Vor dem Hintergrund kürzerer Entwicklungszeiten und höherer Leistungsklassen von Verbrennungskraftmaschinen, bei gleichzeitig steigender Anzahl an Fahrzeugvarianten, wachsen die technischen Anforderungen an das trockenlaufende Kupplungssystem und führen dieses kontinuierlich an dessen Leistungsgrenzen. Insbesondere organisch gebundene Reibbeläge, die aufgrund ihres guten Komfortverhaltens und des günstigen Preises aktuell Stand der Technik sind, sind hinsichtlich der während des Synchronisationsvorgangs umgesetzten spezifischen Reibungsarbeitund Reibungsleistung limitiert. Die Evaluierung alternativer Werkstoffe bzw. Friktionspaarungen und ihrer Integration in das Kupplungssystem ist daher für zukünftige Kupplungssystemlösungen entscheidend. Diese Arbeit befasst sich mit der Synthese und Beschreibung von Methoden und Prozessen zur Entwicklung von Friktionssystemen mit ingenieurkeramischen Werkstoffen (monolithische und multiphasige Keramik). Diese werden im Kontext der Aktivitäten des "keramikspezifischen" Produktentstehungsprozesses exemplarisch für die Anwendung trockenlaufendes Kupplungssystem definiert. Gezielt werden unter Einsatz dieser Methoden und Prozesse innovative Konzepte von Kupplungssystemen entwickelt, die die positiven Eigenschaften (u.a. Verschleißbeständigkeit) der Werkstoffgruppe Ingenieurkeramik nutzen. Mit Hilfe der aus der Systembetrachtung Fahrer, Fahrzeug und Umgebung abgeleiteten, in unterschiedlichen Prüfkategorien anwendbaren Beanspruchungskollektive erfolgt die Validierung parallel in Simulation und Experiment. So wird die Übertragbarkeit der Ergebnisse entlang der Tribologischen Prüfkette sichergestellt. Erforscht werden ausgewählte funktionsrelevante Friktionspaarungen (Ingenieurkeramik/ Stahl) und deren Wechselwirkungen zwischen Friktions- und Systemverhalten in einem prototypenhaft umgesetzten Kupplungssystem als Technologieträger zur Potenzialeinschätzung hinsichtlich Leistungspotenzial (z.B. Drehmomentkapazität), Verschleißverhalten (z.B. Lebensdauer) und Komfortverhalten (z.B. Noise Vibration Harshness) unter Berücksichtigung der spezifischen Anforderungen an den trockenlaufenden, hochbeanspruchten Friktionskontakt. Die tribologischen Eigenschaften und die Wechselwirkungen der Friktionspaarung mit der Systemgestalt werden in unterschiedlichen Prüfkategorien in Anlehnung an die Tribologische Prüfkette schrittweise analysiert und qualitativ korreliert. Parallel werden die experimentellen Ergebnisse in eine Simulationsumgebung integriert, die den von Albers et al. etablierten Forschungsansatz Kupplungsfunktionsmodell für diese Anwendung erweitert. Die Berechnungsergebnisse liefern Ergebnisse zum Systemverhalten (z.B. Wärmehaushalt, Schwingungsverhalten) des Antriebssystems, die mit den teilweise im Versuchsfahrzeug bestimmten Ergebnissen gut übereinstimmen.
More than ever, the development process in the field of automotive engineering requires shorter development cycles for a higher amount of vehicles with different power upgraded combustion engines, higher transmission ratios and vehicle masses as well as challenging life time demands. Simultaneously, claims increase concerning undisturbed functionality and reliability. All these factors affect the dimensioning of clutch systems due to today's limited power capability of friction facings and step up the demands for future clutch systems. One approach is to apply alternative friction materials as e.g. advanced ceramics to enable the use of ceramic specific benefits as wear and temperature resistance. This thesis designs and analyses methods and process to synthesize and describe development processes for friction systems with advanced ceramics (monolithic and multi-layer). These are defined and discussed within the context of the "ceramic specific" development process exemplified by dry running clutch systems in automotive applications. Appointing these methods and processes innovative clutch systems with advanced ceramic are developed enhancing the material specific properties. The validation focuses on experimental and numerical analysis of tribological as well as system behavior. To gather outmost information a holistic research approach is developed and applied regarding the systems driver, vehicle and environment. Results of the activity validation are discussed in terms of power density (e.g. coefficient of friction, torque capacity), wear (e.g. life time) as well as comfort (e.g. NVH) regarding the specific requirements of dry running friction systems. The tribological behaviour and interaction between design and friction pairing are quantified in different testing levels within the tribological testing chain and correlated qualitatively. The experimental and numerical outcome is further integrated within the by Albers et al. postulated simulation approach CoupAction for friction systems. The calculated results, regarding the system behaviour of the drivetrain with the developed ceramic clutch system, match the experimental results measured in vehicle examinations.
Methoden und Prozesse zur Entwicklung von Friktionssystemen mit Ingenieurkeramik am Beispiel einer trockenlaufenden Fahrzeugkupplung
Methods and processes for development of friction systems with advanced ceramics exemplified by dry running clutch systems for automotive
2009
179 Seiten, 81 Bilder, 1 Tabelle, Quellen
Theses
German
Modelluntersuchungen zum Einsatz von Ingenieurkeramik in Gleitsystemen und Friktionssystemen
Automotive engineering | 2006
|Modelluntersuchungen zum Einsatz von Ingenieurkeramik in Gleit- und Friktionssystemen
Tema Archive | 2005
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