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Fahrzeugtechnik - Automatisierte Kupplung

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Fahrzeugtechnik

Automatisierte Kupplung

Im Gegensatz zur mechanischen Reibkupplung wird der Rückstellmechanismus bei der automatisierten Kupplung elektronisch durch einen Stellmotor geregelt. Ein Hydraulik- oder Pneumatikzylinder führt die Betätigung durch. Die Motordrehzahl wird dabei von der Drosselklappenstellung durch das Fahrpedal beim Anfahren geregelt. Mit steigender Anfahrgeschwindigkeit nimmt auch die Drehzahl zu. 

Merke

Hier klicken zum Ausklappen Überschreitet der Motor die Drehzahl, bei der er sein maximales Moment abgibt, so ist Verschleiss die Folge. Deshalb sollte man immer unterhalb diese Maximalwertes bleiben. 

 

Unter der Vorraussetzung, dass eine konstante Motordrehzahl vorliegt, gilt:

Methode

Hier klicken zum Ausklappen $ M_K = M_M \rightarrow $ Drehzahl der Kupplung = Drehzahl des Motors

Diese Gleichung besagt, dass die Kupplung als Drehzahlwandler agiert, sie gilt aber nur unter Vernachlässigung des Trägheitsmoments der Kupplungsscheibe.

Hydrodynamische Kupplung

Bei einer hydrodynamischen Kupplung wird das Drehmoment durch die Trägheitskräfte einer Flüssigkeit (Öl) übertragen. Zur besseren Verbildlichung betrachte das dargestellte Wirkprinzip.

Wirkprinzip einer hydrodynamischen Kupplung
Wirkprinzip einer hydrodynamischen Kupplung

 

Diese Ausführungsart hat den Vorteil, dass ein annähernd verschleißfreier Betrieb möglich ist und Drehmomentstöße sowie Schwingungen infolge der Dämpfung fast ganz reduziert werden. Dies geht jedoch zu Lasten des Wirkungsgrades. Zudem findet keine umfassende Momentunterbrechnung statt, weshalb das nachgelagerte Getriebe lastschaltbar sein muss.

Merke

Hier klicken zum Ausklappen Häufig wird die hydrodynamische Kupplung in der Fachliteratur als Föttinger-Wandler bezeichnet.

Trilok-Wandler

Der Trilok-Wandler ist ein Anfahrelement, das in Fahrzeugen mit Automatikgetriebe verbaut wird. Es wurde auf Grundlage der hydrodynamischen Kupplung entwickelt und unterscheidet sich von dieser darin, dass das Ausgangsmoment gegenüber dem Eingangsmoment erhöht wird, wenn die Eingangsdrehzahl deutlich höher ist als die Ausgangsdrehzahl.

Merke

Hier klicken zum Ausklappen Dieses Wirkprinzip ist auch der Grund dafür, dass man nicht von einer Kupplung, sondern von einem Wandler spricht.   

 

In der nächsten Abbildung ist der schematische Aufbau eines Trilok-Wandlers dargestellt.

Schema eines Trilok-Wandlers
Schema eines Trilok-Wandlers

 

Im Pumpenrad befindet sich Öl, das beschleunigt wird und die Schaufeln des Turbinenrades antreibt. Der durch den Kontakt von Öl und Schaufeln entstehende Impuls erzeugt dann das Antriebsmoment. Eine erneute starke Umlenkung tritt auf, wenn das Öl anschließend auf das feststehende Leitrad trifft. Dabei wird ein Teil des Öls wieder hin zum Turbinenrad umgelenkt, wodurch das Antriebsmoment erneut verstärkt wird.   
Nimmt das Verhältnis zwischen Turbinenraddrehzahl $ M_T $ und Pumpenraddrehzahl $ M_P $ zu, nimmt zeitgleich die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Turbinenrad und dem Öl ab, welches aus dem Leitrad fließt. Damit kann die Drehmomentüberhöhung reduziert werden. 

Methode

Hier klicken zum Ausklappen Optimales Drehzahlverhältnis: $\frac{M_T}{M_P} \approx 0,85 $.

Bei diesem Verhältnis wird die Differenzgeschwindigkeit annähernd $\Delta v = 0 $ und eine Drehmomentüberhöhung vermieden. Eine Erhöhung des Verhältnisses hingegen würde das Öl aus dem Leitrad das  Antriebsmoment gegenüber dem Motormoment abschwächen. 

Dieses Problem wurde gelöst, indem man das Leitrad über einen Freilauf mit dem Gehäuse verbunden hat. Durch den Freilauf werden Impulse gänzlich vermieden und eine Umschaltung des Wandlers zu einer reinen hydrodynamischen Kupplung ist möglich, da das Leitrad nach dem Umschalten frei mitdreht.