Ein Vierteljahrhundert Schwingungsdämpfung

Das LuK Zweimassen-Schwungrad feiert seinen 25. Geburtstag

(PresseBox) (Herzogenaurach/Bühl/Wülfrath, ) Störend lautes Getrieberasseln, deutlich reduzierte Getriebe-Lebensdauer sowie stark eingeschränkter Fahrkomfort gepaart mit Fahrgeräuschen, die Fahrzeuginsassen eine Unterhaltung unmöglich machen - ohne schwingungsdämpfende Maßnahmen im Antriebsstrang hätte die automobile Welt durch unisolierte Drehschwingungen mit dem einen oder anderen eklatanten Nachteil zu leben.

Ein Auslöser von Drehschwingungen resultiert aus der periodischen Taktung eines Viertakt-Hubkolbenmotors, die in Kombination mit der Zylinderzündfolge zu einer Drehungleichförmigkeit der Kurbelwelle führt. Der Antriebsstrang, ein drehschwingungsfähiges Gebilde mit charakteristischen Eigenfrequenzen, ist dabei mit verantwortlich für die Ausbildung der vom Motor eingeleiteten Drehungleichförmigkeiten zu Drehschwingungen. Gesteigerter Handlungsbedarf entsteht aus dem in den achtziger Jahren beginnenden Entwicklungstrend, den Antriebsstrang in punkto Reibung zu optimieren und auf Effizienz zu trimmen. Doch hierbei stellten speziell die modernen Diesel-Direkteinspritz-Triebwerke die Entwickler vor gut zwei Jahrzehnten vor neue Aufgaben. Während die Motoren-Drehmomente kontinuierlich anstiegen, sorgte die Optimierung der Antriebseinheit auch für eine Verstärkung des sogenannten "Getrieberasselns". Besonders drehmomentstarke Dieselmotoren regen zusätzlich Drehschwingungen an, die sich in Form von Karosseriedröhnen lärmend bemerkbar machen. Dementsprechend erhielt die Eliminierung dieser unangenehmen Begleiterscheinungen, sprich eine Lösung zur Schwingungsisolation, Einzug in die Lastenhefte der Antriebstechniker.

Bis zur Serienreife des Zweimassen-Schwungrads (ZMS) durch den zur Schaeffler Gruppe gehörenden Kupplungs- und Getriebespezialisten LuK im Jahr 1985 wurden ausschließlich Kupplungsscheiben mit Torsionsdämpfern zur Reduktion von Drehschwingungen eingesetzt. Mit Einführung des Zweimassen-Schwungrads wurden neue Maßstäbe gesetzt bei der Geräuschisolation und Vibrationsdämpfung im Antriebsstrang. An Stelle des bislang starren, zwischen Motor und Getriebe angeordneten Schwungrads befindet sich nun ein in zwei Massen aufgeteiltes Schwungrad. Seit Geburt des ZMS können die motorseitige primäre Schwungmasse und die getriebeseitige sekundäre Schwungmasse voneinander schwungtechnisch entkoppelt werden. Über ein Feder-Dämpfungssystem bleiben sie miteinander verbunden. Herzstück des Zweimassen-Schwungrads sind die sogenannten Bogenfedern. Sie sind deutlich länger als die zuvor ausschließlich verwendeten Kupplungsdämpferfedern und so in der Lage, die auftretenden Schwingungen deutlich besser zu isolieren. Das LuK ZMS ermöglichte erstmals eine massive Verschiebung der kritischen Drehzahlen bis unter die Leerlaufdrehzahl und somit die sichere Dämpfung der vom Motor ausgehenden Vibrationen. Durch die signifikante Steigerung des Fahrkomforts erlangte das ZMS schnell einen Ruf als Schwingungs-"Killer" im Antriebsstrang.

Längst richtet sich das Augenmerk auf einen weiteren erfreulichen Effekt des Zweimassen-Schwungrads.: Es begünstigt - einhergehend mit hohem Geräuschkomfort - das Fahren in verbrauchsgünstigen Betriebsbereichen und leistet somit einen wichtigen Beitrag zur Reduzierung von CO2-Emissionen.

Mit Beginn der ZMS-Fertigung vor 25 Jahren läutete LuK eine neue Ära in der Antriebstechnik ein. Die Euphorie der Anfangsphase ist nach wie vor ungebrochen: Nicht zuletzt durch den Trend zu immer höheren Motordrehmomenten erfreut sich das ZMS weiterhin wachsender Beliebtheit. Durch fortwährende Weiterentwicklungen schreitet das Bauteil im Paarschritt mit der ebenfalls stetige Innovationen erfahrenden Antriebstechnik. Längst hat sich das ursprünglich für Spitzenmotorisierungen entwickelte ZMS auch als Standard in der Kompaktklasse etabliert. Weltweit setzen führende Fahrzeughersteller auf die effektive Schwingungsdämpfung durch das Zweimassen-Schwungrad. In Europa ist bereits etwa jeder dritte PKW mit dieser komfortablen Technik ausgestattet. Und auch in kleinen Nutzfahrzeugen trägt das ZMS einen Gutteil zu der heute geforderten Reduzierung von Verbrauch und CO2-Emissionen sowie Komfortsteigerung bei.

Eine wichtige Innovation gelang LuK mit der Integration eines Fliehkraftpendels in das Zweimassen-Schwungrad. Durch diesen weiteren Meilenstein in der Geschichte der Schwingungsdämpfung öffnete sich ein weiteres Fenster mit Blick auf signifikante Komfort- sowie Verbrauchs- und Emissionsverbesserungen. Bei Einsatz eines Fliehkraftpendels kann der herkömmliche ZMS-Innendämpfer entfallen. Der drehzahladaptive Tilger ohne feste Eigenfrequenz wird dabei am Flansch des ZMS montiert. Die effektive Steifigkeit des Pendels wird im Betrieb mittels Fliehkraft erzeugt. Die effiziente Tilgung der ausgewählten Anregungsordnung - zum Beispiel der Zündfrequenz des Motors - kann somit durch entsprechende Abstimmung erfolgen. Dabei genügt bereits eine Pendelmasse von lediglich einem Kilogramm, um Schwingungen am Getriebe um mehr als 60 Prozent zu reduzieren. Die Grundisolation der Schwingungen wird weiterhin durch das ZMS mit Feder-Masse-System ausgeführt, die Restschwingung beseitigt das Fliehkraftpendel durch Tilgung der Zündfrequenz.

Die Idee des Fliehkraftpendels ist dabei nicht neu. Sie ist bereits seit Jahrzehnten im Flugzeugbau bekannt. Aufgrund der hohen erforderlichen Pendelmasse von rund fünf Kilogramm sowie der Komplexität der Motoranwendung blieben diese in der Luftfahrt erworbenen Kenntnisse bis vor rund fünf Jahren der Automobiltechnik vorenthalten. Erst das Zusammenspiel mit einem modernen Zweimassen-Schwungrad machte die praktikable Anwendung des Fliehkraftpendels im Antriebsstrang möglich.

Seine Premiere feierte das ZMS mit Fliehkraftpendel übrigens 2008 mit Markteinführung des BMW 330 d und BMW 320 d Efficient Dynamics Edition, der mit einem bis dato ungekannten Laufkomfort auch beim Fahren auf niedrigstem Drehzahlniveau aufwartet.

Der Einsatz eines ZMS ist auch im Bereich drehmomentschwächerer Motoren und in Fahrzeugen mit geringerer technischer Komplexität durchaus sinnvoll. Bislang dominieren gedämpfte Kupplungsscheiben diesen Markt. Mit dem ZMartDamp, einer kostenoptimierten Weiterentwicklung des ZMS für die Anwendung in Kleinfahrzeugen, wird zukünftig auch in diesem Fahrzeugsegment der Fahrkomfort signifikant steigen.

Ein Vierteljahrhundert Geschichte - für ein Produkt im kurzlebigen und sich schnell wandelnden Automobilmarkt ist dies eine lange Zeit. Dennoch ist bis heute kein Ende des ZMS-Erfolgs in Sicht. Die Möglichkeiten der Weiterentwicklung und stetigen Anpassungen an die kommenden Anforderungen sind vielfältig. Die Schaeffler Gruppe fertigt heute in Deutschland, Ungarn und China jährlich mehr als sechs Millionen Zweimassen-Schwungräder. Die 50-Millionen-Marke wurde vor drei Jahren erreicht.

Schaeffler Technologies AG & Co. KG

LuK, mit Stammsitz in Bühl/Baden, beliefert Kunden in aller Welt mit Systemen und Komponenten für den Antriebsstrang von Fahrzeugen. Dr. Georg und Dr. Wilhelm Schaeffler gründeten LuK im Jahr 1965 zunächst mit dem Ziel, Tellerfederkupplungen für den Nachfolger des VW Käfer zu liefern. Heute fährt jedes vierte Auto weltweit mit einer LuK Kupplung. Nahezu alle großen Automobilhersteller profitieren vom hervorragenden Systemwissen der LuK Ingenieure. Zu den bahnbrechenden Innovationen gehören - neben der Entwicklung und Fertigung maßgeblicher Komponenten für Trockenkupplung-DSG-Getriebe - das Zweimassenschwungrad, Komponenten für CVT-Getriebe für hohe Drehmomente, die Automatisierung von Schaltgetrieben und Hochleistungs-Drehmomentwandler. Darüber hinaus ist LuK ein bedeutender Lieferant für Kupplungsbeläge.

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