AUTOREN
Dipl.-Ing.
Uwe Reichert
ist akademischer Mitarbeiter im Bereich der
Antriebssystemtechnik am IPEK – Institut für
Produktentwicklung am Karlsruher Institut
für Technologie (KIT)
Dipl.-Ing.
Katharina Bause
leitet die Forschungsabteilungen
Antriebssystemtechnik sowie Kupplungen
und tribologische Systeme am IPEK – Institut
für Produktentwicklung am Karlsruher
Institut für Technologie (KIT)
Leichtbau
ist in der Entwicklung
neuer Fahrzeuge
allgegenwärtig,
um die Fahrzeugmasse
und damit den Treibstoffverbrauch
und die Abgasemissionen,
aber auch den Energieverbrauch
von
Hybridfahrzeugen
(HEVs) oder Elektrofahrzeugen
(BEVs) zu reduzieren.
Neben den Leichtbauaktivitäten
im Bereich
Karosserie
und Tragstrukturen
des Fahrzeugs
ersetzen
einige Hersteller
die klassischen
Werkstoffe
im Antriebsstrang
durch leichtere
Materialien.
Ein bekanntes
Beispiel
hierfür
ist die Werkstoffsubstitution
von Gusseisen
durch Aluminiumlegierungen
für Motorblöcke
und Zylinderköpfe.
Es stellt sich die Frage, welches
Leichtbaupotenzial
durch Werkstoffsubstitution
im übrigen
Antriebsstrang
offengelegt
werden
kann. Die Initiative
Massiver
Leichtbau
hat sich deshalb
zum Ziel gesetzt,
das Leichtbaupotenzial
durch die Verwendung
von hochfesten
Stählen
für massivumgeformte
Bauteile
in Fahrzeugen
aufzuzeigen.
Mit einer Vielzahl
von massivumgeformten
Bauteilen
bieten
Fahrzeuggetriebe
enormes
Optimierungspotenzial.
Im Rahmen
mehrerer
Studien
wurde
das Leichtbaupotenzial
eines Handschalt,
eines Doppelkupplungs,
eines e-CVT Hybrid
und eines Lkw-Getriebes
durch
die Verwendung
von hochfesten
Stählen
untersucht.
Mittels
eines speziell
programmierten
Softwaretools
in Microsoft Excel
werden
die Wechselwirkungen
der Getriebekomponenten
dargestellt,
um die Auswirkungen
der Werkstoffsubstitution
durch
hochfeste
Stähle zu bewerten.
DIE REFERENZGETRIEBE
Zur Berechnung
des Einsparpotenzials
an Masse, Massenträgheit
und Bauraum
durch den Einsatz
hochfester
Stähle
sind die Topologien
der unterschiedlichen
Getriebe
von großer
Bedeutung.
Je nach Topologie
des Getriebes
müssen
unterschiedliche
Wechselwirkungen
der Komponenten
im Softwaretool
berücksichtigt
werden.
Das Handschaltgetriebe
ist in
Vorgelegebauweise
ausgeführt.
Die Kraftübertragung
erfolgt
von der Kupplung
über die Eingangswelle
und eine Vorstufe
M. Sc.
Felix Busch
AUS DER PRAXIS
ist akademischer Mitarbeiter im Bereich
Kupplungen und tribologische Systeme am
IPEK – Institut für Produktentwicklung am
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Dipl.-Ing.
Sascha Ott
ist Geschäftsführer des IPEK – Institut für
Produktentwicklung am Karlsruher Institut
für Technologie (KIT)
auf die Vorgelegewelle
sowie
über den eingelegten
Gang auf
die Abtriebswelle
des Getriebes.
Im Gegensatz
zum Handschaltgetriebe
verfügt
das Doppelkupplungsgetriebe
über
zwei Eingangswellen
mit jeweils
einer Kupplung.
Dabei stehen
eine Eingangswelle
mit den ungeraden
Gangrädern
und die
zweite Eingangswelle
mit den geraden
Gangrädern
im Eingriff.
Durch ein gleichzeitiges
Öffnen und Schließen
der Kupplungen
erfolgt
der Gangwechsel
ohne Zugkraftunterbrechung.
Das
e-CVT-Hybridgetriebe
besteht
aus zwei Planetengetrieben
mit einem gemeinsamen
Hohlrad,
welches
das Differenzial
über eine Zwischenwelle
antreibt.
Der Verbrennungsmotor
treibt den Steg eines Planetengetriebes
an. Die beiden elektrischen
Maschinen
sind mit den beiden
Sonnenrädern
der
Planetengetriebe
verbunden.
Das Lkw-Getriebe
besteht
aus
drei verschiedenen
Teilgetrieben,
einer synchronisierten
Voreinschaltgruppe
mit zwei Gängen,
einer nicht synchronisierten
Hauptgruppe
mit drei Gängen
und einem Rückwärtsgang
sowie einem synchronisierten
Planetengetriebe
als Nachfolgegruppe
mit zwei Gängen.
IMPLEMENTIERUNG
UND OPTIMIERUNG
DER REFERENZGETRIEBE
Die Stähle
und deren
für Getriebe
auslegungsrelevanten
Eigenschaften,
wie zum Beispiel
Festigkeit,
aber auch Grübchen
und
Zahnfußtragfähigkeit,
werden
durch Werkstoffprüfungen
und
Härtemessungen
bestimmt.
Hierzu
werden
unter anderem
Pulsationsprüfstände
und Härteprüfgeräte
eingesetzt.
Ergänzend
werden
die Komponenten
der Referenzgetriebe
detailliert
vermessen.
Die Messwerte
bilden
die Ausgangslage
für die Optimierung
des Getriebes
durch Redimensionierung
der Bauteile
mit Werkstoffkennwerten
hochfester
Stähle unter Verwendung
gültiger
Normen.
massivUMFORMUNG | SEPTEMBER 2018 45