Einleitung Durch die zunehmenden Ansprüche an situations- und anforderungsgerechte Steuerungen moderner Antriebsstränge kommt es zu höheren Anforderungen an deren Regelbarkeit. Diese Entwicklung resultiert unter anderem in einer fortschreitenden Mechatronisierung von Kupplungssystemen moderner Kraftfahrzeuge. Aufgrund der prinzipiellen Eignung zur Regelbarkeit nasslaufender Kupplungssysteme, im Vergleich zu trockenlaufenden Kupplungssystemen, besitzen diese ein Potenzial zur Schwingungsentkopplung. Durch gezielt einstellbaren Kupplungsschlupf kann eine Steigerung des Komforts erzielt werden. Gleichzeitig lässt sich durch gezieltes Einstellen des Kupplungsschlupfes beim Fahren unter hoher Last mit geringer Motordrehzahl, wie es bei Downsizing-/ Downspeeding-Maßnahmen der Fall ist, eine Verbesserung der Effizienz erzielen [1]. Hieraus wird der Bedarf an neuartigen situations- und bedarfsgerechten Regelungen nasslaufender Kupplungssysteme zur Verbesserung des dynamischen Übertragungsverhaltens im Schlupfbetrieb hinsichtlich Komfort und Effizienz abgeleitet. Stand der Forschung Die Schwingungsentkopplung nasslaufender Kupplungssysteme lässt sich im Allgemeinen durch Dämpfung, Isolation und Tilgung realisieren. Um eine entsprechende Regelung der Schwingungsentkopplung für das nasslaufende Kupplungssystem umzusetzen, muss der Funktionsreibkontakt zunächst charakterisiert werden. Bei der Bewertung verschiedener Maßnahmen zur Reduzierung von Drehungleichförmigkeiten zeigte sich, dass die schlupfende Kupplung das größte Potenzial be- Aus Wissenschaft und Forschung 7 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 3/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0013 Schwingungsentkopplung durch nasslaufende Funktionsreibkontakte im geregelten Schlupfbetrieb - Anforderungen an den tribologischen Kontakt in Wechselwirkung mit der Antriebssystemdynamik Christian Kemper, Michael Basiewicz, Sascha Ott, Albert Albers* Dieser Beitrag stellt die Erkenntnisse hinsichtlich der Auswirkungen unterschiedlicher dynamischer Anregungen am Kupplungseingang auf den nasslaufenden Funktionsreibkontakt dar. Hierzu findet ein Vergleich der Reibungszahlverläufe unter variierenden dynamischen Anregungen statt. Weiterhin werden Topographieuntersuchungen der phänomenologischen Ausprägungen der Funktionsreibkontakte vorgestellt. Schlüsselwörter Dynamische Anregung, nasslaufende Kupplung, dynamischer Reibungszahlverlauf, Schwingungsentkopplung This manuscript presents the findings regarding the effects of different dynamic excitations at the input of the clutch on the wet-running functional friction contact. For this purpose, progressions of the coefficient of friction are compared under varying dynamic excitations. Furthermore, topographic investigations of the phenomenological characteristics of the functional friction contacts are presented. Keywords dynamic stimulation, wet-running clutch, dynamic coefficient of friction, vibration isolation Kurzfassung Abstract * M.Sc. Christian Kemper M.Sc. Michael Basiewicz Dipl.-Ing. Sascha Ott Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. Albert Albers IPEK - Institut für Produktentwicklung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 76131 Karlsruhe T+S_3_2019.qxp_T+S_2018 13.06.19 11: 31 Seite 7 gang der Kupplung wird durch den Antriebsmotor repräsentiert. Hingegen beinhaltet das Restsystem ab Ausgang der Kupplung alle Antriebsstrangkomponenten bis zu den Abtriebsrädern. Für die Modellbildung wurde ein Referenzantriebsstrang eines Serienkraftfahrzeugs im ersten Gang herangezogen, welcher schwingungsanfällig ist. Hierdurch ist es für die anstehenden Untersuchungen besonders geeignet. Durch die Darstellung der Restsysteme können die dynamischen Wechselwirkungen des Referenzantriebsstrangs mit dem System Kupplung dargestellt werden. Das Übertragungsverhalten des Tribosystems kann dabei durch die Erfassung von Drehmoment und Drehzahl am Ein- und Ausgang der Kupplung bestimmt werden. Da das Übertragungsverhalten eines Tribosystems von der Kinematik beeinflusst wird, ist es besonders wichtig, diese Wechselwirkungen genau abzubilden [10]. Um dies zu gewährleisten, ist das Ziel der Modellbildung das Übertragungsverhalten mit möglichst wenigen Freiheitsgraden zu realisieren. Hierdurch kann das Restfahrzeugsystem in Echtzeit simuliert und über die Elektromotoren virtuell abgebildet werden [10]. Aus diesem Grund wurde die Anzahl der Freiheitsgrade dieser Validierungsumgebung von neun Freiheitsgraden des realen Referenzantriebsstrangs auf vier reduziert. Hierdurch lassen sich mit dieser Validierungsumgebung die Schwingungswechselwirkungen bis zur dritten Ordnung wie im Referenzantriebsstrang abbilden [11]. Dies stellt die Grundlage für die anstehenden Untersuchungen hin- Aus Wissenschaft und Forschung 8 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 3/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0013 sitzt [2]. Dieses Potenzial der Schwingungsentkopplung wurde ebenfalls durch weitere Untersuchungen bestätigt [3,4,5]. Zudem wurde beschrieben, dass die Reibungszahlcharakteristik einen signifikanten Einfluss auf das System- und somit auf das Triebstrangverhalten besitzt [5,6,7]. Das Schwingungsentkopplungsverhalten wird hierbei maßgeblich durch das tribologische Verhalten des Kupplungssystems bestimmt. In heutigen Doppelkupplungen setzt sich das tribologische System üblicherweise aus Reib- und Stahllamellen sowie dem eigentlichen Schmierstoff zusammen. Bild 1 veranschaulicht den exemplarischen Aufbau des Friktionssystems einer nasslaufenden Kupplung mit Reib- und Stahllamellen. Der Schmierstoff wird dabei mittels einer Pumpe zum Innenlamellenträger gefördert. Von dort aus wird der Schmierstoff durch die Fliehkräfte von innen nach außen abtransportiert. Eine genauere Untersuchung der Auswirkungen unterschiedlicher dynamischer Anregungen auf den nasslaufenden Funktionsreibkontakt unter Variation von Einflussgrößen, wie z. B. des Kühlölvolumenstroms und der Schlupfdrehzahl, wurde in der Literatur bisher nicht ausreichend genau beschrieben. In Folge liefert dieser Beitrag erste Untersuchungsergebnisse hinsichtlich der Reibungszahlverläufe unter dynamischen Anregungen. Weiterhin wird deren Einfluss auf die phänomenologischen Ausprägungen der Topographie von Stahl- und Reiblamelle untersucht. Experimentelle Validierungsumgebung Für die empirischen Untersuchungen wurde eine neue Validierungsumgebung [8] nach dem IPEK - XiL - Ansatz zur Charakterisierung des Übertragungsverhaltens sowie des Systemverhaltens von nasslaufenden Lamellenpaketen im Betriebszustand „gezielter Schlupfbetrieb“ entwickelt [9]. Bei diesem Ansatz steht das Kupplungssystem in permanenter Wechselwirkung mit dem Restfahrzeug, dem Anwender/ Fahrer und der Umgebung. Die Validierung des Subsystems „nasslaufendes Lamellenpaket“ geschieht deshalb im Gesamtsystemzusammenhang. Im Zuge der Systemanalyse wurden zunächst die Funktions-Gestalt-Zusammenhänge mit Hilfe von C&C 2 -Modellen des Lamellenpakets beschrieben. Bild 2 veranschaulicht die Prinzipdarstellung der Wechselwirkung des Kupplungssystems mit den zwei Restsystemen. Das System Kupplung steht hierbei in Wechselwirkung mit dem Restsystem bis zum Eingang der Kupplung sowie dem Restsystem ab Ausgang der Kupplung. Das Restsystem bis zum Ein- Bild 1: Exemplarischer Aufbau eines Lamellenpakets einer nasslaufenden Kupplung n Bild 2: Prinzipdarstellung der Wechselwirkung des Systems Kupplung mit den Restsystemen T+S_3_2019.qxp_T+S_2018 13.06.19 11: 31 Seite 8 sichtlich des Einflusses von dynamischen Anregungen auf den Funktionsreibkontakt dar. Bild 3 veranschaulicht die entwickelte Validierungsumgebung. Das Kupplungssystem befindet sich innerhalb der Prüfkammer. Eingangsseitig wird die Kupplung über einen Elektromotor angetrieben. Am Kupplungsausgang befinden sich eine Torsionswelle inklusive zwei Massenträgheiten, die den Referenzantriebsstrang repräsentieren, sowie ein zweiter Elektromotor. Zur gezielten Steuerung von Kühlölvolumenstrom und Betätigungsdruck wird ein Hydraulikaggregat mit zwei separaten Hydraulikkreisläufen verwendet. Innerhalb der Prüfkammer in Bild 4 befindet sich u. a. ein Drehmomentmessglied und ein Messelement für die Drehzahl am Kupplungsausgang. Das Drehmomentmessglied befindet sich direkt am Innenlamellenmitnehmer, wodurch das anliegende Kupplungsmoment bestimmt werden kann. Durch den Einsatz von vier Thermoelementen, welche mittels Erodierbohrungen in die Stahllamellen eingebracht sind, ist es während des Betriebs möglich, aktiv die Temperatur im Friktionskontakt zu ermitteln. Neben der Erfassung der Klemmkraft, welche auf das Lamellenpaket wirkt, lässt sich weiterhin die Reaktionskraft bestimmen. Dadurch können Reibungseffekte zwischen den Lamellen und Mitnehmern erfasst werden. Durch den Einsatz dieser Vielzahl an Messtechniken ist es möglich, die Reibungszahlverläufe präzise zu ermitteln. Am Prüfstand wird dadurch eine Untersuchung des Einflusses von Beanspruchungsgrößen, wie u. a. der Anregung, der Flächenpressung, des Kühlölvolumenstroms und der Schlupfdrehzahl, auf den dynamischen Reibungszahlverlauf sowie auf die phänomenologischen Topographieausprägungen des Lamellenpaketes ermöglicht. Dynamisches Reibungszahlverhalten Zur Darstellung der Auswirkungen unterschiedlicher dynamischer Anregungen auf den Funktionsreibkontakt findet eine Ermittlung des Verhaltens der Reibungszahl innerhalb unterschiedlicher Dauerschlupfzustände statt. Zur Sicherstellung eines stabilen Verlaufs der Reibungszahl wird vor Beginn der Untersuchung das Lamellenpaket zunächst eingelaufen. Es ist zu beachten, dass im Zuge dieser Veröffentlichung die Reibungszahlverläufe zunächst ohne die in Bild 3 dargestellte Torsionswelle Aus Wissenschaft und Forschung 9 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 3/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0013 Bild 3: Aufbau Validierungsumgebung Antriebsmotor ebsmotor ebsmotor Abtriebsmotor A Hydraulikaggregat AA Hy H P r ü f k a m m e r K l e m m k r a f t / R e a k t i o n s k r a f t D r e h m o m e n t m e s s g l i e d D r e h z a h l m e s s g l i e d T h e r m o e l e m e n t e f k a m m e r / / k a m m e r Torsionswelle inkl. Trägheiten wel n Torsionsw To Trägheiten Bild 4: Messtechnik in der Prüfkammer Messelement Reaktionskraft M e s s e l e m e n t K l e m m k r a f t M e s s e l e m e n t D r e h m o m e n t B e t ä t i g u n g D r u c k u n d V o l u m e n s t r o m s e n s o r K ü h l u n g D r u c k u n d V o l u m e n s t r o m s e n s o r M e s s e l e m e n t D r e h z a h l H y d r a u l i k k o l b e n s e l e m e n t K l e m m k r a f t T+S_3_2019.qxp_T+S_2018 13.06.19 11: 31 Seite 9 Bild 7 stellt exemplarisch dynamische Reibungszahlverläufe des steifen Aufbaus ohne Torsionswelle im Zug-Betrieb für die vorgestellten Dauerschlupfzustände dar. Aus dieser Abbildung geht hervor, dass der Gradient der Reibungszahlen mit sinkender Anregungsamplitude (von A3 nach A1 abfallend) und mit sinkender Grundschlupfdrehzahl (von S3 nach S1 abfallend) zunehmend positiver wird. Weiterhin wird ersichtlich, dass im Zuge dieser Untersuchung eine Erhöhung der Ordnungszahl bzw. der Anregungsfrequenz den Reibungszahlverlauf nicht wesentlichen beeinflusst. Eine Zunahme der Stahllamellentemperatur resultiert hingegen in steigenden Reibungszahlen. Bild 8 veranschaulicht exemplarisch den Einfluss der Erhöhung der Antriebsdrehzahl auf den Reibungszahlverlauf. Steigende Antriebsdrehzahlen (von n1 nach n2 aufsteigend) resultieren in tendenziell höheren Reibungszahlen. Weiterhin geht aus der rechten Darstellung in Bild 8 hervor, dass die Erhöhung des Kühlölvolumenstroms (von q1 nach q2 aufsteigend) zu tendenziell geringeren Reibungszahlen führt. Der grundlegende Rei- Aus Wissenschaft und Forschung 10 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 3/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0013 ermittelt werden. Im weiteren Verlauf dieser Ausarbeitung wird hierzu von einem „steifen Aufbau“ gesprochen. Hierdurch lassen sich die Drehzahlen am Ein- und Ausgang des Lamellenpaketes exakt für die Dauerschlupfuntersuchungen einstellen. Weiterhin ermöglicht dieses Vorgehen einen späteren Vergleich der Reibungszahlverläufe mit dem „weichen Aufbau“. Der weiche Aufbau repräsentiert hierbei die in Bild 3 veranschaulichte Validierungsumgebung mit Torsionswelle. Durch den Vergleich kann der Einfluss des dynamischen Restsystemverhaltens auf den Reibungszahlverlauf ermittelt werden. Dies ist jedoch nicht Bestandteil dieser Ausarbeitung. Bild 5 zeigt eine exemplarische Darstellung eines gefahrenen Dauerschlupfzustandes. Durch die gezielte Wahl der mittleren Antriebsdrehzahl sowie der Abtriebsdrehzahl des Lamellenpaketes, wird zunächst der Grundschlupf eingestellt. Anschließend wird die Anregung, welche sich aus Anregungsfrequenz und Drehzahlamplitude zusammensetzt, antriebsseitig aufgeprägt. Es gilt zu beachten, dass die Erfassung der dynamischen Reibungszahlverläufe erst beginnt, wenn die Drehzahlanregung (Anregungsfrequenz und Anregungsamplitude) vollständig aufgebaut ist. Dadurch wird sichergestellt, dass das System vollständig eingeschwungen ist. Bild 6 veranschaulicht die schematische Darstellung der Versuchsumfänge. Es werden insgesamt drei Differenzdrehzahlen S1 bis S3 (von S1 bis S3 aufsteigend) angefahren. Die jeweiligen Differenzdrehzahlen werden mit den Amplituden A1 bis A4 (von A1 bis A4 aufsteigend) überlagert. Der zugehörige Ölvolumenstrom wird in zwei Stufen variiert, ebenso die Antriebsdrehzahl. Die Anregungsfrequenzen werden von der ersten bis zur dritten Ordnung in Abhängigkeit von der Antriebsdrehzahl eingestellt. Die vorgenommene Einteilung der Versuchsumfänge ermöglicht sowohl Überschneidungen in den Differenzdrehzahlbereichen, als auch in den Frequenzen. Innerhalb der Versuchsführung werden die Flächenpressung sowie die Kühlöltemperatur konstant gehalten. Bild 5: Exemplarische Darstellung eines Dauerschlupfzustandes S 1 S 2 S 3 ± ± ±± Reibungszahl [-] D i f f e r e n z d r e h z a h l n s [ U / m i n ] R a n d b e d i n g u n g e n D a u e r s c h l u p f F l ä c h e n p r e s s u n g = p ( k o n s t . ) [ N / m m ² ] K ü h l ö l t e m p e r a t u r = T ( k o n s t . ) [ ° C ] D i f f e r e n z d r e h z a h l e n = S 1 / / S 2 / / S 3 [ U / m i n ] D r e h z a h l a m p l . = A 1 / / A 2 / / A 3 / / A 4 [ U / m i n ] K ü h l ö l v o l u m e n s t r o m = q 1 / / q 2 [ l / m i n ] A n t r i e b s d r e h z a h l = n 1 / / n 2 [ U / m i n ] A n r e g u n g s f r e q u e n z = 1 . / / 2 . / / 3 . O r d n u n g [ H z ] Bild 6: Schematische Darstellung der Versuchsumfänge T+S_3_2019.qxp_T+S_2018 13.06.19 11: 31 Seite 10 bungszahlverlauf bleibt bei der Antriebsdrehzahlbzw. der Kühlölvolumenstromvariation für die durchgeführten Untersuchungen im Zug-Betrieb jedoch gleich. Im Folgenden werden die in Bild 9 dargestellten Reibungszahlverläufe im Zug-Schub-Betrieb genauer betrachtet. Diese zeigen die Realisierung des Nulldurchgangs der Differenzdrehzahl bei unterschiedlichen Anregungsordnungen. Es wird ersichtlich, dass die Wahl der Anregungsordnung einen wesentlichen Einfluss auf den Reibungszahlverlauf besitzt. Es bilden sich charakteristische Schleifen aus. Eine Variation der Schlupfdrehzahl bzw. der Amplitude und eine damit zusammenhängende Einflussbetrachtung finden im Zuge dieser Untersuchung für den Zug-Schub-Betrieb jedoch nicht statt. Aus Wissenschaft und Forschung 11 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 3/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0013 1.Ordnung 2.Ordnung 3.Ordnung Schlupf 3 Schlupf 2 Schlupf 1 Amplitude 3 Amplitude 2 Amplitude 1 Dif f erenzdrehzahl [U/ min] Reibungszahl [-] Temperatur [°C] T min T max µ 1 µ 2 µ 3 n 1 n 2 n 3 n 4 n 5 n 6 n 7 n 8 n 9 Reibungszahl [-] Temperatur [°C] T min T max µ 1 µ 2 µ 3 n 1 n 2 n 3 n 4 n 5 n 6 n 7 n 8 n 9 Dif f erenzdrehzahl [U/ min] Reibungszahl [-] Temperatur [°C] T min T max µ 1 µ 2 µ 3 n 1 n 2 n 3 n 4 n 5 n 6 n 7 n 8 n 9 Dif f erenzdrehzahl [U/ min] Reibungszahl [-] Temperatur [°C] T min T max µ 1 µ 2 µ 3 n 1 n 2 n 3 n 4 n 5 n 6 n 7 n 8 n 9 Dif f erenzdrehzahl [U/ min] Reibungszahl [-] Temperatur [°C] T min T max µ 1 µ 2 µ 3 n 1 n 2 n 3 n 4 n 5 n 6 n 7 n 8 n 9 Dif f erenzdrehzahl [U/ min] Reibungszahl [-] µ 1 µ 2 µ 3 n 1 n 2 n 3 n 4 n 5 n 6 n 7 n 8 n 9 Dif f erenzdrehzahl [U/ min] Reibungszahl [-] Temperatur [°C] T min T max µ 1 µ 2 µ 3 n 1 n 2 n 3 n 4 n 5 n 6 n 7 n 8 n 9 Dif f erenzdrehzahl [U/ min] Reibungszahl [-] Temperatur [°C] T min T max µ 1 µ 2 µ 3 n 1 n 2 n 3 n 4 n 5 n 6 n 7 n 8 n 9 Dif f erenzdrehzahl [U/ min] Reibungszahl [-] µ 1 µ 2 µ 3 n 1 n 2 n 3 n 4 n 5 n 6 n 7 n 8 n 9 Dif f erenzdrehzahl [U/ min] Reibungszahl [-] Temperatur [°C] T min T max µ 1 µ 2 µ 3 n 1 n 2 n 3 n 4 n 5 n 6 n 7 n 8 n 9 Temperatur [°C] T min T max Temperatur [°C] T min T max Randbedingungen: q Öl =q 1 und n An =n 1 n 0 n 0 n 0 n 0 n 0 n 0 n 0 n 0 n 0 Bild 7: Exemplarische Darstellung der Reibungszahlverläufe im Zug-Betrieb Schlupf 3 Amplitude 2 Dif f erenzdrehzahl [U/ min] Reibungszahl [-] Temperatur [°C] T min T max µ 1 µ 2 µ 3 n 1 n 2 n 3 n 4 n 5 n 6 n 7 n 8 n 9 Dif f erenzdrehzahl [U/ min] Reibungszahl [-] Temperatur [°C] T min T max µ 1 µ 2 µ 3 n 1 n 2 n 3 n 4 n 5 n 6 n 7 n 8 n 9 n An =n 2 Schlupf 3 Amplitude 2 n An =n 1 Randbedingung: q Öl =q 1 2.Ordnung Schlupf 3 Amplitude 2 Dif f erenzdrehzahl [U/ min] Reibungszahl [-] Temperatur [°C] T min T max µ 1 µ 2 µ 3 n 1 n 2 n 3 n 4 n 5 n 6 n 7 n 8 n 9 Dif f erenzdrehzahl [U/ min] Reibungszahl [-] Temperatur [°C] T min T max µ 1 µ 2 µ 3 n 1 n 2 n 3 n 4 n 5 n 6 n 7 n 8 n 9 Randbedingung: n An =n 1 Schlupf 3 Amplitude 2 q Öl =q 1 q Öl =q 2 n 0 n 0 n 0 n 0 Bild 8: Exemplarische Darstellung des Einflusses der Antriebsdrehzahl (links) bzw. des Kühlölvolumenstroms (rechts) auf den Reibungszahlverlauf im Zug-Betrieb 1.Ordnung 2.Ordnung 3.Ordnung Schlupf 3 Amplitude 3 Dif f erenzdrehzahl [U/ min] Reibungszahl [-] Temperatur [°C] T min T max Dif f erenzdrehzahl [U/ min] Reibungszahl [-] Temperatur [°C] T min T max Randbedingungen: q Öl =q 1 und n An =n 1 Dif f erenzdrehzahl [U/ min] Reibungszahl [-] Temperatur [°C] T min T max µ 1 µ 2 µ 3 -µ 1 -µ 2 -µ 3 0 µ 1 µ 2 µ 3 -µ 1 -µ 2 -µ 3 0 µ 1 µ 2 µ 3 -µ 1 -µ 2 -µ 3 0 -n 2 -n 1 n 0 n 1 n 2 n 3 n 4 n 5 n 6 n 7 n 8 n 9 -n 3 -n 2 -n 1 n 0 n 1 n 2 n 3 n 4 n 5 n 6 n 7 n 8 n 9 -n 3 -n 2 -n 1 n 0 n 1 n 2 n 3 n 4 n 5 n 6 n 7 n 8 n 9 -n 3 Bild 9: Exemplarische Darstellung der Reibungszahlverläufe im Zug-Schub-Betrieb T+S_3_2019.qxp_T+S_2018 13.06.19 11: 31 Seite 11 Nach den Versuchsumfängen für den weichen Aufbau wird dasselbe Lamellenpaket erneut einer topographischen Untersuchung unterzogen. Dieser Untersuchungszustand wird im Folgenden als Zustand 2 bezeichnet. Zur Bewertung der Oberflächentopographien von Stahl- und Reiblamellen werden folgende Oberflächenkennwerte für die Wirkflächen WF1 bis WF8 in Bild 11 unter 200-facher Vergrößerung am Digitalmikroskop ermittelt: Der Mittelwert des Absolutwerts der Höhe an jedem Punkt im Definitionsbereich (S a ), die Summe aus der maximalen Spitzenhöhe und der maximalen Taltiefe im Definitionsbereich (S z ), der Absolutwert des höchsten Punkts im Definitionsbereichs (S p ) und der Absolutwert des tiefsten Punktes im Definitionsbereichs (S v ). Es gilt zu beachten, dass für jeden Oberflächenkennwert einer Wirkfläche der arithmetische Mittelwert aus fünf Einzelmessungen ermittelt wird. Tabelle 1 stellt die erfassten Oberflächenkennwerte von Stahl- und Reiblamellen für das untersuchte Lamellenpaket des Zustands 1 bzw. des Zustands 2 dar. Aus dem Vergleich der Zustände 1 und 2 in Tabelle 2 geht Folgendes hervor: Die flächenbezogene Rauheit, Aus Wissenschaft und Forschung 12 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 3/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0013 In Bild 10 wird der Einfluss der Variation der Antriebsdrehzahl sowie des Kühlölvolumenstroms auf den Reibungszahlverlauf im Zug-Schub-Betrieb dargestellt. Äquivalent zu den Untersuchungen im Zug-Betrieb führt eine Erhöhung der Antriebsdrehzahl (von n 1 nach n 2 aufsteigend) zu tendenziell höheren Reibungszahlen. Eine Erhöhung des Kühlölvolumenstroms (von q 1 nach q 2 aufsteigend) resultiert in tendenziell geringeren Reibungszahlen. Es ist zu erkennen, dass die grundsätzlichen Reibungszahlverläufe bei den durchgeführten Zug- Schub-Untersuchungen lediglich bei einer Variation des Kühlölvolumenstroms gleichbleiben. Eine Variation der Antriebsdrehzahl besitzt bei den hier vorgestellten Zug- Schub-Untersuchungen ebenfalls einen wesentlichen Einfluss auf den Reibungszahlverlauf. Topographieuntersuchung des Lamellenpaketes Mithilfe eines Digitalmikroskops werden der Einfluss der dynamischen Anregungen und der Einfluss des Restsystemverhaltens auf die Topographie von Reib- und Stahllamellen untersucht. Hierzu finden zwei Untersuchungszustände des Lamellenpaketes Anwendung. Zum einen wird nach der Erfassung der dynamischen Reibungszahlverläufe im steifen Aufbau, das Lamellenpaket einer Topographieuntersuchung zur Darstellung der phänomenologischen Ausprägungen der Funktionsreibkontakte unterzogen. Im Folgenden wird dieser Untersuchungszustand als Zustand 1 bezeichnet. Zum anderen wird dasselbe Lamellenpaket für die Untersuchungen im weichen Aufbau der Validierungsumgebung mit Torsionswelle herangezogen. Die Versuchsumfänge für den weichen Aufbau der Validierungsumgebung sind hierbei äquivalent zu denen des steifen Aufbaus aus Bild 6. 2.Ordnung Schlupf 3 Amplitude 3 n An =n 2 Schlupf 3 Amplitude 3 n An =n 1 Randbedingung: q Öl =q 1 2.Ordnung Schlupf 3 Amplitude 3 Randbedingung: n An =n 1 Schlupf 3 Amplitude 3 q Öl =q 1 q Öl =q 2 Dif f erenzdrehzahl [U/ min] Reibungszahl [-] Temperatur [°C] T min T max µ 1 µ 2 µ 3 -µ 1 -µ 2 -µ 3 0 Dif f erenzdrehzahl [U/ min] Reibungszahl [-] Temperatur [°C] T min T max µ 1 µ 2 µ 3 -µ 1 -µ 2 -µ 3 0 Dif f erenzdrehzahl [U/ min] Reibungszahl [-] Temperatur [°C] T min T max µ 1 µ 2 µ 3 -µ 1 -µ 2 -µ 3 0 Dif f erenzdrehzahl [U/ min] Reibungszahl [-] Temperatur [°C] T min T max µ 1 µ 2 µ 3 -µ 1 -µ 2 -µ 3 0 -n 2 -n 1 n 0 n 1 n 2 n 3 n 4 n 5 n 6 n 7 n 8 n 9 -n 3 -n 2 -n 1 n 0 n 1 n 2 n 3 n 4 n 5 n 6 n 7 n 8 n 9 -n 3 -n 2 -n 1 n 0 n 1 n 2 n 3 n 4 n 5 n 6 n 7 n 8 n 9 -n 3 -n 2 -n 1 n 0 n 1 n 2 n 3 n 4 n 5 n 6 n 7 n 8 n 9 -n 3 Bild 10: Exemplarische Darstellung des Einflusses der Antriebsdrehzahl (links) bzw. des Kühlölvolumenstroms (rechts) auf den Reibungszahlverlauf im Zug-Schub-Betrieb Bild 11: Zuordnung der Wirkflächen für die Topographieuntersuchung T+S_3_2019.qxp_T+S_2018 13.06.19 11: 31 Seite 12 die Rautiefe sowie die maximale Taltiefe und Spitzenhöhe für die Stahl- und Reiblamellenoberflächen steigen nach den dynamischen Untersuchungen im weichen Aufbau tendenziell weiter an. Zudem lässt sich der Tabelle 2 entnehmen, dass die Rauheitszunahme der Stahllamellen von WF1 nach WF8 in Richtung der Abstützscheibe tendenziell ansteigt. Dieses Verhalten lässt sich bei den Reiblamellen nicht feststellen. Zusammenfassung und Ausblick Im Rahmen dieses Beitrags wurde eine Validierungsumgebung vorgestellt, mit deren Hilfe die Einflüsse von Beanspruchungsgrößen auf die Schwingungsentkopplung von nasslaufenden Kupplungssystemen im Schlupfbetrieb untersucht werden können. Ferner zeigt sich durch empirische Untersuchungen im steifen Versuchsaufbau, dass unterschiedlich dynamische Anregungen einen Einfluss auf die Reibungszahl und deren Verlauf haben. Durch die Korrelation der Reibungszahl mit dem Kupplungsmoment kann hierdurch die Schwingungsentkopplung gezielt beeinflusst werden. Zudem wird dargestellt, dass unterschiedlich dynamische Anregungen und das Restsystemverhalten einen Einfluss auf die Oberflächentopographie des Lamellenpaketes haben. Hierdurch wird gezielt der Funktionsreibkontakt beeinflusst. Zur Absicherung der Ergebnisse der dynamischen Reibungszahlverläufe sowie der Topographieanalyse müssen Bestätigungsversuche durchgeführt werden. Darüber hinaus sollte der Einfluss von weiteren Anregungsamplituden und Schlupfdrehzahlen im Zug-Schub-Betrieb näher betrachtet werden. In einem nächsten Schritt sollten zudem die Reibungszahlverläufe vom weichen Aufbau der Validierungsumgebung ermittelt und den Reibungszahlverläufen des steifen Aufbaus der Validierungsumgebung gegenübergestellt werden. Dadurch kann ebenfalls der Einfluss des dynamischen Restsystemverhaltens auf den Reibungszahlverlauf ermittelt werden. Danksagung Die Autoren danken für die Unterstützung des Forschungsprojekts. Das IGF-Vorhaben 18501-N der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Literaturverzeichnis [1] ABBASSI, Mojitaba B. Steigerung des Antriebsstrangkomforts im Kfz durch elektronisches Kupplungsmanagement. ATZ - Automobiltechnische Zeitschrift. 1999. [2] LUTZ, D. Kupplungsmanagement - ein Baustein zur Drehschwingungsdämpfung. VDI Berichte Nr. 697. 1988, 219-231. [3] REIK W. Die Kupplung - das Herz des Doppelkupplungsgetriebes. VDI Berichte Nr. 1827. 2004, 65-88. [4] DREXL, H.-J. Der Torsionsdämpfer in der Kupplungsscheibe. VDI Berichte Nr. 697. 1988, 133-158. [5] JÜRGENS G., Fischer R. Vergleich verschiedener Systeme zur Verringerung von Triebstrangschwingungen. VDI Berichte Nr. 697. 1988, 233-256. Aus Wissenschaft und Forschung 13 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 3/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0013 Tabelle 1: Oberflächenkennwerte des Lamellenpakets nach der Schwingungsanregung im steifen Aufbau (Zustand 1) und nach der Schwingungsanregung im weichen Aufbau (Zustand 2) Sa_mi [µm] Sz_mi [µm] Sp_mi [µm] Sv_mi [µm] Sa_mi [µm] Sz_mi [µm] Sp_mi [µm] Sv_mi [µm] WF1 (SL1) 6,50 40,75 25,25 15,75 WF1 (SL1) 11,62 61,23 36,06 25,16 WF2 (RL1) 5,50 50,25 27,00 23,00 WF2 (RL1) 3,00 74,25 33,10 41,15 WF3 (RL1) 4,75 50,25 24,50 26,00 WF3 (RL1) 10,37 61,73 28,10 33,62 WF4 (SL2) 2,50 23,50 13,00 10,00 WF4 (SL2) 10,88 60,38 32,94 27,44 WF5 (SL2) 2,50 19,50 10,50 9,25 WF5 (SL2) 10,94 62,20 33,21 29,00 WF6 (RL2) 3,75 39,75 10,75 29,25 WF6 (RL2) 11,90 66,43 32,83 33,60 WF7 (RL2) 5,50 46,50 14,50 32,00 WF7 (RL2) 13,16 77,02 37,83 39,20 WF8 (SL3) 3,00 19,50 8,50 11,00 WF8 (SL3) 11,67 67,49 35,67 31,83 Zustand 1 Tabelle 2: Differenz der Oberflächenkennwerte von Zustand 1 und Zustand 2 Sa_mi [µm] WF1 (SL1) 5,12 20,48 10,81 9,41 WF2 (RL1) -2,50 24,00 6,10 18,15 WF3 (RL1) 5,62 11,48 3,60 7,62 WF4 (SL2) 8,38 36,88 19,94 17,44 WF5 (SL2) 8,44 42,70 22,71 19,75 WF6 (RL2) 8,15 26,68 22,08 4,35 WF7 (RL2) 7,66 30,52 23,33 7,20 WF8 (SL3) 8,67 47,99 27,17 20,83 delta (Zustand 2 - Zustand 1) Sa_mi [µm] Sz_mi [µm] Sp_mi [µm] Sv_mi [µm] W WF1 (SL1) 11,62 61,23 36,06 25,16 W WF2 (RL1) 3,00 74,25 33,10 41,15 W WF3 (RL1) 10,37 61,73 28,10 33,62 W WF4 (SL2) 10,88 60,38 32,94 27,44 W WF5 (SL2) 10,94 62,20 33,21 29,00 W WF6 (RL2) 11,90 66,43 32,83 33,60 W WF7 (RL2) 13,16 77,02 37,83 39,20 W WF8 (SL3) 11,67 67,49 35,67 31,83 Zustand 2 T+S_3_2019.qxp_T+S_2018 13.06.19 11: 31 Seite 13 [9] TOBIAS DÜSER. X-in-the-Loop - ein durchgängiges Validierungsframework für die Fahrzeugentwicklung am Beispiel von Antriebsstrangfunktionen und Fahrerassistenzsystemen. ISSN: 1615-8113. 2010, (Band 47). [10] ALBERS, A., OTT S., BASIEWICZ M. Ermittlung des Übertragungsverhaltens- und Systemverhaltens nasslaufender Lamellenpakete im Schlupfbetrieb unter Berücksichtigung der Systemwechselwirkung. Ettlingen, 2017. [11] OTT, S., BASIEWICZ, M. Schwingungsreduzierung durch das Kupplungssystem im gezielten Schlupfbetrieb. VDI-Fachtagung Kupplungen und Kupplungssysteme in Antrieben. 2017. Aus Wissenschaft und Forschung 14 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 3/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0013 [6] BASIEWICZ, M., ALBERS, A., OTT, S. Influencing factors on the decoupling of induced rotational oscillation by wet-running multi-plate-packages in controlled slip mode. 44th Leeds-Lyon Symposium on Tribology. Lyon, 2017. [7] BAUER K.-H. 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