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Getriebekupplungen von LUK: Dynamik und Schwingung

Mit Einführung von Euro-6-Motoren nehmen die Schwingungen im 
Antriebsstrang weiter zu. Neue Kupplungssysteme sollen den Fahrkomfort dennoch hochhalten, zugleich leichter sein und höhere Drehmomente verkraften.

Die Abgasnorm Euro 6 beschäftigt nicht nur Motorenentwickler und Spezialisten für Abgasreinigung. Die technischen Änderungen haben derart weitreichende Folgen, dass am kompletten Antriebsstrang Anpassungen nötig sind. Denn bei allen Bemühungen um günstigen Verbrauch darf der Fahrkomfort nicht auf der Strecke bleiben. Zwei wesentliche Eigenschaften eines Fahrzeugs, die sich mitunter nur schwer vereinen lassen. Das Kupplungssystem zwischen Motor und Getriebe kann den Interessenkonflikt jedoch entschärfen. Es entkoppelt die Schwingungen des Motors vom Antriebsstrang und sorgt dafür, dass die Karosserie nicht dröhnt und das Getriebe nicht rasselt.

Ungleichförmigkeiten an der Kurbelwelle durch Downspeeding

Die Einführung von Euro-6-Motoren verschärft aber diesen Widerspruch. Schuld daran sind unter anderem immer höhere Einspritzdrücke und verbrauchsgünstiges Fahren in unteren Drehzahlbereichen, das sogenannte Downspeed-ing, wodurch die Ungleichförmigkeiten an der Kurbelwelle zunehmen. Dünnflüssige Öle verschärfen das Problem um ein Weiteres. Gleichzeitig steht durch Leichtbau und Motor-Downsizing immer weniger Massenträgheit zur Verfügung, die von Haus aus dämpfend wirkt. Würden die Ingenieure nicht dagegen ankämpfen, büßten Euro-6-Fahrzeuge deutlich an Laufkultur ein.

Entscheidend ist, dass die Hersteller von Getriebekupplungen die Kupplungsscheibendämpfer der heute gängigen Tellerfederkupplung (Funktion siehe S. 84) an die Euro-6-Aggregate anpassen. Die Torsionsdämpfer, eine Baugruppe aus Vor- und Hauptdämpfer, die mit Schraubenfedern und Reibelementen ausgeführt sind, haben die Funktion, Schwingungen zwischen Motor und Getriebe zu isolieren. Dazu kann sich die mit der Nabe vernietete Gegenscheibe gegen das Trägerblech mit den Reibbelägen verdrehen. Die Dämpfer stützen die Gegenscheibe gegen das Trägerblech ab und mildern je nach Federrate den Winkelausschlag, der unter Last entsteht. Der Vordämpfer soll vor allem Rasselgeräusche bei Leerlauf-Drehzahl vermeiden. Seine Wirkungsweise gleicht der des Hauptdämpfers, allerdings mit wesentlich geringerer Federrate. Die Belagfederung wiederum sorgt für ein weiches Einkuppeln und damit für ein ruckfreies Anfahren. Die Federrate der Torsionsdämpfer sowie der Belagfederung muss für jedes Fahrzeug speziell abgestimmt werden.

Weitwinkeldämpfer erlauben Drehmomente bis 900 Newtonmeter

Heute arbeiten etwa die Kupplungsspezialisten von LUK laut Burkard Eusemann, Leiter Vertrieb Kupplungssysteme für Lkw und Busse, an sogenannten Weitwinkeldämpfern für Vierzylinder-Motoren, die Drehmomente bis zu 900 Newtonmetern erzielen. Die Weitwinkel-Dämpfereinheit kann sich laut Eusemann um bis zu 26 Grad verdrehen. Eine klassische Lösung lasse sich dagegen nur um acht bis 14 Grad verdrehen. Dazu haben die Spezialisten von LUK die Kennlinie des Dämpfermoduls deutlich weicher ausgelegt, sodass es hohen Komfort bietet, aber das Getriebe immer noch ausreichend schützt. "Mit einem Weitwinkel-Dämpfer lässt sich das Zweimassen-Schwungrad (ZMS) für Lkw noch vermeiden", erklärt Eusemann. Das spare locker 40 Kilo Gewicht – und auch Kosten.

Gerade die Gewichtsersparnis würden die Fahrzeughersteller gerne mitnehmen, angesichts des Mehrgewichts, das Euro-6-Motoren und die entsprechende Abgasnachbehandlung mit sich bringen. Möglich ist es laut Eusemann auch, alternative Dämpfer zu verwenden. "Bei hohen Leistungen sind wir mit konventionellen Dämpfern an der Grenze angelangt", argumentiert er. Damit ließen sich dann auch drehmoment-stärkere Motoren abdecken. Etwa durch mehrstufig aufgebaute Dämpfermodule. Einsetzbar sind sie laut Eusemann auch in Kombination mit Motoren, die Drehmomente bis zu 3.500 Newtonmetern erzeugen. "Das wird in absehbarer Zeit kommen", sagt er voraus.

FKP für Lkw ab 2.400 Newtonmeter sinnvoll

Eine weitere Alternative ist das Fliehkraftpendel (FKP), wie es LUK im Pkw schon anbietet und für Lkw der Leistungsklasse ab rund 2.400 Newtonmetern für sinnvoll erachtet. Es unterstützt die Wirkung des ZMS im niedrigen Drehzahlbereich und ändert die Tilgerfrequenz mit der Motordrehzahl. Die sogenannten Tilgermassen sind an Bolzen aufgehängt und pendeln in einer vorgegebenen Bahn an der Kupplungsscheibe, dem starren Schwungrad oder an der Sekundärmasse des ZMS. Die Form der Bahn bestimmt, welche Resonanzen das FKP tilgt. Das ZMS reduziert die Torsionsschwingungen auf ein Niveau von 10 bis 20 Prozent des Ausgangswertes. Den Rest beseitigt das FKP. Im Pkw werden durch die Kombination aus ZMS und FKP die Schwingungen im Antriebsstrang um bis zu 99 Prozent getilgt. "Damit das gelingt, ist sehr viel Abstimmungsarbeit nötig", erläutert der LUK-Mann. Noch bis zu zwei Jahren Entwicklungszeit seien bis zur Serienreife der Lkw-Anwendung nötig. "Dann aber lässt sich das Fahrzeug mit sehr niedrigen Drehzahlen fahren", ergänzt Jürgen Freitag, Leiter der Produktlinie Kupplungen. Das Emissionsverhalten würde durch die dann höhere Motoreffizienz deutlich verbessert.

Kurz vor der Einführung steht auch der pneumatische Zentralausrücker wie er bereits im I-Shift-Getriebe von Volvo serienmäßig verwendet wird. Dort stammt er aber von Wettbewerber ZF. Hierbei kommt im Falle von LUK an gedrückt betätigen Kupplungen ein pneumatischer Zylinder mit integriertem Ausrücklager zum Einsatz, der mittig zur Kupplungsscheiben-Nabe angeordnet ist. Die Betätigung des pneumatischen Zentralausrückers ist automatisiert, die Druckluftversorgung erfolgt in der Regel über Druckluftkanäle in der Getriebe-Rückwand. Die Vorteile des Systems: Einsparung von Bauraum und Gewicht sowie eine deutlich reduzierte Teilevielfalt.

LUK arbeitet an Doppelkupplung für schwere Lkw

Zudem arbeitet LUK an einer Doppelkupplung für schwere Fahrzeuge. "Wir sind mit zwei Lkw-Herstellern in Kontakt", erklärt der Produktchef. Es sei aber noch nicht entschieden, ob das System tatsächlich in Serie geht. Die spritsparende Wirkung eines Doppelkupplungsgetriebes in Verbindung mit einer lang übersetzten Antriebsachse sei im Fernverkehr jedenfalls gegeben. Auch auf der Baustelle sei ein Einsatz möglich. Im Gelände biete das Getriebe den Vorteil, beim Schalten optimal Anschluss an den nächsten Gang zu finden.

Ebenfalls in der Mache ist ein interner Kurbelwellendämpfer für Reihensechszylindermotoren mit rund elf Liter Hubraum. Er soll die Resonanzschwingungen aus dem Motor nehmen. Die Vorteil der Technologie gegenüber den bislang gebräuchlichen Visco-Dämpfern: Sie lässt sich überall dort einsetzen, wo in Längsrichtung kaum Bauraum vorhanden ist oder der vorhandene Raum für mehr Dämpfer verwendet werden soll, um den Fahrkomfort zu erhöhen. Das System laufe erfolgreich auf Prüfständen und werde bereits bei kleineren Motoren wie dem Fünfzylinder im VW Transporter verwendet.

Travel Adjusted Clutch hat doppelt so große Verschleißreserve

Besondere Freude bereitet den LUK-Mannen eine Zweischeiben-Tellerfederkupplung, die zunächst ab Mitte des Jahres im Ersatzteilemarkt in der Variante mit 430 Millimeter Außendurchmesser für Lkw der Marken DAF, Mercedes, MAN, Volvo und Renault zu haben sein wird. Die Travel Adjusted Clutch (TAC) ist eine selbst nachstellende Kupplung mit doppelt so großer Verschleißreserve im Vergleich zu herkömmlichen Systemen. Sie wird laut Eusemann auch in der Erstausrüstung in gedrückter und gezogener Ausführung zu haben sein und benötigt zudem weniger Einbauraum in Längsrichtung. Die höhere Verschleißreserve sei nötig, um den immer höheren Anforderungen der Lkw-Hersteller an die Standzeiten von Komponenten zu entsprechen. Üblich sind heute für Getriebekupplungen laut Eusemann Laufleistungen von 1,2 Millionen Kilometern im Fernverkehr oder 600.000 Kilometern im Verteilerverkehr.

Der Nachstellvorgang wird an der TAC durch eine Wegerkennung beim Ein- und Ausrücken der Kupplung ausgelöst. Ändert sich der Abstand zwischen Anpressplatte und Schwungrad, wird die Wegänderung in Längsrichtung durch ein Ritzel mit direkt gekoppelter Spindel auf den Verstellring übertragen. Der Ausgleich erfolgt mit konstanter Zungenhöhe zwischen Anpressplatte und Tellerfeder. Laut Hersteller verfügt TAC über einen Mindestverschleißbereich von sechs Millimetern. Das soll mindestens doppelt so viel sein wie an herkömmlichen Systemen. Verfügbar ab Erstausrüster sind Varianten mit einem Scheibendurchmesser von 395 bis 430 Millimetern für Drehmomente bis zu 3.200 Newtonmetern. Die Anschlagmomente der Torsionsdämpfer reichen bis zu 4.550 Newtonmetern. Gerade dieses System soll an den kommenden Euro-6-Lkw dazu beitragen, den Widerspruch zwischen günstigem Verbrauch und hohem Fahrkomfort zu entschärfen.

Thomas Rosenberger lastauto omnibus Chefredakteur

Autor

Foto

Schröder/Luk

Datum

20. April 2012
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