title: Flächenpressungsverteilung in nasslaufenden Lamellenkupplungen
Creators: name: Schlösser, Christoph
Publisher: name: Universität Kassel
Year: 2022
Subjects: subject: Nasslaufende Lamellenkupplung
subject: Tribologisches System
subject: Kräfte im tribologischen Reibspalt
subject: Drucksensitive Folienmesstechnik
subject: Flächenpressungsmessung
subject: Flächenpressungsverteilung
subject: Homogenitätsindex
classificationCode: 620
subject: 620
classificationCode: Lamellenkupplung
subject: Lamellenkupplung
classificationCode: Tribosystem
subject: Tribosystem
classificationCode: Flächenpressung
subject: Flächenpressung
classificationCode: Messung
subject: Messung
classificationCode: Reibung
subject: Reibung
classificationCode: Thermomechanische Eigenschaft
subject: Thermomechanische Eigenschaft

description: <p>Nasslaufende, von Öl durchströmte Lamellenkupplungen finden heute in vielen Bauformen Anwendung. Diese Systeme bieten eine Reihe von Vorteilen gegenüber trockenlaufenden Kupplungssystemen und ermöglichen damit sehr kompakte Bauformen mit hohen Leistungsdichten. Demgegenüber stehen jedoch hohe Anforderungen an nasslaufende Kupplungssysteme hinsichtlich der thermischen und mechanischen Belastbarkeit. Der Fokus liegt dabei stets auf dem Reibverhalten im tribologischen System aus Lamellen und Schmierstoff. Die Vorgänge im tribologischen System bestimmen maßgeblich das Betriebsverhalten einer nasslaufenden Lamellenkupplung. Für ein effizientes und leistungsfähiges Kupplungssystem ist eine genaue Auslegung des tribologischen Betriebsverhaltens notwendig. Dazu ist eine präzise Kenntnis der mechanischen und thermischen Betriebsgrößen entscheidend.
Die im Reibkontakt wirkende Flächenpressung wirkt als zentrale Betriebsgröße direkt auf das Reibwertverhalten und damit auf die Leistungsfähigkeit des Kupplungssystems. Die Auslegung von Kupplungssystemen erfolgt heute unter der Annahme einer konstant wirkenden mittleren Flächenpressung im Betrieb. Die Reibflächentemperatur, welche die wesentliche Betriebsgrenze des tribologischen Systems definiert, hängt dabei direkt mit den wirkenden Flächenpressungen zusammen. Über die Auslegungsgröße hinaus ist die Verteilung und lokale Ausprägung der Flächenpressung heute nicht ausreichend untersucht.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der messtechnischen Erfassung der örtlich variierenden Flächenpressungen im Reibspalt einer nasslaufenden Lamellenkupplung. Dazu wird ein Messsystem mit hoher örtlicher Messauflösung eingesetzt, welches in einer Sensorlamelle eingebettet, direkt im tribologischen Reibspalt platziert werden kann. Neben der Untersuchung statischer Betriebszustände kann weiterhin die Veränderung der Flächenpressungsverteilung im rotierenden Lamellenpaket erfasst und analysiert werden. Die Inbetriebnahme der Sensorik und die experimentellen Messreihen finden am Reiblamellenprüfstand statt. Die ermittelten Daten zeigen erste Erkenntnisse über die reale Ausprägung und Verteilung der Flächenpressung im nasslaufenden Lamellenkontakt. Mithilfe der Homogenitätsindexsumme wurde ein Kennwert zur Beschreibung der Qualität der Verteilung gefunden und auf die Messdaten angewandt.
Die erstmalige Anwendung der Sensorik in dem verwendeten Prüfaufbau ermöglicht es, die Flächenpressung mit einer hohen Auflösung zu werden. Die Zusammenhänge zwischen Pressungsniveau und Drehzahl auf die Verteilung der Flächenpressungen wurden ermittelt und beschrieben. Die Anwendung der Methodik, ergänzt durch statische und dynamische Experimente, bietet Potenzial für weitere Untersuchungen zu den Vorgängen im Reibspalt, um weitere Optimierungspotenziale nasslaufender Kupplungssysteme zu identifizieren.</p>
description: <p>Wet-running multi-disc clutches are used in many technical applications. Such systems offer a number of advantages compared to dry-running clutch systems. They enable very compact designs with high torque densities. There are high demands on wet-running clutch system in terms of thermal and mechanical resistance. The investigations mainly focus on the friction behavior of the tribological system consisting of clutch-discs and lubricant. The operating behavior of a wet-running multi-plate clutch is largely determined by the operating conditions of the tribological system. A precise knowledge of the tribological operating behavior is necessary for designing an efficient and powerful clutch system. In addition, good knowledge of the mechanical and thermal operating variables is important.
The surface pressure acting in the frictional contact affects the coefficient of friction as a central operating variable and therefore the performance of the clutch system. Today, clutch systems are designed based on the assumption of a constant average surface pressure during operation. The friction surface temperature, which defines the essential operating limit of the tribological system, is also directly related to the applied surface pressures. However, the local characteristic and distribution of the surface pressure have not been sufficiently investigated so far.
This thesis deals with the measurement of the locally varying surface pressures in the friction gap of a wet-running multi-disc clutch. For this purpose, a measuring system with a high local resolution is used, which is embedded in a sensor disc and can be placed directly in the tribological friction gap. In addition to examining static operating conditions, changes in the surface pressure distribution in the rotating disc contact can also be recorded and analyzed. The sensors were commissioned, and the experimental measurement series carried out on a friction disc test bench. The determined data show first insights into the real characteristics and distribution of the surface pressure in the wet-running disc contact. With the help of the “Homogenitätsindexsumme“, a parameter to describe the quality of the distribution was found and applied to the measurement data.
With the first application of the sensors in the test setup, the surface pressure could be measured with a high resolution. The relationship between the pressure level and the rotational speed, and their effect on the distribution of surface pressure, were determined and described. With the application of the method, there are further investigations on the processes in the friction gap possible which can help to identify additional optimization potentials in wet-running multi-disc clutch systems.</p>