titelthema GeTRiebe

EFFIZIENTE FRONT-QUER-GETRIEBE VON MERCEDES-BENZM itdereinfhrungderneuenMercedes-benzb-Klassein2011werdenauchneueGetriebeentwickelt.Mit demSiebengang-Doppelkupplungsgetriebe7G-DCTunddemSechsgang-HandschaltgetriebeSG6-310wurden dieHauptzieleniedrigeCO2-emissionen,hchstmglicheVariabilittundkurzebauweiseerfllt.Gegenberam MarktbefindlichenGetriebenmittrockenerDoppelkupplungsetztmanbeim7G-DCTeinelgekhlteLamellenkupplungein,umdiegeforderteDrehmomentkapazittvon350Nmzubeherrschen.Das7G-DCTersetztdas CVTAutotronic. 914

AUTOReN

Dr.-ing. ralf wrner

istGesamtprojektleiterGetriebeentwicklung7G-DCTundSG6310 beiderDaimlerAGinStuttgart.

Dr.-ing. anSgar Damm

istProjektleiterentwicklung7G-DCT beiderDaimlerAGinStuttgart.

Dr.-ing. ralph eberSpCher

istLeiterSchaltgetriebeTriebstrang beiderDaimlerAGinStuttgart.

Dr.-ing. CarSten gitt

istLeiterentwicklungHybrid-Getriebe undwarbisSeptember2011 eiter L entwicklungleichteGetriebebeider DaimlerAGinStuttgart.

Von grunD auf neu

Im Rahmen der IAA 2011 prsentierte Daimler die Nachfolgebaureihe der Kompaktlimousine Mercedes-Benz B-Klasse als erstes Modell der neuen Fahrzeugarchitektur New Generation Compact Cars (NGCC). Abgestimmt auf Gesamtfahrzeugkonzept und -layout wurden mit dem Siebengang-Doppelkupplungsgetriebe 7G-DCT und dem Sechsgang-Handschaltgetriebe SG6-310 zwei von Grund auf neue Frontantriebs-Getriebe entwickelt. Dabei wurden folgende Hauptziele verfolgt: : Darstellung eines effizienten Gesamtkonzepts mit hohem Wirkungsgrad, um gegenwrtige sowie knftige Anforderungen an CO2-Emissionen zu erfllen12i2011 113.Jahrgang

: hchstmgliche Variabilitt durch Einsatz eines modularen Radsatzes und soweit technisch sinnvoll Nutzung von Gleichteilen : kompakte Bauweise und niedriges Gesamtgewicht, angepasst an die allgemeinen Rahmenbedingungen des Fahrzeugpackagings : hoher Schaltkomfort und przises Schaltverhalten : Integration von Zusatzfunktionen wie Stopp-Start-Fhigkeit, elektrisch bettigte Parksperre beziehungsweise Rckwrtsgangsperre sowie Schaffung eines Vorhalts fr weiterfhrende Antriebstechnik. Beide Getriebe werden in Kombination mit verschiedenen Ausbaustufen der Vierzylinder-Diesel- und Ottomotoren OM651 und

M270 angeboten. Im Folgenden werden das Doppelkupplungsgetriebe 7G-DCT und das Handschaltgetriebe SG6-310 nher vorgestellt.auSgangSSituation

Erstmals sind der von der C- bis zur S-Klasse eingesetzte Dieselmotor OM651 sowie der komplett neu entwickelte Ottomotor M270 im Kompaktfahrzeugsegment von Mercedes-Benz Cars, der NGCC, verfgbar. Voraussetzung fr den Einbau dieser Systeme war die Weiterentwicklung der bis dato gewhlten Sandwich-Bauweise, die sich durch eine hohle Bodengruppe und nach vorn geneigten Motor auszeichnete. Mit der als Energy Space

915

titelthema Ge TRiebe

fhrt. Betrachtet man die Lastenheftanforderungen, wird offensichtlich, dass fr das Handschaltgetriebe die interne Umsetzung ebenfalls die logische Konsequenz darstellt sie erlaubt zudem, Synergien durch Verbundfertigung wesentlicher Baugruppen innerhalb der Daimler AG zu realisieren. Dazu zhlen unter anderem Abtriebswellen, Losrder, Schiebemuffen, Differenzial sowie die Fertigung der Gehuseteile beider Getriebe.Siebengang-DoppelkupplungSgetriebe 7g-DCtAufbaudesDoppelkupplungsgetriebes7G-DCTmitsiebenGngenundnasserKupplung

bezeichneten Konzeptevolution konnte in der NGCC-Architektur eine konventionelle Einbaulage des Antriebsstrangs erreicht werden, ohne dabei die Vorteile der Sandwich-Bauweise hinsichtlich Raumergonomie, Sicherheit und Vorhalten alternativer Antriebstechnik aufgeben zu mssen. Vor dem Hintergrund der Implikationen dieser technischen und konstruktiven Rahmenbedingungen schied eine Weiterverwendung der Getriebe des Vorgngermodells aus. Unter Bercksichtigung der Front-Quer-Anordnung und des vorliegenden Gesamtfahrzeugkonzepts wurde fr die neue Baureihe ein Stirnradgetriebelayout mit angepasster Differenzialanordnung in Q 1.2 als ideale Lsung identifi-

ziert. Eingebettet in diesen Kontext und unter Bercksichtigung des Wettbewerbsumfelds wurde zustzlich zum Handschaltgetriebe ein Doppelkupplungsgetriebe als kundenoptimale Lsung identifiziert. Die Analyse zeigte, dass am Markt kein Produkt erhltlich war, das die im Lastenheft definierten Funktionen in Bezug auf CO2-Ziele und Packageanforderungen summarisch abbilden konnte. Aus diesen Erkenntnissen und in Anbetracht der im Hause Mercedes-Benz ber Jahrzehnte aufgebauten Getriebekompetenz folgte die Entscheidung, das 7G-DCT selbst zu entwickeln und zu produzieren. Analog wurde auch fr das SG6-310 eine umfassende Wettbewerbsanalyse durchge-

Das Doppelkupplungsgetriebe 7G-DCT ersetzt das bisher in der B-Klasse verwendete stufenlose Automatikgetriebe namens Autotronic [1]. zeigt den Aufbau des Getriebes. Es wiegt trocken 81,2 kg. Mit den Erfahrungen im Bereich Automatik[2] und Handschaltgetriebe als Basis konnte die Produktumsetzung des neuen Konzepts zeitnah erfolgen. Innerhalb von drei Jahren wurde ein Getriebe konzipiert, das sich aufgrund seines innovativen Radsatzkonzepts, , durch eine sehr kompakte Bauweise auszeichnet. Analog zu bereits am Markt befindlichen Doppelkupplungsgetrieben ist die uere der beiden konzentrisch angeordneten Kupplungen mit den ungeraden Gngen (1, 3, 5 und 7) verbunden. Die innere Kupplung bedient die Gnge rckwrts (R) sowie vorwrts 2, 4 und 6. Folgende Kriterien begrndeten die Entschei-

Radsatzdes7G-DCT

lgekhlteLamellenkupplungals D oppelkupplungdes7G-DCT

916

dung, anstelle der inzwischen am Markt berwiegend vorhandenen trockenen Doppelkupplung eine lgekhlte Lamellenkupplung, , zu verwenden: : Geringes Trgheitsmoment: Die geforderte Drehmomentkapazitt von 350Nm (mit der Option auf Erweiterung) fhrt bei trockenen Kupplungen zu deutlich hheren Gewichten und Trgheitsmomenten der Kupplung als bei der Lamellenkupplung. Geringere Fahrdynamik ist die Folge. Darber hinaus bietet die Lamellenkupplung die einfache Option zur Drehmomenterweiterung durch genderte Bestckung mit Reiblamellen. : Thermische Robustheit: Die Fahrzeuge der NGCC sollen bei einem zulssigen Gespanngewicht von ber 3000kg dem Fahrer eine hohe Zuverlssigkeit auch in kritischen Situationen, beim Rangieren, Halten und Anfahren am Berg bieten. Darber hinaus sind als Teil der NGCC-Serie SUV-hnliche Fahrzeuge geplant, die besonders hohe Anforderungen an die thermische Robustheit des Anfahrelements stellen.

Wesentliches Differenzierungsmerkmal des neuen Radsatzes sind der Einsatz einer doppelten Rderkette sowie die hohe Integration des R-Gangs unter Verwendung der vorhandenen bersetzungsstufen. Dies lsst das 7G-DCT im Vergleich mit Wettbewerbsgetrieben mit vergleichbarer Drehmomentkapazitt sehr kurz bauen. Sowohl die Gnge 5 und 7 als auch die Gnge 4 und 6 konnten mit jeweils einem Antriebszahnrad kombiniert werden. Trotz der sich daraus ergebenden Zwangskopplung in diesen Gngen konnte in Kombination mit der Auslegung des Final Drives eine harmonische, progressive Gangabstufung erfolgen. Fr den Rckwrtsgang wurde eine vollkommen neue Konstruktionsweise gewhlt. In vielen Systemen wird eine eigene R-Gang-Welle eingesetzt. Das schafft zwar Freiheiten in der bersetzung, fhrt aber zu Mehrgewicht, zustzlichem Bauraumbedarf und hheren Kosten. Andere Systeme nutzen die bersetzung des zweiten Gangs, um von dort auf die nicht direkt mit dem zweiten Gang

verbundene Abtriebswelle zu bersetzen und so die Drehrichtungsumkehr darzustellen. Nachteilig an dieser Konstruktionsweise ist, dass je nach Radsatzkonstruktion die bersetzung des R-Gangs relativ lang ausfallen kann. Zur Drehrichtungsumkehr wurde beim 7G-DCT ebenfalls vom zweiten Gang auf die andere Abtriebswelle bersetzt. Allerdings wird die Leistung von dort nicht direkt ber den Achsantrieb (Final Drive) auf den Abtrieb geleitet, sondern zunchst ber die bersetzung des dritten Gangs zurck auf die Antriebswelle 1. Von dort wird das Drehmoment weiter ber den ersten Gang auf den Abtrieb geleitet. Diese Vorgehensweise schafft trotz der Zwangsbedingungen, die aus den Rderketten der Gnge 4/6 und 5/7 resultieren, eine akzeptable bersetzung im R-Gang. Durch Kombination von zwei Radsatzauslegungen mit zwei verschiedenen Achsantrieb(Final Drive)-bersetzungen kann das Getriebe an alle Anforderungen innerhalb der NGCC-Serie angepasst werden. So werden kleine Ottomotoren mit

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Metall

Metall Schmiedetechnik

titelthema Ge TRiebe

fr ottomotoren

fr DieSelmotoren

1.Gang 2.Gang 3.Gang 4.Gang 5.Gang 6.Gang 7.Gang R-GangSpreizung

15,943 10,038 6,927 4,915 3,606 2,771 2,232 12,8077,142

1.Gang 2.Gang 3.Gang 4.Gang 5.Gang 6.Gang 7.Gang R-GangSpreizung

15,943 10,038 6,359 4,335 3,205 2,501 1,995 13,9507,990

meChatronik mit zwlf SenSoren im Steuergert

TabellederbersetzungenundSpreizungendes7G-DCTfrOtto-undDieselmotoren

einer Spreizung von 7,142 ausgerstet, whrend die greren Otto- und Dieselmotoren mit einer Spreizung von 7,990 eine optimale Leistungsentfaltung erreichen. zeigt die Tabelle der bersetzungen und Spreizungen des 7G-DCT. Die Bettigung der Schiebemuffen zum Schalten der Gnge erfolgt durch neuartige Gangsteller, die als Module verbaut

werden und die hydraulische Funktion integrieren. Durch die am Hinterachsgetriebe (Differenzial) angebrachte Verschalung werden die Planschverluste im Getriebe reduziert und der Wirkungsgrad verbessert. Eine geringere Verschumung des ls sorgt zudem auch bei hchsten Beanspruchungen fr eine bessere Akustik und eine hohe Schaltqualitt.

Das vollintegrierte Hydrauliksteuergert, , des 7G-DCT basiert auf einem Dickschichtsubstrat als Schaltungstrger, auf dem ungehuste Bauelemente mittels leitfhigen Klebers fixiert sind. Zentrales Element ist ein 32-bit-Mikrocontroller mit integriertem Flash-Speicher und RAM. Neben der Auswerteelektronik fr die Sensoren und den Endstufen fr die Magnetventilsteuerung konnten auch die Entstrung und die Ansteuerung der elektrischen lpumpe direkt auf dem Schaltungstrger platziert werden. Mit dieser Aufbautechnik wird ein sehr breiter Temperaturbereich abgedeckt. Im Fokus der Entwicklung stand insbesondere die Minimierung der elektrischen Schnittstellen. So sind fnf Positionssensoren, drei Drehzahlsensoren sowie je zwei Druck- und Temperatursensoren vollstndig in das Steuergert integriert. Die Anbindung an den Schaltungstrger erfolgt mittels Flexfolie und Aluminium-

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VollintegriertesHydrauliksteuergertdes7G-DCT

Flgenzellenlpumpedes7G-DCT

drahtbonds. In gleicher Weise sind auch die Kontaktierung fr die elektrische lpumpe, die neun Magnetventile und der Hubmagnet des 7G-DCT in das Steuergert integriert. Dadurch kann auf einen aufwendigen Kabelbaum verzichtet werden; die fahrzeugseitige Anbindung des 7G-DCT reduziert sich auf einen fnfpoligen Stecker.

hnlich wie bereits in Planetengetrieben von Mercedes-Benz wurde auch beim Doppelkupplungsgetriebe eine elektrisch angetriebene Zusatzlpumpe, , nach dem Flgelzellenprinzip integriert. Whrend bei frheren Anwendungen diese Pumpe als Add-on-Lsung zur Anwendung kam, konnte sie beim 7G-DCT nicht nur konstruktiv, sondern auch funktionell integriert werden.

So steht diese Zusatzlpumpe nicht nur fr den Stopp-Start-Fall zur Verfgung, um das Getriebe permanent und unabhngig von der Stillstandzeit des Motors unter Druck zu halten. Sie kann auch im normalen Fahrbetrieb zum Verstrken (Boosten) der mechanischen Pumpe genutzt werden. Dies schafft den Freiheitsgrad, die Flgelzellenpumpe, die konstruktionsbedingt

Zukunftsweisend CO2 Emissionen reduzieren

Autoabgase schaden der Umwelt. In naher Zukunft werden die PKW-Hersteller am CO2-Aussto ihrer Fahrzeuge gemessen und mit zustzlichen Kosten belastet, wenn sie die gesetzlichen Auflagen hinsichtlich Schadstoffaussto nicht erfllen. SKF bietet zur Reduzierung von CO2-Emissionen ein komplettes Spektrum an Produkten und Dienstleistungen - vom einzelnen Wlzlager und Dichtring bis zu Gesamtlsungen fr den Antriebsstrang. Beispielsweise knnen wir fr einen Achsantrieb den CO2-Aussto um bis zu 4 g verringern verglichen www.skf.com Weitere Informationen: automotive@skf.com

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12i2011

113. Jahrgang

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titelthema Ge TRiebe

SeChSgang-hanDSChaltgetriebe Sg6-310

AufbaudesHandschaltgetriebesSG6-310mitsechsGngen

bereits einen sehr guten Wirkungsgrad aufweist, in der Baugre weiter zu reduzieren und damit den Gesamtwirkungsgrad des Getriebes entscheidend zu verbessern. Zustzlich zu den genannten Funktionen Stopp-Start-Untersttzung und Verstrken hat die Zusatzpumpe aber noch zwei weitere Funktionen. Bei stark erhhtem Khllbedarf wird der Khlvolumenstrombedarf der Kupplung ber die Zusatzlpumpe geregelt. Da aufgrund der Motordrehzahlen in diesen Bereichen bereits ausreichende lmengen zur Verfgung stehen, muss dazu nicht die Verstrkungsfunktion genutzt werden. Somit bernimmt die Zusatzlpumpe die Funktion eines sonst zustzlich erforderlichen Regelventils. Die vierte Funktion ist eng verbunden mit einem weiteren Merkmal des 7G-DCT, dem Park-by-Wire-System. Um auch bei Motorstillstand die Parksperre aus- oder einlegen zu knnen, bentigt jede P-b-WFunktion eine von der Motordrehzahl unabhngige zustzliche Energiequelle. Durch die Integration der Zusatzlpumpe konnte auch diese Funktion ohne Verwendung eines zustzlichen Aktuators dargestellt werden. Zusammengefasst fhrt die Integration der Zusatzlpumpe dazu, dass trotz hoher Funktionalitt des 7G-DCT (sieben

Gnge, nasse Doppelkupplung, Park-byWire) nur acht Regelmagnetventile und ein Schaltventil verbaut werden mssen. In einer weiter entwickelten Version wird das 7G-DCT auch mit einem Allradantrieb und in hheren Leistungs- und Drehmomentausfhrungen angeboten werden. Summarisch weist das Gesamtkonzept des 7G-DCT gegenber dem Vorgngergetriebe, der Autotronic, einen Kraftstoffverbrauchsvorteil von 9 % im NEFZ auf. Damit liegt das Getriebe bei allen Anwendungen innerhalb der NGCC auf dem Niveau des Handschaltgetriebes.

Das neue Sechsgang-Handschaltgetriebe SG6-310 fr den Vorderradantrieb wurde gemeinsam mit dem 7G-DCT entwickelt. zeigt den Aufbau des Getriebes. Das als Drei-Wellen-Getriebe ausgefhrte SG6-310 baut mit einer Einbaulnge von 357mm sehr kompakt; das Trockengewicht liegt bei 46kg. Die Antriebswelle besitzt eine Fest-Los-Lagerung, whrend die beiden Abtriebswellen und das Differenzial Kegelrollenlagerungen aufweisen. Smtliche Kegelrollenlagerungen werden nach dem sogenannten Set-RightPrinzip montiert und mssen folglich nicht separat eingestellt werden. Die Gnge 1, 2, 5 und 6 werden auf der unten liegenden, die Gnge 3, 4 und R auf der oben liegenden Abtriebswelle geschaltet. Die Mehrfachnutzung von Radpaaren die Gnge 4 und 5 weisen ein gemeinsames Festrad auf; die Losrder der Gnge 1 und R kmmen direkt miteinander, sodass auf eine Rcklaufwelle beziehungsweise ein Rcklaufrad verzichtet werden konnte trgt dabei zu einer kompakten und gleichzeitig gewichtsgnstigen Bauweise bei. Um die hohen Anforderungen in Bezug auf den Schaltkomfort zu erfllen, kommen in den Gngen 1 und 2 Dreifachkonus-Synchronisierungen zum Einsatz; alle brigen Vorwrtsgnge verfgen ber eine Doppelkonus-, der Rckwrtsgang ber eine Einfach-Synchronisierung. Die vier gewichtsoptimierten AluminiumgussSchaltgabeln werden mittels Gleitlagerungen auf lediglich zwei Schaltstangen gefhrt, was ebenfalls Vorteile in Bezug auf das Gesamtgewicht bietet.

fr ottomotoren

fr DieSelmotoren

1.Gang 2.Gang 3.Gang 4.Gang 5.Gang 6.Gang R-GangSpreizung

14,438 8,169 5,203 3,614 2,733 2,337 12,9946,171

1.Gang 2.Gang 3.Gang 4.Gang 5.Gang 6.Gang R-GangSpreizung

13,182 7,339 4,695 3,322 2,429 1,976 12,0316,656

TabellederbersetzungenundSpreizungendesSG6-310frOtto-undDieselmotoren

920

berlaStfunktion unD kunStStoff-SChaltboCk

Die fr die Stopp-Start-Funktion erforderliche Erkennung der Getriebeneutralstellung erfolgt ber die Sensierung eines auf der Schaltwelle befestigten Magneten. Auf gleiche Weise wird auch die Aktivierung des Rckfahrlichts ausgelst. Das SG6-310 besitzt eine Drehmomentkapazitt von aktuell 310 Nm, in der berlastfunktion (Overtorque) sind kurzzeitig 330Nm bertragbar. Dabei werden Ausgangsleistungen von bis zu 100kW in Kombination mit Dieselmotorisierungen beziehungsweise bis zu 115kW bei den Ottomotoren durchgesetzt. Zur Markteinfhrung wird das Getriebe SG6-310 in zwei bersetzungsreihen angeboten, die in der Entwicklung intensiv hinsichtlich Kraftstoffverbrauch und Schaltkomfort sowie Anfahr- und Beschleunigungsverhalten optimiert wurden. zeigt die Tabelle der bersetzungen und der Spreizung in der Diesel- beziehungsweise Otto-Ausfhrung fr die Gnge 1 bis 6 und Rckwrtsgang. Der Schalthebel ist in einem KunststoffSchaltbock mit mechanischer Hubsperre fr den Rckwrtsgang gelagert und ber zwei Seilzge fr die Schalt- beziehungsweise Whlbewegung mit dem getriebeseitigen Schaltmodul verbunden. Sorgfltig abgestimmte Entkoppelungselemente an den Seilzgen ermglichen in Verbindung mit einer gezielt abgestimmten Rastierung der Innenschaltung einen fr den Fahrer als sehr flssig und gleichzeitig przise empfundenen Schaltungsablauf. Das speziell ausgelegte hydraulische Kupplungssystem ergnzt dabei mit kleinen Pedalkrften, bester Dosierbarkeit und sehr gutem NVH-Verhalten den hohen Schaltkomfort.zuSammenfaSSung

khlte Lamellenkupplung) und damit ein Hchstma an Anfahrkomfort und Robustheit mit einer hocheffizienten elektrohydraulischen Steuereinheit sowie erstmals einer zustzlichen Integration der Funktionsmodule Park-by-Wire und StoppStart. Die Kombination aus elektrischer und mechanisch angetriebener lpumpe trgt dazu bei, dass das Getriebe auch bei der Kraftstoffeffizienz neue Mastbe setzt. Nachdem bereits der Vorgnger des Sechsgang-Handschaltgetriebes SG6-310 ein hohes Ma an Schaltkomfort und -przision erreicht hatte, lag der Schwerpunkt der Entwicklungsarbeit fr das neue Getriebe auf einer weiteren Optimierung. Dabei konnte die Schaltqualitt bei zustzlich reduzierter Schaltkraft nochmals verbessert sowie die Reibleistung und das Gewicht weiter optimiert werden. In Summe konnten beide Getriebe fr das Kompaktfahrzeugsegment dazu beitra-

gen, gegenwrtige wie zuknftige Anforderungen an CO2-Emissionen zu erfllen. Zudem ist durch den variablen Radsatzbaukasten die Zukunftsfhigkeit des Konzepts auch in weiteren Antriebsvarianten innerhalb der NGCC gewhrleistet.literaturhinweiSe

[1] Jungmann,T.:Genf:Mercedesstelltneue b-Klassevor.in:www.ATZonline.de,15.02.2005 [2] Dorfschmid,J.;Dpper,W.;Jggle,G.; H eukelbach,K.:evolutionzumSiebengang-Automatikgetriebe7G-TronicPlus.in:ATZ112(2010), Nr.12,S.900907

DownloaD DeS beitragS

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32. EFB-Kolloquium Blechverarbeitung 2012

Produktionssysteme und -methoden fr den LeichtbauWegbereiter zur E-Mobilitt

Neue Produkte Viele Fragen Aktuelle Lsungen

Wollen Sie die Zukunft mitgestalten?32 Vortrge aus Industrie und Wissenschaft geben Ihnen Ideen und Antworten. Verleihung des EFB-Projektpreises

Das neue entwickelte Getriebeportfolio ist ein wichtiger Bestandteil des mit der neuen Mercedes-Benz B-Klasse als erstes Modell der neuen Fahrzeugarchitektur New Generation Compact Cars (NGCC) erzielten Techniksprungs. Im Fall des Siebengang-Doppelkupplungsgetriebes 7G-DCT konnten zustzliche Technikbausteine integriert werden. Das firmenerste Doppelkupplungsgetriebe vereint die Nutzung eines nassen Anfahrelements (lge12i2011 113. Jahrgang

am 14. und 15. Februar 2012 in Bad Bollwww.kolloquium.efb.deEuropische Forschungsgesellschaft fr Blechverarbeitung e.V., Hannover

921

TiTelThema GETRiEBE

Flexibler AntriebsstrAng Fr elektroFAhrzeugeDer bisherige Trend, immer mehr kostspielige Technik im Verbrennungsmotor und im Getriebe zu verbauen, wird dem Wunsch des Kunden nach kostengnstigen Fahrzeugen nicht mehr gerecht. Mit dem Boosted-Range-Extender-Konzept fr Elektro- und Hybrid-Fahrzeuge von Getrag soll dieser Trend durchbrochen werden. Dabei werden sowohl auf Getriebeseite als auch auf der Verbrennungsmotorseite kostengnstigere Lsungen kombiniert, die den Kundenanforderungen nach geringem Verbrauch, ausreichender Reichweite und hervorragenden Fahreigenschaften gerecht werden. 926

AuToREN

Dipl.-ing. sTefan hpkes

ist Abteilungsleiter Next Generation Technology bei Getrag Ford Transmissions in Kln.

Dipl.-ing. georg hillebranD

ist Gruppenleiter Software-Entwicklung bei Getrag Ford Transmissions in Kln.

Dipl.-ing. wolfgang brings

ist Mitarbeiter im Projektteam Boosted Range Extender bei Getrag Ford Transmissions in Kln.

enTwicklung neuer anTriebsTechnik

Im Mai 2011 hat das deutsche Bundeskabi nett ein Regierungsprogramm Elektromo bilitt verabschiedet. Darin unterstreicht die Regierung das nationale und interna tionale Interesse am Ausbau und der Markteinfhrung der Elektromobilitt, was bereits durch die Frderungen im Konjunk turpaket II mit insgesamt 500 Millionen Euro fr die Jahre 2009 bis 2011 begonnen wurde. Im Fokus steht dabei die Entwick lung neuer Antriebstechnik, die an den verfgbaren Bauraum angepasst ist und den Kundenanforderungen hinsichtlich Leistungsfhigkeit, Sicherheit, Zuverlssig keit und Kosten entspricht [1]. Um diese Kundenanforderungen zu erfllen, hat Getrag die Entwicklung eines neuen AntriebsstrangKonzepts begonnen, das sich Boosted Range Extender nennt. Der Name beinhaltet zum einen die Reich weitenverlngerung (Range Extender) fr das Elektrofahrzeug, zum anderen unter streicht er die Fhigkeit, den Verbrennungs motor im Parallelbetrieb mit dem Elektro12i2011 113. Jahrgang

927

TiTelThema GETRiEBE

Elektromotor Planetenradsatz bersetzung RD2

bersetzung RD1 K1

Klimakompressor Riementrieb Generator Verbrennungsmotor

K2 B1

Li-Ion-Batterie

Prinzip des Boosted Range Extender

motor zu untersttzen (Boosted). Die Ziel setzung fr das Konzept ist die Darstellung der bekannten Fahrfunktionen mit einem kostengnstigen Antriebsstrang. Insbeson dere soll die Reichweite im gewohnten Bereich von circa 600km liegen, ohne die Batterie extrem gro und teuer werden zu lassen. Auch fr weite Strecken soll der Kraftstoffverbrauch unterhalb dessen eines konventionellen Antriebsstrangs liegen. Nach ersten Konzeptbewertungen wurde mit der Entwicklung und Konstruktion eines neuen Hybridgetriebes begonnen, das bereits 2009 auf der IAA als Schnittmodell vorgestellt wurde. Dieses Antriebsstrang konzept ist nun als funktionsfhiger Pro totyp in einem Fahrzeug eingebaut und befindet sich im Versuchsbetrieb.konzepTbeschreibung

Motorraum mit Verbrennungsmotor (1), Leistungselektronik (2) und Boosted-Range-Extender-Getriebe (unterhalb der Leistungselektronik)

umbauten unterhalb des Gepckraums Leistungselektronik mit DC-DC-Wandler (1), Verteilerkasten fr Hochvoltversorgung (2) und isolationswchter (3)

Das BoostedRangeExtenderKonzept be steht aus einem ZweigangPlanetengetriebe verbunden mit einem Elektromotor fr kurze Fahrten bis zu 50km und einem Verbren nungsmotor, der ebenfalls mechanisch mit dem Abtrieb gekoppelt werden kann. Da mit ist die Reichweite des Boosted Range Extender vergleichbar mit der Reichweite eines konventionellen Antriebsstrangs. Zustzlich ist ein kleiner Generator mit 15kW am Verbrennungsmotor angebaut, der ber den Riementrieb und eine Kupp lung zugeschaltet werden kann. Das Sys tem erlaubt damit : rein elektrisches Fahren : einen seriellen Hybridmodus und : einen parallelen Hybridmodus mit hoher Effizienz. Die beiden bersetzungen des Getriebes erlauben ein Downsizing des Elektromo tors und des Generators sowie des Ver brennungsmotors. Verglichen mit anderen RangeExtenderKonzepten ergeben sich dadurch Vorteile beim Gewicht, bei den Kosten und beim Bauraum. Insbesondere profitiert jedoch die Steigfhigkeit von den beiden Getriebebersetzungen [2, 3]. zeigt das Prinzip des Boosted Range Extender. Der Elektromotor ist ber die Zahnradstufe RD1 an das Sonnenrad des ZweigangPlanetengetriebes gekoppelt. Somit kann das Drehzahlniveau des Elektromotors unabhngig vom Verbren nungsmotor festgelegt werden. Dies erlaubt die Verwendung von Hochdreh zahlElektromotoren, die ein besseres Ver hltnis zwischen Leistung und Gewicht

928

beziehungsweise Kosten haben. Der Pla netentrger ist ber eine zweite Stufe RD2 mit dem Differenzial verbunden, womit der Betriebsbereich des Verbrennungsmo tors festgelegt wird. Die Bremse B1 und die Kupplung K2 werden fr die beiden Gnge bentigt. Im zweiten Gang luft der Planetensatz ver blockt um und arbeitet so mit der bestmg lichen Effizienz. Der Verbrennungsmotor kann ber eine Klauenkupplung K1 eben falls mit dem Sonnenrad verbunden wer den. Deshalb stehen die beiden berset zungsstufen auch fr den Verbrennungs motor zu Verfgung. Der Generator und der Klimakompressor werden ber einen Riemen angetrieben. Durch eine Kupplung im Riementrieb kann der Generator mit dem Verbrennungsmotor verbunden werden und damit auch als Starter fungieren. ber eine weitere Kupp lung kann der Generator als EMotor den Klimakompressor antreiben, was eine Kh lung im elektrischen Betrieb ohne zustzli che Aggregate erlaubt.komponenTen Des anTriebssTrangs

verbaut. Ein Kreislauf khlt die HVBatte rie, der andere khlt beide Umrichter sowie beide EMaschinen. Die Khler wurden vor dem Khler des Verbrennungs motors montiert, sodass kein zustzlicher Lfter bentigt wurde. Ebenso wurde die mechanische Wasserpumpe des Verbren nungsmotors durch eine elektrische ersetzt, um eine bedarfsgerechte Khlung zu erreichen.

sTeuerung unD sofTware

Alle neu integrierten HVKomponenten kommunizieren ber einen separaten CANBus. Als bergeordnete Steuereinheit dient eine Microautobox von dSpace, die sowohl Fahrzeug und RangeExtender CANBusse nutzt als auch diverse Hard wareEin und Ausgnge ansteuert. Die gesamte RangeExtenderFunktionalitt

Der beschriebene Antriebsstrang wurde in einen aktuellen Ford Fiesta als Versuchs fahrzeug eingebaut, . Als Verbrennungs motor (1) wurde ein DreizylinderOtto motor mit 1,0 l Hubraum eingesetzt. Die EMaschine mit einer Maximalleistung von 82kW ist unterhalb der Leistungselektronik (2) untergebracht. Aufgrund der kompak ten Bauweise der BoostedRangeExtender Einheit waren keine nderungen an der Fahrzeugstruktur notwendig. Die Hochvolt(HV)Batterie mit 14kWh auf LithiumPolymerBasis wurde im Ge pckraum des Fahrzeugs untergebracht und in einem stabilen Rahmen mit dem Fahr zeug verschraubt, um auch fr das Proto typenfahrzeug eine ausreichende Crash sicherheit zu gewhrleisten. Der kombi nierte Umrichter/DCDCWandler (1) fr den Generator sowie der HVVerteiler (2) und der Isolationswchter (3) wurden in die Ersatzradmulde eingebaut, .khlung

AVL GETRIEBE. SYSTEMLSUNGEN FR HYBRIDE UND ELEKTROFAHRZEUGE.Der Blick aufs Ganze. Das Know-how in den Einzelkomponenten. Die Kompetenz in der Gesamtsystemintegration. Das ganzheitliche Entwicklungsportfolio von der Konzeption bis zum SOP. Die Erfahrung in allen Marktsegmenten und Anwendungen. Und das weltweite Engineering Netzwerk. Das alles kennzeichnet die innovativen Getriebelsungen der AVL.

Zum Beispiel: AVL e-FusionHochintegriertes, modulares Baukastensystem fr Mild- und Plug-inHybride, Range Extender und reine e-Antriebe. Klein in Gewicht und Baugre. Niedrig beim Verbrauch und in den Kosten. AVL Transmissions. Designing the parts together. www.avl.com/transmission

Da die Temperaturniveaus von HVBatterie und den anderen HVKomponenten deut lich unterschiedlich sind, wurden zwei zustzliche Khlkreislufe im Fahrzeug12i2011 113. Jahrgang

929

TiTelThema GETRiEBE

wurde von Getrag in Matlab/Simulink pro grammiert und wie auch bei den Power shiftGetriebeFunktionen des Hauses vollstndig automatisiert kompiliert. Durch eine sorgfltige Analyse der CANBotschaften des OriginalFahrzeugs konnte erreicht werden, dass keine Warn oder Fehlermeldungen im Fahrzeugcluster erscheinen und die Fahrerassistenzsysteme (ABS, ESP und ASR) ohne spezielle Ab stimmung weiterhin funktionieren. Als zustzliche HybridBedieneinheit wurde in das Fahrzeug ein CANtauglicher Bildschirm mit Touchscreen und Messda tensammelFunktion eingebaut, ber den der Fahrer sehr komfortabel Vorgaben zu Fahrfunktionen beeinflussen kann, zum Beispiel Betriebsmodus, Motorleistung oder Rekuperationsverhalten.brems- unD rekuperaTionssysTem

erlaubt die Nutzung des Leerwegs zur Regelung des Verzgerungsmoments in der Rekuperationsphase.elekTrisches fahren unD schalTen

Da der Range Extender vornehmlich im Elektrobetrieb arbeitet und somit kein Unterdruck zur Verfgung steht, wird der Bremskraftverstrker ber eine elektrische Unterdruckpumpe versorgt. Ein zustzlich angebrachter Wegsensor am Bremspedal

Solange die Ladung der Batterie ausreicht, fhrt das Fahrzeug im elektrischen Betrieb. Hierbei benutzt der Boosted Range Extender den ersten Gang fr starkes Beschleunigen oder Anfahren an einer Steigung und den zweiten Gang fr normale Lasten und hohe Geschwindigkeiten. Mit dem Planetenge triebe und den hydraulisch bettigten Nass kupplungen erfolgen die Gangwechsel kom fortabel berschneidend ohne Zugkraftun terbrechung. Eine Herausforderung an die Schalt qualitt stellt der groe Stufensprung zwi schen den beiden Gngen dar. Die Eigen schaft des Elektromotors, konstante Leis tung und damit am Getriebeausgang konstantes Drehmoment zu liefern, bietet gute Mglichkeiten, eine nicht sprbare Schaltung abzubilden. Die gute Steuerbar keit des Elektromotors wird sowohl beim rein elektrischen Fahren alsauch im par

allelen HybridModus genutzt, um eine gute Schaltqualitt darzustellen, . Die Rekuperationsmglichkeit ist eine wichtige Eigenschaft des Boosted Range Extender. ber den gesamten Geschwin digkeitsbereich kann prinzipiell mit bis zu 30kW rekuperiert werden. Um ein aus gewogenes Fahrgefhl zu erreichen, wird die Rekuperationsleistung sowohl an die Fahrpedalstellung und Bremspedalbetti gung als auch an die Fahrzeuggeschwin digkeit angepasst.paralleler hybriD-moDus

Bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten oder weit entladener Batterie fhrt der Boosted Range Extender im parallelen Betrieb. Mglich ist das im ersten Gang ab einer Geschwindigkeit von 15km/h und im zweiten Gang ab 45km/h, . Der Ver brennungsmotor wird zunchst ber den StarterGenerator gestartet und auf die syn chrone Drehzahl gebracht (1). Dann wird dieser ber eine Klauenkupplung mit der Getriebeeingangswelle verbunden (2). Durch die direkte mechanische Kopplung wird ein hoher Wirkungsgrad erreicht.

% 100 80 60 40 20 0 Nm 600 500 400 300 200 100 0 -100

Fahrpedalstellung

Fahrzeuggeschwindigkeit

Fahrzeugbeschleunigung m/s2 6 5 4 3 2 1 0

T_Bremskupplung

T_Direktkupplung

T_Elektromotor

1/min 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 39,0

n_Gang_1

n_Planetentrger

n_Sonnenrad

N_Hohlrad

39,2

39,4

39,6

39,8

40,0

40,2

40,4

40,6

40,8

41,0

41,2

41,4

41,6

41,8

42,0

s

2-1-Rckschaltung

1-2-Hochschaltung

Schaltungsablauf bei einer 2-1-Rckschaltung und einer 1-2-Hochschaltung im elektrischen Modus

930

% 25 20 15 10 5 0 Nm 100 50 0 -50 -100 1/min 2500 2000 1500 1000 500 0 12

Fahrpedalstellung

Fahrzeuggeschwindigkeit

km/h 75 70 65 60 55 50

T_Elektromaschine

T_Verbrennungsmotor

n_Elektromaschine

n_Verbrennungsmotor

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32 s

DrehzahlDrehmomentVerlauf beim Lastwechsel im parallelen Hybridmodus

Der Motor liefert die notwendige Leis tung zum Vortrieb des Fahrzeugs und zum Aufladen der Batterie (3). Der Elektro motor sorgt fr die notwendige Dynamik beim Beschleunigen oder Verzgern (4). Der Verbrennungsmotor kann auch im Schubbetrieb des Fahrzeugs Leistung abgeben, die zum Laden der Batterie ver wendet wird (5). Damit werden unwirt schaftliche Betriebspunkte vermieden. Es ist mglich, alle Leistungsquellen gleichzeitig zum Vortrieb zu nutzen. Da durch steht eine noch deutlich hhere Gesamtleistung zur Verfgung, um groen Fahrspa zu erzielen.serieller hybriD-moDus

pelt. Die abgegebene Leistung wird vom Generator in elektrische Leistung umge setzt und zum Laden der Batterie und zum elektrischen Fahren genutzt. Bei der Optimierung der Betriebspunkte des Verbrennungsmotors werden auch NVHGesichtspunkte bercksichtigt. Bei spielsweise werden bei langsamer Fahrt mit geringer Radleistung mit Rcksicht auf ein stimmiges Systemverhalten weder hohe Drehzahlen noch zu hohe Motor lasten eingestellt.zusammenfassung unD ausblick

Boosted Range Extender seine Leistungsf higkeit auch unter schwierigen Fahrbedin gungen unter Beweis stellen. In weiteren Versuchen sollen nun die prognostizierten Emissionswerte von nur 36g CO2/km im NEFZ nachgewiesen werden. Insgesamt ist der Boosted Range Extender ein vollwertiger Antriebsstrang. Er erfllt sowohl die an ein reines Elektrofahrzeug als auch die an ein konventionelles Fahrzeug gestellten Anforderungen berzeugend.liTeraTurhinweise

Bei (fast) entladener Batterie und geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten wird im seriel len HybridModus gefahren. Dieser von konventionellen Range Extendern bekannte Modus bietet einen schlechteren Wirkungsgrad als der parallele Modus des hier vorgestellten Boosted Range Extender und wird daher nur sparsam eingesetzt. Der Verbrennungsmotor wird wie beim Parallelbetrieb ber den Generator gestar tet, anschlieend aber nicht ber die Klauenkupplung mit dem Getriebe gekop12i2011 113. Jahrgang

Mit dem Versuchsfahrzeug konnte Getrag nachweisen, dass das vorgestellte Boosted RangeExtenderKonzept die wesentlichen Attribute bezglich Fahrbarkeit, Dynamik und Steigfhigkeit erfllt. Insbesondere kann durch die gute Regelbarkeit und Dynamik des Elektromotors trotz des gro en Stufensprungs eine sehr gute Schalt qualitt dargestellt werden. Insbesondere im parallelen Hybridmodus zeigt das Ver suchsfahrzeug ein sehr agiles Verhalten, weil der leistungsschwache Verbrennungs motor durch den dynamischen Elektro motor untersttzt wird. In einem ersten Praxistest am Groglockner konnte der

[1] Bundesministerium fr Wirtschaft und Technologie: Regierungsprogramm Elektro mobilitt. Stand Mai 2011 [2] Hpkes, S.; Steinberg, i.; Leibbrandt, M.; Najork, R.: Getrag Boosted Range Extender A highly flexible electric powertrain for maximum Co2 reduction. in: VDi conference Getriebe in Fahrzeugen, Friedrichshafen, June 2010 [3] Leibbrandt, M.: The Boosted Range Extender the efficient alternative to large traction batteries. in: CTi Symposium innovative Automotive Transmissions and Hybrid & Electric Drives, Berlin, December 2010

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931

IndustrIe FAHrwerk

SIMULATIVE NVH-ENTWICKLUNG VON BREMSBELGENDieFunktioneinerBremsealssicherheitsrelevantesSystemistselbstverstndlich.ImFokusdeskunden stehendeshalbGeruschemissionenundFahrkomfortalswahrgenommenes,gefhltesFahrerlebnis. UmdiesenfahrzeugspezifischenAnforderungenandiemoderneBremsegerechtzuwerden,wurdebei TMDFrictionderStructuredApproachtoNoiseTestingentwickelt.

934

AUTOreN

klassIFIzIerung Von nVH

dIPl.-Ing. wolFgang HoFFrIcHter

istSpezialistimBereichNVHbei TMDFrictioninLeverkusen.

dIPl.-Ing. enrIQue wegmann

istSpezialistimBereichSimulation beiTMDFrictioninLeverkusen.

dr.-Ing. aXel stenkamP

istManagerPhysical research&NVHbeiTMDFriction inLeverkusen.

motIVatIon

Bremsanlagen von Pkws haben sich mit dem Fortschritt der Fahrzeuge kontinuierlich weiterentwickelt [1]. Ein kurzer Bremsweg alleine stellt heute jedoch nur einen Teilaspekt eines umfangreichen Gesamtkatalogs an teils gegenstzlichen Entwicklungszielen dar. Diese reichen weit ber die Sicherheit hinaus. Insbesondere die aktuellen Entwicklungen hinsichtlich neuer Antriebskonzepte werden auch im Bereich der Bremstechnologie weitere Innovationen erforderlich machen. So tritt neben kologie und Sicherheit der Komfort immer mehr in den Vordergrund. NVH beschreibt dabei das gesamte Komfortverhalten eines Fahrzeugs von Geruschen, Vibrationen und Rauigkeit im Fahrbetrieb. Laut der J. D. Power Studie von 2006 betreffen circa 7,7 % der Kundenangaben das auffllige Verhalten der Bremse. Etwa 39 % dieser Kunden beschreiben dabei NVH-Phnomene [2].12I2011 113.Jahrgang

Bezogen auf die am Markt etablierten Bremssysteme gibt es verschiedenste Geruschphnomene. klassifiziert die typischen NVH-Effekte einer reibungsbasierten Bremse nach dem Frequenzband und notwendigen Betriebsbedingungen wie Temperatur, Bremsdruck und der potenziellen Geschwindigkeit, in der die Phnomene zu beobachten sind [3]. Die eigentliche Ursache fr das im Fahrzeug wahrnehmbare Ereignis kann dabei sehr vielfltig sein. Gemein ist allen auf die Bremse bezogenen NVH-Ereignissen nur, dass es sich um Schwingungen handelt, die whrend der Bremsung lokal entstehen und sich im fr Menschen potenziell wahrnehmbaren Frequenzbereich befinden. Ein wesentliches Unterscheidungskriterium zur NVH-Lsungsfindung ist die Art der bertragung der Schwingung. Sie kann entweder per Luftschall oder durch Krperschall erfolgen. Beim Krperschall wird die Schwingung von der Bremse ber die Achse in die Fahrzeugkarosserie eingeleitet und in den Innenraum abgestrahlt. Dabei ist die bertragungsfunktion des Fahrzeugs entscheidend fr die Ereigniswahrnehmung. Sie wird in erster Linie durch die Bedmpfung der Karosserie sowie deren Masse bestimmt. Potenziell leichtere Fahrzeuge, zum Beispiel aus dem Kleinwagensegment, neigen daher vermehrt zu krperschallinduziertem NVH. Beim Luftschall entsteht am Bremssystem eine resonante Schwingung groer Amplitude, die von der Bremse direkt emittiert und ber die Luft an das Ohr bertragen wird. Quietschen mit einer Frequenz von 1000Hz bis circa 16.000Hz beschreibt ein typisches Luftschall-Phnomen. Die Art der Schwingung stellt ein weiteres Unterscheidungskriterium dar. Dabei kann differenziert werden zwischen eigenresonanten Schwingungen (, Schwingforme) wie Quietschen oder Muhen und zwangserregten Schwingungen (, Schwingformz) wie Wirebrush oder Rubbeln.analYse-, PrF- und entwIcklungswerkzeuge

Ursache fr Schwingungen whrend einer Bremsung ist eine breitbandige Anregung des Gesamtsystems whrend des Reibprozesses. In Abhngigkeit von der spezifischen Systemcharakteristik kann sich

935

IndustrI e FAHrwerk

NVH-Frequenzeinteilung

diese natrliche Reibschwingung so weit verstrken, dass ein NVH-Ereignis entsteht. In der Vorentwicklung gilt es deshalb, Reibpaarungen zu entwickeln, die beim Bremsen mglichst wenig Anregung erzeugen. Dabei besteht aber ein Zielkonflikt zwischen Reibwert und Anregung. Meist neigen Reibbelge mit hohem und ber temperatur- sowie geschwindigkeitsstabilem Reibwert zu erhhter Anregung. Solche Reibbelge sind jedoch vielfach gefordert, da sie beim Abbremsen ein angenehmes Pedalgefhl hervorrufen und einige Brem-

senkomponenten (zum Beispiel Bremskraftverstrker) in ihrer Auslegung kleiner und damit leichter gehalten werden knnen. Der Structured Approach to Noise Testing wurde bei TMD zur strukturierten Bearbeitung jedes neuen Fahrzeugprojekts entwickelt, . Beginnend mit einer frei-frei gemessenen Modalanalyse der Einzelkomponenten werden in der Bremsbelagentwicklung vorwiegend Geruschprfstnde mit kompletten Achsaufbauten verwendet. Auf diesen Prfstnden werden in Absprache mit dem Kunden Fahrzeugsimulationen

anhand knstlicher Matrixtests oder natrliche Dauerlaufzyklen durchgefhrt. Unterschiedliche klimatische Bedingungen werden mittels leistungsfhiger Klimaanlagen simuliert, die extreme Klimabedingungen wie hohe Luftfeuchtigkeit (80 bis 100 %) oder winterliche Temperaturen (circa -10C) nachstellen. Standardmig werden bei diesen Prfstandssimulationen unter anderem Mikrofonsignale aufgenommen und ausgewertet, um das spezifische NVH-Verhalten zu beschreiben. Ergnzend zur Modalanalyse der Einzelkomponenten kann fr ein besseres Verstndnis der vorliegenden Schwingungsformen und Verformungen im System whrend einer Bremsung mit NVH-Ereignis eine Betriebsschwingungsanalyse mit einem scannenden Laservibrometer (Operating Deflection Shape Analysis ODS) durchgefhrt werden. Die im Rahmen des Structured Approach beschriebenen klassischen messtechnischen Analysemanahmen dienen alleine dem Ziel, das vorliegende Fahrzeugsystem zu beschreiben und in einem iterativen Prozess zielgerichtet Manahmen zur Geruschoptimierung zu entwickeln. In der jngeren Vergangenheit hat sich darber hinaus CAE als weiteres und wichtiges Entwicklungswerkzeug zur NVH-Optimierung industriell etabliert.

NVHStructured pproach A

936

CAE als NVH-Entwicklungswerkzeug findet parallel zu der Durchfhrung von Prfstands- und Fahrzeugerprobungen vermehrten Einsatz. Die Finite-Elemente (FE)-Simulation untersttzt die NVH-Entwicklung am Reibbelag fr ein besseres Verstndnis von Geruschphnomenen. Sie ermglicht es, die rumliche Verformung und Schwingungen des Bauteils in einer Art zu beobachten und zu visualisieren, die messtechnisch nur mit bedeutendem Aufwand umsetzbar wren. So werden mittels Simulation zum Beispiel die Eigenwertanalyse der verschiedenen Bauteile und komplexe Eigenwertanalysen des vereinfachten Bremssystems Kolben-Belag-Scheibe durchgefhrt. Ausgangspunkt fr diese Simulationen ist die Bestimmung der Materialparameter der verschiedenen Bauteile mittels Anpassung der Modellergebnisse zur Modalanalyse. Fr den Belag werden neben der Dichte sowohl fr das Reibmaterial als auch fr die Zwischenschicht fnf unabhngige elastische Konstanten angepasst. Weiterhin wird mittels einer Messung der partiellen Stauchung am Belag in axialer Richtung die nichtlineare Steifigkeit des Materials abgeleitet, die fr die komplexe Eigenwertanalyse des Systems Kolben-Belag-Scheibe von Bedeutung ist [4, 5]. Nach der Anpassung des FE-Modells knnen zum Beispiel verschiedenste Geometrienderungen am Belag verglichen werden. Anhand der Simulationsergebnisse lsst sich somit effizient eine Entscheidungsbasis fr den NVH-Spezialisten abbilden.nVH-ProduktoPtImIerung In der reIbbelagentwIcklung

rektem Zusammenhang mit den Kernbestandteilen des Produkts Bremsbelag, , stehen. Dazu zhlen die Belaggeometrie, das Reibmaterial und die Zwischenschicht. Whrend die physikalischen Eigenschaften der Zwischenschicht ber den Belagverschlei konstant bleiben, ndern sich diese in der Reibschicht ber die Laufzeit. Urschlich dafr sind Faktoren wie die verschleiinduzierte Dickenabnahme und die fahrlastspezifische Konditionierung des Reib-

belags. Die Zwischenschicht erfllt im Reibbelag vielschichtige Aufgaben. Sie dient sowohl als thermischer Isolator und dem Spannungsausgleich zwischen Reibmaterial und Trgerplatte als auch dem Komfortverhalten bei der Bremsung [6]. Mit den bei TMD Friction neu entwickelten Multifunktions-Zwischenschichten (Multi-Functional Underlayer MFU) wird effektiv die Zielsetzung nach einer Zero Noise Emission verfolgt. Die MFU unter-

TMD als Reibmaterialhersteller fokussiert sich innerhalb eines Fahrzeugprojekts primr auf die Auswahl der Reibmaterialien und deren Kombination mit unterschiedlichsten Primr- und Sekundrmanahmen zur Komfortoptimierung. Sekundrmanahmen knnen als ein Baustein zur Geruschdesensibilisierung von Bremssystemen eingesetzt werden. Zu den Sekundrmanahmen zhlen zum Beispiel Dmpfungsbleche auf der Trgerplatte. Die Aufgabe eines Dmpfungsblechs ist es, zum einen dem Bremssystem durch zustzliche Dmpfung Schwingungsenergie zu entziehen und zum anderen das Bauteil Reibbelag schwingungstechnisch zu entkoppeln. Primrmanahmen beschreiben alle NVH-relevanten Manahmen, die in di12I2011 113. Jahrgang

Aufbaueinesreibbelags

937

IndustrI e FAHrwerk

gezeigten Anwendungsfall wirkt die hohe Dmpfung der Multifunktions-Zwischenschicht systemstabilisierend und reduziert die instabilen Eigenformen von sechs auf lediglich ein potenzielles Ereignis. Anhand dieses vereinfachten Simulationsmodells, bestehend aus Kolben, Belag und Scheibe, sowie unter Verwendung eines messtechnischen bertrags der Einzelkomponenten in das Simulationsmodell kann so der Entwicklungsprozess mittels CAE untersttzt werden.FazIt

VergleichderZwischenschichten

Mit dem von TMD Friction entwickelten methodischen Ansatz Structured Approach to Noise Testing steht ein Werkzeug zur Verfgung, um effektiv den Bremsbelag auf die systemspezifischen Bedrfnisse jedes neuen Fahrzeugs abzustimmen. Die Simulationen mittels Finiter Elemente untersttzt dabei diese Entwicklungsarbeit am Reibbelag und bietet vielfltigste Mglichkeiten zur dreidimensionalen Systemanalyse. Neben der effektiven Anwendung eines Baukastens von Geometrie- und Sekundrmanahmen wird mit den entwickelten Multifunktions-Zwischenschichten die Zielsetzung nach einer Zero Noise Emission verfolgt. Die MFU unterdrckt dabei wirkungsvoll, dauerhaft und breitbandig vielfltige NVH-Phnomene.lIteraturHInweIse

komplexeeigenwertanalysemitund hnehochdmpfenderZwischenschicht o

drckt dabei nicht nur schmalbandiges resonantes Quietschen, sondern auch breitbandige, zwangserregte NVH-Phnomene, wie Wirebrush oder Schaben. Dabei wird weder die Temperaturstabilitt des Bremsbelags noch das Pedalgefhl negativ beeinflusst. Die Absorptionsfhigkeit der Schwingungsenergie, die beim Reiben entsteht, kann durch die im Vergleich hohe Dmpfung und Elastizitt in der Multifunktions-Zwischenschicht ber die komplette Belaglebensdauer gewhrleistet werden. verdeutlicht den Verlauf der Dmpfung ber Temperatur an einem Komplettbremsbelag mit MFU im Vergleich zu Belgen mit konventioneller Zwischenschicht. Insbesondere im komfortrelevanten Bereich ist die Dmpfung mit Multifunktions-Zwischenschicht um bis zu Faktor3 hher verglichen mit bisherigen, konventionellen Zwischenschichten.

Die gemessenen Dmpfungswerte knnen als zustzliche Materialeigenschaft in die Simulation eingefgt werden, um den Selektionsprozess der verschiedenen Materialkombinationen aus Zwischenschicht und Reibmaterial zu untersttzen. zeigt beispielhaft das Ergebnis einer komplexen Eigenwertanalyse aus der Finite-ElementeSimulation fr einen bestimmten Reibwert. Variiert wurde in der Simulation die Dmpfungscharakteristik der 2mm dicken Zwischenschicht. In der vorliegenden Simulation sind die positiven Realwerte ein Ma fr die Neigung einer Eigenform zur Instabilitt und damit einem potenziellen NVH-Ereignis. Je hher der Wert aus dem Simulationsergebnis, desto grer ist in der Theorie die Wahrscheinlichkeit, dass diese Eigenform ein Gerusch (Quietschen) erzeugt. In dem

[1] Breuer,B.;Bill,k.H.:Bremsenhandbuch, Grundlagen,komponenten,Systeme,Fahrdynamik.ATZ/MTZ-Fachbuch,1.Auflage,GwVFachverlageGmbH,wiesbaden2003 [2] J.D.PowerIQS3/APeAL2Study,2006 [3] Zeller,P.:HandbuchFahrzeugakustik,Grundlagen,Auslegung,Berechnung,Versuch.1.Auflage2009,Vieweg+Teubner|GwVFachverlage GmbH,wiesbaden2009 [4] Steege,r.;Marx,F.:Anewapproachto m aterialcompressibilityofbrakepads. SAeTechnicalPaper,2008 [5] wegmann,e.;Stenkamp,A.;Dohle,A.: rela ionbetweencompressibilityandviscoelastic t m aterialpropertiesofabrakepad,SAeBrake c olloquium&exhibition2009 [6] BremsbelgefrStraenfahrzeugeentwicklungunderprobung.2.Auflage,Verlagmoderne industrieAG&Co.,Landsberg/Lech,1991

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Dynamikund EfzienzFahrspa, Komfort und ein im Vergleich zu Automatikgetrieben deutlich reduzierter Verbrauch sind keine unvereinbaren Gegenstze mehr: Mit der neuen LuK Doppelkupplung als Kernkomponente in modernen Doppelkupplungsgetrieben steht dem Fahrer die Agilitt seines Fahrzeugs voll zur Verfgung. Schnelle Gangwechsel ohne Zugkraftunterbrechung stehen fr Sportlichkeit wie im Rennsport. Durch den geringen Kraftstoffverbrauch gewinnt gleichzeitig die Umwelt. Die LuK Doppelkupplung schalten in die Zukunft. www.luk.de

Industr Ie REiFEn

Messung von RollwideRstand und eneRgieeffizienz bei Pkw-ReifenDie EU-Verordnung 1222 / 2009, die Anfang 2012 in Kraft treten wird, sieht vor, dass Pkw-Reifen verbraucherfreundlich mit einem Aufkleber gekennzeichnet werden mssen. Da die Energieeffizienz im Wesentlichen vom Rollwiderstand abhngt, sind einheitliche Messverfahren zur Kategorisierung der Reifen erforderlich. Das Geschftsfeld Prfsysteme der ZF Friedrichshafen AG hat daher Prfstnde zur Messung des Rollwiderstands entwickelt. Diese basieren beim Momentenverfahren auf einer hochgenauen Messung des Drehmoments durch Drehmomentmessflansche von HBM. 940

AUtoREn

eu-Verordnung 1222/2009

dIpl.-Ing. (fh) roland Bsl

ist Vertriebs- und Produktmanager fr Prfsysteme von Rdern und Reifen bei der ZF Friedrichshafen AG in Passau.

dIpl.-Ing. Klaus MeIer

ist Accountmanager fr ZF in Passau und Spezialist fr Drehmomentmessung bei der HBM Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH in Darmstadt.

Erklrtes Ziel der EU ist es, den CO2-Aussto bis zum Jahr 2020 um mindestens 20 % zu senken. Ein betrchtlicher Teil des CO2 innerhalb der EU entsteht im Straenverkehr. Kraftfahrzeuge mit einem niedrigeren Kraftstoffverbrauch tragen direkt zur Reduktion des CO2-Ausstoes bei. Insgesamt 20 bis 30 % des Kraftstoffverbrauchs von Fahrzeugen entfallen vorwiegend aufgrund des Rollwiderstands auf die Reifen. Eine Verringerung des Rollwiderstands von Reifen kann daher erheblich zur Energieeffizienz im Straenverkehr und damit zur Verringerung der Schadstoffemissionen beitragen. Die EU-Verordnung 1222/2009 sieht eine Klassifizierung der Rollwiderstnde per Aufkleber hnlich wie bei Haushaltsgerten vor, . Ein Kufer soll neben dem Rollgerusch und den Nasshaftungseigenschaften vor allem die Energieeffizienz der Reifen ablesen knnen. Die EU geht davon aus, dass fr die Kufer damit Anreize entstehen, besonders kraftstoffsparende Reifen zu kaufen. Dadurch stehen die Reifenhersteller wiederum unter Druck, entsprechende Reifen zu entwickeln und anzubieten.MessVerfahren fr den rollwIderstand

Die Klassifizierung der Reifen nach Rollwiderstnden setzt voraus, dass man den Rollwiderstand przise messen kann. Der Rollwiderstand entsteht beim Abrollen eines Reifens auf einer Flche durch Verformung, des Reifens, . Prfstnde, die den Rollwiderstand messen knnen, bestehen aus einer Radaufhngung, die den Reifen mit einer definierten Kraft Fr auf eine sich drehende Trommel drckt. Diese wird von einem Elektromotor angetrieben, der so geregelt wird, dass eine vorgegebene Geschwindigkeit v konstant beibehalten wird. Prinzipiell gibt es drei Mglichkeiten, um den Rollwiderstand eines Reifens auf einem Prfstand zu messen. Die verschiedenen Verfahren zur Rollwiderstandsmessung beschreibt die ISO 28580,

Die neue EU-Kennzeichnung von Autoreifen ist an die bekannte Kennzeichnung fr Haushaltsgerte angelehnt12i2011 113. Jahrgang

941

IndustrI e REiFEn

Der Rollwiderstand eines Autoreifens resultiert aus dessen Verformung und ist unter anderem abhngig von der Radlast Fr

auf die sich auch die EU-Verordnung bezieht. Bei der sogenannten Verzgerungsmessung wird gemessen, wie lange es dauert, bis der Reifen bei einer vorgegebenen Geschwindigkeit ausrollt. Dieses erste Verfahren ist messtechnisch gesehen sehr einfach, da lediglich die Zeit gemessen werden muss. Um den Rollwiderstand ber ein vorgegebenes Geschwindigkeits-

profil zu bestimmen, ist dieses Verfahren allerdings sehr aufwendig, da man den Reifen jedes Mal ausrollen lassen muss, um ihn anschlieend wieder auf den neuen Geschwindigkeitswert zu beschleunigen. Das zweite Verfahren misst die Krfte, die an der Radnabe auftreten. Die senkrechte Kraftkomponente wird bentigt, um die Kraft, mit der der Reifen auf die Trommel drckt festzulegen. Die tangentiale Kraftkomponente Ft, die notwendig ist, um das Rad in Position zu halten, liefert ein Ma fr die Rollreibung. Problematisch bei diesem Verfahren ist die vollstndige Entkopplung der beiden Komponenten. Die senkrechte Kraftkomponente betrgt etwa 5000N, whrend die tangentiale Komponente bei nur rund 50N liegt. Ein bersprechen in der Grenordnung von 1 % wrde das Messergebnis also schon deutlich verflschen. Ein drittes Verfahren das sogenannte Drehmomentverfahren umgeht diese Problematik und misst direkt das Drehmoment, das notwendig ist, um die Ge-

schwindigkeit der Trommel und damit des Reifens konstant zu halten. Ein Messflansch, der zwischen Motor und Trommel montiert ist, bestimmt dabei das Drehmoment. Die senkrechte Kraftkomponente wird dabei wiederum an der Radnabe gemessen. Im Prinzip ist noch ein weiteres Verfahren mglich, bei dem am Umrichter des Antriebs die Leistung des Elektromotors erfasst wird. Genau genommen ist dies aber nur eine Hilfskonstruktion, um zusammen mit der Drehzahl wiederum das eingespeiste Drehmoment errechnen zu knnen. Dieses Verfahren hat jedoch sehr viele Abhngigkeiten und ist dadurch recht ungenau. Eine Kalibrierung ist ebenfalls nur schlecht mglich.Moderne prfstandstechnIK

Mit der neuen EU-Verordnung entsteht in der Industrie ein erhhter Bedarf an Reifenprfstnden, die in der Lage sind, den Rollwiderstand exakt zu messen. Der Geschftsbereich Prfsysteme in Passau der

Reifenprfstnde von ZF messen sowohl die tangentiale Kraft an der Radnabe als auch Drehmomente bis zu 10 knm, die vom Antrieb auf die trommel bertragen werden

Der Messflansch t12 von HBM erfasst das anliegende Drehmoment und digitalisiert den Messwert bereits im Rotor; die Datenbertragung erfolgt anschlieend ber eine Profibus-Schnittstelle

942

ZF Friedrichshafen AG hat sich daher intensiv mit der Messung des Rollwiderstands beschftigt. Der Messung des Absolutwerts fr den Rollwiderstand kommt hier eine zentrale Bedeutung zu. Bisherige Prfstnde waren zwar in der Lage, verschiedene Reifen gegeneinander zu testen, um zu ermitteln, welcher Reifen den niedrigsten Rollwiderstand hat eine absolute Messung war aber nur bedingt mglich. Die Reifenprfstnde von ZF messen sowohl die Krfte an der Radnabe als auch das Drehmoment, das auf die Trommel wirken muss, um die Geschwindigkeit konstant zu halten, . Die Trommel hat einen Durchmesser von 2m und ist aus Aluminium gefertigt. Dies fhrt im Vergleich mit Trommeln aus Stahl zu einem geringeren Trgheitsmoment. Der Antrieb muss daher nur ein geringeres Drehmoment aufbringen, um die Trommel zu beschleunigen. Der eingesetzte Elektromotor hat ein maximales Drehmoment von 500Nm. Das Drehmomentverfahren hat in Bezug auf die Messung des Absolutwerts Vorteile. Bei dem Kraftverfahren ist eine exakte Ausrichtung zwischen Reifen und Trommel sehr wichtig. Bereits eine geringe Abweichung fhrt zu Fehlern in der Messung, weil der Reifen praktisch bergab luft und so eine zustzliche Komponente in Form einer Hangabtriebskraft auftritt. Das Drehmomentverfahren ist in Bezug auf die Maschinenausrichtung daher einfacher zu beherrschen. An der Nabe setzen die Fachleute von ZF ein selbst entwickeltes Radkraftdynamometer mit hydrostatischen Lagern ein. Diese sorgen dafr, dass kein bersprechen zwischen senkrechter und tangentialer Komponente auftritt und aufgrund der Reibungsfreiheit eine sehr hohe Messgenauigkeit erreicht wird. Zur Messung des Drehmoments ist zwischen Elektromotor und Trommel ein T12-Messflansch von HBM eingebaut. Der Messflansch mit einem Nenndrehmoment von 500Nm kann bei Drehzahlen bis zu 18.000/min betrieben werden. Die Genauigkeit der Drehmomentmessung ist sehr hoch. Sowohl die Linearittsabweichung als auch die Reproduzierbarkeit betragen nur 0,01 %.Messflansch fr dIe drehMoMentBestIMMung

riert ist. Zustzlich ist im Rotor auch der Messverstrker untergebracht, der die gemessenen Signale auswertet und digital an den Stator bertrgt. Eine Auflsung von 19bit sorgt fr die entsprechend hohe Genauigkeit. Der Messwert lsst sich dann optional ber Profibus oder CANopen mit einer Rate von bis zu 4800 Messwerten

pro Sekunde weiter bertragen. Alternativ stehen auch ein Frequenzausgang oder ein Analogausgang mit 0 bis 10V Spannung zur Verfgung. Die Energieversorgung und die Datenbertragung zwischen Rotor und Stator erfolgt kontaktlos. Neben der hohen Genauigkeit der Drehmomentmessung stellt gerade die

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Der Drehmomentmessflansch T12, , besteht aus einem Stator und einem Rotor, in den das eigentliche Messelement integ12i2011 113. Jahrgang

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Efziente Entwicklung einer simulierten Realitt.

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digitale Datenbertragung einen entscheidenden Vorteil des T12-Messflanschs gegenber anderen Methoden dar. Durch diese bertragungsart sind Strungen auf der Signalleitung, wie sie bei analoger Datenbertragung vorkommen knnen, vollkommen ausgeschlossen. Die Profibus-Schnittstelle sorgt dafr, dass sich der Messflansch problemlos in die Automatisierungsarchitektur eines Prfstands integrieren lsst. Als Steuerung wird eine S7-SPS von Siemens verwendet, die smtliche Ablufe steuert. Eine Simadyn-Baugruppe der SPS ist fr die Regelung der Trommeldrehzahl zustndig. Die Messung der Krfte in der bei ZF entwickelten Radnabe erfolgt mit Kraftmesszellen. Messverstrker vom Typ MGCplus aus dem Hause HBM digitalisieren die Signale dieser Kraftaufnehmer und stellen sie dem System ebenfalls ber Profibus zur Verfgung. Gemessen wird mit diesem System zustzlich die Temperatur sowie der Luftdruck in den Reifen. Beide Parameter spielen bei der Rollwiderstandsmessung eine wichtige Rolle und mssen daher genau bekannt sein. Die Messvorschriften in der ISO28580 legen dazu ein genaues Verfahren fest. Der Reifen wird mindestens drei Stunden vor der Messung auf eine Temperatur von 25C temperiert. Anschlieend muss der Reifen fr die Messung mit einem genau festgelegten Luftdruck befllt sein. Um eine Rollwiderstandsmessung durchzufhren, wird der Reifen mit einer Kraft von etwa 5000N je nach Reifentyp auf die Trommel gedrckt. Diese wird dann auf die gewnschte Geschwindigkeit beschleunigt. Der Antrieb der Trommel wird dann so geregelt, dass die Drehzahl konstant bleibt. Das dazu notwendige Drehmoment wird gemessen, woraus sich dann der Rollwiderstand ergibt. Um Effekte durch die Reibung in den Lagern der Trommel und der Radnabe oder auch Effekte durch Luftwiderstand zu eliminieren, wird die Messung anschlieend mit einer sehr geringen Radlast wiederholt. Diese sogenannte Skim(Feinputz)-Last ist gerade noch so gro, dass der Reifen bewegt wird. Durch Subtraktion der beiden Werte kann der tatschliche Rollwiderstand des Reifens bestimmt werden. Das Drehmomentverfahren hat bei der przisen Messung des Rollwiderstands von Autoreifen deutliche Vorteile. Insbe-

sondere fhrt ein geringfgiger Versatz zwischen den Achsen von Trommel und Reifen nicht zu einem Messfehler, wie dies beim Kraftverfahren der Fall ist. Neben der hohen Genauigkeit bei der Drehmomentmessung bietet der Messflansch eine digitale Datenbertragung, wodurch Strungen bei der bertragung ausgeschlossen sind. Die ZF-Prfstnde beherrschen beide Verfahren.spezIalanwendung BeI BMw

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Fr den Automobilhersteller BMW hat die ZF Passau GmbH einen universellen Prfstand fr Reifen entwickelt und gebaut. Auf diesem knnen neben dem Rollwiderstand des Reifens noch weitere wichtige Parameter gemessen werden. Dazu gehren sogenannte High-SpeedUniformity-Prfungen, fr die das Verhalten des Reifens bei hohen Geschwindigkeiten getestet wird. Im Gegensatz zu einem reinem Rollwiderstandsprfstand ist dazu aber ein Antrieb mit einem deutlich hheren Drehmoment von bis zu 10kNm notwendig. Zur Drehmomentmessung wurde in diesem Prfstand ein T12-Messflansch, , mit einem Nenndrehmoment von 10kNm eingesetzt. Trotz des sehr hohen Nenndrehmoments kann der Messflansch das Drehmoment bis auf 0,1Nm reproduzierbar messen. Damit ist, wie in den anderen Reifenprfstnden auch, eine przise Messung des Rollwiderstands mglich.

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DIE BESTEN IDEEN ENTSTEHEN MIT DEN BESTEN PARTNERN.DIE BMW GROUP GRATULIERT IHREN INNOVATIVSTEN LIEFERANTEN.Hinter den Marken der BMW Group und ihren faszinierenden Produkten steckt viel mehr als ein Unternehmen. Es sind die unzhligen Partnerrmen, die mit ihrem Know-how und ihrem Einsatz dazu beitragen, dass jedes einzelne Fahrzeug immer wieder aufs Neue technische und qualitative Mastbe setzt. Um diese Beitrge in einem angemessenen Rahmen zu wrdigen, haben wir den BMW Supplier Innovation Award ins Leben gerufen, den wir dieses Jahr zum ersten Mal an die innovativsten unter allen Zulieferern vergeben haben. In neun Kategorien wurden am 7. November 2011 in der BMW Welt in Mnchen die Gewinner fr ihre auergewhnlichen Innovationsleistungen geehrt. Diesen Unternehmen und ihren Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern gebhrt unser Dank. Wie auch allen anderen Zuliefererbetrieben der BMW Group. Denn nur gemeinsam mit ihnen knnen wir die innovativsten Fahrzeuge fr unsere Kunden auf die Strae bringen. Der neue BMW 3er: Kraftstoverbrauch innerorts: 11,6 5,2 l/100 km, auerorts: 6,13,5 l/100km, kombiniert: 7,9 4,1 l/100 km. CO2-Emission kombiniert: 186109 g/km. Als Basis fr die Verbrauchsermittlung gilt der ECE-Fahrzyklus. Abbildung zeigt Sonderausstattungen.

Die Kategorien und Gewinner: Ecient Dynamics Leichtbau Connected Drive New Technology Experience Hchster Kundennutzen Qualitt Produktivitt Sustainability Innovation New Business Model ZF Friedrichshafen AG Novelis AG Autoliv B.V. & Co. KG ZIZALA Lichtsysteme GmbH Brose Fahrzeugteile GmbH & Co. KG Nippon Seiki Co., Ltd. Schuler AG Drr AG Pandora Media, Inc.

IndustrI e BErEchnung unD SiMulATion

Fahrermodell zur virtuellen regelsystementwicklungVirtuelle Fahrversuche zur Funktionsabsicherung und Applikation von Fahrzeugregelsystemen stellen hohe Anforderungen an das verwendete Fahrermodell. Das Fahrermodell von Tesis Dynaware bestimmt vorab realittsnahe Sollvorgaben und schaltet fahrsituationsabhngig zwischen unterschiedlichen Fahr reglern und gesteuertem Verhalten um. Dies zeigt beispielhaft die Entwicklung und Vorabstimmung von Traktionsregelsystemen fr Allradfahrzeuge bei Magna Powertrain.

946

AuTorEn

sowie automatisierten Bewertungen der Ergebnisse zusammengesetzt werden. Dies ermglicht Variantenrechnungen, Regler verifikationen und virtuelle Abstimmungen bei der Funktionsentwicklung bis hin zum Steuergertetest in HardwareintheLoop (HiL)Umgebungen.VIrtueller testfAhrer

dr. rer. nAt. rAIner fIscher

ist Projektleiter Fahrermodell entwicklung bei der Tesis Dynaware gmbh in Mnchen.

dr.-Ing. torsten butz

war bis September 2011 leiter Produktentwicklung bei der Tesis Dynaware gmbh in Mnchen.

dIpl.-MAth. MArtIn ehMAnn

ist Produktmanager bei der Tesis Dynaware gmbh in Mnchen.

dIpl.-Ing. MArIo Vockenhuber

ist Entwicklungsingenieur fr geregelte Antriebsstrangsysteme bei der Magna Powertrain Ag & co. Kg in lannach (sterreich).

Die Implementierung von virtuellen Fahr versuchen stellt hohe Anforderungen an das verwendete Fahrermodell. Dieses muss fr die jeweilige Testaufgabe optimale Soll gren bereitstellen und die Lngs und Querfhrung des virtuellen Fahrzeugs ber nehmen. Durch Abbildung unterschied licher Fahrstile wird ein breites Spektrum plausiblen Fahrerverhaltens mit realisti schen Stellgreneingriffen und Ausnut zung des Kraftschlusspotenzials erreicht. Der Dyna4TestDriver ist ein virtuelles Fahrermodell, das universell fr verschie denste Testszenarien, wie Standard und Handlingversuche bis hin zum fahrdyna mischen Grenzbereich, Nachfahren von Verbrauchszyklen, Parkieren oder realisti sche Reaktion auf den Umgebungsver kehr, einsetzbar ist. Die modulare Struk tur, , basiert auf dem ZweiEbenen Modell von Donges, das um die strikte Trennung von Lngs und Querfhrung sowie von Sollgrenberechnung und eigentlicher Regelung oder Steuerung erweitert wurde [3]. Die Kursvorgabe fr die Querfhrung wird dynamisch zur Laufzeit der Simu

lation oder vorab in einem Preprocessing Schritt bestimmt. Dazu wird ein heuristi sches Verfahren verwendet, das auf der Basis von Expertenwissen professioneller Testfahrer nherungsweise zeitoptimale Ideallinien fr Handlingkurse und Pass straen berechnet [4]. Kurven und Kur venfolgen werden identifiziert und dafr im Hinblick auf das Beschleunigungs verhalten optimale Trajektorien ermittelt. Dieses Vorgehen liefert bei sehr kurzen Rechenzeiten gute bereinstimmung mit real gefahrenen Trajektorien und bessere Ergebnisse als Fahrermodelle von Wett bewerbern. Fahrzeugzustnde im Grenz bereich, die beispielsweise fr den Regel systemeingriff eines ESPSteuergerts notwendig sind, knnen im HiLTest reproduzierbar herbeigefhrt werden. Fr die Querregelung kommt ein nichtlinearer Positionsregler zum Einsatz, der auf der Theorie der nichtlinearen Systementkopplung und Regelung basiert. Durch Variation von charakteristischen Parametern wie der Vorausschaudistanz knnen verschiedene Fahrertypen abge bildet werden. Die Stellgren fr die Fahrzeuglngs fhrung werden je nach Fahrsituation durch eine kaskadierte Geschwindigkeits oder Beschleunigungsreglung ermittelt, die die Nichtlinearitten in Motor und Antriebsstrang durch inverse Motorkenn felder und GainSchedulingRegler kom pensieren. Die Bestimmung von realisti schen Vorgaben fr die Lngsfhrung wird im folgenden Abschnitt beschrieben.

AufgAbenstellung

Durch den durchgngigen Einsatz von Simulationsmethoden bei Magna Power train knnen reale Fahrversuche effizien ter durchgefhrt und bessere Ergebnisse fr Abstimmungsvarianten von Traktions regelsystemen gem Kundenvorgaben erzielt werden [1]. Das Simulationsframe work Dyna4 der Tesis Dynaware [2] liefert dazu Fahrzeug, Fahrer und Umgebungs modelle mit hoher Abbildungsgte und gleichzeitig niedrigem Rechenzeitbedarf, die eine gute virtuelle Vorapplikation der Allradsteuergerte erlauben. Fahraufgabenbasierte Tests knnen aus einer Abfolge beliebiger Open und Closed LoopManver, iterativen Simulationen12i2011 113. Jahrgang

Struktur des Fahrermodells

947

IndustrI e BErEchnung unD SiMulATion

Phasenunterteilung bei Kurvenfahrt auf einem handlingkurs

MAnVerunterteIlung fr dIe fAhrzeuglngsfhrung

Die Vorgabe eines Sollgeschwindigkeitspro fils fr die Lngsfhrung ist in der Praxis zwar verbreitet, aber fr viele Anwendun gen nicht geeignet. Insbesondere unter Niedrigreibwertbedingungen kann eine reine Geschwindigkeitsregelung zu unre alistischen Brems und Schalteingriffen in Kurven fhren und damit die virtuelle Ab stimmung des Traktionsregelsystems auf den menschlichen Fahrer verhindern. Der vorgestellte Ansatz nimmt automatisch

eine Phasenunterteilung abhngig vom Krmmungsprofil der Kursvorgabe vor. Analog zur Querfhrung werden dabei zunchst Kurven und charakteristische Kurvenpunkte, wie Anbremspunkt und Kurvenende, identifiziert. Fr jede Kurven phase werden dann dem gewnschten Fahrertyp entsprechend entweder Geschwindigkeits oder Beschleunigungs profile fr die jeweiligen Fahrregler oder OpenLoopStellgrenvorgaben bestimmt. Exemplarisch wird das Manver Bremsen und Anbinden in der Kurve fr die beiden markierten Kurvenabschnitte skizziert, :

: Der Beginn der Anbremsphase (roter Kreis) wird aus dem vorgegebenen Ende der Bremsphase (blaues Quadrat) und den fahrertypischen Beschleunigungs grenzen ermittelt. Zum Abbremsen auf die gewnschte Kurvengeschwindigkeit kommt ein Verzgerungsregler zum Ein satz. Am Ende dieser Phase ist der fr die Kurvenfahrt passende Gang eingelegt. : Whrend der Konstantfahrt sind weder Bremseingriffe noch Schaltvorgnge er laubt. Die Kurvengeschwindigkeit wird aus der maximalen Kurvenkrmmung und den fahrertypischen Querbeschleu nigungsgrenzen bestimmt. : Der Beginn der Beschleunigungsphase (blaues Quadrat) wird durch das Unter schreiten eines Querbeschleunigungsli mits in der Konstantfahrt definiert. Zum Beschleunigen bis zum Kurvenende (roter Kreis) kommt ein Beschleunigungsreg ler zum Einsatz. Fr den bergang zwischen den Kurven wird ein geeignetes Geschwindigkeitspro fil verwendet.ModellIerung Von fAhrertypen

geschwindigkeits und Beschleunigungscharakteristiken fr Durchschnittsfahrer, sportliche Fahrer und Testfahrer

Unterschiedliche Fahrstile werden in erster Linie ber dreidimensionale ggvDiagram me abgebildet, die die Lngs und Querbe schleunigungsgrenzen verschiedener Fah rertypen, wie Durchschnittsfahrer, sportli chem Fahrer oder Testfahrer, abhngig von der Fahrgeschwindigkeit wiedergeben, . Dadurch knnen unter anderem auch de gressive Beschleunigungs und progressive Bremsvorgnge modelliert werden. Die Beschleunigungscharakteristiken [5] spiegeln wider, dass sportliche Fahrer und Testfahrer bei gegebener Geschwin digkeit und Lngsbeschleunigung sehr viel hhere Querbeschleunigungen errei chen als der Durchschnittsfahrer. Sowohl Lngsbeschleunigung als auch Lngs verzgerung nehmen mit steigender Geschwindigkeit tendenziell ab, wobei die Reduktion je nach Fahrertyp unter schiedlich ausfllt. Daneben gibt es weitere charakteristi sche Parameter bei der Manveruntertei lung, die zur Unterscheidung verschiede ner Fahrweisen dienen. Beispiele dafr sind das Ende der Bremsphase, das bei sportlicher Fahrweise weiter in der Kurve liegt, die Begrenzungen von Gas und Bremspedalgradienten sowie Totzeiten an den Phasenbergngen.

948

AbstIMMung Von trAktIonsregelsysteMen

Bei der Entwicklung von Traktionsregelsys temen bei Magna Powertrain gewinnt die virtuelle Funktionsentwicklung sukzessive an Bedeutung, auch im Hinblick auf die Re duktion von CO2Emissionen [6]. Fr die Se rientauglichkeit muss der Regelalgorithmus eine Reihe von Kriterien aus den Bereichen Fahrdynamik, Traktion, Verbrauch und Sys tembelastung erfllen. Bereits in der Simula tion lassen sich verschiedene Abstimmungs varianten alternierend auf Hoch und Nied rigreibwert testen und so eine Abstimmung mit hohem Vertrauensgrad erreichen. Auf grund des menschenhnlichen Modells fr die Fahrzeuglngsfhrung knnen sogar Steuer und Regellogiken, die sich an das Fahrerver halten adaptieren, realistisch getestet werden. Eine besondere Herausforderung stellen Niedrigreibwertbedingungen dar, bei denen der virtuelle Fahrer auch im Grenzbereich ein stabiles Fahrverhalten erreichen muss und bei rutschendem Fahrzeug Gaspedal und Bremse nur moderat und gezielt betti gen darf. Die Fahrgeschwindigkeiten fr einen Handlingkurs zeigen eine weitgehen de bereinstimmung zwischen Messung und Simulation, . Die phasenweise Ma nverdefinition gibt das feinfhlige, dyna mische Verhalten eines erfahrenen Testfah rers in den Betriebszustnden Anbremsen, Lastwechsel und Anbinden wieder. Fr jede Regelsystemabstimmung knnen in der Simulation der Kraftstoffverbrauch, die Fahrstabilitt und die Traktion in guter bereinstimmung mit der Testfahrt ermittelt werden. Die Belastung des Antriebsstrangs ergibt sich aus der Einwirkung der Krfte und Momente auf die mechanischen Kom ponenten, wie der in der Allradkupplung auftretenden Reibarbeit und dem schdi gungsquivalenten Dauermoment im Achs getriebe. ber eine geeignete Gewichtung fliet diese in ein Gesamtkollektiv als Basis fr die Betriebsfestigkeitsbewertung ein. Mit der Tooluntersttzung aus Dyna4 knnen so automatisiert Simulationen fr eine Vielzahl

Fahrgeschwindigkeit bei Testfahrt und Simulation auf einem handlingkurs

von Fahrzeugsetups durchgefhrt, die Be rechnungsergebnisse ausgewertet und die Qualitt der Abstimmungsvarianten bewer tet und dokumentiert werden.zusAMMenfAssung

lIterAturhInweIse

Mit der zunehmenden Anzahl und Kom plexitt mechatronischer Regelsysteme im Fahrzeug ist deren Entwicklung und Ab stimmung nicht mehr ohne Untersttzung durch Simulationsmodelle und tools durch fhrbar. Einen Beitrag dazu liefert das Fah rermodell der Tesis Dynaware, das die Si mulation verschiedener Fahrertypen ermg licht. Bei der Bewertung von Traktionsregel systemen fr Allradfahrzeuge von Magna Powertrain konnten hohe Anforderungen, wie die Fahrzeugbeherrschung unter Niedrig reibwertbedingungen, erfolgreich erfllt werden. Die Ergebnisse fr Abstimmungen von Allradsystemen zeigen ein gutes Verhal ten sowohl hinsichtlich subjektiver Bewer tung durch erfahrene Testfahrer als auch nach objektiven Entwicklungskriterien.downloAd des beItrAgs

[1] Vockenhuber, M.; Ehmann, M.; ruckenbauer, T.: Funktionsapplikation fr AllradTraktionsregel systeme. 1. Automobiltechnisches Kolloquium, garching, 16./17. April 2009 [2] Tesis Dynaware gmbh: Dyna4 user Manual. Mnchen, 2011 [3] Fischer, r.; Vockenhuber, M.; Butz, T.: Sollwertgenerierung fr die Fahrzeuglngsfhrung zur Auslegung von Fahrzeugregelsystemen. in: Jrgensohn, T.; Kolrep, h. (hrsg.): Fahrermodel lierung Zwischen kinematischen Menschmodel len und dynamischkognitiven Verhaltensmodel len. FortschrittBerichte VDi, reihe 22, nr. 32, Dsseldorf: VDiVerlag, 2010, S. 148 160 [4] Alms, r.; chucholowski, c.; Butz, T.; Jrgen sohn, T.: generierung und optimierung von Soll kursen mittels Expertenwissen und heuristiken. in: Jrgensohn, T.; Kolrep, h. (hrsg.): Fahrermodellie rung Zwischen kinematischen Menschmodellen und dynamischkognitiven Verhaltensmodellen. FortschrittBerichte VDi, reihe 22, nr.32, Dssel dorf: VDiVerlag, 2010, S. 171 183 [5] BossdorfZimmer, J.; Kollmer, h.; henze, r.; Kkay, F.: Fingerprint des Fahrers zur Adaption von Assistenzsystemen. in: ATZ 113 (2011), nr. 3, S.226 231 [6] Vockenhuber, M.; Ehmann, M.: Dimensionie rung einer Allradkupplung im Zielkonflikt zwischen verbesserter Fahrdynamik und Fahrzeuggewicht. in: laschet, A.; Brill, u. (hrsg.): Systemanalyse in der KFZAntriebstechnik iV, renningen: Expert Verlag, 2007, S. 42 51

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12i2011

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Industr Ie NEbENAGGREGATE

GereGelte Pendelschieber-lPumPe zur bedarfsgerechten Versorgung Von getriebenDer Einsatz von geregelten lpumpen zur Verminderung des CO2-Ausstoes in Verbrennungsmotoren ist heute Stand der Technik. Im Gegensatz hierzu werden in Fahrzeuggetrieben vielfach noch ungeregelte Pumpenbauarten eingesetzt. Mahle entwickelte eine Pendelschieberpumpe mit spezieller Regelcharakteristik, die es ermglicht, den Kraftstoffverbrauch bei allen Arten von Antriebsstrngen mit Automatikgetriebe weiter zu senken. 950

AuTOREN

dIpl.Ing. holger ConrAd

ist Leiter Produktentwicklung im Segment Pumpen bei der Mahle Filtersysteme GmbH in Crock.

dIpl.Ing. (Fh) rdIger knAuss

ist Gruppenleiter in der Vorentwicklung Konstruktion Filtration und Motorperipherie bei der Mahle Filtersysteme GmbH in Stuttgart.

Mehr AutoMAtIkgetrIebe

Die Zahl von Automatikgetrieben in Fahrzeugen wird sich in den nchsten Jahren weiter erhhen. Ein Grund fr diese Entwicklung liegt in der geforderten Effizienzsteigerung im Antriebsstrang durch Abstimmung der Motordrehzahl auf die optimalen Schaltzeitpunkte und Gangstufen. Zu diesen Optimierungsmanahmen kommt die Hybridisierung der Fahrzeugantriebe hinzu, bei der ein Automatikgetriebe zum klugen Schalten zwischen Verbrennungsmotorund Elektromotorbetrieb Voraussetzung ist. Durch die zunehmende Ausstattungsquote mit Automatikgetrieben in Fahrzeugen geht die Forderung nach Effizienzsteigerungen im Getriebe selbst einher. Zu den bekannten Manahmen, den CO2-Aussto zu senken, wie zum Beispiel Verbesserung der Wandlerberbrckung oder Verwendung niedrig-viskoser Hydraulikle, gehren auch Optimierungen in der gesamten Getriebehydraulik. Der Verwendung geregelter lpumpen zur Frderung von l zum Schalten, Khlen und Schmieren von Getriebebauteilen kommt in dieser Hinsicht eine wachsende Bedeutung zu.bAuArten von AutoMAtIk getrIeben und lpuMpen

Sowohl fr Pkw als auch in Nutzfahrzeugen sind die Getriebebauarten12I2011 113. Jahrgang

: Wandlerstufen-Automatikgetriebe (AT) : nasse Doppelkupplungsgetriebe (DKG) in verschiedenen Leistungsklassen zu finden. Die erforderlichen ldrcke zum Schalten bewegen sich bei diesen Anwendungen meist zwischen 20 und 30bar. Im Pkw-Bereich gengen im Allgemeinen Volumenstrme von bis zu 30l/min, whrend in Nfz-Getrieben auch 150l/min und mehr notwendig sein knnen, insbesondere bei kritischen thermischen Verhltnissen. Eine Ausnahme hinsichtlich des ldrucks bilden im Pkw-Bereich die stufenlosen Umschlingungsgetriebe (CVT): Um die erforderlichen Klemmkrfte am Variator zu erzeugen, werden Drcke zwischen 60 und 70bar bentigt.Bei den anderen genannten Getriebearten befinden sich beinahe alle bekannten Pumpenarten im Einsatz, berwiegend sind diese noch ungeregelt. Die einfachen Innenzahnrad- und Gerotor-Pumpen werden bevorzugt direkt auf die Eingangswelle montiert.Eine Regelung der Innenzahnradpumpe ist durch die feststehende Sichel zwischen Innen- und Auenzahnrad nicht mglich. Auch bei der Gerotorpumpe kann das spezifische Frdervolumen geometrisch nicht verndert werden. Durch die Verschiebung des Auenrings und die damit verbundene nderung der Steuerzeiten ist nur eine eingeschrnkte Regelung mglich. Auenzahnradpumpen mssen parallel versetzt zur Eingangswelle ber eine Kette oder ein Stirnrad angetrieben werden. Die Regelung dieser Pumpenbauart erfolgt ber eine Axialverschiebung der Zahnrder zueinander, ist aber problematisch bezglich Dichtheit und Hysterese der Regelvorrichtung. Flgelzellenpumpen in zweiflutiger Ausfhrung, das heit mit jeweils zwei Einlassund zwei Auslasskanlen, findet man vermehrt in Getrieben, sie sind aber gerade in dieser Ausfhrung nicht aktiv regelbar. Eine Volumenstromregelung ist bei diesen Pumpensystemen mit einem nachgeschalteten Regelventil realisierbar, welches das berschssig gefrderte l wieder an den Pumpeneingang zurckleitet. Die berschssige lmenge wird aber trotzdem gefrdert, was eine unntige Leistungsaufnahme bedeutet. Ziel bei Getriebeanwendungen sollte sein, eine aktiv geregelte Pumpe zu verwenden, die nur die tatschlich bentigte lmenge frdert. Die von Mahle neu entwickelte Pendelschieber-lpumpe ist fr diese Anforderung hervorragend geeignet.

951

IndustrI e NEbENAGGREGATE

geregelte pendelsChIeberpuMpeBlende Getriebe

Regelventil

System lpumpe Sauglter

Saugkanal

< 30 l/min

lsumpf

Blende Getriebe

Die patentierte Pendelschieberpumpe (PSZPumpe) von Mahle hat sich seit Jahren am Markt fr geregelte lpumpen im Schmierlkreislauf von Verbrennungsmotoren bewhrt [1]. Wichtigste Vorteile im Vergleich mit anderen geregelten lpumpen sind: : Unempfindlichkeit gegen Verschmutzung (abrasive Partikel, Ru etc.) : hoher Gesamtwirkungsgrad ber die gesamte Lebensdauer : je nach Baugre fr Drehzahlen bis 14.000/min geeignet : verschiedene Regelstrategien anwendbar, kurze Verstell- und Reaktionszeit. Vor allem die kurze Verstelldauer und Flexibilitt in der Regelung bieten auch beim Einsatz in Fahrzeuggetrieben Vorteile. Wie zuvor beschrieben gibt es, je nach Getriebebauart und Betriebspunkt, sehr unterschiedliche Anforderungen an ldruck und Volumenstrom.puMpenregelstrAtegIen In getrIeben

Regelventil

System lpumpe Sauglter

Saugkanal

> 30 l/min

lsumpf

Blende Getriebe

System lpumpe Sauglter

Saugkanal

lsumpf

Schiebersteuerung mit Regelventil maximales (oben) und verringertes (Mitte) Frdervolumen der Pumpe; vereinfachte Schiebersteuerung (unten)

Whrend beim Einsatz im Verbrennungsmotor der erforderliche ldruck die Regelgre bildet, steht in Getrieben oft die Regelung des bentigten Volumenstroms im Vordergrund. Die einfachste Mglichkeit ist die Verwendung einer festen Blende am Pumpenausgang, die fr einen spezifischen Betriebspunkt (Temperatur, Viskositt) den Volumenstrom auf einen vorgegebenen Sollwert begrenzt. Schematisch zeigt zwei Regelstrategien der Pumpe hinsichtlich eines maximalen (oben) und eines verringerten (Mitte) Frdervolumens. Parallel zur Blende ist ein mechanisches Regelventil eingebaut, das den Differenzdruck vor und nach Blende abgleicht. Sobald bei Steigerung der Pumpendrehzahl die Frdermenge den Sollwert berschreitet, baut sich hinter der Blende ein Staudruck auf, der eine Verstellung des Regelventils bewirkt. Dieses gibt den Kanal zur Regelkammer in der Pumpe frei und erlaubt somit die Anpassung des Frdervolumens ohne elektronische Steuerung. Der untere Teil von zeigt eine Vereinfachung dieser Regelung: Hier wird auf das separate Differenzdruckventil verzichtet; stattdessen bernimmt der Regelschieber zustzlich die Funktion dieses Ventils. Der Verzicht auf das Differenzdruckventil hat den Vorteil, dass sich durch die Reduzierung der Anzahl der Feder-Masse-Systeme eine Verkrzung der Reaktionszeit, eine Vergrerung des mglichen Betriebsbereichs sowie eine Vereinfachung der Abstimmung des Systems erreichen

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Einzelteile des Pendelschieberpumpen-Prototyps PSZ

lsst. Soll der Volumenstrom nach Bedarf variiert werden, dann muss anstelle der festen Blende eine variable Drossel verwendet werden. Die Regelung dieser Drossel berwacht das Getriebesteuergert.eInspArpotenzIAle durCh geregelte pendelsChIeberpuMpen

Zur Ermittlung der Einsparpotenziale wurde eine Vergleichsmessung eines Pendelschieberpumpen-Prototyps mit einer

zweiflutigen, ungeregelten Flgelzellenpumpe durchgefhrt. Diese Flgelzellenpumpe, die normalerweise serienmig in einem CVT verbaut wird, verfgt ber ein nachgeschaltetes Volumenstromregelventil, welches bei Frdermengen ber circa 30l/min das berschssig gefrderte l wieder an den Pumpeneingang zurckleitet. Das spezifische Frdervolumen liegt bei 16cm pro Umdrehung. Der auf dasselbe spezifische Frdervolumen ausgelegte PSZ-Pumpenprototyp ist als Funktionsmuster mit Stahlgehuse

ohne separates Differenzdruckventil ausgefhrt. Im Funktionsmuster ist lediglich die Pumpen-Innengeometrie in einem Aluminium- oder Stahlblock ausgefrst. Mit einem solchen Prototyp werden die hydraulischen Kennwerte der Pumpe vorab vermessen und mit den berechneten Werten aus Auslegung und Simulation abgeglichen. Die Einzelteile des Pumpenprototyps sind in gezeigt. Die PSZ-Pumpe wurde mit der zuvor beschriebenen Volumenstromregelung mit fester Blende (Begrenzung auf 30l/min)

IndustrI e NEbENAGGREGATE

Leistungsaufnahme [W]

gefahren. Die lviskositt lag bei den Tests bei 10,5 und 84 cSt, was beim verwendeten Prfstandsl Temperaturen von 95 beziehungsweise 30C entspricht. Die Ergebnisse zu Leistungsaufnahme sind in und zum Wirkungsgrad in jeweils ber der Pumpendrehzahl fr 8, 30 und 50bar Druck zu sehen. Bei niedriger ltemperatur und geringen Drcken sind beide Pumpentypen bezglich Leistungsaufnahme noch nahezu gleichwertig, wobei die PSZ-Pumpe ab der Drehzahl von 5000/min eine erkennbare Leistungsersparnis aufweist. Bei hheren Systemdrcken vergrert sich ab circa 2000/min das Einsparpotenzial der geregelten PSZ-Pumpe gegenber der Flgelzellenpumpe deutlich. Mit sinkender lviskositt verringert sich die Leistungsaufnahme weiter, was auf den hohen volumetrischen Wirkungsgrad, das heit die hohe innere Dichtheit der PSZ-Pumpe zurckzufhren ist. Die ermittelten Kennlinien fr die Leistungsaufnahme spiegeln sich im Verlauf der Gesamtwirkungsgrade von Flgelzellen- und PSZ-Pumpe wider. Fast in allen Betriebsbereichen weist die PSZ-Pumpe gegenber der Flgelzellenpumpe hhere Gesamtwirkungsgrade auf (maximal 76 % bei 50bar). Interessant fr beide Pumpenbauarten ist, dass sich die Wirkungsgradkennlinien bei niedriger ltemperatur mit zunehmendem Systemdruck an die der bei hherer Temperatur gemessenen annhern. Zu erklren ist dies mit dem steigenden Anteil des volumetrischen Wirkungsgrads am Gesamtwirkungsgrad in diesen Betriebspunkten. Insbesondere die Testergebnisse zur Leistungsaufnahme verdeutlichen das durch die Verwendung der geregelten Pendelschieberpumpe erreichbare Einsparpotenzial. Fr smtliche Arten von Automatikgetrieben lsst sich somit das Potenzial auf weitere Wirkungsgrad-Steigerungen und somit auch auf weitere CO2-Ersparnis ableiten.bIdynAMIsChe druCkpuMpe

Leistungsaufnahme bei 8 bar 14.000 12.000 Leistungsaufnahme [W] 10.000 8000 6000 4000 2000 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Pumpendrehzahl [1/min] Flgelzellenpumpe @ 10,5 cSt Mahle-PSZ-Pumpe @ 10,5 cSt Flgelzellenpumpe @ 84 cSt Mahle-PSZ-Pumpe @ 84 cSt

Leistungsaufnahme bei 30 bar 14.000 12.000 Leistungsaufnahme [W] 10.000 8000 6000 4000 2000 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Pumpendrehzahl [1/min] Flgelzellenpumpe @ 10,5 cSt Mahle-PSZ-Pumpe @ 10,5 cSt Flgelzellenpumpe @ 84 cSt Mahle-PSZ-Pumpe @ 84 cSt

Leistungsaufnahme bei 50 bar 14.000 12.000 10.000 8000 6000 4000 2000 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Pumpendrehzahl [1/min] Flgelzellenpumpe @ 10,5 cSt Mahle-PSZ-Pumpe @ 10,5 cSt Flgelzellenpumpe @ 84 cSt Mahle-PSZ-Pumpe @ 84 cSt

Die herkmmliche Pendelschieberpumpe hat durch ihren Aufbau bedingt zwei Frderkammern: zum einen die Hauptfrderkammern zwischen den Pendeln und beiden Rotoren, zum anderen die kleineren Zusatzkammern im Innenrotor unterhalb

Vergleich der Leistungsaufnahme bei 8, 30 und 50 bar

954

Gesamtwirkungsgrad bei 8 bar 80 70 60 Wirkungsgrad [%] 50 40 30 20 10 0

przise zuverlssig digital

0

1000