Übung zur Vorlesung Grundlagen der Fahrzeugtechnik I. Übung

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1 Institut für Fahrzeugsystemtechnik Lehrstuhl für Fahrzeugtechnik Leiter: Prof. Dr. rer. nat. Frank Gauterin Rintheimer Querallee Karlsruhe Übung zur Vorlesung Grundlagen der Fahrzeugtechnik I Übung Aufgaben zu Kupplungen a) Welche Funktion hat eine Hauptkupplung in einem Fahrzeug? b) Erklären Sie mit Hilfe der nachfolgenden (noch zu vervollständigenden) Skizze den prinzipiellen Aufbau einer Pkw-Reibungskupplung und erläutern Sie die Funktionsweise. Abbildung: Prinzipieller Aufbau einer Pkw-Reibungskupplung c) Nach welchen Kriterien (hinsichtlich welcher Belastungen) müssen Kupplungen dimensioniert werden? d) Nennen Sie die zwei Arten einer Reibungskupplung und geben Sie die typischen Gleit- und Haftreibwerte an. e) Bei Fahrzeugen mit Handschaltgetrieben wird üblicherweise als Hauptkupplung eine Reibungskupplung verwendet. Welche Kupplungskraft F (Anpresskraft) ist zulässig, wenn folgende Daten gegeben sind: Außenradius der Kupplungsscheibe Innenradius der Kupplungsscheibe r a = 15 cm r i = 7 cm Zulässiger Anpressdruck p = 15 N/cm 2 KIT Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft

2 f) Welches Kupplungsmoment M K kann übertragen werden, wenn zusätzlich untenstehende Daten bekannt sind. Eine angenäherte Berechnung ist ausreichend. Reibwert μ G = 0,25 Zahl der Reibpaarungen z = 2 g) Wie groß ist die momentane Verlustleistung ΔN, die in der Kupplung anfällt, wenn mit einem Kupplungsmoment von M K = 150 Nm angefahren wird? Für den betrachteten Betriebspunkt sollen folgende Drehzahlen vorliegen: Eingangsdrehzahl Ausgangsdrehzahl n E = /min n A = /min h) Über Federn zwischen der Belagscheibe und der Nabe wird eine Drehelastizität in der Kupplung erreicht. Welche Aufgabe hat diese Drehelastizität? i) Nennen Sie die drei Hauptvorteile der zentralen Tellerfeder gegenüber Schraubenfedern. j) Skizzieren Sie die Kennlinie Anpresskraft über dem Weg für eine Kupplung mit zentraler Tellerfeder. Markieren Sie eindeutig die Zustände Neuzustand und verschlissener Zustand. F s Abbildung: Kennlinie Anpresskraft F über dem Weg s für eine Kupplung mit zentraler Tellerfeder k) Während des Anfahrens treten Kuppelvorgänge auf, die in drei zeitliche Abläufe unterteilt werden können: 1. t = 0 : Motor dreht mit ω E, Fahrzeug steht, d.h. ω A = < t < t K : Kupplung gleitet 3. t = t K : Kupplung haftet - 2 -

3 (1) Stellen Sie das Momentengleichgewicht für den Fall Kupplung gleitet auf und leiten Sie zwei Gleichungen für das Kupplungsmoment M K her, indem Sie jeweils ein Momentengleichgewicht am Kupplungseingang und eines am Kupplungsausgang aufstellen. Gegeben sind: M M : Motordrehmoment (ohne Trägheitsmomente) M R : Antriebsmoment am Kupplungsausgang (ohne Trägheitsmomente) θ E : Trägheitsmoment (Drehmasse) der rotierenden Triebwerkmassen θ A : Trägheitsmoment (Drehmasse) der rotierenden Getriebeteile, der Räder sowie umgerechneter Anteile aus der translatorischen Trägheit. (2) Schildern Sie die Auswirkungen auf die Drehzahlen am Kupplungseingang (Motorseite) und am Kupplungsausgang (Getriebeseite), die während des Gleitvorgangs auftreten. (3) Was ist charakteristisch für die oben genannten Drehzahlen für den Fall Kupplung haftet (t = t K )? (4) Tragen Sie die die vereinfachten Verläufe der Winkelgeschwindigkeiten am Kupplungseingang und am Kupplungsausgang für den Anfahrvorgang in folgendes Diagramm ein. ω Gleiten Haften 0 t K t K + t B Abbildung: Anfahrvorgang 2 Aufgaben zu mechanischen Stufengetrieben a) Skizzieren Sie in nachfolgender Abbildung ein Festvorgelegegetriebe mit 4 Gängen, wie es in der Praxis eingesetzt wird. Kennzeichnen Sie eindeutig, welche Zahnräder fest mit der Welle verbunden sind und welche drehbar gelagert sind. Kennzeichnen Sie außerdem eindeutig, wo eine Wellenteilung eingebaut ist. Markieren Sie mit einem Kreis, welche Schaltkupplung geschlossen ist, wenn der erste Gang eingelegt ist

4 Mittellinie der Eingangswelle Abbildung: Festvorgelegegetriebe b) Welche Schaltkupplung ist bei einem 4-Gang-Getriebe üblicherweise im vierten Gang geschaltet? Welche Übersetzung liegt dann im vierten Gang vor? c) Bei welchem Antriebskonzept würden Sie ein Festvorgelegegetriebe einsetzen? Bitte ankreuzen. Frontmotor mit Frontantrieb Frontmotor mit Heckantrieb Heckmotor mit Heckantrieb d) Die Stufung der einzelnen Gänge kann näherungsweise nach der reziprok-arithmetischen Reihe ausgelegt werden. Welche besondere Eigenschaft hat diese Reihe in Bezug auf die Getriebestufung? e) Nennen Sie die zwei wichtigsten Kriterien, nach denen der 1. Gang ausgelegt wird. f) Nennen Sie die drei wichtigsten Kriterien, die bei der Auslegung des höchsten Ganges eine große Bedeutung haben. g) Wozu benötigt man eine Synchronisiereinrichtung im Getriebe? Bezeichnen Sie genau, zwischen welchen Teilen des Schaltgetriebes ohne Festvorgelege die Sychronisierung erfolgen muss. h) Skizzieren Sie den Aufbau eines Ein-Steg-Planetengetriebes im linken Bereich der nachfolgenden Abbildung und benennen Sie die Hauptbaugruppen. Kennzeichnen Sie die Drehachsen bzw. Lagerstellen eindeutig. Es ist dabei ausreichend, wenn Sie nur die obere Hälfte des Planetengetriebes skizzieren

5 Raum für Skizze des Planetengetriebes Raum für graphisches Verfahren Mittellinie Abbildung: Planetengetriebe i) Welche grafische Lösung zur Ermittlung der Geschwindigkeitsverhältnisse kann bei Planetengetrieben angewendet werden? Nennen Sie den Namen für dieses graphische Verfahren. j) Tragen Sie im rechten Bereich der obigen Abbildung das entsprechende Diagramm zu diesem graphischen Verfahren ein. Beschriften Sie die Achsen. Wie wird die Umfangsgeschwindigkeit am Hohlrad mit Hilfe der grafischen Lösungsmethode ermittelt, wenn das Sonnenrad fixiert ist und der Antrieb über den Steg erfolgt. Nutzen Sie Zahlen zur Kennzeichnung der Reihenfolge der Vorgehensweise