HIGH EFFICIENCY KARLSRUHE
FLIEHKRAFTKUPPLUNG
Beim Beschleunigen eingekuppelt. Beim Ausrollen entkoppelt.
Das Team Antriebsmodul entwickelte für das Wettbewerbsfahrzeug NEMO eine neue Fliehkraftkupplung. Ziel war es, den Antrieb während der Auslaufphasen mechanisch zu entkoppeln und dadurch Reibungsverluste zu reduzieren.
Teammitglied – Antriebsmodul
Beitrag: Auslegung, Konstruktion, Fertigungszeichnungen, Fertigungsbegleitung, Montage und Erprobung
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FAHRSTRATEGIE
Beschleunigen. Abschalten. Ausrollen.
Im periodischen Aussetzbetrieb wurde NEMO beschleunigt und der Motor anschließend abgeschaltet. Das Fahrzeug rollte bis zu einer festgelegten Mindestgeschwindigkeit aus, bevor der Zyklus erneut begann. Die mechanischen Verluste während der Auslaufphase sollten dabei möglichst gering sein.
Motor an
↓
Beschleunigen
↓
Motor aus
↓
Ausrollen
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AUSGANGSLAGE
Reibungsverluste während der Auslaufphase
Die Drehmomentübertragung erfolgte über einen Fahrradfreilauf. Dessen Sperrklinken wurden durch Druckfedern gegen die Verzahnung gedrückt. Während der Auslaufphase glitten die Klinken weiterhin über die Zähne, wodurch Reibungsverluste entstanden.
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Freilaufkörper mit sichtbaren Sperrklinken und umlaufenden Federn.
Bildquelle: ICAN Cycling
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LÖSUNG
Funktionsprinzip der Fliehkraftkupplung
Motor läuft: Kupplung geschlossen
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Mit steigender Drehzahl bewegt die Fliehkraft die Sperrklinken nach außen. Sie greifen in die Verzahnung ein und übertragen das Drehmoment formschlüssig.
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Motor aus: Kupplung geöffnet
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Die Zugfedern ziehen die Sperrklinken nach innen und verhindern den Kontakt mit der Verzahnung. Der Antrieb ist mechanisch entkoppelt.
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ENTWICKLUNG & UMSETZUNG
Vom Konzept zur Erprobung
Ein Konzept. Zwei Teilbereiche. Nach der Freigabe des Grobkonzepts teilte sich das Team Antriebsmodul in Kupplung und Fahrzeugintegration. Ich arbeitete im Team Kupplung. Eine Technologiestudie und ein morphologischer Kasten führten zum Feinkonzept und bildeten die Grundlage für Bauform, Komponentenwahl und Fertigungsstrategie.
Kontaktfrei ausrollen. Kraftflussgerecht konstruieren. Während der Auslaufphase sollte der Kontakt zwischen Sperrklinken und Verzahnung vollständig entfallen. Zugleich wurden die Bauteile im Sinne des Leichtbaus entlang eines möglichst direkten Kraftflusses gestaltet. Da belastbare Erfahrungswerte fehlten, wurde die erste Ausführung bewusst überdimensioniert.
Von der Zeichnung in den Fahrbetrieb. Normteile, Wälzlager und Zugfedern wurden zugekauft, der Zahnkranz extern gefertigt. Die Ausfräsungen zur Gewichtsreduzierung und die übrigen Eigenbauteile entstanden nach unseren Fertigungszeichnungen überwiegend in der Hochschulwerkstatt. Wegen eines Kapazitätsengpasses fertigten wir einzelne Drehteile selbst bei KA-RaceIng am KIT. Anschließend wurde die Kupplung montiert, an NEMO angepasst und im Fahrbetrieb erprobt.
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ERGEBNIS
Im Wettbewerb bewährt
578,2 km/l
Fahrzeugergebnis ⦁ Shell Eco-marathon Europe 2018
Die Fliehkraftkupplung wurde 2018 erfolgreich in NEMO eingesetzt. Das Team nahm an allen vier Wertungsläufen teil. 31 der 51 Teams erreichten das Ziel.
Erste Konzepte für eine weitere Ausbaustufe entstanden im folgenden Semester. Sie wurden nicht weiterverfolgt, da das Fahrzeug anschließend auf einen Brennstoffzellenantrieb umgestellt werden sollte.
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BILDERGALERIE
Vom Einzelteil zum Wettbewerb
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NÄCHSTES PROJEKT
Wälzlagerprüfstand
Prüfstand zur Untersuchung von Reibung und Lebensdauer unterschiedlicher Wälzlager.
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