Schnell schaltende Kupplung zur Realisierung eines mechanischen Tiefsetzstellers

In der vorliegenden Arbeit wird die Realisierung eines mechanischen Tiefsetzstellers in Form eines Prototyps vorgestellt. Neben einer simulativen Untersuchung des Konzeptes erfolgt die Erprobung am Prüfstand. Die Entwicklung dieser Topologie ist aus den hohen Reibungsverlusten in der Kupplung bei Drehzahlwandlung und Synchronisation motiviert. Um diese zu vermeiden, wird ein Blick auf den leistungselektronischen Ansatz des „Wandelns durch Schalten“ geworfen. Dieser ermöglicht eine nahezu verlustfreie Transformation einer transienten elektrischen Eingangsgröße in eine Ausgangsgröße mit anderem Niveau. Die vorliegende Arbeit untersucht die Anwendbarkeit dieses Ansatzes auf den mechanischen Aufbau. Es wird gezeigt, dass sich die elektrische Schaltung des Tiefsetzstellers mechanisch umsetzen lässt. Der Prototyp ermöglicht zum einen, in Analogie zu seinem elektrischen Vorbild, die Einstellung einer konstanten Lastdrehzahl abhängig vom Tastgrad des gepulsten Anpresskraftverlaufes der Kupplung. Zum anderen kann die Umsetzung eines Synchronisationsvorgangs von Eingangs- und Lastdrehzahl erfolgreich am Prüfstand demonstriert werden. Für die Entwicklung wird zunächst ein Mehrkörpersimulationsmodell in Matlab/Simulink aufgebaut. Das Modell liefert den funktionalen Nachweis des Konzeptes und bildet die Basis für den Konstruktionsprozess des Protopys. Eine Herausforderung bei der technischen Realisierung stellt die Regelung des gepulsten Anpresskraftverlaufes der Kupplung dar. Zur Umsetzung wird das zyklische Regelungsverfahren des „Repetitive Control“ verwendet, um ein geeignetes Steuersignal für den hydraulischen Kupplungsaktor abzuleiten.