DE102010055573A1

DE102010055573A1 - Verfahren und Prüfstand zur Ermittlung des Schleppmoments einer Reibkupplung

Info

Publication number: DE102010055573A1
Application number: DE102010055573A
Authority: DE
Inventors: Dieter Zimprich
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2012-06-21

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Schleppmoments (s) einer Reibkupplung (4) mit ein- und ausgangsseitigen Reibpartnern (24, 26) mit den Verfahrensschritten Erzeugung einer Relativdrehung zwischen den Reibpartnern (24, 26) in einer Öffnungsposition der Reibkupplung (4), in der zwischen den Reibpartnern (24, 26) ein Lüftspiel ausgebildet ist, derart dass eine Relativdrehzahl (r) zwischen den Reibpartnern (24, 26) erzielt wird, die zumindest zeitweise mindestens 10000 1/min beträgt und Messen des zwischen den Reibpartnern (24, 26) übertragenen Schleppmoments (s), wobei das Drehzahlverhältnis zwischen der Drehzahl des einen Reibpartners (24) und der Drehzahl des anderen Reibpartners (26) mindestens 95 zu 5 beträgt. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Prüfstand (2) zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Schleppmoments einer Reibkupplung mit ein- und ausgangsseitigen Reibpartnern, bei dem eine Relativdrehung zwischen den Reibpartnern in einer Öffnungsposition der Reibkupplung, in der zwischen den Reibpartnern ein Lüftspiel ausgebildet ist, erzeugt wird, um während dieser Relativdrehung das zwischen den Reibpartnern übertragene Schleppmoment zu messen. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Prüfstand zur Ermittlung des Schleppmoments einer Reibkupplung, also sinngemäß einem Prüfstand zur Durchführung des zuvor erwähnten Verfahrens.
Aus dem Stand der Technik sind Reibkupplungen mit ein- und ausgangsseitigen Reibpartnern bekannt. Die bekannten Reibkupplungen können von einer Schließposition, in der die ein- und ausgangsseitigen Reibpartner reibschlüssig miteinander verbunden sind, in eine Öffnungsposition überführt werden, in der zwischen den Reibpartnern ein Lüftspiel ausgebildet ist. Innerhalb der bekannten Reibkupplungen kommt zumeist ein Kühl- und Schmiermittel zum Einsatz, so dass auch von einer nasslaufenden Reibkupplung gesprochen werden kann. Dieses Kühl- und Schmiermittel zwischen den Reibpartnern bewirkt, dass ein Drehmoment zwischen den Reibpartnern übertragen wird, selbst wenn sich die Reibkupplung in deren Öffnungsposition befindet, in der die Reibpartner nicht direkt miteinander in Reibeingriff stehen. Bei diesem übertragenen Drehmoment wird auch von dem sogenannten Schleppmoment gesprochen.
Um das Schleppmoment einer Reibkupplung zu ermitteln, wurden relativ einfache Verfahren und Prüfstände entwickelt. Die bekannten Verfahren oder Prüfstände dienen entweder der Ermittlung des Schleppmoments während der Neuentwicklung einer Reibkupplung oder der Ermittlung des Schleppmoments im Rahmen der Serienfertigung von Reibkupplungen, um diejenigen gefertigten Reibkupplungen auszusondern, bei denen das ermittelte Schleppmoment einen vorgegebenen Schleppmomentgrenzwert überschreitet.
Bei Reibkupplungen, die für eine vergleichsweise geringe Relativdrehzahl zwischen den ein- und ausgangsseitigen Reibpartnern ausgelegt sind, also beispielsweise für eine Relativdrehzahl von 3000 1/min, werden Verfahren zur Ermittlung des Schleppmoments eingesetzt, bei denen der ausgangsseitige Reibpartner festgehalten und lediglich der eingangsseitige Reibpartner angetrieben wird. Das auf den ausgangsseitigen Reibpartner übertragene Schleppmoment wird während dieser Relativdrehung zwischen den Reibpartnern gemessen.
In heutigen Kraftfahrzeugen werden jedoch auch Reibkupplungen benötigt, die für wesentlich höhere Relativdrehzahlen zwischen den ein- und ausgangsseitigen Reibpartnern ausgelegt sind, also beispielsweise für eine Relativdrehzahl, die 10000 1/min oder mehr beträgt. Bei derart schnelldrehenden Reibkupplungen kommen Verfahren zur Ermittlung des Schleppmoments zum Einsatz, bei denen sowohl die eingangsseitigen Reibpartner als auch die ausgangsseitigen Reibpartner der Reibkupplung angetrieben werden, um eine Relativdrehzahl zwischen den Reibpartnern zu erzielen, die 10000 1/min oder mehr beträgt. Dabei werden die ein- und ausgangsseitigen Reibpartner mit annähernd gleicher Drehzahl angetrieben, wobei die Reibpartner gegensinnig rotiert bzw. gedreht werden. Dieses Verfahren zur Ermittlung des Schleppmoments bei schnelldrehenden Reibkupplungen hat sich bewährt. Dennoch hat sich bei schnelldrehenden Reibkupplungen, deren Schleppmoment durch das beschriebene Verfahren ermittelt wurde und die aufgrund des ermittelten Schleppmoments für in Ordnung befunden wurden, herausgestellt, dass diese im Einsatz zu einem relativen hohen Leistungsverlust führen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Ermittlung des Schleppmoments einer schnelldrehenden Reibkupplung anzugeben, das eine präzisere Ermittlung des Schleppmoments der Reibkupplung ermöglicht, um den schleppmomentbedingten Leistungsverlust sowie andere schleppmomentbedingte Nachteile der jeweiligen Reibkupplung während des Einsatzes besser abschätzen zu können. Der vorliegenden Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, einen Prüfstand zur Ermittlung des Schleppmoments einer schnelldrehenden Reibkupplung zu schaffen, mittels dessen eine besonders präzise Ermittlung des Schleppmoments der Reibkupplung und die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 bzw. 9 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird zur Ermittlung des Schleppmoments einer Reibkupplung mit ein- und ausgangsseitigen Reibpartnern durchgeführt. Hierbei ist es bevorzugt, wenn die Ermittlung des Schleppmoments die Ermittlung eines Schleppmomentverlaufs über der Zeit oder der noch zu beschreibenden Relativdrehzahl umfasst. Es ist überdies bevorzugt, wenn die Reibkupplung, deren Schleppmoment ermittelt werden soll, als Lamellenkupplung ausgebildet ist, so dass die ein- und ausgangsseitigen Reibpartner als Lamellenpakete mit jeweils einer oder mehreren Lamellen ausgebildet sind. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es ferner bevorzugt, wenn die Reibkupplung als nasslaufende oder/und schaltbare Reibkupplung ausgebildet ist. Das Verfahren zur Ermittlung des Schleppmoments weist ferner die nachstehend näher beschriebenen Verfahrensschritte auf. So wird zunächst eine Relativdrehung zwischen den Reibpartnern der Reibkupplung in einer Öffnungsposition der Reibkupplung erzeugt. Die Öffnungsposition beschreibt hierbei diejenige Position der Reibkupplung, in der zwischen den Reibpartnern ein Lüftspiel ausgebildet ist. Die Erzeugung der Relativdrehung zwischen den Reibpartnern erfolgt dabei derart, dass eine Relativdrehzahl zwischen den Reibpartnern erzielt wird, die zumindest zeitweise mindestens 10000 1/min beträgt. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem Verfahren um ein Verfahren zur Ermittlung des Schleppmoments einer schnelldrehenden Reibkupplung. Während der Relativdrehung zwischen den Reibpartnern wird das zwischen den Reibpartnern übertragene Schleppmoment gemessen. Zur Messung dieses Schleppmoments kann auf bereits aus dem Stand der Technik bekannte Methoden und Vorrichtungen zurückgegriffen werden. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass die zuvor erwähnte Relativdrehzahl bei gegensinnig gedrehten Reibpartnern der Summe aus den Beträgen der Drehzahl des einen Reibpartners und der Drehzahl des anderen Reibpartners entspricht, während die Relativdrehzahl bei gleichsinnig gedrehten oder rotierten Reibpartnern dem Betrag aus der Differenz der Drehzahlen der beiden Reibpartner entspricht. Während bei den bekannten Verfahren zur Ermittlung des Schleppmoments von schnelldrehenden Reibkupplungen stets beide Reibpartner mit annähernd gleicher Drehzahl und gegensinnig gedreht werden, beträgt das Drehzahlverhältnis zwischen der Drehzahl des einen Reibpartners und der Drehzahl des anderen Reibpartners bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ermittlung des Schleppmoments einer schnelldrehenden Reibkupplung mindestens 95 zu 5. Man kann hier auch davon sprechen, dass das Drehzahlverhältnis zwischen dem Betrag der Drehzahl des einen Reibpartners und dem Beitrag der Drehzahl des anderen Reibpartners mindestens 95 zu 5 beträgt. So kann die Drehzahl des einen Reibpartners beispielsweise mindestens 9500 1/min betragen, während die Drehzahl des anderen, gegensinnig rotierenden oder drehenden Reibpartners 500 1/min oder weniger betragen kann.
Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist demzufolge darin zu sehen, dass einerseits eine Relativdrehzahl von mindestens 10000 1/min zwischen den Reibpartnern und andererseits ein besonders hohes Drehzahlverhältnis zwischen den Drehzahlen der Reibpartner erzeugt wird, das deutlich von den üblichen Drehzahlverhältnissen 1:1 abweicht. Dank der zuvor beschriebenen Auswahl der Relativdrehzahl in Kombination mit der Auswahl des Drehzahlverhältnisses zwischen den Drehzahlen der Reibpartner konnte erstmalig ein sprunghafter Anstieg des Schleppmoments in einem Relativdrehzahlbereich oberhalb von 10000 1/min ermittelt werden, was bei den eingangs beschriebenen Verfahren zur Ermittlung des Schleppmoments bei schnelldrehenden Reibkupplungen nicht der Fall war. Mithin ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren erstmalig eine präzise Ermittlung des Schleppmoments einer schnelldrehenden Reibkupplung, so dass der Fachmann eine Einschätzung, inwieweit die jeweilige Reibkupplung beim späteren Einsatz zu einem schleppmomentbedingten Leistungsverlust führt, wesentlich genauer vornehmen kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt die Relativdrehzahl zwischen den Reibpartnern zumindest zeitweise mindestens 12000 1/min, mindestens 14000 1/min, mindestens 16000 1/min oder mindestens 18000 1/min. Es hat sich gezeigt, dass der sprunghafte Schleppmomentanstieg bei entsprechend gewählter Relativdrehzahl besonders einfach und deutlich erfasst werden kann, wobei dieser Vorteil bei den höheren genannten Relativdrehzahlen am ausgeprägtesten ist. Es ist bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens jedoch bevorzugt, wenn die Relativdrehzahl 19000 1/min nicht überschreitet.
Um den zuvor erwähnten Anstieg des Schleppmoments im Bereich hoher Relativdrehzahlen besonders deutlich erfassen zu können, beträgt das Drehzahlverhältnis zwischen der Drehzahl des einen Reibpartners und der Drehzahl des anderen Reibpartners in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mindestens 97 zu 3, vorzugsweise mindestens 99 zu 1.
Sollte die Relativdrehung zwischen den Reibpartnern dadurch entstehen, dass sowohl der eine als auch der andere Reibpartner gedreht bzw. rotiert wird, so werden die Reibpartner in einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gegensinnig gedreht oder rotiert. Bei dieser Ausführungsform kann die gewünscht hohe Relativdrehzahl somit schneller eingestellt bzw. erreicht werden als dies bei gleichsinnig gedrehten Reibpartnern der Fall ist.
Während bei der vorstehend genannten Ausführungsform beide Reibpartner gedreht, rotiert bzw. angetrieben werden, wird einer der Reibpartner in einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht gedreht, rotiert oder angetrieben. Mit anderen Worten kann dieser Reibpartner bereits feststehend angeordnet werden oder/und festgestellt werden, um eine Drehung desselben zu unterbinden. Hierdurch konnte der Anstieg des Schleppmoments im Bereich der hohen Relativdrehzahlen besonders präzise ermittelt werden. Dies ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass durch den Verzicht auf einen weiteren angetriebenen bzw. gedrehten Reibpartner eine Störungsquelle bei der Messung des zwischen den Reibpartnern übertragenen Schleppmoments entfällt.
Um eine besonders genaue Ermittlung des Schleppmoments und insbesondere eine präzise Ermittlung des Schleppmomentanstiegs im Bereich der hohen Relativdrehzahlen zu ermöglichen, wird zumindest der eine Reibpartner in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Hilfe eines Direktantriebes in Drehung versetzt. Indem ein Direktantrieb zur Drehung zumindest des einen Reibpartners zum Einsatz kommt, können die Störeinflüsse eines Getriebes zur Übersetzung eliminiert werden, zumal bei einem Direktantrieb kein Getriebe zwischen dem Antrieb und dem Abtrieb zum Einsatz kommt. Bei dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, wenn der Direktantrieb einen Elektromotor aufweist. Besonders bevorzugt ist der Elektromotor als Asynchronmotor ausgebildet, um die eingangs genannten hohen Relativdrehzahlen zwischen den Reibpartnern sicher erzielen zu können. Der Rotor des Asynchronmotors ist dabei vorzugsweise als Kurzschluss- oder Käfigläufer ausgebildet, der fest mit der Arbeitsspindel des Direktantriebs verbunden ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist der Direktantrieb eine Arbeitsspindel auf, die – wie bereits zuvor erwähnt – ohne ein zwischengeschaltetes Getriebe zur Übersetzung von dem Motor angetrieben wird. Die Arbeitsspindel wird über Wälzlager gelagert, um eine besonders exakte Positionierung der Arbeitsspindel selbst bei hohen Drehzahlen derselben zu ermöglichen, wobei die Lagerung vorzugsweise ausschließlich über Wälzlager erfolgt, um diesen Effekt noch zu verstärken. Hierbei hat es sich auch als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Wälzlager als Kugellager, vorzugsweise als Schrägkugellager, ausgebildet sind. Grundsätzlich könnte die Schmierung und Kühlung der Wälzlager durch ein übliches Schmierfett erfolgen. Um jedoch einen Verschleiß an den Wälzlagern und eine Erhöhung der Temperatur im Bereich der Wälzlager sicher ausschließen zu können und somit ein genaueres Ergebnis bei der Ermittlung des Schleppmoments zu gewährleisten, werden die Wälzlager bei dieser Ausführungsform durch einen Sprühnebel gekühlt oder/und geschmiert. Dieser Sprühnebel wird vorzugsweise von einem Öl-Luft-Gemisch gebildet. So ist es beispielsweise bevorzugt, wenn die Wälzlager durch einen Luftstrom gekühlt oder/und geschmiert werden, dem relativ kleine Mengen eines Öles mit hoher Viskosität, vorzugsweise dauerhaft, beigefügt werden. Es hat sich ferner herausgestellt, dass das Verfahren zu besonders genauen Ergebnissen führt, wenn die Wälzlager für eine Nenndrehzahl zwischen 17500 und 18500 1/min optimiert sind, wie dies in einer weiteren bevorzugten Variante dieser Ausführungsform der Fall ist.
Die Verwendung eines Direktantriebs, um zumindest einen der Reibpartner in Drehung zu versetzen, hat zur Folge, dass es zu einer starken Überhitzung des Antriebes bei den relativ hohen Drehzahlen kommen kann. Um dadurch das Ergebnis der Ermittlung des Schleppmoments nicht nachteilig zu beeinflussen, wird der Direktantrieb in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gekühlt, wobei dem Direktantrieb vorzugsweise ein Kühlmantel zugeordnet ist, der von einem Kühlmittel durchströmt wird. Bei dieser Ausführungsform ist es ferner bevorzugt, wenn die Kühlung des Direktantriebs darin besteht, dass der Stator des Elektromotors gekühlt wird, zumal dies in relativ einfacher Weise möglich ist. Bei dieser Ausführungsform hat es sich ferner gezeigt, dass die Kühlung dann besonders wirkungsvoll ist, wenn das Kühlmittel zumindest zu 97% von Wasser gebildet ist, während die Kühlmittelzusätze 3% oder weniger betragen, wobei es sich hierbei um Gewichtsprozentangaben handelt. Es ist darüber hinaus bevorzugt, wenn das Kühlmittel unter einem Druck von 2 bis 3 bar steht oder/und eine Kühlmitteltemperatur von 15 bis 35°C, vorzugsweise 20 bis 30°C, aufweist, zumal dies nicht nur einen positiven Effekt auf die Kühlung, sondern auch auf die Messergebnisse im Rahmen der Ermittlung des Schleppmoments hat.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Messung des Schleppmoments innerhalb eines Messzeitraums durchgeführt, in dessen Anfangsphase die Relativdrehzahl bis zu einer vorbestimmten Zieldrehzahl erhöht wird und in dessen Schlussphase die Relativdrehzahl verringert wird. Hierdurch kann nicht nur der Verlauf des Schleppmoments bei Erhöhung und Verringerung der Relativdrehzahl ermittelt werden, es hat sich vielmehr auch gezeigt, dass durch eine derartige Messung eine besonders genaue Ermittlung des Schleppmomentanstiegs im Bereich der hohen Relativdrehzahlen möglich ist. Hierbei kann die vorbestimmte Zieldrehzahl größer als die zuvor erwähnten Mindestdrehzahlen sein, also beispielsweise größer als 10000, 12000, 14000, 16000 oder 18000 1/min. Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es ferner bevorzugt, wenn die Relativdrehzahl in der Anfangsphase linear erhöht wird und in der Schlussphase linear verringert wird, wobei hier auch von jeweils einem konstanten Drehzahlgradienten in der Anfangs- und Schlussphase des Messzeitraums gesprochen werden kann. Darüber hinaus ist es bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt, wenn die Relativdrehzahl in der Anfangsphase ausgehend von 0 1/min, also aus dem Stand, erhöht wird, während die Relativdrehzahl in der Schlussphase des Messzeitraums bis auf 0 1/min verringert wird. Eine weitere Verbesserung hinsichtlich der Genauigkeit der Ermittlung des Schleppmoments konnte bei dieser Ausführungsform dadurch erzielt werden, dass vorzugsweise eine Zwischenphase zwischen der Anfangs- und Schlussphase des Messzeitraums vorgesehen ist, in der die Relativdrehzahl auf der vorbestimmten Zieldrehzahl gehalten wird. Hierbei haben sich relativ kurze Zwischenphasen als sinnvoll bzw. vorteilhaft herausgestellt, so dass es bei dieser Ausführungsform ferner besonders bevorzugt ist, wenn die Zwischenphase maximal 15%, maximal 10% oder maximal 5% des Messzeitraumes beträgt. Trotz der Vorteile einer relativ kurzen Zwischenphase hat es sich jedoch gezeigt, dass die Zwischenphase nicht kürzer als 1% des Messzeitraumes sein sollte, um besonders genaue Ermittlungen des Schleppmomentanstiegs zu ermöglichen, wie dies weiterhin bei der vorliegenden Ausführungsform bevorzugt ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das in einer Taumelphase des Messzeitraums gemessene Schleppmoment mit einem vorbestimmten Schleppmomentgrenzwert verglichen, wobei die Taumelphase jeweils einen Teil der Anfangs- und Schlussphase oder die Zwischenphase, vorzugsweise auch einen Teil der Anfangs- oder/und Schlussphase, des Messzeitraums umfasst. Die Taumelphase wird hier als solche bezeichnet, da davon ausgegangen wird, dass der Schleppmomentanstieg bei den hohen Relativdrehzahlen auf ein Taumeln der Reibpartner, insbesondere auf ein Taumeln der als Lamellen ausgebildeten Reibpartner, zurückzuführen ist. Indem der Fachmann auch in dieser Taumelphase einen vorbestimmten Schleppmomentgrenzwert vorgibt, der mit dem in der Taumelphase gemessenen Schleppmoment verglichen wird, können Reibkupplungen, deren Schleppmoment im Bereich hoher Relativdrehzahlen den vorbestimmten Schleppmomentgrenzwert überschreiten, entweder aussortiert oder nachbearbeitet werden, um spätere Probleme beim Einsatz der Reibkupplung zu vermeiden. In einer besonders bevorzugten Variante dieser Ausführungsform ist dieser vorbestimmte Schleppmomentgrenzwert so groß wie oder größer als ein weiterer Schleppmomentgrenzwert, der für eine der Taumelphase unmittelbar vorangehende oder der Taumelphase unmittelbar folgende Phase des Messzeitraums vorbestimmt ist. Dies bedeutet, dass für den hohen Relativdrehzahlbereich entweder die gleichen Bedingungen wie für den Relativdrehzahlbereich mit geringen Relativdrehzahlen gelten sollen oder das man für den Bereich besonders hoher Relativdrehzahlen ein größeres Schleppmoment zulässt. Letzteres wäre dann von Vorteil, wenn die hohen Relativdrehzahlen im Einsatz der Reibkupplung relativ selten erreicht werden. Es ist jedoch bevorzugt, wenn die beiden genannten Schleppmomentgrenzwerte einander entsprechen.
Der erfindungsgemäße Prüfstand dient der Ermittlung des Schleppmoments einer Reibkupplung, die ein- und ausgangsseitige Reibpartner aufweist. Auch bei dem erfindungsgemäßen Prüfstand sind die ein- und ausgangsseitigen Reibpartner vorzugsweise als Lamellenpakete mit jeweils einer oder mehreren Lamellen ausgebildet, so dass die Reibkupplung auch als Lamellenkupplung bezeichnet werden kann. Darüber hinaus ist die Reibkupplung vorzugsweise als nasslaufende oder/und schaltbare Reibkupplung ausgebildet. So weist der Prüfstand eine erste Aufnahmeeinrichtung auf, die drehfest mit dem einen Reibpartner verbunden werden kann. Darüber hinaus weist der Prüfstand eine zweite Aufnahmeeinrichtung auf, die drehfest mit dem anderen Reibpartner verbunden werden kann. Hierbei muss die jeweilige Aufnahmeeinrichtung nicht zwangsläufig unmittelbar drehfest mit dem zugehörigen Reibpartner verbindbar sein. Es ist vielmehr ebenso möglich und gegebenenfalls vorteilhaft, wenn die jeweilige Aufnahmeeinrichtung drehfest mit einem anderen Bauteil der Reibkupplung verbindbar ist, das seinerseits wiederum drehfest mit dem zugehörigen Reibpartner verbunden ist. Bei einem solchen Bauteil kann es sich beispielsweise um die Ein- oder Ausgangsseite eines Lamellenträgers handeln, der wiederum drehfest mit dem Reibpartner in Form der Lamellen verbunden ist. Im einfachsten Fall sind die Reibpartner unmittelbar mit der jeweiligen Aufnahmeeinrichtung verbunden, indem die jeweilige Aufnahmeeinrichtung beispielsweise in der Art eines Lamellenträgers ausgebildet ist, mit dem die zugehörigen Reibpartner, die beispielsweise von Lamellen gebildet werden, drehfest verbindbar sind. Es ist ferner eine Antriebseinrichtung vorgesehen, die dem Antreiben des Prüfstandes dient. Darüber hinaus ist eine Messeinrichtung zur Messung des zwischen den Reibpartnern übertragenen Schleppmoments vorgesehen. Bei dieser Messeinrichtung kann es sich um die üblicherweise verwendeten Messeinrichtungen zur Erfassung eines übertragenen Drehmoments handeln. So weist die Messeinrichtung vorzugsweise einen Hebelarm auf, der das Schleppmoment aufnimmt und mit einer Kraftmessdose zusammenwirkt, um das Schleppmoment messen zu können. Die Reibkupplung ist derart ausgebildet, dass zwischen den Reibpartnern in einer Öffnungsposition der Reibkupplung ein Lüftspiel ausgebildet ist. Die Antriebseinrichtung ist wiederum derart ausgebildet, dass die erste und zweite Aufnahmeeinrichtung mit einer Relativdrehzahl relativ zueinander gedreht werden können, die zumindest zeitweise mindestens 10000 1/min beträgt. Hinsichtlich der Bedeutung der Relativdrehzahl sei auf die vorangehende Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen, die bei dem erfindungsgemäßen Prüfstand entsprechend gilt. Bei dem Prüfstand ist es bevorzugt, wenn die Antriebseinrichtung derart ausgebildet ist, dass die erste und zweite Aufnahmeeinrichtung mit einer Relativdrehzahl relativ zueinander gedreht werden können, die zumindest zeitweise mindestens 12000 oder mindestens 14000 1/min, besonders bevorzugt mindestens 16000 oder mindestens 18000 1/min, beträgt. Die zuvor erwähnte Antriebseinrichtung wirkt derart mit den Aufnahmeeinrichtungen zusammen, dass das Drehzahlverhältnis zwischen der Drehzahl des einen Reibpartners und der Drehzahl des anderen Reibpartners mindestens 95 zu 5, vorzugsweise mindestens 97 zu 3, besonders bevorzugt mindestens 99 zu 1, beträgt. Hinsichtlich der Vorteile des erfindungsgemäßen Prüfstands sei auf die unter Bezugnahme auf das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Vorteile verwiesen, die hier entsprechend gelten.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Prüfstandes können die Aufnahmeeinrichtungen durch die Antriebseinrichtung gegensinnig zueinander gedreht werden. Bei dieser Ausführungsform werden folglich beide Aufnahmeeinrichtungen gedreht.
In einer alternativen Ausführungsform zu der vorangehend beschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Prüfstandes ist die andere der beiden Aufnahmeeinrichtungen feststellbar, feststehend oder/und nicht drehbar ausgebildet. Mit anderen Worten ist dieser Prüfstand derart ausgebildet, dass nur die eine Aufnahmeeinrichtung gedreht oder angetrieben wird, während die andere Aufnahmeeinrichtung festgestellt, feststehend oder/und nicht drehbar ist. Diese Ausführungsform ermöglicht eine besonders genaue Ermittlung des Schleppmoments der Reibkupplung, zumal der Störeinfluss einer weiteren rotierbaren Aufnahmeeinrichtung beseitigt ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Prüfstandes ist die Antriebseinrichtung als Direktantrieb ausgebildet. Mit anderen Worten entfallen Übersetzungsgetriebe zwischen dem Antrieb einerseits und dem Abtrieb andererseits, so dass die Antriebseinrichtung eine hohe Steifigkeit aufweist und spielfrei arbeiten kann, was eine besonders präzise Ermittlung des Schleppmoments der Reibkupplung ermöglicht, zumal hierdurch weitere Störeinflüsse auf die Messung entfallen. Bei dieser Ausführungsform ist es ferner bevorzugt, wenn der Direktantrieb einen Elektromotor, besonders bevorzugt ein Asynchronmotor, aufweist. Bei der Verwendung eines Asynchronmotors hat es sich ferner als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Rotor des Asynchronmotors als Kurzschluss- oder Käfigläufer ausgebildet ist, der drehfest mit einer Arbeitsspindel der Antriebseinrichtung verbunden ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Prüfstandes weist der Direktantrieb eine drehfest mit einer der Aufnahmeeinrichtungen verbundene Arbeitsspindel auf. Der Begriff der Arbeitsspindel macht hierbei deutlich, dass auch zwischen der Spindel und der Aufnahmeeinrichtung eine 1:1-Übersetzung besteht, ohne dass ein Übersetzungsgetriebe zur Veränderung der Drehzahl zwischen der Arbeitsspindel und der Aufnahmeeinrichtung angeordnet wäre. Auf diese Weise sind auch Störeinflüsse beseitigt, die auf ein Spiel zwischen der Arbeitsspindel und der Aufnahmeeinrichtung zurückzuführen wären, wodurch eine noch genauere Ermittlung des Schleppmoments der Reibkupplung mit Hilfe des Prüfstandes möglich ist. Um dabei die Arbeitsspindel und somit auch die zugehörige Aufnahmeeinrichtung besonders exakt zu positionieren, ist die Arbeitsspindel über Wälzlager gelagert, wobei die Lagerung der Arbeitsspindel vorzugsweise ausschließlich über die genannten Wälzlager erfolgt. Bei den Wälzlagern handelt es sich vorzugsweise um Kugellager, besonders bevorzugt um Schrägkugellager. Um das Messergebnis bei der Ermittlung des Schleppmoments nicht durch unzureichend geschmierte und gekühlte Wälzlager zu verfälschen, sind die Wälzlager bei dieser Ausführungsform vorzugsweise durch einen Sprühnebel kühlbar oder/und schmierbar, der vorzugsweise von einem Öl-Luft-Gemisch gebildet wird. Letzterer hat sich als wesentlich effektiver als eine reine Fettschmierung erwiesen, so dass auch eine genauere Ermittlung des Schleppmoments der Reibkupplung möglich ist. In diesem Zusammenhang hat sich eine Einrichtung als vorteilhaft erwiesen, die einen Luftstrom erzeugt, dem in einer Mischkammer Öl zudosiert wird, wobei das somit erzeugte Öl-Luft-Gemisch dem jeweiligen Wälzlager über eine entsprechende Leitung zugeführt wird. Bei dieser Ausführungsform ist es ferner besonders bevorzugt, wenn die Wälzlager für eine Nenndrehzahl zwischen 17500 und 18500 1/min optimiert sind.
Um zu vermeiden, dass die durch den Direktantrieb erzeugte Wärme die Ermittlung des Schleppmoments der Reibkupplung verfälscht bzw. beeinflusst, ist dem Direktantrieb in einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Prüfstandes ein Kühlmantel zugeordnet, der von einem Kühlmittel durchströmt werden kann. Sollte der Direktantrieb einen Elektromotor aufweisen, so ist dieser Kühlmantel vorzugsweise dem Stator des Elektromotors zugeordnet. Auf diese Weise kann eine einfache und effektive Kühlung bewirkt werden, die zu einer Verbesserung der Messergebnisse beiträgt. Bei dieser Ausführungsform ist es weiterhin bevorzugt, wenn eine Kühlmittelversorgungseinrichtung vorgesehen ist, wobei es besonders bevorzugt ist, wenn der Kühlmitteldruck oder/und die Kühlmitteltemperatur einstellbar ist, um den für die Messung des Schleppmoments sinnvollsten Wert für den Kühlmitteldruck oder/und die Kühlmitteltemperatur wählen zu können. Wie bereits zuvor unter Bezugnahme auf das erfindungsgemäße Verfahren angedeutet, sollte der Kühlmitteldruck in einem Bereich von 2 bis 3 bar und die Kühlmitteltemperatur in einem Bereich von 15 bis 35°C, vorzugsweise 20 bis 30°C, einstellbar sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Prüfstandes ist eine Stelleinrichtung vorgesehen, mittels derer das Lüftspiel zwischen den ein- und ausgangsseitigen Reibpartnern eingestellt werden kann. Auf diese Weise kann auch der Einfluss der Größe des Lüftspiels auf das Schleppmoment ermittelt werden. Hierbei ist es bevorzugt, wenn die Stelleinrichtung, vorzugsweise ausschließlich, als Teil des Prüfstandes und nicht als Teil der Reibkupplung ausgebildet ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Prüfstandes ist ferner eine Schmiermittelversorgungseinrichtung zur Schmierung der Reibpartner vorgesehen, wobei das Schmiermittel hier selbstverständlich gleichermaßen eine Kühlung bewirken kann bzw. soll. Bei dieser Ausführungsform ist es ferner bevorzugt, wenn der Schmiermitteldurchfluss oder/und die Schmiermitteltemperatur einstellbar ist, um auch den Einfluss dieser Variablen auf das ermittelte Schleppmoment bzw. den ermittelten Schleppmomentverlauf erfassen zu können. Die Schmiermittelversorgungseinrichtung kann bei dieser Ausführungsform beispielsweise eine Sprühnebel- oder Tauchschmierung bewirken, wenngleich die Sprühnebelschmierung hierbei bevorzugt ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer beispielhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Prüfstandes zur Durchführung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in teilweise geschnittener und schematisierter Darstellung und
2 ein mit Hilfe einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens oder Prüfstandes ermittelter Schleppmomentverlauf einer Reibkupplung über der Zeit in Abhängigkeit von der Relativdrehzahl zwischen den Reibpartnern der Reibkupplung.
1 zeigt eine Seitenansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Prüfstandes 2 zur Durchführung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, das der Ermittlung des Schleppmoments bzw. des Schleppmomentverlaufs einer Reibkupplung 4 dient. Die Drehachse 6 des Prüfstandes 2 erstreckt sich in die einander entgegengesetzten axialen Richtungen 8, 10, wobei in 1 ferner die einander entgegengesetzten radialen Richtungen 12, 14 und die einander entgegengesetzten Umfangsrichtungen 16, 18 des Prüfstandes 2 anhand entsprechender Pfeile angedeutet sind. Darüber hinaus sind in 1 die einander entgegengesetzten Höhenrichtungen 20, 22 des Prüfstandes 2 anhand entsprechender Pfeile angedeutet.
Die zuvor erwähnte Reibkupplung 4, deren Schleppmoment ermittelt werden soll, weist einen eingangsseitigen Reibpartner 24 und einen ausgangsseitigen Reibpartner 26 auf. Hierbei wird der eingangsseitige Reibpartner 24 von einem Lamellenpaket 28 gebildet, das aus mehreren Lamellen 30 besteht, während der ausgangsseitige Reibpartner 26 von einem Lamellenpaket 32 gebildet wird, das aus mehreren Lamellen 34 besteht. Die einzelnen Lamellen 30, 34 der Lamellenpakete 28, 32 sind wechselweise in axialer Richtung 8 bzw. 10 hintereinander angeordnet, wobei die Lamellen 30 im vorliegenden Beispiel als Innenlamellen ausgebildet sind, während die Lamellen 34 als Außenlamellen ausgebildet sind. Mit anderen Worten ist die Reibkupplung 4 in der dargestellten Ausführung als Lamellenkupplung ausgebildet. Darüber hinaus ist die Reibkupplung 4 als nasslaufende Reibkupplung ausgebildet, die über eine später näher beschriebene Schmiermittelversorgungseinrichtung geschmiert bzw. gekühlt wird. Überdies ist die Reibkupplung 4 eine schaltbare Reibkupplung, d. h., diese kann von der in 1 gezeigten Öffnungsposition, in der zwischen den einander benachbarten Lamellen 30, 34 in axialer Richtung 8, 10 ein Lüftspiel ausgebildet ist, in eine Schließposition überführt werden, in der die einander benachbarten Lamellen 30, 34 in axialer Richtung 8, 10 aneinander angrenzen, um einen Reibeingriff zu erzielen.
Der Prüfstand 2 weist eine erste Aufnahmeeinrichtung 36 und eine zweite Aufnahmeeinrichtung 38 auf. Die erste Aufnahmeeinrichtung 36 ist dabei in der Art eines Innenlamellenträgers ausgebildet, um die Lamellen 30 des Lamellenpakets 28 drehfest aufnehmen zu können, d. h., der eingangsseitige Reibpartner 24 kann drehfest mit der ersten Aufnahmeeinrichtung 36 verbunden werden, wobei diese Verbindung hier über eine entsprechende Außen- bzw. Innenverzahnung erfolgt. In entsprechender Weise ist die zweite Aufnahmeeinrichtung 38 in der Art eines Außenlamellenträgers ausgebildet, der die Lamellen 34 des Lamellenpakets 32 drehfest aufnehmen kann, d. h., der ausgangsseitige Reibpartner 26 kann drehfest mit der zweiten Aufnahmeeinrichtung 38 verbunden werden, wobei auch. dies über entsprechende Verzahnungen auf beiden Seiten erfolgt, wie dies der 1 entnommen werden kann.
Der ersten Aufnahmeeinrichtung 36 ist eine Antriebseinrichtung 40 zugeordnet. Die Antriebseinrichtung 40 ist über ein Tragteil 42 sicher in Höhenrichtung 22 an der Basis 44 des Prüfstandes 2 abgestützt. Dabei ist die Antriebseinrichtung 40 als Direktantrieb ausgebildet, wobei der Direktantrieb einen Elektromotor 46 aufweist, der als Asynchronmotor 48 ausgebildet ist. So weist der Elektro- bzw. Asynchronmotor 46 bzw. 48 einen Stator 50 und einen Rotor 52 auf, wobei der Rotor 52 im vorliegenden Beispiel als Käfigläufer ausgebildet ist, der drehfest mit einer sich entlang der Drehachse 6 erstreckenden Arbeitsspindel 54 der Antriebseinrichtung 40 verbunden ist. Dem Direktantrieb, genauer gesagt dem Stator 50 des Elektromotors 46, ist ein Kühlmantel 56 zugeordnet, der den Stator 50 in radialer Richtung 12 außen und in Umfangsrichtung 16, 18 umschließt, wobei der Kühlmantel 56 von einem Kühlmittel durchströmt werden kann. Zu diesem Zweck ist eine Kühlmittelversorgungseinrichtung 58 innerhalb der Basis 44 des Prüfstandes 2 vorgesehen, die über eine lediglich schematisch angedeutete Leitung 60 das Kühlmittel in den Kühlmantel 56 fördert. Dabei ist die Kühlmittelversorgungseinrichtung 58 derart ausgebildet, dass sowohl der Kühlmitteldruck als auch die Kühlmitteltemperatur eingestellt werden können.
Die Arbeitsspindel 54 der Antriebseinrichtung 40 ist, vorzugsweise ausschließlich, über Wälzlager 62 gelagert, wobei der Rotor 52 in axialer Richtung 8, 10 zwischen zwei Wälzlagergruppen aus Wälzlagern 62 drehfest mit der Arbeitsspindel 54 verbunden ist. Die Wälzlager 62 sind dabei vorzugsweise als Kugellager, besonders bevorzugt als Schrägkugellager, ausgebildet. Um eine ausreichende Schmierung und Kühlung der Wälzlager 62 zu garantieren, werden diese durch einen Sprühnebel gekühlt und geschmiert, der von einem Öl-Luft-Gemisch gebildet ist. Zu diesem Zweck ist eine Sprühnebelerzeugungseinrichtung 64 in der Basis 44 des Prüfstandes 2 vorgesehen, die einen Luftstrom erzeugt, dem kleine Mengen Öl zudosiert werden, um einen Sprühnebel zu erzeugen, wobei dieser Sprühnebel vorzugsweise durch eine Mischkammer innerhalb der Sprühnebelerzeugungseinrichtung 64 geführt wird. Im Anschluss daran kann der Sprühnebel über entsprechende Leitungen 66, die in 1 lediglich gestrichelt angedeutet sind, zu den Wälzlagern 62 geführt werden. Die Wälzlager 62 selbst sind vorzugsweise für Nenndrehzahlen zwischen 17500 und 18500 1/min optimiert.
An ihrem in axiale Richtung 8 weisenden Ende ist die Arbeitsspindel 54 drehfest mit der ersten Aufnahmeeinrichtung 36 verbunden, wobei bereits aus der Verwendung des Begriffs Arbeitsspindel 54 hervorgeht, dass kein der Übersetzung dienendes Getriebe zwischen der Arbeitsspindel 54 und der ersten Aufnahmeeinrichtung 36 vorgesehen ist, vielmehr wird auch hier das Moment bzw. die Drehzahl 1 zu 1 übertragen.
Die Reibkupplung 4 ist in einem Arbeitsraum 68 zusammen mit der ersten und zweiten Aufnahmeeinrichtung 36, 38 angeordnet, wobei dieser Arbeitstraum 68 in axialer Richtung 10 durch einen Flanschabschnitt 70, in radialer Richtung 12 nach außen durch einen rohrförmigen Abschnitt 72 und in axialer Richtung 8 durch einen Deckel 74 zumindest teilweise begrenzt ist. Die zweite Aufnahmeeinrichtung 38 ist drehfest mit dem Flanschabschnitt 70 verbunden, während der rohrförmige Abschnitt 72 drehfest mit dem Flanschabschnitt 70 verbunden ist. Der Deckel 74 ist hingegen in axialer Richtung 8, 10 verstellbar an dem rohrförmigen Abschnitt 72 befestigt, wobei die Reibpartner 24, 26 in axialer Richtung 8, 10 zwischen dem Deckel 74 einerseits und dem Flanschabschnitt 70 andererseits angeordnet sind. Wird nun der Deckel 74 weiter in axialer Richtung 10 verschoben, so bewirkt dies eine Verringerung des Lüftspiels zwischen den Reibpartnern 24, 26. Wird der Deckel 74 hingegen in axialer Richtung 8 verschoben, so vergrößert sich das Lüftspiel zwischen den genannten Reibpartnern 24, 26. Mit anderen Worten bildet der in axiale Richtung 8, 10 verstellbare Deckel 74 eine Stelleinrichtung aus, mittels derer das Lüftspiel zwischen den Reibpartnern 24, 26 eingestellt werden kann.
An dem Flanschabschnitt 70 ist ferner eine Abdeckung 76 lösbar befestigt, die den Arbeitsraum 68 bzw. den Arbeitsbereich abdeckt. Um die Reibpartner 24, 26 zu schmieren bzw. zu kühlen, wie dies bei einer nasslaufenden Reibkupplung 4 der Fall ist, ist ferner eine Schmiermittelversorgungseinrichtung 78 vorgesehen, die ein Schmiermittel über eine Leitung 80 in den Arbeitsraum 68 einführt. Dabei ist die Schmiermittelversorgungseinrichtung 78 vorzugsweise derart ausgebildet, dass der Schmiermitteldurchfluss und die Schmiermitteltemperatur einstellbar sind. Des Weiteren ist die Schmiermittelversorgungseinrichtung 78 derart ausgebildet, dass eine Sprühnebelschmierung erfolgt, wenngleich es ebenso möglich wäre, hier eine Tauchschmierung für die Reibpartner 24, 26 vorzusehen. Das abfließende Schmiermittel kann über einen Auslass 82 in der Abdeckung 76 zu der Schmiermittelversorgungseinrichtung 78 zurückgeführt werden.
Der Flanschabschnitt 70 ist als Teil eines feststehenden Gehäuses 84 des Prüfstandes 2 ausgebildet. Wenngleich dieses Gehäuse 84 über Wälzlager 86 und 88 an dem Tragteil 42 einerseits und einem weiteren Tragteil 90 andererseits abgestützt ist, so ist es dennoch nicht um die Drehachse 6 drehbar. Die zuvor erwähnten Wälzlager 86, 88 ermöglichen lediglich eine minimale Winkelauslenkung, um das auf die erste Aufnahmeeinrichtung 36 übertragene Schleppmoment erfassen zu können. Mit anderen Worten ist die erste Aufnahmeeinrichtung 36 feststellbar, feststehend oder/und nicht drehbar ausgebildet. Um das zuvor erwähnte, auf den Flanschabschnitt 70 wirkende Schleppmoment erfassen zu können, ist eine Messeinrichtung 92 vorgesehen, die der Messung des zwischen den Reibpartnern 24, 26 übertragenen Schleppmoments dient. Bei der Messeinrichtung 92 kann es sich um jedwede aus dem Stand der Technik bekannte Messeinrichtung zur Erfassung eines Dreh- bzw. Schleppmoments handeln. Im vorliegenden Beispiel setzt sich die Messeinrichtung 92 im Wesentlichen aus einem in radialer Richtung 12 von dem Flanschabschnitt 70 hervorstehenden Arm 94 und einer Kraftmessdose 96 zusammen, wobei letztere die von dem Arm 94 auf die Kraftmessdose 96 in Umfangsrichtung 16 oder 18 ausgeübte Kraft zu messen vermag, um daraus das zwischen den Reibpartnern 24, 26 übertragene Schleppmoment zu berechnen.
Die Antriebseinrichtung 40 in Form des Direktantriebs ist derart ausgebildet, dass die erste und zweite Aufnahmeeinrichtung 36, 38 in der Öffnungsposition der Reibkupplung 4, wie sie in 1 gezeigt ist, mit einer Relativdrehzahl relativ zueinander um die Drehachse 6 in Umfangsrichtung 16, 18 drehbar sind, die zumindest zeitweise mindestens 10000 1/min, vorzugsweise mindestens 12000 oder mindestens 14000 1/min, besonders bevorzugt mindestens 16000 oder mindestens 18000 1/min, beträgt. Die Antriebseinrichtung 40 in Form des Direktantriebs wirkt ferner derart mit den Aufnahmeeinrichtungen 36, 38. zusammen, dass das Drehzahlverhältnis zwischen der Drehzahl des eingangsseitigen Reibpartners 24 und der Drehzahl des ausgangsseitig Reibpartners 26 mindestens 95 zu 5, vorzugsweise mindestens 97 zu 3, besonders bevorzugt mindestens 99 zu 1, beträgt. In der dargestellten Ausführungsform nach 1 ist dies noch auf die Spitze getrieben, indem ausschließlich der eingangsseitige Reibpartner 24 angetrieben bzw. gedreht wird, während der ausgangsseitige Reibpartner 26 nicht gedreht bzw. angetrieben wird, zumal die zweite Aufnahmeeinrichtung 38 in der dargestellten Ausführungsform zusammen mit dem Flanschabschnitt 70 des Gehäuses 84 feststellbar, feststehend oder/und nicht drehbar ist.
Sollte abweichend von der Ausführungsform nach 1 ein Prüfstand 2 verwendet werden, bei dem auch die zweite Aufnahmeeinrichtung 38 angetrieben bzw. gedreht wird, so sind die zuvor erwähnten Drehzahlverhältnisse einzuhalten, wobei die Aufnahmeeinrichtung 36, 38 in diesem Fall derart ausgebildet sein sollten, dass diese gegensinnig zueinander drehbar sind, also in die einander entgegengesetzten Umfangsrichtungen 16 und 18, und der zweiten Aufnahmeeinrichtung 38 eine eigene Antriebseinrichtung zugeordnet sein sollte, die separat von der Antriebseinrichtung 40 und ebenfalls als Direktantrieb ausgebildet ist, wobei ein solcher Direktantrieb ebenfalls die zuvor erwähnten Merkmale der Antriebseinrichtung 40 aufweisen sollte.
Nachstehend wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Bezugnahme auf die 1 und 2 näher beschrieben, wobei diese Ausführungsform des Verfahrens unter Verwendung des Prüfstandes 2 aus 1 erfolgt. In 2 ist auf der X-Achse die Zeit t aufgetragen, während auf der ersten Y-Achse das zwischen den Reibpartnern 24, 26 übertragene Schleppmoment s und auf der zweiten Y-Achse die Relativdrehzahl r zwischen den Reibpartnern 24, 26 aufgetragen ist. In 2 zeigt die gestrichelte Linie 98 den Verlauf der Relativdrehzahl r, während die Kurve 100 den Schleppmomentverlauf zeigt. Auf der ersten Y-Achse sind ferner drei Schleppmomentgrenzwerte S1, S2 und S3 angedeutet, während auf der zweiten Y-Achse eine vorbestimmte Zieldrehzahl r_z und eine Mindestdrehzahl r_m angedeutet sind.
Die Ermittlung des Schleppmomentverlaufs 100 erfolgt innerhalb eines Messzeitraumes vom Zeitpunkt t_a bis zum Zeitpunkt t_e, wobei der Messzeitraum in 2 mit T gekennzeichnet ist. Während der Ermittlung werden die Wälzlager 62 durch einen von der Sprühnebelerzeugungseinrichtung 64 gelieferten Sprühnebel gekühlt und geschmiert, der von dem zuvor erwähnten Öl-Luft-Gemisch gebildet ist. Darüber hinaus wird der Elektromotor 46, genauer gesagt dessen Stator 50, gekühlt, indem die Kühlmittelversorgungseinrichtung 58 Kühlmittel über die Leitung 60 durch den Kühlmantel 56 pumpt. Dabei ist das verwendete Kühlmittel besonders bevorzugt zu mindestens 97% von Wasser gebildet, während der Kühlmittelzusatz allenfalls 3% oder weniger beträgt. Das Kühlmittel wird dabei mit einem Kühlmitteldruck von 2 bis 3 bar und einer Kühlmitteltemperatur von 15 bis 35°C, vorzugsweise 20 bis 30°C, in den Kühlmantel 56 eingespeist.
Zum Zeitpunkt t_a beginnt die Antriebseinrichtung 40, die Arbeitsspindel 54 um deren Drehachse 6 zu drehen, wobei die Arbeitsspindel 54 hier aus dem Stillstand angefahren wird. Die Drehzahl der Arbeitsspindel 54 wird direkt auf die erste Aufnahmeeinrichtung 36 und somit auf den eingangsseitigen Reibpartner 24 übertragen. Da die zweite Aufnahmeeinrichtung 38 mitsamt dem ausgangsseitig Reibpartner 26 feststehend ausgebildet ist, erzeugt die in Drehung versetzte Arbeitsspindel 54 eine Relativdrehung zwischen den Reibpartnern 24, 26 in der in 1 gezeigten Öffnungsposition der Reibkupplung 4, in der zwischen den Reibpartnern 24, 26 das zuvor erwähnte Lüftspiel in axialer Richtung 8, 10 ausgebildet ist.
In der Anfangsphase T_a des Messzeitraumes T wird die Relativdrehzahl zwischen den Reibpartnern 24, 26 linear erhöht, wobei auch von einem konstanten Drehzahlgradienten gesprochen werden kann. So zeigt der Relativdrehzahlverlauf 98 in dieser Anfangsphase T_a des Messzeitraums T eine konstante Steigung. Zum Zeitpunkt t₁ übersteigt die Relativdrehzahl die Mindestdrehzahl r_m, wobei die Mindestdrehzahl r_m 10000 1/min beträgt. In weiteren vorteilhaften Ausführungsformen des Verfahrens beträgt die Mindestdrehzahl r_m 12000, 14000, 16000 oder 18000 1/min. Zum Zeitpunkt t₂, der auf den Zeitpunkt t₁ folgt, erreicht die Relativdrehzahl r die vorbestimmte Zieldrehzahl r_z, wobei die Anfangsphase T_a mit Erreichen der Zieldrehzahl r_z beendet ist und in eine Zwischenphase T_z übergeht, in der die Relativdrehzahl r zwischen den Reibpartnern 24, 26 auf dem Niveau der Zieldrehzahl r_z konstant gehalten wird. Grundsätzlich könnte die vorbestimmte Zieldrehzahl r_z auch mit der vorbestimmten Mindestdrehzahl r_m übereinstimmen.
Zum Zeitpunkt t₃, der auf den Zeitpunkt t₂ folgt, endet die Zwischenphase T_z und geht in eine Schlussphase T_s über. In der Schlussphase T_s des Messzeitraums T wird die Relativdrehzahl r linear bis auf 0 1/min zum Endzeitpunkt t_e verringert, wobei man auch hier von einem negativen, konstanten Drehzahlgradienten sprechen kann, wie dies anhand des Relativdrehzahlverlaufs 98 in 2 zu erkennen ist. Dabei sinkt die Relativdrehzahl r zum Zeitpunkt t₄ zunächst unter die Mindestdrehzahl r_m, bevor sie zum Zeitpunkt t_e auf 0 abgesunken ist. Wenngleich dies aus 2 nicht so deutlich hervorgeht, zumal diese den Versuchsablauf lediglich schematisch wiedergibt, so ist bei der Durchführung des Verfahrens darauf zu achten, dass die Zwischenphase T_z vorzugsweise maximal 15%, 10% oder 5% des Messzeitraumes T beträgt.
Wie bereits unter Bezugnahme auf den Prüfstand 2 nach 1 beschrieben, beträgt das Drehzahlverhältnis zwischen der Drehzahl des eingangsseitigen Reibpartners 24 und der Drehzahl des ausgangsseitigen Reibpartners 26 mindestens 95 zu 5, vorzugsweise mindestens 97 zu 3, besonders bevorzugt mindestens 99 zu 1, wobei das Drehzahlverhältnis in der dargestellten Ausführungsform noch wesentlich größer ist, zumal die zweite Aufnahmeeinrichtung 38 und somit der ausgangsseitige Reibpartner 26 gar nicht angetrieben bzw. gedreht wird.
Über die Schmiermittelversorgungseinrichtung 78 wird Schmiermittel in den Arbeitsraum 68 eingeführt, um die Reibpartner 24, 26 zu kühlen und zu schmieren. Dabei wird das Schmiermittel vorzugsweise als Sprühölnebel in den Arbeitsraum 68 eingebracht, wobei der Schmiermitteldurchfluss und die Schmiermitteltemperatur mit Hilfe der Schmiermittelversorgungseinrichtung 78 steuer- bzw. einstellbar sind. Dieses Schmiermittel zwischen den Reibpartnern 24 und 26 bewirkt die Übertragung eines Schleppmoments von dem eingangsseitigen Reibpartner 24 auf den ausgangsseitigen Reibpartner 26 und mithin auf die zweite Aufnahmeeinrichtung 38 und den Flanschabschnitt 70. Dies führt wiederum zu einer leichten Auslenkung des Armes 94 in einer der Umfangsrichtungen 16, 18, so dass eine Kraft in Umfangsrichtung 16 oder 18 auf die Kraftmessdose 96 ausgeübt wird. Mithin kann die Messeinrichtung 92 aus dieser Kraft die Größe des Schleppmoments s berechnen, um zu dem in 2 gezeigten Schleppmomentverlauf 100 zu gelangen. Mit anderen Worten wird während des Verfahrens das zwischen den Reibpartnern 24, 26 übertragene Schleppmoment s gemessen.
Wie aus 2 ersichtlich, steigt das Schleppmoment s unmittelbar nach dem Zeitpunkt t_a in der Anfangsphase T_a des Messzeitraums T relativ stark an. Hier wird das ermittelte Schleppmoment s mit dem ersten Schleppmomentgrenzwert s₁ verglichen. Nach diesem typischen Schleppmomentanstieg unmittelbar nach dem Beginn der Relativdrehung zwischen den Reibpartnern 24, 26 sinkt das Schleppmoment im weiteren Verlauf wieder ab, wobei das Schleppmoment s im weiteren Verlauf mit einem deutlich niedrigeren zweiten Schleppmomentgrenzwert s₂ verglichen wird.
Zum Zeitpunkt t₁ überschreitet die Relativdrehzahl r die Mindestdrehzahl r_m, so dass eine mit T_t bezeichnete Taumelphase beginnt. In dieser Taumelphase T_t, die bis zu dem Zeitpunkt t₄ andauert, zu dem die Relativdrehzahl r wieder unter die Mindestdrehzahl r_m absinkt, kann erstmalig ein plötzlicher Anstieg des Schleppmoments s festgestellt werden, der wahrscheinlich auf ein Taumeln der Lamellen 30, 34 zurückgeführt werden kann. Mit anderen Worten ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren durch die zuvor erwähnte Festlegung der Mindestdrehzahl r_m für die Relativdrehzahl r und des zuvor erwähnten Drehzahlverhältnisses zwischen der Drehzahl des eingangsseitigen Reibpartners 24 und der Drehzahl des ausgangsseitigen Reibpartners 26 erstmalig ein Erfassen dieses Phänomens.
In der Taumelphase T_t wird das Schleppmoment s mit dem dritten Schleppmomentgrenzwert s₃ verglichen, wobei der dritte Schleppmomentgrenzwert s₃ vorzugsweise dem zweiten Schleppmomentgrenzwert s₂ entspricht, jedoch auch größer als der Schleppmomentgrenzwert s₂ gewählt werden kann, wie dies in 2 angedeutet ist. Mit anderen Worten sollte der dritte Schleppmomentgrenzwert s₃ für die Taumelphase T_t so groß wie oder größer als ein Schleppmomentgrenzwert sein, der für eine der Taumelphase T_t unmittelbar vorangehende oder folgende Phase des Messzeitraums T vorbestimmt ist. Die Taumelphase T_t umfasst in jedem Fall die Zwischenphase T_z und – wie aus 2 ersichtlich – gegebenenfalls auch einen Teil der Anfangsphase T_a oder/und der Schlussphase T_s. Sollte die Zieldrehzahl r_z der Mindestdrehzahl r_m entsprechen, so würde die Taumelphase T_t auch der Zwischenphase T_z entsprechen.
Durch den Vergleich des gemessenen Schleppmoments s mit den Schleppmomentgrenzwerten s₁ bis s₃ kann ermittelt werden, ob die Schleppmomentgrenzwerte überschritten werden, wie dies beispielsweise in der Taumelphase T_t in 2 der Fall ist, in der das Schleppmoment s den dritten Schleppmomentgrenzwert s₃ überschreitet. In der Entwicklungsphase einer Reibkupplung 4 hätte dies zur Folge, dass die Reibkupplung 4 weiter verbessert bzw. angepasst werden muss, um den vorgegebenen dritten Schleppmomentgrenzwerte s₃ nicht zu übersteigen. Im Rahmen der Serienfertigung durchgeführte Ermittlungen des Schleppmoments der Reibkupplung 4, deren Ergebnis das Überschreiten zumindest eines der Schleppmomentgrenzwerte s₁ bis s₃ anzeigt, würde hingegen zu einem Aussondern oder einer Nachbearbeitung der jeweiligen Reibkupplung 4 führen.
Bezugszeichenliste

2: Prüfstand
4: Reibkupplung
6: Drehachse
8: axiale Richtung
10: axiale Richtung
12: radiale Richtung
14: radiale Richtung
16: Umfangsrichtung
18: Umfangsrichtung
20: Höhenrichtung
22: Höhenrichtung
24: eingangsseitiger Reibpartner
26: ausgangsseitiger Reibpartner
28: Lamellenpaket
30: Lamellen
32: Lamellenpaket
34: Lamellen
36: erste Aufnahmeeinrichtung
38: zweite Aufnahmeeinrichtung
40: Antriebseinrichtung
42: Tragteil
44: Basis
46: Elektromotor
48: Asynchronmotor
50: Stator
52: Rotor
54: Arbeitsspindel
56: Kühlmantel
58: Kühlmittelversorgungseinrichtung
60: Leitung
62: Wälzlager
64: Sprühnebelerzeugungseinrichtung
66: Leitungen
68: Arbeitsraum
70: Flanschabschnitt
72: rohrförmiger Abschnitt
74: Deckel
76: Abdeckung
78: Schmiermittelversorgungseinrichtung
80: Leitung
82: Auslass
84: Gehäuse
86: Wälzlager
88: Wälzlager
90: Tragteil
92: Messeinrichtung
94: Arm
96: Kraftmessdose
98: Relativdrehzahlverlauf
100: Schleppmomentverlauf
r: Relativdrehzahl
r_m: Mindestdrehzahl
r_z: Zieldrehzahl
s: Schleppmoment
s₁: Schleppmomentgrenzwert
s₂: Schleppmomentgrenzwert
s₃: Schleppmomentgrenzwert
T: Messzeitraum
t: Zeit
t₁: Zeitpunkt
t₂: Zeitpunkt
t₃: Zeitpunkt
t_a: Anfangszeitpunkt
T_a: Anfangsphase
t_e: Endzeitpunkt
T_s: Schlussphase
T_t: Taumelphase
T_z: Zwischenphase

Claims

Verfahren zur Ermittlung des Schleppmoments (s) einer Reibkupplung (4) mit ein- und ausgangsseitigen Reibpartnern (24, 26) mit den Verfahrensschritten Erzeugung einer Relativdrehung zwischen den Reibpartnern (24, 26) in einer Öffnungsposition der Reibkupplung (4), in der zwischen den Reibpartnern (24, 26) ein Lüftspiel ausgebildet ist, derart dass eine Relativdrehzahl (r) zwischen den Reibpartnern (24, 26) erzielt wird, die zumindest zeitweise mindestens 10000 1/min beträgt, und Messen des zwischen den Reibpartnern (24, 26) übertragenen Schleppmoments (s), wobei das Drehzahlverhältnis zwischen der Drehzahl des einen Reibpartners (24) und der Drehzahl des anderen Reibpartners (26) mindestens 95 zu 5 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Relativdrehzahl (r) zwischen den Reibpartnern (24, 26) zumindest zeitweise mindestens 12000 oder 14000 1/min, vorzugsweise mindestens 16000 oder 18000 1/min, oder/und das Drehzahlverhältnis zwischen der Drehzahl des einen Reibpartners (24) und der Drehzahl des anderen Reibpartners (26) mindestens 97 zu 3, vorzugsweise mindestens 99 zu 1, beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die Reibpartner (24, 26) gegensinnig gedreht werden oder der andere Reibpartner (26) nicht gedreht wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem zumindest der eine Reibpartner (24) mit Hilfe eines Direktantriebes in Drehung versetzt wird, wobei der Direktantrieb vorzugsweise einen Elektromotor (46), besonders bevorzugt einen Asynchronmotor (48), aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Direktantrieb eine Arbeitspindel (54) aufweist, die, vorzugsweise ausschließlich, über Wälzlager (62) gelagert wird, wobei die Wälzlager (62) durch einen Sprühnebel gekühlt oder/und geschmiert werden, der vorzugsweise von einem Öl-Luft-Gemisch gebildet wird, und die Wälzlager (62) besonders bevorzugt für eine Nenndrehzahl zwischen 17500 und 18500 1/min optimiert sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, bei dem der Direktantrieb, vorzugsweise der Stator (50) des Elektromotors (46), gekühlt wird, wobei dem Direktantrieb vorzugsweise ein Kühlmantel (56) zugeordnet ist, der von einem Kühlmittel durchströmt wird, wobei das Kühlmittel besonders bevorzugt zu mindestens 97 von Wasser gebildet ist, unter einem Druck von 2 bis 3 bar steht oder/und eine Kühlmitteltemperatur von 15 bis 35°C, vorzugsweise 20 bis 30°C, aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Messung des Schleppmoments (s) innerhalb eines Messzeitraums (T) durchgeführt wird, in dessen Anfangsphase (T_a) die Relativdrehzahl (r), vorzugsweise linear, besonders bevorzugt ausgehend von 0 1/min, bis zu einer vorbestimmten Zieldrehzahl (r_z) erhöht wird und in dessen Schlussphase (T_s) die Relativdrehzahl (r), vorzugsweise linear, besonders bevorzugt bis auf 0 1/min, verringert wird, wobei vorzugsweise eine Zwischenphase (T_z) zwischen der Anfangs- und Schlussphase (T_a, T_s) des Messzeitraums (T) vorgesehen ist, in der die Relativdrehzahl (r) auf der vorbestimmten Zieldrehzahl (r_z) gehalten wird, wobei die Zwischenphase (T_z) besonders bevorzugt maximal 15%, maximal 10% oder maximal 5% des Messzeitraumes (T) beträgt.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das in einer Taumelphase (T_t) des Messzeitraums (T) gemessene Schleppmoment (s) mit einem vorbestimmten Schleppmomentgrenzwert (s₃) verglichen wird, wobei die Taumelphase (T_t) jeweils einen Teil der Anfangs- und Schlussphase (T_a, T_s) oder die Zwischenphase (T_z), vorzugsweise auch einen Teil der Anfangs- oder/und Schlussphase (T_a, T_s), des Messzeitraums (T) umfasst, und der vorbestimmte Schleppmomentgrenzwert (s₃) besonders bevorzugt so groß wie oder größer als ein weiterer Schleppmomentgrenzwert (s₂) ist, der für eine unmittelbar vorangehende oder folgende Phase des Messzeitraums (T) vorbestimmt ist.
Prüfstand (2) zur Ermittlung des Schleppmoments (s) einer Reibkupplung (4), die ein- und ausgangsseitige Reibpartner (24, 26) aufweist, mit einer ersten Aufnahmeeinrichtung (36), die drehfest mit dem einen Reibpartner (24) verbindbar ist, einer zweiten Aufnahmeeinrichtung (38), die drehfest mit dem anderen Reibpartner (26) verbindbar ist, einer Antriebseinrichtung (40) und einer Messeinrichtung (92) zur Messung des zwischen den Reibpartnern (24, 26) übertragenen Schleppmoments (s), wobei die erste und zweite Aufnahmeeinrichtung (36, 38) in einer Öffnungsposition der Reibkupplung (4), in der zwischen den Reibpartnern (24, 26) ein Lüftspiel ausgebildet ist, durch die Antriebseinrichtung (40) mit einer Relativdrehzahl (r), die zumindest zeitweise mindestens 10000 1/min, vorzugsweise mindestens 12000 oder 14000 1/min, besonders bevorzugt mindestens 16000 oder 18000 1/min, beträgt, relativ zueinander drehbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (40) derart mit den Aufnahmeeinrichtungen (36, 38) zusammenwirkt, dass das Drehzahlverhältnis zwischen der Drehzahl des einen Reibpartners (24) und der Drehzahl des anderen Reibpartners (26) mindestens 95 zu 5, vorzugsweise mindestens 97 zu 3, besonders bevorzugt mindestens 99 zu 1, beträgt.
Prüfstand (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinrichtungen (36, 38) durch die Antriebseinrichtung (40) gegensinnig zueinander drehbar oder die andere Aufnahmeeinrichtung (38) feststellbar, feststehend oder/und nicht drehbar ausgebildet ist.
Prüfstand (2) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (40) als Direktantrieb ausgebildet ist, wobei der Direktantrieb vorzugsweise einen Elektromotor (46), besonders bevorzugt einen Asynchronmotor (48), aufweist.
Prüfstand (2) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Direktantrieb eine drehfest mit einer der Aufnahmeeinrichtungen (36, 38) verbundene Arbeitsspindel (54) aufweist, die, vorzugsweise ausschließlich, über Wälzlager (62) gelagert ist, wobei die Wälzlager (62) durch einen, vorzugsweise von einem Öl-Luft-Gemisch gebildeten, Sprühnebel kühlbar oder/und schmierbar und besonders bevorzugt für eine Nenndrehzahl zwischen 17500 und 18500 1/min optimiert sind.
Prüfstand (2) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass dem Direktantrieb, vorzugsweise dem Stator (50) des Elektromotors (46), ein Kühlmantel (56) zugeordnet ist, der von einem Kühlmittel durchströmbar ist, wobei vorzugsweise eine Kühlmittelversorgungseinrichtung (58) vorgesehen ist und besonders bevorzugt der Kühlmitteldruck oder/und die Kühlmitteltemperatur einstellbar sind.
Prüfstand (2) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stelleinrichtung, mittels derer das Lüftspiel zwischen den Reibpartnern (24, 26) einstellbar ist, oder/und eine Schmiermittelversorgungseinrichtung (78) zur Schmierung der Reibpartner (24, 26) vorgesehen ist, wobei der Schmiermitteldurchfluss oder/und die Schmiermitteltemperatur vorzugsweise einstellbar ist.
Verfahren oder Prüfstand (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ein- und ausgangsseitigen Reibpartner (24, 26) als Lamellenpakete (28, 32) mit jeweils einer oder mehreren Lamellen (30, 34) ausgebildet sind oder/und die Reibkupplung (4) als nasslaufende oder/und schaltbare Reibkupplung (4) ausgebildet ist.