgetriebe bieten Dynamik und Effi zienz 38

9 CVT-Getriebe: stufenlos komfortabel 42

10 Drehmomentwandler: mit robusten Systemen und weniger Kraftstoff immer weiter fahren 48

Schlusswort 50

Seite

1 Entwicklungsgeschichte der Kupplungstechnik


4

Fast alle Bauteile haben in der über 100-jährigen Ge-

schichte des Automobils eine enorme technische Ent-

wicklung erfahren. Zuverlässigkeit, Produktionskos ten

und Wartungsfreundlichkeit sowie neuerdings Umwelt-

verträglichkeit waren und sind dabei Faktoren, die die

Fahrzeugkonstrukteure zu immer neuen und besseren

Lösungen kommen ließen. Die Grundkonstruktionen

waren in den meisten Fällen schon seit den Anfängen

bekannt, jedoch ließen erst neue Materialien und Bear-

beitungsverfahren deren Realisierung zu.

Es dauerte bis zum Ende des ersten Jahrzehnts unseres

Jahrhunderts, dass sich der Verbrennungsmotor unter

den konkurrierenden Antriebskonzepten für Fahrzeuge

gegenüber Dampf- und Elektroantrieben endgültig auf

breiter Front durchsetzte. 1902 konnte ein Fahrzeug mit

Ottomotor erstmals den absoluten Geschwindigkeits-

rekord an sich reißen: Bis dahin hatten Dampf- und

Elektrofahrzeuge dominiert, und auch noch während des

ersten Jahrzehnts stritten sich die Verfechter der drei An-

triebskonzeptionen um den absoluten Geschwindigkeits-

rekord. Dampf- und Elektroantriebe hatten gegenüber

den Motorwagen für fl üssige Brennstoffe – wie sie damals

noch hießen – einen entscheidenden Vorteil: Durch den

fast idealen Drehmomentverlauf benötigten sie weder

Kupplung noch Getriebe und waren dadurch weitaus

einfacher zu bedienen, weniger störanfällig und wartungs-

freundlicher. Da der Verbrennungsmotor Leistung nur über

Drehzahl abgibt, muss er folglich über eine Trennmöglich-

keit zwischen Motor und Getriebe verfügen. Das dreh-

zahlabhängige Antriebsprinzip des Ottomotors kommt

nicht ohne mechanische Hilfe beim Anfahren aus, um den

Nachteil, erst ab einer bestimmten Drehzahl genügend

Leistung und damit Drehmoment abzugeben, auszuglei-

chen. Neben dieser Funktion als Anfahrkupplung ist aber

jene der Trennkupplung genauso wichtig, um während

der Fahrt ohne Last schalten zu können. Aufgrund der

Komplexität der dabei zu lösenden Probleme besaßen in

den Anfängen des Automobilbaus viele, vor allem kleinere

Fahrzeuge, keine Anfahrkupplung. Der Motorwagen muss-

te angeschoben werden.

Das Funktionsprinzip der ersten Kupplungen stammt aus

den Maschinenhallen der aufstre benden Industrie. Wie

bei den dort verwen deten Transmissionsriemen wurden

auch bei den Motorwagen lederne Flachrie men einge-

setzt. Durch das Spannen des Riemens über eine Spann-

rolle wurde die Antriebsleistung der Motor-Riemenscheibe

auf die Antriebsräder übertragen. Durch Lockern rutschte

er durch, es war ausgekuppelt. Die ses Verfahren ließ den

Lederriemen jedoch schnell verschleißen. So ging man

bald da zu über, neben die Antriebsriemenscheibe eine

ebenso große, leerlaufende Scheibe zu installieren. Per

Hebelbewegung ließ sich der Transmissionsriemen von

der Los- auf die Treibscheibe umlenken. Schon der Benz-

Patent-Motorwagen von 1886 (Abbildung 1), mit dem

Bertha Benz die erste, in die Au tomobilgeschichte ein-

gegangene, Langstreckenfahrt von Mannheim nach

Pforzheim unternommen hatte, besaß diese Kupplungs-

lösung.

Die Nachteile des Riemenantriebs einerseits, wie schlech-

ter Wirkungsgrad, hohe Verschleißanfälligkeit und un-

genügende Laufeigenschaften, speziell bei Regenwetter,

sowie die Notwendigkeit von Wechselgetrieben für die

allmählich steigenden Motorleistungen andererseits,

ließen die Konstrukteure nach besseren Lösungen als

die der Transmissionsriemenkupplung suchen.

Abb. 1) Transmissionsriemenkupplung beim Benz-

Patent-Motorwagen von 1886

Abb. 2) Grundprinzip der Reibungskupplung: Die angetrie-

bene Scheibe wird bis zum Kraftschluss auf die antreibende

Scheibe gepresst

5

Abb. 3) Aufbau der bis in die 20er Jahre dominierenden Konus- oder Kegel-Reibkupplung

Abb. 4) Längsschnitt durch eine Kegelkupplung mit den typischen Bauteilen: Kupplungskegel und entsprechend

ausgedrehtes Schwungrad

Dabei entstanden die verschiedensten Kupp lungstypen.

Auch die Vorläufer unserer heu tigen Kupplungen, die

alle auf dem Grundprinzip der Reibungskupplung ba-

sieren, wur den seinerzeit entwickelt: Hierbei wird einer

auf dem Kurbelwellenende sitzenden Scheibe zum Ein-

kuppeln eine zweite, stillstehen de, genähert. Berühren

sich die Schei ben, entsteht Reibung, und die nicht ange-

trie be ne Scheibe beginnt, sich in Bewegung zu setzen

(Abbildung 2).

Mit zunehmendem Anpressdruck und steigender Dreh-

zahl nimmt die antreibende Scheibe die angetriebene

bis zum Kraftschluss mit, bis beide die gleiche Umlauf-

geschwindigkeit erreichen. In der Zeit zwischen ge-

trenn ten und eingerückten Scheiben wird die Haupt-

antriebsenergie durch das Aufeinandergleiten der

Scheiben in Wärme umgesetzt.

Durch dieses Verfahren wird sowohl ein allmähliches

weiches Einrücken – zur Vermeidung des Motorabwür-

gens beim Anfahren sowie von Stößen auf den Motor

und die Kraftübertragung – als auch eine verlustfreie

Kraftübertragung bei eingerückter Kupplung ermöglicht.

Über die Grundform dieses Bauprinzips verfügte bereits

der 1889 von Daimler gefertigte Stahlradwagen, der mit

einer Konus- bzw. Kegel-Reibkupplung ausgestattet

war (Abbildungen 3 und 4). In das konisch ausgedrehte

Schwungrad greift hier bei ein auf der antreibenden Motor-

welle frei beweglicher Reibkegel ein, der durch das Kupp-

lungsgehäuse mit der Kupplungswelle fest verbunden ist.

Mit einer Feder wird der Kegel in das Schwungscheiben-

Gegenstück gedrückt und kann durch Druck auf den Fußhe-

bel über die freilaufende Ausrück muffe gegen den Feder-

druck zurückge zogen werden. Auf diese Weise wird der

Kraft fl uss unterbrochen. Ursprünglich dienten Kamelhaar-

1 vom Motor

2 Motorschwungrad mit Hohlkegel

3 Anpressfeder

4 zum Getriebe

5 Mitnehmerkegel mit Lederbelag

1 Kurbelwellenfl ansch

2 Schwungrad

3 Ausrückmuffe

4 Kupplungsfußhebel

5 Ausrückhebel

6 Kupplungswelle

7 Kupplungsgehäuse

8 Kupplungsfeder

9 Kupplungskegel

10 Kupplungsbelag

1

9

10

2

1

2

5

3

4

4

3

8

7

6

5

6

Abb. 5) Kegelkupplung mit federndem Lederbelag Abb. 6) Erleichterung der Wartung: NAG-Kupplung mit

zweigeteiltem Hohlkegelring

riemen als Reibbelag auf der Kegelfl äche. Die se wur den

aber bald von Lederriemen ab gelöst, die zum Schutz ge-

gen Feuchtigkeit, Fett und Öl zuvor in Rizinusöl getränkt

wurden (Abbildung 5).

Zwar hatte dieses Verfahren den Vorteil, selbstnachstellend

zu sein und die Achs- bzw. Getriebewelle nicht zu belasten.

Jedoch überwogen die Nachteile: Der Reibbelag verschliss

schnell – und seine Erneuerung war aufwändig. Deshalb

ging man bald zu Konstruktionen mit federnden Stiften

oder Blattfedern unter dem Lederbelag über. Ein weiterer

Nachteil war, dass die Schwungscheibe und der Kupplungs-

kegel sehr massiv ausfi elen und beim Auskuppeln, auf-

grund des großen Massenträgheits mo mentes des Kupp-

lungsteils, zu langsam zum Stehen kamen. Da die Getrie-

be aber noch nicht synchronisiert waren, sollte der Kupp-

lungsteil nach dem Ausrücken zum Schalten schnell zum

Stillstand kommen.

Um diesem Manko zu begegnen, baute man etwa ab 1910

eine zusätzliche Kupplungs- bzw. Getriebebremse an, die

über einen zweiten Fußhebel – meist in Kombination mit

dem Kupplungspedal und mit diesem auf einer gemein-

samen Pedalwelle laufend – bedient werden musste. Aus

Bequemlichkeit verzichteten viele Chauffeure seinerzeit

auf das Schalten und ließen stattdessen lie ber die Kupp-

lung schleifen, um die Geschwin digkeit des Fahrzeugs zu

regulieren. Diese Anwendung erhitzte das Schwungrad

jedoch stärker als den durch den isolierenden Lederbe-

lag thermisch geschützten Reibkegel. So stellte sich das

Problem, dass der Konus nach einem solchen Parforceritt

tiefer in das durch die Erwärmung ausgedehnte Schwung-

rad eingreifen konnte und sich nach dem Erkalten darin

festklemmte. Siehe dazu Abbildung 7.

So setzten sich bereits nach dem Ersten Welt krieg immer

stärker metallische Reibbeläge durch. Doch parallel wur-

den auch andere Va rianten erprobt: So verbaute die Neue

Au to mobil-Gesellschaft (NGA) eine Kupplung (Abbildung 6),

die mit einem aus Blech gestanzten und zur Kühlung mit

ventilatorartigen Flügeln versehenen Ke gel mit Kamel-

haarbelag ausge stattet war, der in einen in das Schwung-

rad eingeschraubten, zweiteiligen Ring mit Lederbelag

eingriff. Durch die Zweiteilung konnte der Ring problem-

los demontiert werden. Dies vereinfachte die Wartung

und reduzierte die Zahl der Kupplungsklemmer.

Von der Daimler-Motoren-Gesellschaft stamm te eine

offene Reibkupplung mit blan kem Aluminiumkegel

(Abbildung 8). Zum weichen Einrücken musste in regel-

mäßigen Intervallen Öl auf die Reibfl ächen tropfen.

Aufgrund ihrer Einfachheit hielten sich Konuskupplungen

bis in die 20er Jahre auf breiter Front. Metallische Kupp-

lungen mit zylindrischen Reibfl ächen konnten sich wegen

ihrer schlechten Dosierbarkeit nicht durchsetzen. Einzig

die von Daimler seit der Jahrhundertwende in den Mer-

cedes-Wagen eingebaute Federbandkupplung, eine Ab art

der zylindrischen Kupplungsform, konnte sich durch ihre

genial einfache Kons truktions lösung bis etwa zum Ersten

Weltkrieg behaupten.

Bei der Federbandkupplung saß in einer Aussparung

der Schwungscheibe ein starkes, spiralförmiges Feder-

band, in dem der trommelförmige Ansatz der Übertra-

gungswelle lief. Das eine Ende der Spiralfeder war mit

der Schwungscheibe verbunden, das an dere war am

Deckel des Federgehäuses befestigt. Die Betätigung

des Kupp lungsfußhebels spannte das Federband und

es schlang sich (selbstverstärkend) immer fes ter um die

Trommel, die Getriebewelle wurde mitgenommen – es

wurde eingekuppelt. Das Anspannen der Feder bedurfte

nur geringer Kräfte und bewirkte ein weiches Einkup-

peln (Abbildung 9).


7

Abb. 7) Aufsicht auf ein Fahrgestell mit Kegelkupplung. Die Kupplungsbetätigung erfolgt über den Fußhebel, der über

einen Ausrückhebel den Mitnehmerkegel gegen die Anpressfeder zurückzieht und damit auskuppelt

1 Motor

2 Kupplung


4 Wechselgetriebe

5 Kreuzgelenk

6 Gelenkwelle

7 Linkes Hinterrad

8 Gelenkwellenrohr

9 Feder

10 Tellerrad

11 Linke Hinterachswelle

12 Hinterachsbrücke

13 Ausgleichsgetriebe

14 Rechte Hinterachswelle

15 Antriebskegelrad

16 Hinterachsgehäuse

17 Schubkugel zur Aufnahme

des Hinterachsschubes und

Übertragung auf den Fahr-

gestellrahmen

18 Fahrgestellrahmen

19 Rechtes Hinterrad

3

4

5

6

11

7

9

1412 13

15

16

17

18

19

Abb. 9) Wurde aufgrund ihres einfachen Konstruktions-

prinzips bis zum Ersten Weltkrieg gebaut: die Daimler-

Federbandkupplung

Abb. 8) Konuskupplung der Daimler-Motoren-Gesellschaft

mit Aluminiumkegel

2

1

8

10

8

Abb. 10) Der englische Professor Hele-Shaw war der

Erste, der mit Lamellen- oder Mehrscheibenkupplungen

experimentierte

Abb. 11) Die innere (links) und äußere (rechts) Kupplungs-

scheibe bilden ein Plattenpaar einer Lamellenkupplung

Etwa zur gleichen Zeit, als die Daimler-Motoren-Gesell-

schaft ihre Federbandkupplung entwickelte, experimen-

tierte der englische Professor Hele-Shaw bereits mit ei-

ner Lamellen- oder Mehrscheibenkupplung. Sie gilt als

Vorläufer der heute gebräuchlichen Einscheiben-Trocken-

kupplung. Lamellenkupplungen, die oft auch nach dem

ersten Großserienproduzenten „Westonsche Kupplungen“

benannt wurden, besaßen gegenüber der Kegel-Reibkupp-

lung entscheidende Vorteile: Sie verfügten über weitaus

größere Reibfl ächen bei gleichzeitig geringem Platzbedarf

und einem kontinuierlichen Eingreifen (Abbildung 10).

Bei der Mehrscheibenkupplung ist mit der Schwungschei-

be ein trommelförmiges Gehäuse verbunden, das innen

mit Nuten verse hen ist, in die am Außenrand entsprechend

eingeschnittene Scheiben eingesetzt werden, wodurch die-

se sich mit der Kurbelwelle bzw. dem Schwungrad drehen,

gleichzeitig aber in Längsrichtung verschoben werden

können. Eine identische Anzahl von Scheiben ist entspre-

chend mit Innenaussparung auf einer mit der Kupplungs-

welle verbundenen Nabe zentriert. Diese können sich in

der Längs richtung der Kupplungswelle auf der Nabe ver-

schieben. Bei der Montage werden abwechselnd innere

und äußere Kupplungsscheiben zu einem Lamellenpaket

zusammen gefasst, in dem sich jeweils eine antreibende

und eine angetriebene Scheibe abwechseln. Die so gebil-

deten Plattenpaare, bei denen sich in den Anfängen je ei-

ne Bronze- gegen eine Stahlscheibe drehte, wurden durch

eine Druckscheibe per Kupplungsfeder zusammengepresst.

Kontinuierlich griffen so alle Kupplungslamellen ein.

Durch diese allmähliche Vergrößerung der Reibleistung

griff die Lamellenkupplung sehr sanft. Beim Nachlassen

des Federdrucks entkuppelten sich die Scheiben wieder.

Zum Teil wurden sie von aus der Scheibenebene heraus-

gebogenen federnden Streifen unterstützt. Durch die

unterschiedliche Anzahl der Scheibenpaare konn te so ein

Kupplungsgrundtyp an jede Motorleistung angepasst

werden.

Mehrscheibenkupplungen arbeiteten sowohl im Öl-

oder Petroleumbad als auch trocken. Dabei kamen

meist spezielle, aufgenietete Reibbeläge zur Anwendung

(Abbildung 11). Als größtes Manko der Lamellenkupp-

lung muss die Schleppwirkung – vor allem im Ölbad –

gelten. Denn dadurch erfolgte nur eine unzureichende

Leistungsunterbrechung, die das Schalten erschwerte

(Abbildungen 12 und 13).

Bereits 1904 hatten De Dion & Bouton das Prinzip der

Einscheibenkupplung vorgestellt (Abbildung 14). Doch

konnte es sich wegen der zunächst mangelhaften Werk-

stoffe in den USA erst im großen Autoboom der 20er Jahre

durchsetzen – nicht zuletzt auf Drängen der Zulieferin-

dustrie, die ab Ende der 20er Jahre Lizenzen an die euro-

päischen Herstel ler vergab. Die Einscheibenkupplung

verdrängte innerhalb weniger Jahre die Konus- und Lamel-

lenkupplung. Während De Dion & Bouton bei ihrer Schei-

benkupplung die Reibfl ächen noch mit Graphit schmier-

ten, kam der große Fortschritt dieser Kupplungstechno-

logie durch Ferodo-Asbest-Be läge, die ab etwa 1920 ein-

gesetzt und erst im späten 20. Jahrhundert durch asbest-

freie Reibbeläge abgelöst wurden. Die Vorteile der Ein-

scheiben-Trockenkupplung waren unverkennbar: Auf-

grund der gerin gen Masse der Mitnehmerscheibe kam

diese beim Ausrücken schneller zum Stillstand, wo durch

das Schalten sehr erleichtert wurde.

Die erste Konstruktionsart der Einscheiben-Trocken-

kupplung war relativ aufwändig. Auf die Schwungschei-

be wurde das Kupplungsgehäuse gefl anscht, in das der

Kupplungsdeckel geschraubt wurde. Dieser Deckel nahm


9

Abb. 12) Mehrscheibenkupplung im Ölbad

Abb. 13) Mehrscheiben-Trockenkupplung mit aufgenietetem Belag

Abb. 14) De Dion & Bouton hatten als Erste erkannt, dass der Einscheibenkupplung die Zukunft gehören würde

1 Schwungrad

2 Kurbelwellenfl ansch

3 Kupplungsgehäuse

4 Kupplungsnabe


6 Kupplungsscheiben

7 Druckscheibe

8 Kupplungsfeder

9 Ausrückmuffe

10 Kupplungswelle

11 Gelenkauge

1 Führungsbolzen

2 Mitnehmscheibe zur Kupplungswelle

3 Druckteller mit Ausrückmuffe

4 Kupplungsfeder

5 Innere Kupplungsscheiben

6 Äußere Kupplungsscheiben

mit Kupplungsbelag

2

3 4 5

6 7 8 9 10

1

11

1

2

3

4

5

6

10

über Federn nach innen gedrückte Nasenhebel auf, die

von einer Zwischenscheibe über die Reibscheibe den

Druck und damit den Kraftschluss vom Schwungrad

übertrugen. Die Reibscheibe war über einen Mitnehmer

mit der Verbindungs- bzw. Getriebewelle verbunden. Ein-

und Ausrücken der Kupplung erfolgte über eine Schleif-

ringscheibe, die einen Kegel vor- und zurückbewegte.

Die Kegelfl anken betätigten dabei die unter Federdruck

ste henden Nasenhebel, über die die Zwischenscheibe

be- und entlastet, d. h. ein- und ausgerückt wurde. Da

sich der Kegel um die ruhende Schleifringscheibe drehte,

musste regelmäßig abgeschmiert werden.

Durchsetzen konnte sich aber die Schraubenfederkupp-

lung, bei der der Anpressdruck von Schraubenfedern er-

zeugt wurde (Abbildung 15). Zunächst experimentierte

man mit einer zentral angeordneten Feder. Aber erst die

Konstruktionslösung mit mehreren kleineren, am Außen-

rand des Kupplungsgehäuses verteilten Schrauben- oder

Kupplungsfedern ging in Großserie (Abbildung 16).

Mithilfe einer frei auf der Kupplungswelle verschiebbaren

Ausrückmuffe konnten über Hebel die Schraubenfedern

zusammengedrückt und damit die Anpressplatte entlastet

werden So wurde ausgekuppelt. Durch unterschiedliche

Federbestückung war die Anpresskraft variabel, besaß

aber den entscheidenden Nachteil, dass die Schraubenfe-

dern, die ja außen an der Druckplatte saßen, mit zuneh-

mender Drehzahl von der Fliehkraft immer stärker nach

außen gegen die Federtöpfe gedrückt wurden. Dadurch

änderte sich die Druckcharakteristik durch die zwischen

Feder und Topf entstehende Reibung. Mit zunehmender

Drehzahl wurde die Kupplung immer schwergängiger. Hin-

zu kam, dass die Lagerung der Ausrückhebel, die immer

unter Belastung standen, verschleißanfällig war und die

Federtöpfe besonders bei hochtourigem Schalten schnell

durchscheuern konnten (Abbildung 17).

Um diese prinzipbedingten Nachteile auszuschalten,

wurde die Tellerfederkupplung entwickelt, die in den

„Forschungslabors“ von General Motors 1936 das Licht

der Welt erblickte und Ende der 30er Jahre in den USA

Eingang in die Serienfertigung fand. In Europa wurde sie

nach dem Zweiten Weltkrieg vor allem durch die ameri -

ka ni schen GMC-Militärtrucks bekannt und ab Mitte der

50er Jahre wurde sie, zunächst nur vereinzelt, auch von

europäischen Herstellern eingesetzt. Porsche 356,

Goggomobil, BMW 700 und DKW Munga waren die ersten

Fahrzeuge deutscher Provenienz, die damit ausgerüstet

wurden. Im Opel Rekord ging sie 1965 erstmals in Groß-

serie (Abbildung 18).

Da die Teller- oder Membranfederkupplung rotations-

symmetrisch und damit dreh zahlun empfi ndlich ist,

schlug ihre große Stunde in den 60er Jahren, als auf

breiter Front hochdrehende Motoren mit obenliegender

Nockenwelle (Glas, BMW, Alfa-Romeo) die Stoßstangen-

Konstruktionen zu verdrängen begannen. Bis Ende der

60er Jahre gingen fast alle Hersteller zum Einbau von

Tellerfederkupplungen über. Dabei war es maßgeblicher

Verdienst von LuK, dass die Tellerfederkupplung groß-

serienreif wurde.

Der Ersatz des kompletten Hebel-Schraubenfeder-Systems

durch eine Tellerfeder, die beide Funktionen übernimmt,

brachte viele Vorteile. Der einfache mechanische Aufbau,

die konstante Anpresskraft, geringer Platzbedarf bei hohem

Anpressdruck – wesentlich bei quer eingebauten Motoren –

und Drehzahlfestigkeit führten dazu, dass sie heute fast

ausschließlich verwendet wird und zunehmend auch in


Abb. 15) Erste Konstruktionsart der Schraubenfederkupplung mit senkrecht zur Mittelachse angeordneten

Kupplungsfedern

1 Schwungrad

2 Zwischenscheibe

3 Reibscheibe

4 Kupplungsgehäuse

5 Kupplungsdeckel

6 Feder

7 Nasenhebel

8 Kegel

9 Schleifringscheibe

10 Federgelenk

11 Verbindungswelle

12 Lederbelag

13 Mitnehmer

1

a

b

2

3

4

5

6 7 8

9

10

11

12

13

11

Abb. 18) ... während sich in Kontinentaleuropa die Konstruktionsart mit außenliegenden, über dem Kupplungsdeckel

angeordneten Federn durchsetzte

Abb. 16) In dieser Form, mit parallel zur Mittelachse an geordneten Kupplungsfedern, dominierte die Schraubenfeder-

kupplung bis in die 60er Jahre

Abb. 17) In England und den USA war der Borg & Beck-Typ mit im Kupplungskorb liegenden Federn am weitesten

verbreitet ...

1 Schwungrad

2 Kupplungsbelag

3 Kupplungsscheibe

4 Kurbelwelle

5 Kupplungsfedern

6 Ausrückmuffe

7 Kupplungswelle

8 Kupplungsdeckel

9 Druckscheibe

10 Abzughebel

1 Kupplungsgehäuse

2 Kupplungskorb (Kupplungsdeckel)

3 Kupplungsdruckfeder

4 Ausrücklager (dauergeschmiert)

5 Kupplungsgabel

6 Ausrückhebel

7 Einstellmutter

8 Druckplatte (Anpressplatte)

9 Mitnehmerscheibe

(gefedert und stoßgedämpft)

10 Schwungrad

4

1

62

3

5

7

8

9

10

1

2

3

4

5

7

8

6

9

10

1 Schwungrad

2 Druckplatte

3 Einstellmutter

4 Ausrückhebel

5 Ausrückring

6 Kupplungswelle

7 Ausrücker mit Graphitring

8 Mitnehmerscheibe

9 Kupplungsdruckfeder

10 Kupplungsdeckel

1

2

3

4

5

8

9

6

7

10

12

Nutzfahrzeugen – noch lange eine Domäne der Schrau-

benfederkupplung – zum Einbau gelangt (Abbildung 19).

Parallel zu dieser Entwicklung wurde auch die Kupplungs-

scheibe optimiert. Die ständig wechselnde Drehzahl und das

Schwanken des Drehmoments eines Verbrennungs motors

erzeugen Schwingungen, die von Kurbelwelle, Kupplung

und Getriebeeingangswelle auf das Getriebe übertragen

werden. Geräuschentwicklung und hoher Zahnfl ankenver-

schleiß sind die Folge. Verringerte Schwungmasse und

Leichtbau bei modernen Fahrzeugen verstärken diesen

Effekt. Aus diesem Grund stattete man Kupplungsschei-

ben mit Torsionsdämpfern und Belagfederung aus. Wäh-

rend das Kuppeln lange Zeit kräftige Waden erforderte, da

die Fußkraft über Gestänge und Wellen übertragen wurde,

erhöhten seit den 30er Jahren Seilzüge und seit den 50ern

hydraulische Betätigungen den Komfort.

Der Bedienungsfreundlichkeit sollten auch alle Versuche

dienen, den Kupplungsvorgang zu automatisieren. 1918

kamen von Wolseley die ersten Ideen einer elektromag-

netischen Kupplung. Anfang der 30er Jahre baute die

französische Firma Cotal ihr Vorwahlgetriebe mit elektro-

magnetischer Kupplung, das in einigen Luxusautomobilen

eingebaut wurde.

Am bekanntesten wurden Fliehkraftkupplungen, die ihren

Anpressdruck drehzahlabhängig durch die Zentrifugalkraft

regeln, und automatische Kupplungen wie Saxomat (Fich-

tel & Sachs), LuKomat (LuK), Manumatik (Borg & Beck)

und Ferlec (Ferodo). Keine davon konnte sich durchsetzen.

Die Konkurrenz der manuellen und automatischen Getrie-

be mit Drehmomentwandler war zu groß.

Abb. 19) Bei der von Chevrolet entwickelten Lamellenkupplung wurden die Druckfedern durch eine Tellerfeder ersetzt.

Deshalb trägt diese Kupplungsart auch den Namen Chevrolet- bzw. Inland-Kupplung

1 Vorderes Führungslager der

Kupplungswelle

2 Haltefeder mit Schraube

3 Teller- oder Membranfeder mit den

fi ngerförmigen Ausrücklamellen

4 Ausrücker

5 Haltefeder

6 Kugelbolzen zur Lagerung

der Kupplungsgabel

7 Schwungrad

8 Mitnehmerscheibe

9 Druckplatte

10 Innerer Führungsring

11 Äußerer Führungsring

12 Kupplungskorb

13 Kupplungsgabel

14 Rückzugsfeder der

Kupplungsgabel

1

7 8 9 10 11 12 13 14

2 3 4 5 6


Mit freundlicher Genehmigung der Zeitschrift „Markt für klassische Automobile und Motorräder“

13

2 Die Kupplung zwischen Motor und Getriebe – Funktionsschema, Bauteile


Verbrennungsmotoren geben nur in einem bestimmten

Drehzahlbereich nutzbare Leis tung ab. Um diesen Dreh-

zahlbereich für verschiedene Fahrzustände nutzen zu

kön nen, benötigen Kraftfahrzeuge ein Schaltgetriebe.

Es wird heute in der Regel durch Einscheiben-Trocken-

kupplungen mit dem Motor verbunden. Aufgrund ge-

stiegener Anforderungen an Betätigungskräfte und zu

übertragende Motormomente kommen trockenlaufende

Zweischeibenkupplungen außer in Sport- oder schweren

Lastkraftwagen auch in normalen Personenkraftwagen

zum Einsatz. Im Gegensatz zu trocken, also im Medium

Luft arbeitenden Kupplungen arbeiten nasslaufende Kupp-

lungen im Öl bad oder im Ölnebel. Sie werden hauptsäch-

lich verwendet als Lamellenkupplungen in automatischen

Getrieben, in Bau maschinen, Sonderfahrzeugen und

überwiegend in Motorrädern.

• Tellerfederkupplungen, wie in Abbildung 20 dargestellt,

werden zunehmend auch in Nutzfahrzeugen eingesetzt.

Ihre Vorteile ge genüber früher üblichen Kupplungen

sind:

– Geringere Bauhöhe

– Drehzahlfestigkeit

– Geringe Ausrückkräfte

– Längere Lebensdauer

Abbildung 20, die eine Kupplung in typi scher Einbausi-

tuation zeigt, verdeutlicht die prinzipielle Funktion als

Binde- bzw. Trennglied zwischen Motor und Getriebe.

Neben der Hauptfunktion des Verbindens bzw. Trennens

der Kurbelwelle und der Getriebe-Eingangswelle, hat eine

moderne Kupplung eine Reihe weiterer wichtiger Aufgaben.

6 4 3 2 1 7 5

eingekuppelt ausgekuppelt

1 Hydraulischer Zentralausrücker

2 Selbstnachstellende Kupplung

3 Gedämpfte Kupplungsscheibe

4 Zweimassenschwungrad

5 Getriebe-Eingangswelle

6 Kurbelwellenstumpf

7 Getriebeglocke

Abb. 20) Der LuK-Kupplungskurs soll Grundlagen und Bauarten der modernen Kupplungstechnik vermitteln

14

Das übertragbare Drehmoment einer Einscheiben-

kupplung errechnet sich wie folgt:

Reibwert µ = 0,27–0,32 (bei organischen Belägen)

0,36–0,40 (bei anorganischen Belägen)

Md = (81 x 10–3 m) x 2 x 0,27 x 3.500 N

Md = 153 Nm


Sie soll:

• ein weiches und ruckfreies Anfahren ermöglichen,

• ein schnelles Schalten des Getriebes gewährleisten,

• die Drehschwingungen des Motors vom Getriebe

fernhalten und so Rasselgeräusche und Verschleiß

vermindern,

• als Überlastschutz für den gesamten Antriebsstrang

(z. B. bei Schaltfehlern) dienen,

• verschleißarm und leicht austauschbar sein.

Die Hauptbauteile eines vollständigen Kupplungsaggre-

gates sind:

Die Kupplungsdruckplatte mit den Einzelteilen Kupp-

lungsgehäuse (auch Kupplungs deckel), Anpressplatte

als kupplungs seitiger Reibpartner der Kupplungsscheibe,

Tellerfeder zur Erzeugung der Anpresskraft, Tangentialblatt-

feder als federndes, den Abhub sicherndes Verbindungs-

element zwischen Gehäuse und Anpressplatte, Stützring

und Distanzbolzen, die Fixierung und Lagerung der Teller-

feder übernehmen.

Die Kupplungsscheibe mit den Einzelteilen Nabe, Torsions-

dämpfer mit Reibeinrichtung und Anschlagbolzen, Seg-

mente zur Belagfederung und den damit vernieteten Reib-

belägen.

Das Schwungrad mit dem Pilotlager (auch Kupplungsfüh-

rungslager). Die Ausrückvorrichtung mit Führungshülse,

Ausrücklager und Ausrückgabel.

Die Arbeitsweise der KupplungDie Funktion einer Einscheiben-Trockenkupp lung mit

Tellerfeder zeigt die Abbildung 20, Seite 13. Im ein-

gekuppelten Zustand geht der von der Kurbelwelle

kommende Kraftfluss auf das Schwungrad und die

Kupplungsdruckplatte. Die Mitnehmerscheibe leitet

den Kraftfluss formschlüssig über die Nabe auf die

Getriebe-Eingangswelle weiter. Die Tellerfeder presst

die axial bewegliche Anpressplatte gegen die Mitneh-

merscheibe und das Schwungrad. Die Verbindung

Mo tor–Getriebe ist damit hergestellt.

Soll der Kraftfl uss unterbrochen werden, wird durch Tre-

ten des Kupplungspedals über den Ausrückmechanismus

(Gestänge, Zug, Hydraulik) die Ausrückgabel und das mit

ihr verbundene Ausrücklager in Richtung Kupplung auf

die Tellerfederspitzen gedrückt. Die Spitzen haben die

Funktion eines Hebels. Bei weiterem Durchdrücken erfolgt

über die Tellerfederlagerung eine Richtungsumkehr, die

Anpressplatte wird entlastet und über die Blattfedern

von der Kupplungsscheibe abgehoben. Die Kupplungs-

scheibe kann sich frei drehen – Motor und Getriebe sind

getrennt.

Die Belagfederung sorgt durch einen gleich mäßigen Druck-

aufbau für ein weiches Eingreifen der Kupplung.

Funktionell zwar nicht notwendig, für den praktischen Ein-

satz aber von großer Bedeu tung, ist der Torsionsdämpfer

in der Kupplungsscheibe. Er glättet durch eine motorspe-

zifi sch abgestimmte Kombination von Feder- und Reibele-

menten die ungleich för migen Drehungen der Kurbelwelle

und vermindert so Rasselgeräusche, Dröhnen und vorzei-

tigen Verschleiß im Getriebe.

Das Pilotlager dient der einwandfreien Führung bzw. Lage-

rung der Getriebe-Eingangswelle.

Die Führungshülse führt das Ausrücklager mittig auf die

Kupplung.

Md = rm x n x μ x Fa

Dabei bedeuten:

rm = mittlerer Reibradius

n = Anzahl der Beläge

µ = Reibwert der Beläge

Fa = Anpresskraft

Md = übertragbares Drehmoment

Ein Beispiel

Innendurchmesser des Belags dj = 134 mm

Außendurchmesser des Belags da = 190 mm

Anpresskraft F = 3.500 N

= 81 x 10–3 m mittl. Reibradius

= = 81mm162 mm

2

dm

2

rm =

= 162 mm mittl. Reibdurchmesser

=134 mm+190 mm

2

di+da

2

dm =

Das übertragbare Moment einer Kupplung muss immer

höher als das max. Motordrehmoment sein.

15

Die Wellendichtungen an Motor und Getriebe sollen die

Kupplungsglocke ölfrei halten. Schon geringste Mengen

Fett oder Öl auf den Kupplungsbelägen verschlechtern

den Reibwert beträchtlich.

SchraubenfederkupplungDer Vollständigkeit halber sei an dieser Stelle eine Bauart

mit Schraubenfedern anstatt einer Tellerfeder als Kraft-

element dargestellt (Abbildung 21). Im Kupplungsgehäuse

eingelassen sind Blechtöpfe, die die Schraubenfedern auf-

nehmen. Diese Federn pressen die Anpressplatte in Rich-

tung Schwungrad und klemmen so die Kupplungsscheibe

ein. Das Drehmoment kann also über Schwungscheibe,

Kupplungsgehäuse und Anpressplatte auf die axial ver-

schiebbare Kupplungsscheibe übertragen werden, die

sich auf der Getriebe-Eingangswelle befi ndet.

Während bei der Tellerfederkupplung Druck element und

Hebel als ein Teil konzipiert sind, benötigt die Schrauben-

federkupplung sowohl Ausrückhebel als auch Druckele-

mente. Die Anpressplatte wird über den gesamten Ab hub

gegen den zunehmenden Federdruck bewegt. Dies ist die

Ursache für eine vergleichsweise höhe re Betätigungskraft

bei einer Schraubenfederkupplung bei gleicher Anpresskraft.

Weitere Nachteile sind verhältnismäßig geringe Drehzahl-

festigkeit sowie größere Bauhöhe der Schraubenfeder-

kupplung.

Abb. 21) Schnitt durch eine Schraubenfederkupplung

1

7

8

6

4

2

3

5

1 Kupplungsgehäuse

2 Blechtöpfe

3 Schraubenfedern

4 Anpressplatte

5 Schwungrad

6 Kupplungsscheibe

7 Ausrücker mit Graphitring


16

Abb. 22) Neben der Standardversion mit Einzelsegmenten

stehen für anspruchsvolle Anwendungen mehrfachge-

wellte Doppelsegmente zur Verfügung

Einzelsegmente

Doppelsegmente

3 Die Kupplungsscheibe: das zentrale Verbindungselement der Kupplung


FunktionDie Aufgabe der Kupplungsscheibe ist es, als Reibpartner

zwischen Schwungrad und Anpressplatte zu fungieren

und das Motormoment zur Getriebe-Eingangswelle weiter-

zuleiten. Zur Angleichung der Motor- und Getriebedreh-

zahl und zur Übertragung des Motormomentes dienen

dabei Reibbeläge, die neben technischen Anforderungen

wie geringem Ver schleiß, konstantem Reibwert und sanf-

tem Momentenaufbau auch die aktuellen Umweltvor-

schriften erfüllen müssen. Die auf den Kupplungsscheiben

ein gesetzten Beläge wer den von LuK selbst entwickelt

und hergestellt und entsprechen sowohl den technischen

als auch den gesetzlichen Anforderungen.

Merkmal jeder LuK Kupplungsscheibe ist die an die Kom-

fortansprüche des Kunden angepasste Belagfederung,

die einen sanften Momentenaufbau beim Anfahren und

einen ergonomisch abgestimmten Pedalkraftverlauf

ermöglicht.

Neben der Standardversion mit Einzelsegmenten werden

für anspruchsvolle Anwendungen mehrfachgewellte Dop-

pelsegmente eingesetzt. Durch die effektive Abstützung

der Beläge wird ein gleichmäßiges Tragbild erreicht. Ein

Einarbeiten und Setzen unter Temperatur und damit eine

Veränderung der Belagfederung im Laufe ihrer Lebens-

dauer beschränken sich auf ein Minimum.

Abb. 23) Die Torsionsdämpferkennlinie kann an jeden Kundenwunsch angepasst werden

10 20 30 40

10 20

100

200

300

100

200

4. Stufe Last

3. Stufe Übergangsstufe

1. Stufe Leerlauf

M [N

m]

4. Stufe Lastwechsel

[°]

2. Stufe Kriechen, Niedriglast

Zug

Schub

1. Stufe Leerlauf

2. Stufe Kriechen, Niedriglast

3. Stufe Schubstufe

17

Kupplungsscheibe mit TorsionsdämpferZur Reduzierung der vom Verbrennungsmotor verursach-

ten Drehungsgleichförmigkeiten, die zu Schwingungen im

Getriebe und damit zu störenden Geräuschen führen kön-

nen, werden Torsionsdämpfer eingesetzt. Falls aus Bau-

raum- bzw. Kostengründen der Einsatz eines Zweimassen-

schwungrades (ZMS) nicht möglich ist, stellt die Kupp-

lungsscheibe mit Torsionsdämpfer die beste Lösung dar.

Um heutigen Komfortansprüchen trotz gewichtsoptimier-

tem Antriebsstrang und ab gas- und verbrauchsoptimier-

ten Motoren gerecht zu werden, sind ausgeklügelte

Feder-Dämpfer-Systeme mit Reibungssteuerelementen

erforderlich (Abbildung 24). Dabei besteht die Notwendig-

keit, für jeden Betriebs- bzw. Lastzustand eine separate

Torsionsdämpfercharakteristik mit defi nierter Federstei-

fi gkeit und defi nierter Reibungsdämpfung (Hysterese)

abzustimmen.

Dabei kann die Torsionsdämpferkennlinie an die jewei-

ligen Kundenwünsche angepasst werden: Von der mehr-

stufi gen Ausführung mit der schwingungstechnisch bes-

ten Anpassung aller Kennwerte über kostenoptimierte

Kompromisslösungen mit Vordämpfer für den Leerlauf bis

hin zur einstufi gen Kennlinie (Abbildung 23).

Die von LuK entwickelte Konuszentrierung gleicht den

möglichen Achsversatz zwischen Motor und Getriebe

aus. So wird auch im Leerlauf eine exakte Funktion des

speziell für diesen Lastzustand ausgelegten Dämpfers

(Vordämpfer) garantiert. Vordämpfer ermöglichen

auch bei abgesenkten Leer laufdrehzahlen eine gute

Schwingungsisolation und tragen somit zur Verbrauchs-

und Emissionsreduzierung bei.

Abb. 24) Heute werden ausgeklügelte Feder-Dämpfer-Systeme eingesetzt

1 Mitnehmerscheibe

2 Reibbelagniet

3 Reibbeläge

4 Druckfedern (Leerlauf-

bzw. Niedriglastdämpfer)

5 Druckfedern (Lastdämpfer)

6 Nabenfl ansche

7 Reibringe

8 Stützscheibe

9 Tellerfedern

10 Abstandsblech

11 Gegenscheibe

12 Dämpferkäfi ge (Leerlauf-

bzw. Niedriglastdämpfer)

13 Zentrierkonus

14 Axial-Federsegment

15 Federsegmentniet

16 Nabe

11

1

6 12

5

13

7 8 9 10

23 4 141516

18

Abb. 25) Schwingungen im Leerlauf – zur Bestimmung der Torsionsdämpferkennwerte wird modernste Messtechnik

eingesetzt


Abstimmung der KennlinieZur Defi nition der benötigten Torsionsdäm pferkennwerte

stehen modernste Mess- und Simulationstechnik sowie

umfangreiches Ingenieurwissen zur Verfügung.

Die Antriebsstränge der zu optimierenden Fahrzeuge

werden mit Sensoren versehen. Die verschiedenen

Schwingungszustände werden aufgenommen und

subjektiv bewertet. Dann wird ein Simulationsmodell

erstellt und abgeglichen.

Nach rechnerischer Parametervariation zur Ermittlung der

geeigneten Kennlinie sowie konstruktiver Umsetzung der

Funktionalität und Verifi kation anhand von Prototypen im

Fahrzeug steht dem Kunden der auf seine Wünsche best-

möglich abgestimm te Torsionsdämpfer zur Verfügung

(Abbildung 25).

Kupplungsscheibe für Zweimassen-schwung radWird ein ZMS zur Reduzierung der Torsionsschwingungen

im Antriebsstrang eingesetzt, verfügt die Kupplungsschei-

be ent weder über einen einstufi gen Torsionsdämpfer oder

aber der Torsionsdämpfer entfällt bei entsprechenden

Randbedingungen komplett. Zum Einsatz kommt dann

entweder eine starre Kupplungsscheibe oder eine Kupp-

lungsscheibe mit Versatzausgleich.

Durch Toleranzen an Motor und Getriebe, speziell bei Ge-

triebe-Eingangswellen ohne Pilotlager, kann zwischen Kur-

belwelle und Getriebe ein Versatz auftreten. In Verbindung

mit starren Kupplungsscheiben ist es möglich, dass dieser

Versatz bei kritischen Fällen zu Leerlaufgeräuschen und

erhöhtem Profi lverschleiß führt. Eine Lösung für dieses

Problem bietet die Kupplungsscheibe mit Versatzausgleich,

die im Leerlauf- und Niedriglastbereich eine radiale Ver-

lagerbarkeit der Nabe realisiert und dadurch möglichen

Radialkräften ausweicht. Die Druckfedern der Versatzaus-

gleich-Kupplungsscheibe wirken nur im Nied riglastbereich.

19

Abb. 26 a) Kupplungsscheiben – Bauarten:

starre Kupplungsscheibe

Abb. 26 b) Kupplungsscheiben – Bauarten:

Kupplungsscheibe mit Lastdämpfer

Abb. 26 c) Kupplungsscheiben – Bauarten:

Kupplungsscheibe mit Versatzausgleichsfunktion

Abb. 26 d) Kupplungsscheiben – Bauarten:

Kupplungsscheibe mit Leerlauf-, Niedriglast- und

Lastdämpfer

20

4 Die Kupplungsdruckplatte: Bauarten und Kennlinien


AufgabenDie Kupplungsdruckplatte bildet mit dem Schwungrad

und der Kupplungsscheibe ein Reibsystem. Sie ist über

die Verschraubung des Gehäuses am Schwungrad be-

festigt und bewirkt die Weiterleitung des Motordreh-

moments über die Kupplungsscheibe an die Getriebe-

Eingangswelle. Eines der wichtigsten Bauelemente mo-

derner Fahrzeugkupplungen ist die Tellerfeder. Sie hat

die früher üblichen Schraubenfedern in PKW-Kupplungen

vollständig ersetzt.

Die TellerfederDas zentrale Bauelement aller aufgeführten Bauarten

ist die Tellerfeder. Sie ist wesentlich fl acher und leichter

als Schraubenfedern. Von besonderer Bedeutung ist die

Kennlinie der Tellerfeder, die sich deutlich von der linea-

ren Kennlinie einer Schraubenfeder unterscheidet.

Durch die gezielte Auslegung der Tellerfederaußen- und

-innendurchmesser, Dicke, Aufstellwinkel und Material-

härtung lässt sich ein Kennlinienverlauf erzeugen, wie er

mittels der durchgezogenen Kurve im ersten Diagramm

in Abbildung 27 dargestellt ist.

Während die erzeugte Anpresskraft bei einer Schrauben-

federkupplung durch Verschleiß bei abnehmender Be-

lagstärke linear abfällt, steigt sie hier zunächst an und

fällt dann wieder ab. Die Auslegung ist so gewählt, dass

die Kupplung vor Erreichen der Verschleißgrenze des

Belages zu rutschen beginnt. Damit wird die Notwen-

digkeit ei nes Kupplungswechsels so rechtzeitig sig-

nalisiert, dass weitergehende Schäden – beispielsweise

durch einlaufende Belagnieten – vermieden werden.

Aufgrund der Tellerfederkennlinie sind die notwendigen

Pedalkräfte zudem ge ringer als bei Schraubenfeder-

kupplungen.

Kupplungskennlinien und KraftdiagrammeAbbildung 27 zeigt beispielhaft Kupplungskennlinien

und Kraftdiagramme. Sie beziehen sich nicht direkt auf

die abgebildeten Bauarten, sondern sind allgemeingül-

tiger Natur.

Jeweils links aufgeführt ist die Kraft. Un ten, auf der

Abszisse, ist der Ausrückweg bzw. im linken Diagramm

auch der Ausrücklager weg dargestellt. Auf der rechten

Ordinate wird der Abhub der Anpressplatte deutlich.

Das linke Diagramm zeigt mit der durchgezogenen Linie

den Verlauf der Anpresskraft. Im Zustand einer neu mon-

tierten Kupplungsscheibe ist die Position der max. Feder-

kraft der Tellerfeder überwunden (Betriebspunkt neue

Kupplung). Mit abnehmender Belagstärke steigt dann die

Anpresskraft der Tellerfeder bis zum Kraft maximum, um

dann bis zur zulässigen Belagabnutzung wieder in etwa

auf den Wert des Neuzustandes abzusinken.

Die Kupplungsscheibenstärke nimmt während der Lebens-

dauer um etwa 1,5 bis 2 mm ab. Die Anpresskräfte sind so

berechnet, dass die Kupplung zu rutschen beginnt, kurz be-

vor die Nieten der Kupplungsbeläge an die Anpressplatte

Abb. 27) Kupplungskennlinien/ Kraftdiagramm ohne

Belagfederung/Kraftdiagramm mit Belagfederung

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

2,2

2,4

0

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

8.000

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Ab

hu

b [

mm

]

Au

srü

ckk

raft

[N

]

Ausrückweg/Ausrücklagerweg [mm]

Betriebspunkt- neue Kupplung

Anpresskraft

Ausrückkraft neu Ausrückkraft bei Belagverschleiß

zul. Belagabnutzung Druckplattenabhub

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

2,2

2,4

0

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Ab

hu

b [

mm

]

Au

srü

ckk

raft

[N

]

Ausrückweg [mm]

Betriebspunkt

wirksame Anpresskraft der Druckplatte

Druckplattenabhub

Ausrückkraft

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

2,2

2,4

0

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Ab

hu

b [

mm

]

Au

srü

ckk

raft

[N

]

Ausrückweg [mm]

Ausrückkraft

Lüftspalt

Betriebspunkt

Anpresskraft = Belagfederkraft

21

oder an das Schwungrad anlaufen und damit zusätzlichen

Schaden anrichten würden.

Die strichpunktierte Linie zeigt den Verlauf der Ausrück-

kraft, also der zum Betätigen der Kupplung notwendigen

Kraft im Neuzustand und – punktiert – nach der Belagab-

nutzung. Zunächst steigt die Ausrückkraft an, bis der

Betriebspunkt erreicht wird, um dann wieder langsam

abzusinken. Die Kurve für die Ausrückkraft bei Belagab-

nutzung wurde zur Veranschaulichung des Verhältnisses

von Anpresskraft zu Ausrück kraft nach links gerückt. Der

höheren Anpresskraft im Betriebspunkt bei verschleißen-

den Belägen stehen entsprechend hö here Ausrückkräfte

gegenüber.

Die gestrichelte Linie zeigt den Verlauf des Druckplatten-

abhubs über dem Ausrücklager weg. Hier wird die Hebel-

übersetzung in der Kupplung deutlich: 8 mm Ausrückweg

entsprechen 2 mm Abhub, also einem Übersetzungsver-

hältnis von 4:1 (ohne Berücksichtigung der Elastizitäten

in der Kupplung). Dieses Verhältnis gilt analog auch für

die oben angeführte Anpress- und Ausrückkraft.

Beim mittleren und rechten Diagramm sind Messungen an

Kupplungen ohne und mit Be rücksichtigung der Belag-

federung der Kupp lungsscheibe einander gegenüberge-

stellt. Die Vorteile einer Belagfederung sind ein weiches

Einkuppeln und ein günstigeres Ver schleißverhalten.

Ohne eine Belagfederung fällt die wirksame Anpresskraft

(durchgezogene Linie) beim Auskuppeln linear und relativ

steil ab. Umgekehrt steigt sie beim Einkuppeln genauso

steil und plötzlich an.

Im rechten Diagramm hingegen erkennt man, dass der zur

Verfügung stehende Ausrückweg, über den die Anpress-

kraft nachlässt, etwa doppelt so groß ist. Umgekehrt steigt

beim Einkuppeln die Anpresskraft langsam in einer Kurve

an, da ja zunächst die Belagfedern zusammengedrückt

werden müssen. Durch den sanfteren Auslauf bzw. An-

stieg der Anpresskraftkurve (durchgezogene Linie) wird

auch die ausgeprägte Kraftspitze bei der benötigten Aus-

rückkraft abgebaut. Solange die Anpressplatte (2) noch

auf der Kupplungsscheibe anliegt, entsprechen sich An-

presskraft und Belagfederkraft.

BauartenJe nach Aufbau bzw. Betätigungsart der Kupplung unter-

scheidet man die:

• Gedrückte Tellerfederkupplung

• Gezogene Tellerfederkupplung

Tellerfederkupplung in StandardausführungAbbildung 28 zeigt eine Tellerfederkupplung in der Stan-

dardausführung. Das Gehäuse umschließt Tellerfeder und

Abb. 28) Tellerfederkupplung in Standardausführung

1 Kupplungsgehäuse

2 Anpressplatte

3 Tellerfeder

4 Ring

5 Bolzen

6 Tangentialblattfeder

7 Zentrierbohrung

Motorseite Getriebeseite Motorseite Getriebeseite

2 6 3 1 45 7

22

Abb. 29) Tellerfederkupplung mit Federlaschen

1 Kupplungsgehäuse

2 Anpressplatte

3 Tellerfeder

4 Ring

5 Bolzen


7 Zentrierbohrung

8 Federlasche


2 6 3 1 45 78


Anpressplatte. Die Anpressplatte ist mit dem Kupplungs-

gehäuse über Tangentialblattfedern verbunden. Sie sind

an der Anpressplatte an drei Nocken angenietet. Die

Tangentialblattfedern haben drei wesentliche Funktionen:

• Abhub der Anpressplatte beim Auskuppeln

• Übertragung des Motordrehmoments vom Gehäuse auf

die Anpressplatte

• Zentrierung der Anpressplatte

Die Tellerfeder ist so zwischen Anpressplatte und Kupp-

lungsgehäuse eingespannt, dass sie die nötige Anpress-

kraft erzeugt, um die Kupplungsscheibe zwischen Schwung-

rad und Anpressplatte kraftschlüssig einzuspannen. Sie

stützt sich dabei über einen Ring im Kupplungsgehäuse

ab, der optional auch durch eine Sicke im Kupplungsge-

häuse ersetzt werden kann. Das Gegenlager bildet der mit

Bolzen fi xierte Ring. Am Außendurchmesser liegt sie auf

der Anpressplatte auf. Wird die Kupplung betätigt, drückt

das Ausrücklager auf die Spitzen der Tellerfederzungen.

Die Anpressplatte hebt ab und die Kupplungsscheibe wird

freigegeben.

Tellerfederkupplung mit FederlaschenDie in Abbildung 29 dargestellte Tellerfederkupplung mit

Federlaschen ist eine Weiterentwicklung der Standardaus-

führung aus Abbildung 28, Seite 21. Die Federlaschen

sind dabei so gestaltet, dass sie die Bolzen nach außen

ziehen. Dies hat zur Folge, dass die Tellerfeder auch bei

Verschleiß in der Tellerfederlagerung immer spielfrei ge-

halten wird. Der Vorteil dieser Ausführung ist ein gleich-

bleibender Abhub über die gesamte Lebensdauer.

Tellerfederkupplung mit StützfederEine Spezialausführung stellt die Tellerfederkupplung mit

Stützfeder dar (Abbildung 30). Die Abstützung der Teller-

feder am Kupplungs gehäuse übernimmt ein Ring, der op-

tional auch durch eine Sicke im Kupplungsgehäuse ersetzt

werden kann. Das Gegenlager bildet die Stützfeder. Hier-

durch wird eine spiel- und verlustfreie Tellerfederlagerung

mit automatischer Verschleißnachstellung erreicht. An-

sonsten unterscheidet sich diese Bauart nicht von den in

Abbildungen 28, Seite 21 und 29 dargestellten Bauarten.

Bolzenlose Tellerfederkupplung (Bolo)Eine weitere Spezialausführung stellt die bolzenlose Teller-

federkupplung in Abbildung 31 dar. Ähnlich der Stützfeder-

ausführung wird die Abstützung der Tellerfeder am Kupp-

lungsgehäuse durch einen Ring übernommen, der optional

auch durch eine Sicke im Kupplungsgehäuse ersetzt werden

kann. Als Gegenlager dient ähnlich der Bolzenkupplung

23

Abb. 30) Tellerfederkupplung mit Stützfeder

Abb. 31) Bolzenlose Tellerfederkupplung (Bolo)

1 Kupplungsgehäuse

2 Anpressplatte

3 Tellerfeder

4 Ring

5 Bolzen


7 Zentrierbohrung

8 Stützfeder


2 6 3 1 58 7 4

1 Kupplungsgehäuse

2 Anpressplatte

3 Tellerfeder

4 Ring


6 Zentrierbohrung

7 Laschen


2 5 3 1 74 6

24

Abb. 32) Gezogene Tellerfederkupplung

1 Kupplungsgehäuse

2 Anpressplatte

3 Tellerfeder


5 Zentrierbohrung

6 Druckstück


2 4 3 1 6 5

ein Drahtring. Als Besonderheit wird der Ring jedoch von

den aus dem Kupplungsdeckel geformten Laschen ge-

halten. Ähnlich wie bei der Laschenkupplung sind auch

hier die Laschen vorgespannt, so dass der Verschleiß

innerhalb der Tellerfederlagerung bei dieser Kupplungs-

ausführung automatisch kompensiert werden kann und

eine spielfreie Lagerung der Tellerfeder über die gesamte

Kupplungslebensdauer gewährleistet ist.

Gezogene TellerfederkupplungBei der Kupplung in Abbildung 32 handelt es sich um eine

Tellerfederkupplung in gezoge ner Ausführung. Der Unter-

schied zur gedrückten Tellerfederkupplung ist die um-

gedrehte Einbauweise der Tellerfeder. Die Betätigung

der Kupplung kann bei diesem Typ allerdings nur durch

Ziehen erfolgen.

Diese Konstruktion bedingt folgenden Aufbau der Kupp-

lung: Die Tellerfeder stützt sich mit dem Außenrand am

Kupplungsgehäuse und mit dem Innenrand auf der An-

pressplatte ab.

Der Vorteil dieser Kupplungsausführung ist die Möglich-

keit, bei gleicher Anpresskraft aufgrund der Hebelverhält-

nisse geringere Ausrückkräfte gegenüber einer gedrück-

ten Tellerfederkupplung realisieren zu können. Auch ist

der Wirkungsgrad der gezogenen Kupplungen, bedingt

durch die am Kupplungsgehäuse-Außendurchmesser ge-

lager te Tellerfeder, besser als bei gedrückten Tellerfeder-

kupplungen. Als Nachteile der gezogenen Kupplungen

können die deutlich schwierigere Getriebedemontage

so wie ein wesentlich komplexeres Ausrücklager-Design

aufgeführt werden.

Selbstnachstellende Tellerfederkupplung SAC (Self Adjusting Clutch)Während der letzten Jahre hat sich bei Anwendungen mit

höheren Drehmomenten bzw. Anwendungen mit erhöhten

Anforderungen an die Verschleißreserve mehr und mehr

der Einsatz von SAC-Kupplungen etabliert (Abbildung 34).

Die wichtigsten Vorteile dieser Bauart gegen über den

bisherigen Ausführungen sind:

• Niedrige Ausrückkräfte, die über die Lebensdauer

annähernd konstant bleiben

• Dadurch hoher Fahrkomfort über die gesamte

Lebens dauer

• Erhöhte Verschleißreserve und damit höhere Lebens-

dauer durch automatische Verschleißnachstellung

• Überweg des Ausrücklagers wird begrenzt durch Teller-

federanschlag


25

Abb. 34) Selbstnachstellende Tellerfederkupplung SAC (Self Adjusting Clutch)

1 Kupplungsgehäuse

2 Verstellring

3 Druckfeder

4 Tellerfeder

5 Sensor-Tellerfeder

6/7 Bolzen


9 Anpressplatte

10 Deckelanschlag


9 8 5 6 2 74 1 3 10

Abb. 33) Prinzip der selbstnachstellenden Kupplung (SAC)

5

1

2

3

4

Hieraus ergeben sich eine Reihe von sekundären Vorteilen:

• Entfall von Servosystemen (bei Nutzfahrzeugen)

• Einfachere Ausrücksysteme

• Kürzere Pedalwege

• Identische Pedalkräfte über die gesamte Motorenpalette

• Neue Möglichkeiten zur Reduzierung des Kupplungs-

durchmessers (Drehmomentübertragung)

• Kleinerer Arbeitsbereich des Ausrücklagers über die

Lebensdauer

Prinzip der selbstnachstellenden Kupp-lung (SAC)Kraftsensor

Bei der Kupplung mit Verschleißnachstellung wird der

Anstieg der Ausrückkraft durch Verschleiß erfasst und ge-

zielt ein Ausgleich für die abnehmende Dicke der Beläge

herbeigeführt.

Abbildung 33 zeigt eine schematische Darstellung. Der we-

sentliche Unterschied zu einer herkömmlichen Kupplung ist,

dass die Lagerung der (Haupt)-Tellerfeder nicht fest am Deckel

angenietet, sondern über eine sogenannte Sensor-Teller-

feder abgestützt wird. Diese Sensor-Tellerfeder weist einen

ausreichend langen Bereich mit fast konstanter Kraft auf –

im Gegensatz zu der stark degressiven Haupttellerfeder.

1 Kupplungsgehäuse

2 Verstellring

3 Druckfeder

4 Tellerfeder


26

Abb. 35) Vergleich konventionelle Kupplung mit SAC

Verschleißneu

Sens

orkr

aft

neu

Verschleiß

Aus

rück

kraf

t

konventionelle Tellerfederkupplung SAC

Der horizontale Bereich der Sensor-Tellerfeder wird gerade

etwas über der gewünschten Ausrückkraft eingestellt.

Solange die Ausrückkraft kleiner ist als die Haltekraft der

Sensorfeder, bleibt die Drehlagerung der Haupttellerfeder

beim Ausrücken an der gleichen Stelle. Wenn sich jedoch

durch Verschleiß der Beläge die Ausrückkraft erhöht, wird

die Gegenkraft der Sensor-Tellerfeder überschritten und

die Drehlagerung weicht in Richtung Schwungrad aus,

und zwar genau so weit, bis die Ausrückkraft wieder auf

die Sensorkraft abgesunken ist.

Zwischen der Drehlagerung und dem Deckel entsteht

bei ausweichender Sensor-Tellerfeder ein Spalt, der z. B.

durch einen Keil ausgeglichen werden kann.

Ausführung einer verschleißnachstellen-den Kupplung mit KraftsensorDer Kraftsensor mit dem Stärkenausgleich über Keile lässt

sich recht elegant und einfach verwirklichen. Im Vergleich

zur konventionellen Kupplung kommen nur eine Sensor-

federung (rot) und ein Rampenring (gelb) hinzu. Die Sen-

sor-Tellerfeder ist außen im Deckel eingehängt und bildet

mit ihren inneren Zungen die Lagerung für die Haupt-

tellerfeder. Die Keile, die die eigentliche Nachstellung

bringen, sind wegen der Fliehkräfte in Umfangsrichtung

angeordnet. Dazu läuft ein Stahlverstellring mit Rampen

auf gegenüberliegenden Rampen im Deckel. Der Stahl-

verstellring wird über Druckfedern in Umfangsrichtung

vorgespannt, damit er bei ausweichender Sensor-Teller-

feder die Lücke zwischen Tellerfederlagerung und Deckel

ausfüllen kann.

Abbildung 35 unten zeigt die Ausrückkraftverläufe für

eine konventionelle Kupplung im Neuzustand sowie im

Verschleißzustand der Beläge. Im Vergleich dazu verän-

dert sich die Kennlinie der viel niedrigeren Ausrückkraft

der selbstnachstellenden Kupplung (SAC) im Verlauf der

Lebensdauer praktisch nicht.

Als weiterer Vorteil ergibt sich eine höhere Verschleißre-

serve, die jetzt nicht mehr wie sonst bei konventionellen

Kupplungen von der Länge der Tellerfederkennlinie ab-

hängt, sondern von der Rampenhöhe. Damit kann sie ohne

weiteres auf etwa 3 mm bei kleinen und bis zu ca. 10 mm

bei sehr großen Kupplungen gesteigert werden. Damit

wurde ein entscheidender Schritt bei der Verlängerung

der Lebensdauer von Kupplungen gemacht.

Selbstnachstellende Tellerfederkupplung SAC in MehrscheibenausführungLeistungsstärkere Motoren mit Drehmomenten > 500 Nm

benötigen auch Kupplungen mit höheren Übertragungs-

momenten. Fast zwangsläufi g ist damit trotz des Einsat-

zes selbstnachstellender Kupplungssysteme auch die

Pedalkraft angestiegen. Zwar konnte dieser Anstieg durch

verschiedene Maßnahmen (z. B. durch verbesserte Aus-

rücksysteme) in Grenzen gehalten werden, trotzdem wur-

den die Forderungen nach Kupplungen mit reduzierter

Betätigungskraft immer lauter erhoben (Abbildung 36).

SAC in MehrscheibenausführungHauptunterschied zur Einscheibenausführung ist die

Ergänzung der SAC um eine Zwischenanpressplatte und

drei weitere Tangentialblattfederpakete zur Gewährleis-

tung des Abhubs der Zwischenanpressplatte. Um einen

möglichst gleichmäßigen Verschleiß an beiden Kupp-

lungsscheiben zu realisieren, übernehmen sogenannte

Abhubniete die Steuerung der Zwischenanpressplatte.

Diese gewährleisten, dass der Abhub der Zwischenan-

pressplatte der Hälfte des Abhubes der Anpressplatte

entspricht. Für Fahrzeuganwendungen, die aus Isolati-

onsgründen eine gedämpfte Kupplungsscheibe benöti-


27

Abb. 36) Ausführung einer SAC in Mehrscheibenausführung

1 Kupplungsgehäuse

2 Verstellring

3 Druckfeder

4 Tellerfeder


6/7 Bolzen


9 Anpressplatte

10 Deckelanschlag

11 Zwischenanpressplatte

12 Abhubniet

13 Kupplungsscheibe 1

14 Kupplungsscheibe 2


14 11 8 1 9 713 4 10 35 14 11 13 29 6

11 12 8

gen, kann auch dies mit einer speziellen Ausführung der

Kupplungsscheibe realisiert werden.

Vorteil der SAC in Mehrscheibenausführung ist die mög-

liche Reduzierung der Ausrückkräfte bzw. die Steigerung

des übertragbaren Motormomentes bei gleich bleiben-

der Ausrückkraft. Bei Motorkonzepten, bei denen hohe

Motormomente mit hohen Motordrehzahlen einhergehen,

bietet die Mehrscheiben-SAC auch die Möglichkeit, die

Belagaußendurchmesser zu verkleinern und somit die

Berstdrehzahl der Kupplungsscheiben zu steigern. Des

Weiteren kann durch ein Downsizing der Kupplungsschei-

ben das Massenträgheitsmoment im Vergleich zu einer für

eine Einscheibenausführung benötigten Kupplungsschei-

bengröße neutral gehalten bzw. unter Umständen sogar

leicht verringert werden.

28

Abb. 37) Übertragung von Drehschwingungen

1 Motor

2 Kupplung

3 Getriebe

4 Torsionsdämpfer

5 Primär-

schwungmasse

6 Sekundär-

schwungmasse

7 Schwungrad

mit konventionellem Schwungrad mit Zweimassenschwungrad

1 7 2 3 1 5 4 6 2 3

Aufgrund mangelhafter natürlicher Dämpfung macht sich

eine Zunahme störender Geräuschquellen im modernen

Automobilbau bemerkbar. Die Ursachen hierfür liegen in

der Gewichtsreduzierung der Fahrzeuge sowie an den im

Windkanal optimierten Karosserien, die wegen geringe-

rer Windgeräusche nun andere Geräuschquellen wahr-

nehmbar machen. Aber auch Magerkonzepte und extrem

niedertourig fahrbare Motoren sowie 5- und 6-Gang-Ge-

triebe und dünnfl üssige Öle tragen zu einer Geräuschver-

stärkung bei. Die periodischen Verbrennungsvorgänge

des Hubkolbenmotors regen Dreh schwingungen im An-

triebsstrang an, die in Form von Getrieberasseln und

Karosseriedröhnen die Komforterwartungen des Auto-

fahrers nicht erfüllen.

Die Bedeutung der Mittelklasse und sogenannter Kom-

paktfahrzeuge mit quer eingebauten Motoren sowie die

Forderungen nach verbrauchs- und schadstoffreduzierten

Motoren nehmen zu. Dies führt aber gleichzeitig zu hö-

heren Motorungleichförmigkeiten, insbesondere im Be-

reich der direkt einspritzenden Dieselmotoren. Um auch

bei diesen Fahrzeugen den Fahrkomfort der Oberklasse

zu erreichen, entwickelte LuK das Zweimassenschwung-

rad (ZMS).

Bereits im Leerlauf isoliert das ZMS die Motorschwingun-

gen wirkungsvoll; d. h., Getrie be rasseln tritt nicht mehr

auf und das un angenehme Dröhnen der Karosserie in

bestimmten Drehzahlbereichen verschwin det. Mit dem

Zweimassenschwungrad steht den Automobilherstellern

somit ein äußerst leistungsfähiges System zur Dämpfung

von Torsionsschwin gungen im Antriebsstrang zur Verfü-

gung (Abbildung 37).

AufbauDurch die Teilung eines konventionellen Schwungrades

in zwei Scheiben ergibt sich die dem Motor zugeordnete

Primärschwungmasse mit Anlasserkranz sowie die Se-

kundärschwungmasse, die das Massenträgheitsmoment

der Getriebeseite erhöht.

Die beiden entkoppelten Massen sind über ein Feder-/

Dämpfungssystem miteinander verbunden und über ein

Rillenkugellager oder Gleitlager gegeneinander verdreh-

bar gelagert. Zwei am Außenrand mit Laser verschweißte

Blechformteile bilden den ringförmigen Fettraum, in dem

sich die Bogendruckfedern mit Federführungsschalen be-

fi nden. Die Abdichtung erfolgt hier durch eine Dichtmembrane.

Der Flansch greift mit seinen Nasen zwischen die Bogen-

druckfedern ein. Dieser Flansch kann ein starres Blech

sein, einen zusätzlichen Dämpfer beinhalten oder durch

die Auslegung als Rutschkupplung schädliche Drehmo-

mentspitzen begrenzen. Eine weitere, auf der Nabe

5 Das ZMS: effektive Torsionsdämpfung zwischen Motor und Getriebe


1/Min. 1/Min.

29

Abb. 38) Standard-ZMS

Abb. 39) ZMS mit unterschiedlichen Flanschausführungen

1

2

3

4

5

6

7

8

1 Anlasserkranz

2 Primärschwungscheibe

3 Bogenfeder

4 Gleitlager

5 Flansch

6 Schwimmend gelagerte Reibeinrichtung

7 Primärdeckel (Schnitt)

8 Sekundärschwungscheibe

1

2

3

4

5

6

1 Primärschwungscheibe

2 Bogenfedern

3 Flansch

4 Sekundärschwungscheibe

5 Flansch mit Innendämpfer

6 Zentrierstift

1

2

4

6

30

schwimmend gelagerte Reibeinrichtung, wird über Spiel

von einem der Haltebleche mitgenommen und kann bei

einem großen Verdrehwinkel die erwünschte Reibung

erzeugen.

Da das Feder-/Dämpfungssystem im Zweimassen-

schwungrad integriert ist, wird als Kupplungsscheibe

meist eine starre Ausführung ohne Torsionsdämpfer

eingesetzt. Als Kupplungsdruckplatte dient meist

eine Tellerfederkupplung, die über Zentrierstifte posi-

tioniert wird (Abbildungen 38 und 39 auf Seite 29).

FunktionPhysikalische Untersuchungen des Antriebs stranges

ergaben, dass sich der Reso nanzdreh zahlbereich durch

eine geänderte Zuordnung der Massenträgheitsmomente

verschieben lässt. Bei einer Erhöhung des Getriebe-Mas-

senträgheitsmoments sinkt die Resonanzdrehzahl, bei

der sehr laute Geräusche entstehen, unter die Leerlauf-

drehzahl und liegt somit außerhalb des Betriebsdrehzahl-

bereichs des Motors.

Mit dem ZMS gelang es LuK, ein Großserienprodukt zu

entwickeln, das dieses Prinzip realisiert und dabei die

Resonanz amplitude äußerst klein hält. Im Gegensatz zu

konventionellen Anordnungen wird beim ZMS das Mas-

senträgheitsmoment vor dem Torsionsdämpfer verringert

und dahinter erhöht. Dem Träg heitsmoment des Motors

ist nun die Primärschwungmasse des ZMS zugeordnet,

dem des Getriebes die Sekundärschwungmas se, die

Kupplungsscheibe sowie die Kupp lungs druckplatte.

Somit verschiebt sich der Resonanzdrehzahlbereich von

ursprünglich rund 1.300 min–1 auf ca. 300 min–1 und kann

sich im Fahrbetrieb nicht mehr störend bemerkbar ma-

chen, da der Motor nicht in diesem Drehzahlbereich

betrieben wird.

Bei den bisher üblichen Ausführungen mit konventio-

nellem Schwungrad und torsionsgedämpfter Kupplungs-

scheibe wur den die Drehschwingungen im Leerlaufbe-

reich weitgehend ungefi ltert an das Getriebe weitergelei-

tet und verursachten dadurch das Gegeneinanderschla-

gen der Zahnfl anken der Getrieberäder (Getrieberasseln).

Beim Einsatz eines Zweimassenschwungrades hingegen

werden die vom Motor eingeleiteten Drehschwingungen

durch den konstruktiv aufwändigen Torsionsdämpfer

herausgefi ltert, die Getriebekomponenten werden nicht

von ihnen beaufschlagt – es rasselt nicht, die Komfort-

erwartungen des Autofahrers werden in vollem Umfang

erfüllt!

BogenfederDas Feder-/Dämpfungssystem muss zwei sich wider-

sprechende Anforderungen erfüllen.

1. Im Normalbetrieb erzeugt die Ungleichförmigkeit des

Motors nur geringe Arbeitswinkel im Dämpfer. In diesem

Betriebsbe reich werden zur optimalen Schwingungs-

dämpfung niedrige Federraten, verbunden mit geringer

Dämpfung, benötigt.

2. Bei typischen Lastwechseln (z. B. Vollgasgeben) treten

Lastwechselschwingungen auf, die in hohem Maße zur

Geräuschbildung führen. Dieser Effekt kann nur mit einem

Torsionsdämpfer bekämpft werden, der eine extrem nied-

rige Federrate und gleichzeitig eine hohe Dämpfung besitzt.

Der in das ZMS integrierte Bogenfederdämpfer löst diesen

Widerspruch. Er bietet bei großen Arbeitswinkeln und zu-

gleich bei sehr niedrigen Federraten eine hohe Dämpfung.

Gleichzeitig isoliert er Schwingungen perfekt durch nied-

rige Dämpfung und geeignete Federraten im normalen

Fahrbetrieb.

Exkurs: Kompakt-ZMSDas Kompakt-ZMS ist die Lösung für den beengten Ein-

bauraum bei front-querangetriebenen Fahrzeugen. Diese

besonders platzsparende Variante des Kupplungsaggregats

integrier t ZMS, Kupplungsdruckplatte und Kupplungs-

scheibe (Abbildungen 40 und 41).

Das gesamte Modul wird bereits vormontiert geliefert und

kann als Einheit an die Kurbelwelle geschraubt werden.

Durch Öffnungen in der Tellerfeder, der Kupplungsdruck-

platte und der Kupplungsscheibe können die Kurbelwel-

lenschrauben festgezogen werden. Damit vereinfacht sich

für den Kunden auch die Verwaltung: An Stelle von drei

Einzelkomponenten und zwei Schraubensätzen gilt es

jetzt nur noch, ein Gesamtpaket zu beachten.

Die Vorteile des LuK Zweimassenschwungrades

auf einen Blick:

• Erstklassiger Fahrkomfort

• Absorbiert Vibrationen

• Isoliert Geräusche

• Kraftstoffeinsparung durch niedrige Motordrehzahlen

• Erhöhter Schaltkomfort

• Geringerer Verschleiß der Synchronisierung

• Überlastschutz für den Antriebsstrang

Auch in Hinblick auf den Umweltschutz werden

positive Folgen sichtbar:

• Durch das exzellente Geräuschverhalten bei nieder-

touriger Fahrweise wird weniger geschaltet. Die mitt-

leren Betriebsdrehzahlen sinken.

• Der Wirkungsgrad des Gesamtsystems erhöht sich

hierdurch und der Kraftstoffverbrauch und der damit

verbundene Ausstoß an Schadstoffen werden ver-

ringert.


Abb. 40) Das Kompakt-ZMS: Einheit aus ZMS, Kupplungsscheibe und Kupplungsdruckplatte

31

Abb. 41) Das Kompakt-ZMS

Kupplungsdruckplatte

und Kupplungsscheibe

Sekundärschwungscheibe

mit Flansch

Primärschwungscheibe

32

6 Hydraulische Ausrücksysteme

FunktionIn Fahrzeugen mit fußbetätigter Trockenkupplung ist

ein Mechanismus erforderlich, der die Kraftübertragung

zwischen dem Pedal und der Kupplung ermöglicht. Die

Realisierung dieser Funktion hat die Fahrzeugentwickler

zu den unterschied lichsten Lösungen angeregt.

Ursprünglich wurden die Pedalkräfte über einen Seilzug

vom Pedal zu einem Hebelmechanismus in der Kupplungs-

glocke übertragen. Über den Hebel und ein Ausrücklager

wurde so die Kupplung betätigt. Der Marktanteil dieser

Systeme ist inzwischen verschwindend gering. Denn in

den immer enger werdenden Motorräumen wird es zu-

nehmend schwieriger, einen Seilzug in möglichst gerader

Linie zwischen dem Pedal und dem Hebel zu verlegen.

Enge Radien sind bei einem Seilzug nicht realisierbar, da

dadurch die Reibung und der Verschleiß unzulässig stark

ansteigen und der Komfort bei der Kupplungsbetätigung

beeinträchtigt wird.

In modernen fußbetätigten Kupplungssystemen wird eine

hydraulische Kupplungsbetätigung eingesetzt. Man unter-

scheidet prinzipiell zwei Systeme: Bei der Semihydraulik

wird der Seilzug durch eine hydrauli sche Strecke, beste-

hend aus ei nem Geber zylinder am Pedal, einer Leitung

und einem Nehmerzylinder außen am Getriebe, ersetzt.

Beim Ausrücksystem mit Zentralausrücker entfällt der

Hebel in der Getriebeglocke. Stattdessen wird ein ringför-

miger hydraulischer Zylinder mit integriertem Ausrückla-

ger eingesetzt, der in der Kupplungsglocke zwischen dem

Getriebe und der Kupplung mittig zur Getriebe-Eingangs-

welle angeordnet ist. (Abbildung 42) Vollhydraulische

Systeme besitzen aufgrund der geringen Teileanzahl den

Vorteil einer einfachen Montage beim Fahrzeughersteller.

Darüber hinaus bietet die Verlegung der hydraulischen

Leitung im Motorraum ein hohes Maß an konstruktiver

Flexibilität.

Aufbau und Funktion der einzelnen Komponenten

Geberzylinder

Der Geberzylinder (Abbildung 43) besteht aus einem Ge-

häuse, einem Kolben mit Kolbenstange und einer Anord-

nung aus zwei Dichtungen (Primär- und Sekundärdich-

tung). Er besitzt einen hydraulischen Anschluss für die

Druckleitung zum Nehmerzylinder; dieser ist meist als

Schnellverbinder ausgeführt. In einigen Anwendungen fi n-

det man aber auch noch die in der Bremstechnik üblichen

Schraubverbinder. Weiterhin besitzt der Geberzylinder ei-

nen Anschluss zur Versorgung des Sys tems mit Hydraulik-

fl üssigkeit. Dieser ist oft über einen Verbindungsschlauch

mit dem Flüssigkeitsreservoir der Bremse verbunden. Es

gibt aber auch Lösungen, bei denen der Kupplungszy-

linder ein eigenes Reservoir besitzt. Die Primärdichtung

trennt das Reservoir vom hydraulischen Druckraum. Sie


Abb. 42) In modernen fußbetätigten Kupplungssystemen wird eine hydraulische Kupplungsbetätigung eingesetzt


2 Zentralausrücker

3 Kribbelfi lter

4 Spitzenmomentbegrenzer

5 Reservoir mit Hydraulikfl üssigkeit

6 Leitung

7 Geberzylinder

8 Pedal 65 74 8321

33

Abb. 43) Geberzylinder

1 Anschluss zum Reservoir

2 Primärdichtung

3 Sekundärdichtung

4 Anschluss zur Druckleitung

5 Gehäuse

6 Kolben

7 Kolbenstange

Abb. 44) Schwingungen am Kupplungspedal

ohne Kribbelfilter

Zeit

Bes

chle

unig

ung

(m/s

2 )

+3+2+1

–1–2–3

0

mit Kribbelfilter

Zeit

Bes

chle

unig

ung

(m/s

2 )

+3+2+1

–1–2–3

0

4

1

5 6 7

3

2

Abb. 45) Kribbelfi lter mit Schlauchventil

1 Gehäuse

2 Schlauchelement

3 Schlauchträger

4 Quellring 1 2 43

zum Ausrücklager

vom Pedal

ermöglicht den Druckaufbau zum Betätigen der Kupplung.

Die Sekundärdichtung trennt den Niederdruckraum des

Reservoirs von der Umgebung ab. Bei entlastetem Pedal

sorgt eine Feder am Pedal oder im Geberzylinder dafür,

dass der Kolben vollständig zurückbewegt wird. In dieser

Ruheposition des Pedals ist die Verbindung zwischen

dem Reservoir und dem Druckraum geöffnet. Jetzt kann

im System eingeschlossene Luft entweichen und Flüssig-

keit nachströmen. Der Selbstnachstellmechanismus des

hydraulischen Systems kommt zur Geltung.

Leitung

Die hydraulische Druckleitung ist den Bremsleitungen

im Kraftfahrzeug nachempfunden und besteht aus ei-

nem Schlauch und einem Stahlrohr oder vollständig aus

Kunststoff. Beim Stahlrohr ist ein Schlauch erforderlich,

um Bewegungen zwischen dem Antriebsstrang und dem

Chassis des Fahrzeuges auszugleichen. Bei der Verle-

gung der Leitung ist darauf zu achten, dass diese nicht

mit anderen Bauteilen im Motorraum in Kontakt kommt.

Weiterhin muss sichergestellt sein, dass die Verrohrung

nicht beschädigt, geknickt oder durch Korrosion ange-

griffen wird. Kunststoffl eitungen und Schlauchbereiche

von Leitungen dürfen nicht in der Nähe von heißen Zonen,

wie beispielsweise Turboladern oder Auspuffkrümmern,

verlegt werden.

Schwingungsdämpfer (Kribbelfi lter)

In Kraftfahrzeugen kann es durch den Verbrennungspro-

zess des Motors zu Schwingungsanregungen der Kupp-

lung kommen, die sich durch das Ausrücksystem bis zum

Pedal fortsetzen (Abbildung 44). Der Fahrer spürt diese

Schwingungen dann als unangenehmes Kribbeln am Fuß

oder nimmt sie als Geräusch wahr. Zur Vermeidung der

Schwingungsübertragung können Filterelemente in der

Leitung eingesetzt werden. Dies sind entweder Membran-

dämpfer oder Kribbelfi lter (Abbildung 45) mit zwei gegen-

sätzlich angeordneten Rückschlagventilen oder ei nem

Schlauchventil.

34


Spitzenmomentbegrenzer

Spitzenmomentbegrenzer (Abbildung 46) sind bewegliche

Blenden in der hydraulischen Leitung. Sie begrenzen den

Volumenstrom nur während des Einkuppelns bei hohen

Einkuppelgeschwindigkeiten. Hierdurch soll eine Überlas-

tung des Antriebsstranges bei schlagartigem Einkuppeln,

z. B. beim Abrutschen vom Kupplungspedal, verhindert

werden. Spitzenmomentbegrenzer dürfen im Wartungs-

fall nicht aus dem hydraulischen System entfernt werden,

da es ansonsten in der Folge zu Schäden am Getriebe,

an den Antriebswellen oder am ZMS kommen kann

(Abbildung 47).

Nehmerzylinder

In einem semihydraulischen System liegt der Nehmerzy-

linder außerhalb der Getriebeglocke und dient zur Be-

tätigung der Ausrückdrehgabel (Abbildung 48). In die-

sem Fall besteht der Nehmerzylinder aus einem Gehäuse,

dem Kolben mit Abdichtung, einer Vorlastfeder und einer

Entlüfterschraube. Die Vorlastfeder sorgt für eine perma-

nente Vorlast des Ausrücklagers, damit dieses auch im

druckfreien Zustand des Ausrücksystems sicher mit der

Kupplung dreht und störende Geräusche zwischen Lager

und Tellerfederzungen ver mieden werden. Die Entlüf-

tungsschraube erleichtert das Spülen oder Befüllen des

Systems im Wartungsfall.

Zentralausrücker

In einem System mit Zentralausrücker (Abbildung 49) ist

das Ausrücklager direkt mit dem Kolben verbunden. Die

Ausrückbewegung der Kupplung wird durch den hydrau-

lischen Druck eingeleitet, beim Einrücken drückt die

Tellerfeder der Kupplung den zentralen Kolben bis in die

Ausgangslage und die Flüssigkeit strömt zurück in den

Geberzylinder. Durch den großen, konstruktiv vorgese-

henen Hub kann der Nehmerzylinder Toleranzen bei Ein-

bau und Kupplungsverschleiß ausgleichen.

Sensorik

Zunehmend werden Geber- und Nehmerzylinder mit einer

Sensorik ausgestattet, um den Betätigungsweg zu mes-

sen und an das Motor- und Getriebesteuergerät weiterzu-

leiten. Sensorbestückte Systeme sind in der Regel daran

erkennbar, dass am Geber- oder Nehmerzylinder ein klei-

nes Gehäuse mit Stecker- oder Kabelverbindung befes tigt

ist. Jeder Sensor ist individuell auf den Geber- oder Neh-

merzylinder abgestimmt und bildet daher mit diesem eine

Einheit. Sensoren dürfen nicht vom Zylinder entfernt und

an einem anderen befestigt werden. Im Fall eines Defekts

von einem der Bauteile muss stets eine neue Zylinder/

Sensor-Kombination eingebaut werden.

Hydraulikfl üssigkeit

Wenn nichts anderes vom Fahrzeughersteller angegeben

ist, arbeiten die hydraulischen Systeme mit Bremsfl üs-

sigkeit. Bei Auslieferung des Fahrzeuges ist das System

bereits werksseitig gefüllt. Durch den Einsatz im Fahrzeug

reichert sich die Bremsfl üssigkeit mit Wasser an und der

Siedepunkt sinkt ab. Im Extremfall kann es zu Dampfbla-

senbildung im Nehmerzylinder kom men. Dies kann zu

Problemen beim Aus kuppeln führen. Um das zu vermeiden,

ist es deshalb notwendig, die Bremsfl üssigkeit mindes-

tens alle zwei bis drei Jahre auszutauschen. Bei der Wahl

der Ersatzfl üssigkeit ist den Empfehlungen des jeweiligen

Fahrzeugherstellers dringend Folge zu leisten, da ansons-

ten Schäden an den Dichtungen oder eine Geräuschbil-

dung am Geberzylinder nicht auszuschließen sind.

Die Wartung eines hydraulischen Ausrücksystems be-

schränkt sich im Normalfall auf den Austausch der Brems-

fl üssigkeit. Ähnlich wie bei der Bremse geht eine Neube-

füllung durch Pumpen am Pedal und synchrones Öffnen

und Schließen der Entlüfterschraube vonstatten. Damit

der Spülvorgang möglichst vollständig erfolgt und keine

Luftblasen in das System gelangen, sollten auch in die-

sem Fall die spezifi schen Empfehlungen der Fahrzeug-

hersteller berücksichtigt werden.

Sauberkeit ist bei allen Arbeiten an einem hydraulischen

System unabdingbar. Bereits kleinste Verunreinigungen

durch Schmutzpartikel können zu Undichtigkeit und

Fehlfunktionen führen. Bei Systemen, die für Bremsfl üs-

sigkeit vorgesehen sind, darf keinesfalls Mineralöl in das

Innere gelangen. Ein Nachbefetten der Zylinder oder der

Konnektoren ist aus diesem Grund zu unterlassen. Selbst

kleinste Mengen von Mineralöl können zur Zerstörung

der Dichtungen führen. Bei Kupplungssystemen, die ein

gemeinsames Reservoir mit der Bremse haben, besteht

durchaus die Gefahr einer Verunreinigung bis in die

Bremsanlage.

Wichtig

Beim Austausch der Kupplung sollte der Zentral-

ausrücker grundsätzlich mit ausgetauscht werden.

Dieser ist nämlich speziell auf die Kupplungs-

lebensdauer angepasst und somit für kein zweites

Kupplungsleben ausgelegt. Aus diesem Grund

werden beide Komponenten fahrzeugspezifi sch

im LuK RepSetPro gemeinsam angeboten.

Vorteile der hydraulischen Ausrücksysteme:

• Flexibilität bei der Verlegung der Leitung

• Guter Betätigungskomfort durch geringe Reibung

• Vibrations- und geräuschoptimiert

• Einfache Montage und Wartung

• Integrierte Verschleißnachstellung

Abb. 46) Spitzendrehmomentbegrenzer.

Bewegliche Blenden in der hydraulischen Leitung

begrenzen den Volumenstrom während des

Einkuppelns bei hohen Geschwindigkeiten

1 2

1 verschiebbare Blende

2 Gehäuse

35

Abb. 47) Strömungsbegrenzung durch Spitzenmoment-

begrenzer

Abrutschen vom Kupplungspedal

Zeit (s)

Peda

lweg

(%)

100

60

40

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

Abb. 48) Nehmerzylinder außen an der Getriebeglocke

Abb. 49) In einem System mit Zentralausrücker ist das

Ausrücklager direkt mit dem Kolben verbunden

1 Vorlastfeder

2 Kolben

3 Dichtung

4 Gehäuse

5 Staubschutz-Faltenbalg

6 Ausrücklager

1 Kupplungsdruckleitung

2 Nehmerzylinder

3 Ausrücklager

4 Ausrück-Drehgabel

1 23 4

2 6 3 1 45

36

7 Automatisierte Schaltgetriebe (ASG) für mehr Komfort

EinsatzDas automatisierte Schaltgetriebe ist eine Erweiterung

des bewährten Handschaltgetriebes. Es kann bei einem

vergleichbaren Komfort zum Handschalter automatisch

schal ten und bei entsprechender Abstimmung auch den

Kraftstoffverbrauch reduzieren. Diese Eigenschaften ma-

chen die Technik interessant für kleine bis mittlere Fahr-

zeugklassen, da auch die Kosten deutlich unter einer

Vollautomatik liegen. Auch für Nutzfahrzeuge werden au-

tomatisierte Schaltgetriebe eingesetzt, im Schwerverkehr

sogar teilweise als Serienausstattung (Abbildung 50).

Beschreibung

Bedienung

Ähnlich wie das Automatikgetriebe hat der Wählhebel Po-

sitionen für die Schaltung Neutral, Rückwärts, Automatik

und Manuell. Der Wählhebel ist rein elektronisch und nicht

me chanisch mit dem Getriebe verbunden (Abbildung 51).

Da das automatisierte Schaltgetriebe auf dem Prinzip des

Handschaltgetriebes basiert, ist im Gegensatz zum Auto-

matikgetriebe keine Parkstellung vorhanden. Wie beim

Handschaltgetriebe bleibt beim Ausschalten der Zündung

der aktuelle Gang eingelegt, und die Kupplung wird auto-

matisch geschlossen.

Der Motor kann ähnlich wie das Automatikgetriebe ge-

startet werden, wenn

• der Gangwählhebel in Position „N“ ist,

• das Getriebe Neutralstellung anzeigt und

• die Fußbremse betätigt ist.

Technik

Am Getriebe werden zusätzliche Elektromotoren befestigt,

die stellvertretend für den Fahrer die Bewegungen für das

Kuppeln und Schalten übernehmen. Ein Getriebesteuerge-

rät übernimmt die Koordination und die Signalverarbeitung.

Die meisten Signale werden über den CAN-Bus eingelesen

und ausgegeben. Am CAN-Bus angeschlossen sind das Mo-

torsteuergerät, das ABS- oder ESP-Steuergerät sowie das

Cockpit-Steuergerät, das auch die Informationen über ak-

tuelle Gangwahl und den Status des Getriebes anzeigt.

Im LuK ASG ist dieses Steuergerät in einem gemeinsamen

Gehäuse mit dem Elektromotor und der Mechanik unter-

gebracht, die für die Kupplungsbetätigung sorgt. Bei einem

Tausch des Steuergerätes muss die zur Fahrzeugvariante

passende Software eingespielt sein und eine Inbetrieb-

nahme durchgeführt werden. Auch die anderen Steuer-

geräte sind auf das Getriebesteuergerät abgestimmt, wes-

halb eine Nachrüstung eines Handschaltgetriebes auf

ein automatisiertes Schaltgetriebe technisch und wirt-

schaftlich nicht sinnvoll ist. Damit die Elektromotoren

möglichst klein, leicht und reaktionsschnell ausgeführt

werden können, ist eine minimierte Betätigungskraft der

Kupplung erforderlich. Dies wird erreicht, indem eine

selbstnachstellende Kupplung (SAC) eingesetzt wird.

Für die Getriebeschaltung wird der Handschaltdom des

Handschaltgetriebes durch eine Baugruppe mit zwei Elek-

tromotoren ersetzt. Ein Elektromotor ist für die Gassen-

wahl zuständig, entsprechend der Querbewegung der

rechten Hand beim Schalten. Der zweite, größere Elektro-

motor übernimmt das Einlegen der Gänge.

Funktionen

Kriechfunktion

Beim Lösen der Bremse wird die Kupplung leicht angelegt.

Das Fahrzeug rollt auf der Ebene sanft an, ohne dass Gas

gegeben werden muss. Das Moment ist zum Schutz der

Kupplung begrenzt, bei erhöhter Kupplungs temperatur

wird das angelegte Moment reduziert.

Ermittlung des Kupplungstastpunktes

Durch Temperaturschwankungen und andere äußere Ein-

fl üsse verändert sich der Punkt, an dem die Kupplung be-

ginnt, das Mo tormoment an die Räder zu übertragen. Dieser

Punkt wird Tastpunkt genannt. Das automatisierte Schalt-

getriebe passt diesen Tastpunkt immer dann an, wenn das

Fahrzeug längere Zeit mit getretener Bremse und laufen-

dem Motor steht, z. B. vor einer Ampel.

Dabei wird die Kupplung immer wieder kurzzeitig so weit

geschlossen, bis die leichte Berührung der Druckplatte mit

der Kupplungsscheibe eine Reaktion des Motors hervorruft.

Danach öffnet die Kupplung sofort wieder. Dieser Vorgang

wird normalerweise vom Fahrer nicht wahrgenommen und

setzt einen stabilen Leerlauf des Motors voraus. Ebenfalls

wichtig für die korrekte Funktion ist, dass bei einem Aus-

tausch von Steuergerät oder Kupplung eine erfolgreiche

Inbetriebnahme mit dem Werkstattprüfgerät erfolgt ist.

Ein korrekter Tastpunkt stellt sicher, dass die Einkuppel-

vorgänge weich und trotzdem ohne lange Schlupfzeiten

an der Kupplung erfolgen.

Kupplungsschutz

Das automatisierte Schaltgetriebe erkennt, wenn die Kupp-

lung z. B. durch viele aufeinanderfolgende Anfahrten an

einer Steigung heißgefahren wird. Um den weiteren An-

stieg der Temperatur zu verlangsamen, wird die Kriech-

funktion dann schrittweise deaktiviert. Bei Anfahrten wird

die Kupplung schneller geschlossen, um lange Zeiten mit

schleifender Kupplung zu vermeiden.

7 Automatisierte Schaltgetriebe (ASG) für mehr Komfort

37

Abb. 50) Schematische Darstellung ASG


2 Zentralausrücker

3 Kribbelfi lter

4 Spitzenmomentbegrenzer

Abb. 51) ASG-Schaltkulisse (Quelle: Opel)

Unterstützung der ABS-Bremsung

Wenn das ABS-Steuergerät eine Bremsung mit ABS-Ein-

griff meldet, kann das ASG-System die Kupplung öffnen.

Die Wirksamkeit der ABS-Regelung wird durch das Ab-

koppeln des Motors verbessert.

Sicherheitsüberwachung

Das ISM-System (Intelligent Safety Monitoring Sys tem)

überwacht den Hauptprozessor mit einem zweiten Prozessor.

Überprüft werden die Funktion von Speicher und Programm-

ablauf und ob die Aktivitäten des LuK ASG Steuergerätes

der aktuellen Fahrsituation entsprechen. Im Fehlerfall gibt

es zwei mögliche Reaktionen des Steuergerätes:

• Ausschalten der Endstufen der Aktoren, d. h., es ist

keine Bewegung mehr möglich.

• Reset des Steuergerätes, d. h., nach wenigen Sekunden

nimmt das Steuergerät den normalen Betrieb wieder auf.

Ungewollte Fahrzeugreaktionen durch Fehler des Steuer-

gerätes werden damit ausgeschlossen.

Vorteile

• Guter Wirkungsgrad und niedriger Verbrauch bei

optimalen Schaltpunkten

• Wahlweise Automatik- oder Handbetrieb

• Leichteres Rangieren ohne Abwürgen

• Kleine und leichte Komponenten

• Hoher Fahrkomfort

• Günstiger Preis

Abb. 52) Getriebeaktor/Kupplungsaktor

1 3 2 4

38

1 Kupplungsaktoren

2 gerade Ganggruppe

3 ungerade Ganggruppe

4 Doppelkupplung

5 Getriebeaktor Active Interlock

Abb. 53) Das Drehmoment wird fl ießend von einem Teilgetriebe auf das andere übergeben

Abb. 54) Parallelschaltgetriebe

2

3

1

4

8 Doppelkupplungsgetriebe bieten Dynamik und Effi zienz

Parallelschaltgetriebe PSG – zwei Getriebe in einemIn Zeiten steigender Kraftstoffkosten sind die Automobil-

hersteller und Zulieferer gezwungen, innovative Antriebs-

konzepte zu entwickeln, die der notwendigen Reduzie-

rung von Verbrauch und Emissionen gerecht werden.

Dies gilt insbesondere auch für automatische Getriebe,

die bisher die stetig wachsenden Komfortansprüche der

Autofahrer nicht mit einer Verbrauchsoptimierung der

Fahrzeuge verbinden konnten.

Durch die gezielte Zusammenführung der Vorteile von

Automatik- und Handschaltgetrieben ist es gelungen, ein

komfortables Automatikgetriebe zu entwickeln, welches

den hohen Wirkungsgrad und das agile Ansprechverhalten

eines Handschaltgetriebes in sich vereint (Abbildung 54).

Grundprinzip ParallelschaltgetriebeDie Grundidee des Parallelschaltgetriebes klingt einfach:

Zum Erreichen eines hohen Wirkungsgrads ist das Getriebe

funktional wie ein Handschaltgetriebe gestaltet. Um damit

jedoch den Komfort eines Automatik getriebes zu realisieren,

muss ein zugkraftunterbrechungsfreies Schalten mög-

lich sein. Dazu ist das Parallelschaltgetriebe in zwei Teil-

getriebe untergliedert. Auf einem Teilgetriebe sind die

geraden, auf dem anderen die ungeraden Gangstufen


4 5

39

angebracht. Jedem dieser Teilgetriebe ist wiederum eine

Kupplung zugeordnet. Eine intelligente Getriebesteue-

rung regelt, öffnet und schließt die beiden Kupplungen

durch Betätigen des Einrücksystems (Abbildung 53).

Im Fahrbetrieb ist immer ein Teilgetriebe kraftschlüssig,

während im inaktiven Teilgetriebe in Abhängigkeit von der

Fahrsituation bereits der nächste Gang vorgewählt wird.

Dadurch kann bei einer Schaltung direkt von einem Gang

auf den nächsten gewechselt werden. Da die beiden

Kupplungen in dieser Phase zeitgleich geöffnet und

geschlossen werden, wird das Drehmoment fl ießend von

einem Teilgetriebe auf das an dere übergeben. Die Schal-

tung ist damit zugkraftunterbrechungsfrei. Der Schaltvor-

gang und die Gangwahl erfolgen automa tisch und vom

Fahrer nahezu unbemerkt.

Die Herausforderung der Entwickler besteht nun darin,

zwei parallel angeordnete Getriebestränge in einem mög-

lichst kleinen Bauraum darzustellen.

Aufbau der DoppelkupplungDas Herzstück dieses Getriebes ist die Doppelkupplung

(Abbildung 55). Sie muss das Motordrehmoment in die

beiden Teilgetriebe einleiten. Die beiden Teilkupplungen

sind hintereinander angeordnet und treiben mit ihren

Kupplungsscheiben die beiden ineinanderliegenden

Getriebe-Eingangswellen an.

Aufgrund ihres Gewichts ist die Doppelkupplung im Ge-

gensatz zu Handschaltkupplungen nicht zusammen mit

dem ZMS auf der Kurbelwelle aufgenommen, sondern auf

der Getriebe-Eingangswelle 2 gelagert.

Abb. 55) Aufbau der Doppelkupplung

1 Zweimassenschwungrad (ZMS)

2 Druckplatte K1

3 Kupplungsscheibe K1

4 Kupplungsscheibe K2

5 Druckplatte K2

6 Kurbelwelle


(Hohlwelle) K2


(Vollwelle) K1

9 Treibscheibe

1

3

7

9

2

4

5

6

8

40

Das Motordrehmoment wird über die Innen verzahnung

des ZMS in die Zentralplatte der Doppelkupplung einge-

leitet. Wird dann eine der beiden Kupplungen betätigt,

wird das Drehmoment von der Zentralplatte über die

Kupplungsscheibe auf die entsprechende Getriebe-Ein-

gangswelle übertragen (Abbildung 56).

Da beide Kupplungen von der gleichen Seite betätigt

werden, erfolgt für die Kupplung 1 eine Kraftumkehrung,

die die Druckbewegung des Einrücksystems in eine Zug-

bewegung an der Anpressplatte umwandelt. Hierdurch

wird die Kupplungsscheibe zwischen der Zentralplatte

und der Anpress platte verklemmt und das gewünsch te

Drehmoment übertragen.

Für die Kupplung 2 ist eine Kraftumkehrung nicht not-

wendig. Die Hebelfeder stützt sich am Kupplungsdeckel

ab und drückt damit die Anpressplatte in Richtung der

Zentralplatte (Abbildung 57).

Wie bereits von der LuK SAC bekannt, verfügt auch die

Doppelkupplung über einen Nachstellmechanismus, der

den Kupplungsscheibenverschleiß über Laufleistung

ausgleichen kann. Dies stellt zum einen konstant niedrige

Betätigungswege über die gesamte Lebensdauer sicher,

zum anderen bietet eine konstante Kupplungskennlinie

große Vorteile in der Steuer- und Regelbarkeit eines

solchen Systems.

Vorteile und Innovationen der Parallel-schaltgetriebeDie sicherlich größte und bedeutendste Innovation stellt

die hier gezeigte Doppelkupplung dar. Im Gegensatz zu

den bekannten Doppelkupplungsgetrieben wurde hier

erstmals eine trockene Doppelkupplung ent wickelt und

eingesetzt. Da ihre Kupplungsbeläge nicht in einem Ölbad

laufen, zeichnet sich dieses Konzept durch einen sehr

guten Wirkungsgrad aus. In Verbindung mit der hohen

Spreizung eines 7-Gang-Ge triebes ist es gelungen, den

Ver brauch und den CO2-Ausstoß signifi kant zu senken.

Sogar so weit, dass bei einigen An wen dun gen der Ver-

brauch bei Parallelschaltge trie ben unter der der Hand-

schaltvariante liegt.

Bedienung und Komfort dieser neuen Getriebegeneration

sind gleichwertig zum bekannten Automatikgetriebe. Die

Kupplungs strategie lässt das Fahrzeug im 1. und im

Rückwärtsgang auch bei nicht betätigtem Fahrpedal an-

kriechen. Damit kann das Fahren beim Rangieren oder im

Stop-and-go-Verkehr wesentlich erleichtert werden. Die

Anfahrcharakteristik hingegen erinnert an das Fahren mit

einem Handschaltgetriebe. Da die Betätigung der Kupp-

lung und das Wechseln der Gänge automatisch erfolgen,

ist das Kupplungspedal ganz entfallen und der Schalt-

hebel durch einen Wahlhebel ersetzt worden. Selbstver-

ständlich kann der Fahrer die Gänge auch manuell im

Tiptronic-Modus wechseln.

Seit Anfang 2007 wird das weltweit erste trockene Dop-

pelkupplungsgetriebe in Groß serie produziert. Mit diesem

Getriebe-/Kupplungskonzept können eindrücklich Kom-

fort, Agilität und Kraftstoffeffi zienz miteinander verbun-

den werden.


Abb. 58) Doppelkupplung

41

Abb. 56) Kupplung 1 geschlossen Abb. 57) Kupplung 2 geschlossen

42

9 CVT-Getriebe: stufenlos komfortabel

Continuously Variable Transmission CVT – stufenlos verstellbares Getriebe

Stufenautomaten und Handschaltgetriebe weisen feste

Gangstufen auf, die es nicht erlauben, den Motor immer

im optimalen Betriebsbereich zu betreiben. Dies ist nur

dann möglich, wenn es gelingt, zwischen der max. (An-

fahren) und der min. Getriebeübersetzung stufenlos zu

variieren. Mit dem Entfall der Getriebestufen ist auch

ein deutlicher Gewinn im Fahrkomfort und in den Fahr-

leistungen bei gleichzeitig reduziertem Verbrauch ver-

bunden.

LuK beschäftigt sich seit 1993 mit der Entwicklung von

Komponenten für stufenlose Getriebe nach dem soge-

nannten Umschlin gungsprinzip. Ziel der Entwicklung war

die Erreichung eines übertragbaren Motormomentes von

300 Nm, bei gleichzeitiger Verbesserung der Fahrleis-

tungen und einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauches.

Es ist LuK damit gelungen, sich deutlich vom Wettbewerb

abzuheben.

Bei diesem Prinzip läuft die LuK Kette zwischen zwei

Kegelscheibenpaaren, die jeweils aus einer sogenannten

Fest- und ei ner Wegscheibe bestehen. Die Wegscheibe ist

axial beweglich auf der Welle gelagert und kann hydrau-

lisch axial verschoben werden. Mit der axialen Verschie-

bung der Wegscheibe ist eine Veränderung des Laufradius

der Kette und damit eine entsprechende Übersetzungsän-

derung verbunden.

Die Drehmomentübertragung erfolgt in Analogie zur Kupp-

lung durch Reibung. Es muss also sichergestellt werden,

dass die auf die Kegelscheiben wirkenden Anpresskräfte

ausreichend groß sind, um zum einen das Motormoment

sicher übertragen zu können, aber zum anderen auch rad-

seitige Drehmomentstöße übertragen zu können, ohne

dass das Umschlingungselement rutscht. Die Anpressung

und Verstellung der Scheibensätze erfolgt hydraulisch.

Aufbau eines CVT Neben der Einstellung der gewünschten Übersetzung

gibt es noch eine Reihe weiterer Funktionen, die durch

das Getriebe sichergestellt werden müssen. Dazu gehört

beispielsweise die Funktion des Anfahrens oder die Rea-

lisierung eines Rückwärtsganges. Das obige Bild zeigt

den Aufbau eines CVT-Getriebes am Beispiel der Audi

multitronic® (Abbildung 59), wie sie in Serie seit 1999 in

verschiedenen Baureihen angeboten wird.

In Abbildung 59 ist das Planetenwendegetriebe mit der

Vorwärts- und Rückwärtskupplung zu erkennen. Es han-

delt sich dabei um ei nen Doppelplanetensatz, bei dem

sich sowohl vorwärts als auch rückwärts eine glei che Über-

setzung ergibt. Auch diese Funktio nen werden neben der

Anpressung und Verstellung durch die hydraulische An-

steuerung der entsprechenden Kupplungen dargestellt.

Diese Hydraulik wiederum erhält ihre Befehle von einer

elektronischen Steuerung.

Als Anfahrelement wurde für die multitronic® eine nasse

Lamellenkupplung gewählt. Wahlweise können für CVT

aber auch hydrodynamische Drehmomentwandler oder

hydraulische Kupplungen eingesetzt werden. Über ei-

ne Zahnradstufe wird das Drehmoment zum primären

Scheibensatz übertragen. Diese Zahnradstufe erlaubt die

Anpassung der Gesamtübersetzung an unterschiedliche

Motoren. Auf dem primären Scheibensatz ist der zwei-

stufi ge Drehmomentfühler zu erkennen, dessen Funktion

noch ausführlich erläutert wird. Die Scheibensätze sind

mit dem sogenannten Doppelkolbenprinzip ausgeführt,

d. h. getrennten Zylindern für Anpress- und Verstellfunkti-

on. Zwischen den beiden Scheibensätzen ist die LuK Kette

angeordnet. Der sekundäre Scheibensatz baut direkt auf

der Ritzelwelle auf, die ihrerseits das Tellerrad antreibt.

Von dort erfolgt die Drehmomentübertragung über das

Differential zu den Flanschen auf die Antriebswellen des

Fahrzeuges. Abbildung 60 zeigt die Hydraulik (einschließ-

lich Pumpe) mit der aufgesetzten elektronischen Steu-

erung. Gut zu erkennen ist auch der Antrieb der Pumpe,

die als Innenzahnrad- oder Flügelzellenpumpe ausgeführt

werden kann.

Die stufenlose reibschlüssige Leistungs-übertragungEine stufenlose reibschlüssige Kraftübertragung ist nur

dann zuverlässig möglich, wenn in allen Betriebszustän-

den eine ausreichende Anpressung sichergestellt werden

kann. Die optimale Anpressung stellt dabei immer eine

Gratwanderung zwischen ei nem rutschenden Variator und

einem schlechten Wirkungsgrad durch Überanpressung

dar. Abbildung 61 zeigt den Zusammenhang zwi schen dem

Eingangsmoment und der erforder lichen Anpresskraft am

sekundären Schei bensatz als Funk tion der Übersetzung.

Von besonderer Bedeutung ist in diesem Zusammenhang

neben dem veränderlichen Motormoment insbesondere

die sprunghafte Drehmomenteinleitung vom Rad, z. B.

bei ABS-Bremsungen mit Eis-Asphalt-übergängen und bei

Sprüngen vom Bordstein auf die Straße mit durchdrehen-

dem Rad, die mit sehr großen Drehzahl- und Drehmoment-

gradienten verbunden sind.

LuK hat diese Probleme durch den Einsatz des hydro-

mechanischen Drehmoment fühlers gelöst.


43

Abb. 59) Audi multitronic® mit LuK CVT-Komponenten

1 Leichtmetallgehäuse

2 Abtrieb

3 Lamellenkupplung

4 Differential

5 Wendeplanetensatz

6 Sekundärscheibensatz

7 Pumpenantrieb

8 Laschenkette

9 Drehmomentsensor

10 Anpressräume

11 Verstellräume

12 Pumpe

13 Primärscheibensatz

14 Hydrauliksteuerung

15 Steuerelektronik 1261 43

5

1514131110

9

8

7

2

1

i VarT 1 [%] 0 2,5

50

1000,4

100

50

0

F2 [%

]

F ZT

F LT

Abb. 60) LuK CVT-Komponenten

Abb. 61) Stufenlose reibschlüssige Leistungsübertragung

1 Primärer Scheibensatz

2 Laschenkette

3 Sekundärer Scheibensatz

4 Hydraulische Steuerung mit Pumpe

F ZT: Kraft im ZugtrumF LT: Kraft im Leertrum

F 2 : Axialkraft am sekundären Scheibensatz

T 1 : Eingangsdrehmoment

iVar : Variatorübersetzung

10

11

3

4

2

1

44

Der zweistufi ge DrehmomentfühlerDie Funktion des zweistufi gen Drehmomentfühlers ori-

entiert sich am nachfolgend beschriebenen Prinzip. In

der Abbildung 62 wird sowohl der einstufi ge als auch der

zweistufi ge Drehmomentfühler dargestellt.

Das Drehmoment wird über eine Rampenplatte einge-

leitet, von der der Kraftfl uss über Kugeln auf einen axial

beweglichen Fühlerkolben erfolgt, der sich gegen einen

Öldruck abstützt.

Das von der Ölpumpe kommende Öl fl ießt über eine Ab-

strömbohrung ab, deren Strömungswiderstand sich durch

die Verschiebung des Fühlerkolbens so verändert, dass

stets das Kräftegleichgewicht zwischen der Axialkraft der

Fühlerrampen und der Druckkraft hergestellt wird. Damit

wird der Druck, der direkt in den Anpresszylinder geleitet

wird, vom Drehmomentfühler streng proportional zum

anliegenden Drehmoment eingestellt.

Beim Auftreten eines Drehmomentstoßes verschließt

die bewegliche Fühlerplatte die Abströmbohrung. Bei

weiter steigendem Drehmoment schiebt die Fühlerplatte

dann aktiv das Ölvolumen aus der Drehmomentfühler-

kammer in die Scheibensätze zur Erhöhung der An-

pressung.

Dies bedeutet, dass der Drehmomentfühler dann kurzzei-

tig wie eine Pumpe wirkt. Die se Zusatzpumpe kann im Fall

eines Drehmomentstoßes kurzzeitig mehr als 30l/Min.

Förderstrom abgeben.

Zur Realisierung einer zweistufi gen Fühlerkennlinie wird

die Druckfl äche des Fühlerkolbens in zwei Teilfl ächen auf-

aufgeteilt. Im Underdrive-Bereich, wo wegen des kleinen

Wirkradius der Kette ein hoher Anpressdruck zur Über-

tragung des Drehmoments erforder lich ist, wird nur eine

Teilfl äche mit Druck beaufschlagt. Bei der durch das Dreh-

moment gegebenen Rampenkraft stellt sich zur Erfüllung

des Kräftegleichgewichts ein hoher Druck im Drehmo-

mentfühler und gleich zeitig im Anpresszylinder ein. Im

Over drive-Bereich, jenseits des Umschaltpunktes, wer den

beide Teilfl ächen mit Druck beaufschlagt. Bei gleichem

Eingangsdrehmoment stellt sich somit ein niedrigerer An-

pressdruck ein. Die Umschaltung der Kennlinie durch Zu-

bzw. Wegschaltung der zweiten Teilfl äche erfolgt direkt

durch die mit der Änderung der Übersetzung erfolgende

axiale Verschiebung der beweglichen Kegelscheibe des

primären Scheibensatzes.

Wie im Bild dargestellt, wird die zweite Teilfl äche im Under-

drive-Bereich über die rechte Umschaltbohrung mit Um-

gebungsdruck belüftet. Im Overdrive-Bereich wird diese

Bohrung verschlossen, und die linke Umschaltbohrung

stellt die Verbindung zum Anpressöl her.

Dieses System wird aktuell weiterentwickelt. Der be-

schriebene zweistufi ge Drehmomentfühler kann mittels

entsprechender Gestaltung der Rampen auch stufenlos

ausgeführt werden. Wahlweise kann aber auch eine

elektronische Anpressregelung in Kom bination mit einer

schlupfgesteuerten Anpressung (SGA) zur Anwendung

kommen.

LuK Doppelkolbensystem mitDrehmomentfühlerKonventionelle Systeme weisen jeweils ei nen Druck-

zylinder – oft auch in verschachtelter Tandemanordnung

am Antriebs- und am Abtriebsscheibensatz, wie in

Abbildung 63 dargestellt, auf. Von der Pumpe strömt

das Öl zu einer Steuereinheit, die die einzustellenden

Drücke in die beiden Zylinder leitet. Diese erfüllen im

Sinne einer Funktionsverknüpfung sowohl die Anpres-

sung als auch die Übersetzungsverstellung.

Häufi g wird die primäre Zylinderfl äche sehr viel größer

als die sekundäre ausgeführt. Der Hauptgrund dafür

ist, dass viele ausgeführte CVT-Hydrauliksysteme keine

Möglich keit bieten, am primären Zylinder einen hö he ren

Druck einzustellen als am sekundären. Für eine Schnell-

verstellung in Richtung Under drive muss die Pumpe den

ge samten Vol umenstrombedarf der sekundä ren Zylin-

der fl äche bedienen. Gleichzeitig wird Drucköl aus dem

primären Scheibensatz in den Sumpf abgelassen, was

einen Energieverlust darstellt. Analog gilt dies für die

Overdrive-Verstellung. Damit ist für die Erfüllung der

Dynamik eine Pumpe mit ei nem großen Förder vo lu men

notwendig. Dies wirkt sich un güns tig auf den Leistungs-

bedarf der Pumpe aus.

Beim LuK Doppelkolbensystem sind die Zylinderfl ächen

aufgeteilt in gelb dargestell te Teilfl ächen, die die An-

pressung sicherstellen, und in kleine, davon getrennte

Teilfl ächen (blau bzw. grün dargestellt), die die Verstel-

lung bewerkstelligen. Die Anpressung wird durch den

bereits beschriebenen zweistufi gen Drehmomentfühler

si chergestellt. Für die Ver stellung ist lediglich ein kleine-

rer Volumenstrom zur Bedienung der kleineren Verstell -

fl ächen erforderlich. Das Anpressöl selbst wird bei der

Verstellung des Variators auf ho hem Druckniveau direkt

vom einen Scheiben satz in den anderen geleitet, ohne

dass dazu ein be sonderer Energieaufwand erforderlich

wäre. Dadurch kann die Pumpe beim LuK Doppelkolben-

prinzip wesentlich kleiner aus gelegt werden als bei kon-

ventionellen Sys temen, was den Gesamtgetrie bewir-

kungs grad und damit den Kraftstoffverbrauch verbessert.

Aufbau primärer Scheibensatz Abbildung 64 zeigt beispielhaft den Aufbau des primären

Scheibensatzes mit LuK Doppelkolben und dem zweistu-

fi gen Drehmoment fühler, auf dessen Funktion im Detail


45

Abb. 62) Ein- und zweistufi ger Drehmomentfühler

1 Fühlerkammer

2 Anpresszylinder

3 Abströmbohrung

4 Zulaufbohrung

5 Rampenplatte

6 Fühlerkammer 2

7 Fühlerkammer 1

2

1

3

4

5

67

Sumpf Pumpe

Sumpf

Pumpe

Abb. 63) Vergleich Hydraulik konventionell/LuK

Abb. 64) Scheibensatz 1 mit integriertem Drehmomentfühler (schematisch)

konventionelles CVT LuK CVT

46

schon eingegangen wurde. Rot dargestellt ist die Öl füh-

rung für den Anpresszylinder, grün die Versorgung des

Ver stellzylinders. Blau unter legt ist die Kammer 2 des

Drehmomentfühlers und deren Versorgung. Die Dreh-

moment über tragung zwischen Welle und Wegschei be

erfolgt durch eine Mitnahmeverzahnung.

Die Scheibensätze können durch die Verwen dung von

Blechumformteilen kostengüns tig hergestellt werden und

LuK konnte hier auf die Erfahrungen aus dem Kupplungs-

bau zurückgreifen. Die Geometrie der Bauteile wur de

mittels FE-Berechnung konsequent optimiert und damit

konnte auch die mögli che Spreizung max. ausgenutzt

werden.

Als Dichtelemente werden Manteldichtringe für die

dynamischen Abdichtungen eingesetzt. Die statische

Abdichtung erfolgt durch O-Ringe.

Vereinfachtes HydraulikschemaCVT mit AnfahrkupplungAbbildung 65 zeigt vereinfacht das Hydrauliksche ma für

das CVT mit Anfahrkupplung. Das System wird durch eine

Pumpe mit vorgeschaltetem Saugfi lter gespeist. Es werden

das sogenannte Vorspannventil, das Übersetzungsventil

und das Kupplungsventil versorgt. Der Handschieber sorgt

dafür, dass die Vorwärts- oder Rückwärtskupplung druck-

beaufschlagt wird.

Beim Vorspannventil handelt es sich um ein Druckbegren-

zungsventil. Es hat die Aufga be, bei geringem Fühlerdruck

und hohem Über setzungsdruckbedarf am Übersetzungs-

ven til eine Druckdifferenz zur Verfügung zu stel len. Je

nach Betriebszustand ist der Druck des Momentenfühlers

bestimmend oder der Ver stelldruck an einem der beiden

Scheibensätze.

Durch einen Offset wird sichergestellt, dass der Vorsteuer-

druck immer vorhanden ist. Im vorliegenden Schema sind

die Vorsteuerleitungen nicht dargestellt. Das über die

Abströmbohrung des Momentenfühlers fl ießende Öl wird

über den Kühler geführt und zur Kühlung und Schmierung

des Systems verwendet.

Die Steuerung baut mit insgesamt nur neun Schiebern

und drei Proportionalventilen kom pakt und leicht. Bei

Volllast stellen sich Drücke von 60 Bar ein. Die Spitzen-

drücke liegen bei 100 Bar. Durch eine hohe Fertigungs-

genauigkeit werden kleine Schieberspiele und damit

geringe Leckagen erzeugt.

Die LuK Kette Auf der Basis der Wiegedruckstückkette der P. I. V. Antrieb

Werner Reimers hat LuK die CVT-Kette für die automobile

Anwendung konsequent weiterentwickelt. Schwer punk te

waren und sind dabei festigkeitssteigernde Maßnahmen

für die geforderte hohe Leis tungsdichte sowie die Opti-

mierung des akustischen Verhaltens.

Abbildung 66 zeigt die Kette für Anwendungen bis ca.

300 Nm Drehmoment. Sie besteht aus unterschiedlichen

Kettenlaschen, die den Strang bilden, den Wiegedruck-

stücken der Gelenke und den Sicherungselementen.

Folgende Eigenschaften kennzeichnen die CVT-Kette:

• Mit ihr werden niedrige Verbräuche und eine hervor-

ragende Fahrdynamik erzielt. Dies wird durch die

reibungsarme Wiegegelenk-Konstruktion der CVT-Kette

möglich, mit der kleine Laufkreise auf den Kegelschei-

ben und damit eine hohe Getriebespreizung realisiert

wird.

• Mit der CVT-Kette sind hohe Drehmomente übertragbar.

Durch entsprechende Strickmuster kann die Verteilung

der Beanspruchung in der Kette optimiert werden.

• Das Element zeichnet sich durch niedrige innere Rei-

bungsverluste durch das Abwälzen der Wiegedruck-

stücke aus und garantiert damit einen guten Getriebe-

wirkungsgrad.

• Durch ballige Stirnfl ächen der Wiegestücke und wegen

ihres gliedrigen Aufbaus ist die Kette unempfi ndlich

gegen Spurversatz. In Kombination mit gewölbten

Kegelscheiben wird die bei Verstellung zwangsläufi g

entstehende Zusatzkomponente des Spurversatzes

verringert. Weiterhin ist die CVT-Kette unempfi ndlich

gegen Scheibensatzverformungen unter Last, Winkel-

fehler und Relativverdrehungen zwischen fester und

verschiebbarer Kegelscheibe.


47

Abb. 65) Vereinfachtes Hydraulikschema

Anpressung

SS2 SS1

Verstellung

SS2SS1

Kühler

Kühlung,Schmierung

Vorspannventil

Fühler Übersetzungsventil

Pumpe Kupplungsventil

Handschieber

Kuppl.vorw.

Kuppl.rückw.Filter

Abb. 66) Aufbau und Komponenten der LuK Kette

1 Lasche, kurz

2 Lasche, lang

3 Gelenk: zwei Wiegedruckstücke

4 Sicherungspin

2

1

3

3

4

48

10 Drehmomentwandler: mit robusten Systemen und weniger Kraftstoff immer weiter fahren

LuK Drehmomentwandler – Vorsprung durch Optimierung Der Drehmomentwandler wird schon seit Jahrzehnten als

Anfahrelement bzw. Übertragungselement in Automatik-

getrieben verwendet. Prognosen zeigen, dass auch in

Zukunft der Drehmomentwandler nicht vollständig durch

alternative Konzepte verdrängt werden wird, da das be-

stehende System aus Wandler und Getriebe konsequent

weiterentwickelt wird (Abbildung 67).

TorsionsdämpferDa der Drehmomentwandler jedoch prinzip bedingt nur

Drehmoment bei Schlupf übertragen kann, ist sein Betrieb

immer mit einer Ver lustleistung verbunden. Ideal wäre so-

mit die Nutzung der Vorteile des Wandlers bei der An fahrt

und das nachfolgende sofortige Schließen der Überbrü-

ckungskupplung im Fahrbetrieb. Um keine Geräusche

oder Vibra tionen zu verursachen, bietet LuK speziell ab-

gestimmte, millionenfach produzierte Hochleistungstor-

sionsdämpfer an, die durch gezielte Dämpfung und Ab-

stimmung der Federraten die vorhandenen Schwingun gen

minimieren. Durch den Einsatz eines LuK Turbinentorsi-

onsdämpfers sowie durch spezielle Doppeldämpfer sys-

teme, auch in Kombination mit Fliehkraft pendeln, kann

gegenüber konventionel len Dämpfern der Schlupf, je

nach Konzept, weitestgehend vermieden werden.

Geregelter Betrieb bei geringem SchlupfEine weitere Möglichkeit, Schwingungen zu vermeiden,

ist der geregelte Betrieb bei geringem Schlupf. LuK hat

bei diesem Lösungsansatz zur Schwingungsminimierung

innovative Reibbelagkühltechnologien entwickelt. Die

Produkte von LuK heben sich deshalb durch hohe Lebens-

dauer und effi ziente Kühlung von denen der Wettbewer ber

ab. Dadurch sind einfachere Konstruktionen bei gleich-

zeitiger Verwendung von Standardbelägen möglich. Po-

sitiver Nebeneffekt ist außerdem eine ver längerte Getrie-

beöllebensdauer, die besonders den heute hoch belas-

teten Getrieben zugute kommt. Bei den Schwingungs-

optimierungen kann LuK durch jahrzehntelange Erfahrun-

gen im Antriebsstrang auf genaue Simulationstechniken

zurückgreifen, die nicht zuletzt die Projektrealisierungs-

zeiten deutlich verkürzen.

Optimierung des StrömungskreislaufsHinsichtlich Optimierung des Strömungskreislaufs wendet

LuK konsequent 3-D-Strömungssimulationsprogramme an,

die eine genaue Kennungsvorhersage zu einem frühen

Zeitpunkt ermöglichen. Dadurch können außerdem bei

gleicher Strömungsperformance der Bauraum und das

Massenträgheitsmoment reduziert werden oder bei

gleichem Bauraum kann der Wandler kraftstoffsparender

gegenüber Wettbewerbsprodukten ausgelegt werden.

Insgesamt bietet LuK somit ein innovatives und fl exibel

formbares Drehmomentwandler-Paket für Automatikge-

triebe, das deutlich macht, dass auch bei sehr ausgereif-

ten Systemen noch Performancesprünge möglich sind,

wenn Innovationen konsequent umgesetzt werden.

LuK Drehmomentwandler – die Vorteile:

• Hoher hydrodynamischer Wirkungsgrad

• Frühere Überbrückung durch innovative Dämpfer

• Neue, leistungsfähigere Belagkühlkonzepte

10 Drehmomentwandler: mit robusten Systemen und weniger Kraftstoff immer weiter fahren

49

Abb. 67) Schnittdarstellung eines hydraulischen Drehmomentwandlers mit Überbrückungskupplung

1 Turbine

2 Reibbelag

3 Pumpe

4 Leitrad

5 Torsionsdämpfer

6 Überbrückungskupplung

mit Torsionsdämpfer

1

4

2

3

5

6

Abb. 68) Hydraulischer Drehmomentwandler mit Überbrückungskupplung

50

Schlusswort

Steigende Anforderungen an Komfort, Zuverlässigkeit,

Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit spornen die

Fahrzeug konstrukteure zu immer neuen Entwicklungen

an. Neue Materialien und alternative Energien finden

Eingang in die aktuellen Fortbewegungsmittel. Auch

künftig wird LuK sich diesen Anforde rungen stellen und

neue zukunftsweisende Komponenten für eine moderne

Automobiltechnologie bieten.

Begleiten Sie uns auf diesem Weg!

Detaillierte Informationen zu Kupplungen fi nden

Sie im Internet unter:

www.Schaeffl er-Aftermarket.de

oder:

Schlusswort

51

Notizen

99

9 6

00

1 0

50

23

84

/2

.0/5

.20

12

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B-D

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ket

Gm

bH &

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KG

Reparatur-Hotline: +49 (0) 1801 753-111*

Tel.: +49 (0) 1801 753-333*

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* 3,9 Cent/Min. aus dem deutschen Festnetz, für Anrufe aus Mobilfunknetzen max. 42 Cent/Min.

LuK Kupplungskurs DE 140612 - schmettau-fuchs.de · Leistung und damit Drehmoment abzugeben,...

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