Entwicklungsansätze für innovative Hochdrehzahlkupplung in E‑Fahrzeugen

Die Vorteile von elektrischen Hochdrehzahlantrieben mit Mehrganggetriebe gegenüber aktuellen elektrischen Antrieben, konnten durch jüngste Forschungsergebnisse nachgewiesen werden. Durch die Erhöhung der Motordrehzahl auf 30.000 rpm ist es möglich, die Gesamtmasse des Antriebsstrangs mit einem schaltbaren Getriebe zu reduzieren und somit die Leistungsdichte des Antriebsstrangs zu steigern. Die Lastschaltfähigkeit wird bei den Hochdrehzahlkonzepten als Vorgabe gesehen, mit der höhere Anforderungen an die Subsysteme insbesondere an das Kupplungssystem gestellt werden. Bisherige Kupplungslösungen sind nach Stand der Forschung und der Technik jedoch nicht geeignet, die extremen Anforderungen bzgl. Schleppmomentfreiheit, Dauerfestigkeit und Regelbarkeit zu erfüllen. Mit dem zentralen Ziel der systematischen Erforschung und Entwicklung neuer reibschlüssiger Kupplungssystemkonzepte für E‑Fahrzeuge, wurde das Konsortialprojekt „Highspeed Clutch“ mit namhaften Automobilzulieferern für reibschlüssige Kupplungen gestartet. Inhalt dieses Beitrags ist das Ergebnis der Analyse und Synthese eines Kupplungssystems für E‑Fahrzeuge mit einer nasslaufenden Lamellenkupplung als Referenzsystem. Dabei wird der Einfluss der hohen Drehzahl auf die Funktion und Gestalt der einzelnen Teilsysteme in den Kupplungsbetriebszuständen „synchronisieren“ und „offen“ mit dem C&C²-Ansatz analysiert. Hierbei wird der Einfluss der Fliehkraft auf das Aktuierungssystem mit einem hydraulischen Schalkolben untersucht und der Rotationsdruck quantifiziert. Weiterhin wird die Auslegung des Reibsystems für Fiber Composite und Sinter Reibbeläge vorgenommen und die ermittelte Baugröße sowie Belastungskennwerte vorgestellt. Durch eine neuartige Kombination und Anordnung der Teilsysteme Schaltkolben, Rückstellfeder und Dichtungssystem werden wirtschaftliche Lösungsansätze präsentiert, um das Systemverhalten des reibschlüssigen Kupplungssystems im Hinblick auf geringe Schleppverluste und gute Regelungs- und Komforteigenschaften positiv zu beeinflussen. Die Summe der Lösungsansätze führt zu einem neuartigen und effizienten Kupplungskonzept, mit dem Potenzial in zukünftigen elektrischen Hochdrehzahlantrieben mit einem lastschaltfähigen Mehrganggetriebe Einsatz zu finden.