Transmission springs for efficient and controllable operation of clutch and brake systems in E-vehicles

Abstract

Zusammenfassung Nasslaufende Lamellenkupplungen und Bremsen bieten in elektrischen Antrieben als Schaltelement für ein Mehrganggetriebe oder als Bremse bei radnahen Antrieben weiterhin große Potenziale, um die Effizienz und Regelbarkeit des Antriebsstrangs zu verbessern. Dabei wurde in bisherigen Forschungsarbeiten deutlich, dass sich die Durchmesser der nasslaufenden Lamellenkupplungen aufgrund der hohen Drehzahlen verkleinern und im gleichen Zug die Anzahl an Lamellen erhöhen müssen. Dies bringt neue Herausforderungen für die Effizienz und Regelbarkeit des Schaltelements mit sich. Die vorliegende Arbeit stellt eine Methode vor, um eine Zwangsdistanzierung der Lamellen durch Lamellenseparierungsfedern einzustellen und zum einen die Schleppmomente zu reduzieren und zum anderen die Regelbarkeit solcher Kupplungs- und Bremssysteme zu verbessern. Hierzu wurden experimentelle Voruntersuchungen am IPEK-Institut für Produktentwicklung an konventionellen Lamellenkupplungen und -bremsen durchgeführt und ein Simulationsmodell für den Einsatz von nasslaufenden Lamellenkupplungen in einem schaltbaren E‑Antrieb mit kleineren Reibdurchmessern und hoher Anzahl an Reiblamellen aufgebaut. Die experimentellen Untersuchungen beinhalten Schleppmomentuntersuchungen bei zwei unterschiedlichen Getriebetemperaturen und Dynamikuntersuchungen an einer Bremse sowie Untersuchungen zum Drehmomentübertragungsverhalten im Kupplungsbetrieb. Dabei wurden die Kräfte im Kupplungssystem mittels der Federn variiert und eine Testkombination ermittelt, bei der die Ergebnisse eine deutliche Reduzierung der Drehzahlschwankungen ergeben. Diese Erkenntnisse wurden bei der Auslegung der Hochdrehzahlkupplung herangezogen und anhand von Simulationsuntersuchungen zum Übertragungsverhalten sowie experimentellen Schleppmomentuntersuchungen bis 20.000 min −1 verifiziert. Die vorgestellte Testmethodik kann in der Produktentwicklung eingesetzt werden, um das Systemverhalten von nasslaufenden Lamellenkupplungen in den Betriebszuständen „offen“ und „synchronisieren“ durch den Einsatz von Lamellenseparierungsfedern zu verbessern und Frontloading zu betreiben.