_ Das Handschaltgetriebe ist nach wie vor wichtig: In Europa verfügen über 60 Prozent der Fahrzeuge über ein Handschaltgetriebe - auch wenn der Gewerbemarkt hier bekanntlich etwas anders tickt. Technisch waren bis in die 1980er-Jahre mechanische Kupplungen Standard. Betätigte der Fahrer das Kupplungspedal, wurde die Kraft über einen Seilzug zu einem Hebelmechanismus in der Kupplungsglocke übertragen. Durch den engeren Bauraum und gestiegene Komfortansprüche sind moderne Kupplungen heute zunehmend mit einer hydraulischen Kupplungsbetätigung ausgestattet, denn die Komponenten müssen eine Vielzahl von Anforderungen erfüllen - ob weiches Anfahren, schnelles Schalten, mehr Laufruhe oder weniger Geräusche. Die Kupplung muss zudem leicht bedienbar sein, damit sich der Kraftfluss sicher dosieren oder unterbrechen lässt.
2017 in Serie
Autozulieferer Schaeffler geht nun einen Schritt weiter und hat mit E-Clutch ein automatisiertes Kupplungssystem vorgestellt, das sich mit verschiedenen Autoherstellern in der Erprobung befindet und bis Ende 2017 serienreif sein soll. Je nach Ausbaustufe übernimmt E-Clutch das Kuppeln nur in bestimmten Fahrsituationen oder führt alle Kupplungsvorgänge vollautomatisiert durch - ein Treten des Kupplungspedals ist dann nicht mehr notwendig.
Damit können kraftstoffsenkende Fahrstrategien wie Segeln bis hin zum elektrisch unterstützten Fahren auch bei Fahrzeugen mit manuellem Schaltgetriebe eingesetzt werden. Bislang ist dies nur in Verbindung mit Automatikgetrieben möglich. Das ist entscheidend, um die immer strenger werdenden Emissionsvorschriften zu erfüllen. Für die Handschaltgetriebe hat Schaeffler drei nach dem Grad der Automatisierung abgestufte Konzepte einer E-Clutch entwickelt.
In der einfachsten Variante (MTplus) wird das Grundprinzip der hydraulischen Kraftübertragung beibehalten, aber ein zusätzlicher Aktuator, der Signale in mechanische Bewegung umwandelt, ist in die Druckleitung eingebaut. Der Vorteil: Bei dieser Anordnung sind die Anforderungen an die Betätigungszeit und -anzahl geringer. Bei konstanter Fahrt wird der Motor vom Getriebe getrennt und entweder ganz abgeschaltet oder im Leerlauf weiterbetrieben (Segeln). Das Auskuppeln übernimmt dabei MTplus. Das Signal dazu gibt der Fahrer indirekt, indem er vom Gas geht.
Kraftstoffersparnis
Laut Schaeffler soll sich im künftigen Verbrauchsmesszyklus (WLTP) der Kraftstoffverbrauch mit dem Einsatz von MTplus um mindestens drei Prozent senken lassen. Die Funktion Segeln wird sogar zukünftig als Möglichkeit zur CO2-Emissionsreduktion für die Homologation von Kraftfahrzeugen anerkannt. Die Mehrkosten der MT-plus-Technik gegenüber einer klassischen Kupplung halten sich darüber hinaus laut Schaeffler in Grenzen.
In der zweiten E-Clutch-Ausbaustufe Clutch-by-Wire (CbW) 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 eigens entwickelten Pedalkraftsteller erzeugt. Dieser enthält einen Sensor, der die Pedalstellung an den Kupplungs-Aktuator 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 intelligenter Aktuator. Der besteht aus einem Grundaktor, 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 das System universell einsetzbar und reduziert sowohl die Entwicklungs- als auch die Systemkosten. Das Ausrücksystem eignet sich auch für Situationen, die einen hochdynamischen Eingriff erfordern - zum Beispiel schnelles Schalten oder schlagartiges Bremsen. Die Umsetzung von Pedal- in Kupplungsweg lässt sich zudem elektrisch tunen. Das ermöglicht eine gangabhängige Adaption oder die Wahl eines Sportmodus, was bisher Automatikgetrieben vorbehalten war.
Kein Pedal
Als dritte E-Clutch-Variante ist das elektronische Kupplungsmanagement (EKM) identisch zu CbW, 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-Volt-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 Roland Welter, Leiter der Produktlinie Gesamtsystem Kupplungen bei Schaeffler. Mit E-Clutch erschließen die Franken den hybridisierten Antrieben somit neue Märkte.
- Ausgabe 07/2016 Seite 42 (334.1 KB, PDF)