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E-Clutch

Die E-Clutch von Schaeffler eröffnet neue Perspektiven für das Handschaltgetriebe und kann hybridisierten Antrieben den Weg in neue Märkte und Segmente ebnen.

 
Automatisierte Kupplung
 
Elektrische Kupplung
 
EKM Kuppeln ganz ohne Pedal
 
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Jörg Walz
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2015-09-15 | Frankfurt

Clevere Lösungen für Handschaltgetriebe

Automatisierte Kupplung ermöglicht Verbrauchsoptimierung durch „Segeln“


Schaeffler automatisiert die bislang rein mechanisch oder hydraulisch betätigte Kupplung auf intelligente Weise. Je nach Ausbaustufe übernimmt das in der Fachwelt als E-Clutch bezeichnete System das Kuppeln nur in bestimmten Fahrsituationen oder führt alle Kupplungsvorgänge vollautomatisiert aus. Damit können kraftstoffsenkende Fahrstrategien – vom „Segeln“ bis hin zum elektrisch unterstützten Fahren – auch bei Fahrzeugen mit manuellem Schaltgetriebe eingesetzt werden. „Die E-Clutch von Schaeffler ebnet dem Handschaltgetriebe den Weg in die Hybridisierung und damit in neue Märkte und Segmente“, sagt Uwe Wagner, Leiter Forschung und Entwicklung Automotive bei Schaeffler.

Bislang ist dies nur in Verbindung mit Automatikgetrieben möglich. Dieser Schritt ist entscheidend: in vielen Wachstumsländern, aber auch bis zu den mittleren Segmenten der europäischen Märkte ist dieser Getriebetyp mit Abstand am weitesten verbreitet. Heute wird noch etwa jedes zweite im Pkw verbaute Getriebe manuell geschaltet, bei global nach wie vor steigenden Produktionszahlen.

Eine Idee, drei Konzepte
Für die Handschaltgetriebe hat Schaeffler deshalb drei nach dem Grad der Automatisierung abgestufte Konzepte einer E-Clutch entwickelt. In der Variante MTplus wird das Grundprinzip der hydraulischen Kraftübertragung beibehalten, aber ein zusätzlicher Aktuator direkt in die Druckleitung eingebaut. Der Vorteil: bei dieser Anordnung sind die Anforderungen an die Betätigungszeit und -anzahl geringer, sodass dessen Leistung geringer ausfallen kann. „Auf diese Weise ist es Schaeffler gelungen, die Mehrkosten von MTplus gegenüber einer klassischen Kupplungsbetätigung in engen Grenzen zu halten“, erläutert Markus Kneißler, Leiter der Systementwicklung E-Clutch bei der Schaeffler-Marke LuK.

Schon die Teilautomatisierung genügt, um mit der Funktion „Segeln“ eine wirkungsvolle Maßnahme zur Verbrauchsreduzierung zu implementieren: bei konstanter Fahrt wird der Motor vom Getriebe getrennt und entweder ganz abgeschaltet oder im Leerlauf weiterbetrieben. Das Auskuppeln übernimmt dabei MTplus. Das Signal dazu gibt der Fahrer indirekt, indem er vom Gas geht. Im künftigen Verbrauchsmesszyklus nach WLTP und in realitätsnahen Kundenzyklen lässt sich so der Kraftstoffverbrauch um zwei (Motor geht in den Leerlauf) bis sechs Prozent (Motor schaltet ab) senken. Anhand eines Demonstratorfahrzeugs mit 1,2-Liter-Ottomotor konnte Schaeffler zeigen, dass die Einsparung im realen Stadtverkehr sogar bis zu acht Prozent betragen kann. Die Funktion „Segeln“ hilft nicht nur in dem künftigen Verbrauchszyklus, sondern kann auch heute schon als „Ökoinnovation“ zu einer Anerkennung von CO2-Emissionsreduktionen beantragt werden.

Intelligentes Kupplungspedal

In der Ausbaustufe Clutch-by-wire wird die mechanische oder hydraulische Anbindung des Pedals an das Ausrücksystem vollständig ersetzt. Die jetzt fehlende Gegenkraft des Ausrücksystems auf das Pedal wird über einen von Schaeffler neu entwickelten Pedalkraftsteller erzeugt. Dieser enthält zudem einen Sensor, der die Pedalstellung an den Kupplungsaktuator meldet. Dadurch nimmt der Fahrer nicht unmittelbar wahr, dass die Kupplungsbetätigung automatisiert ist, sondern fährt weiterhin, wie er es vom Handschalter gewohnt ist. Das eigentliche Öffnen und Schließen der Kupplung übernimmt in allen Fahrsituationen ein neu entwickelter, intelligenter Aktuator. Er besteht aus einem Grundaktuator, der die gesamte Elektronik, den E-Motor und einen Spindeltrieb beinhaltet. Die anwendungsspezifische Anbindung an die Kupplungsbetätigung übernimmt ein mechanisches oder hydraulisches Modul. Der modulare Aufbau macht ihn universell einsetzbar und reduziert sowohl die Entwicklungs- als auch die Systemkosten. Dies ist wichtig, um den Kostenvorteil der Schaltgetriebe gegenüber den Automatikgetrieben zu erhalten.

Clutch-by-wire ist noch leistungsfähiger als MTplus: Dieses Ausrücksystem ist auch Situationen gewachsen, die einen hoch dynamischen Eingriff erfordern – zum Beispiel schnelle Schaltungen und schlagartige Bremsungen. Besonders angenehm wird die Möglichkeit empfunden, die Umsetzung von Pedalweg in Kupplungsweg elektrisch zu tunen. Das ermöglicht eine gangabhängige Adaption oder die Wahl eines Sportmodus, was bisher Automatikgetrieben vorbehalten war.

Die Leistungsfähigkeit dieser Technologie wird eindrucksvoll in dem von Schaeffler in Zusammenarbeit mit Ford und Continental realisierten Konzeptfahrzeug „Gasoline Technology Car“ (GTC) demonstriert. Hier leistet die automatisierte Kupplung einen wesentlichen Beitrag zur erzielten Verbrauchs- und CO2-Emissionssenkung von insgesamt 17 Prozent.

Ganz ohne Pedal
Technisch auf der gleichen Basis steht das Elektronische Kupplungsmanagement EKM, verzichtet jedoch auf das Kupplungspedal. Das Signal zum Auskuppeln liefert ein Sensor in dem Moment, in dem der Fahrer zum Schalten ansetzt. Ebenso erfolgt das Einkuppeln automatisch, wenn der Gang eingelegt ist. Der noch höhere Automatisierungsgrad von EKM bietet gute Voraussetzungen, um einen Elektromotor in den Antriebsstrang zu integrieren. Bei entsprechend dimensionierter Batterie in einem 48-V-Bordnetz übernimmt dieser den Vortrieb in allen Fällen, in denen der Verbrennungsmotor unwirtschaftlich arbeitet – zum Beispiel beim Einparken, im Stop-and-Go-Verkehr oder im Stadtbetrieb bei geringer Geschwindigkeit. „EKM ermöglicht einen technisch eleganten und wirtschaftlichen Einstieg in die milde Hybridisierung, wie er so mit einem Automatikgetriebe nicht darstellbar wäre“, erläutert Kneißler.

Die E-Clutch von Schaeffler eröffnet also nicht nur neue Perspektiven für das Handschaltgetriebe, sondern kann in dieser Konfiguration den hybridisierten Antrieben den Weg in neue Märkte und Segmente bereiten.

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