60 Jahre Automobil Industrie 50 Jahre LuK: Inspiration und Innovation

60 Jahre »Automobil Industrie«: Damit begleitet das Fachmagazin die komplette Unternehmensgeschichte von LuK. 1965 gegründet, hat sich LuK mittlerweile zu einem weltweit anerkannten Systempartner für Antriebsstrangtechnologien entwickelt.

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Dr. Schneider Kunststoffwerke GmbH

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»Automobil Industrie« China

Schaeffler Automotive Buehl GmbH & Co. KG

Schaeffler Technologies AG & Co. KG

Die Erfolgsgeschichte begann vor einem halben Jahrhundert, als Dr. Wilhelm Schaeffler und Dr. Georg Schaeffler im badischen Bühl die LuK Lamellen- und Kupplungsbau GmbH gründeten – hervorgegangen aus dem mittelständischen Unternehmen Lamellen- und Kupplungsbau August Häusermann. Heute ist LuK weltweit ein gefragter Entwicklungspartner für die Automobilindustrie, wenn es um Systeme und Komponenten für den Antriebsstrang von Fahrzeugen geht.

Erste Tellerfederkupplung im Käfer

Erster Kunde des neuen Werks war Volkswagen, für dessen Käfer-Nachfolger es eine Tellerfeder-Kupplung produzierte. Sie war damals ein Techniksprung zur bisher gebräuchlichen Kupplung mit Schraubenfedern, die folgerichtig innerhalb des nächsten Jahrzehnts aus dem Pkw verdrängt wurde. Die Anpresskraft zur Übertragung des Motordrehmomentes übernimmt seitdem eine geschlitzte Tellerfeder, die vom Fahrer geringere Pedalkräfte als bisher erforderte. Später wurde die Tellerfeder-Kupplung von LuK zusätzlich mit einem Ausrücksystem ausgerüstet, das die vom Fahrer aufzubringende Pedalkraft nochmals reduzierte. Hohe Innovationskraft war von Beginn an ein Kennzeichen von LuK. So war ein in die Kupplungsscheibe integrierter Torsionsdämpfer mit einzeln auf Federsegmenten aufgenieteten Belagselementen der nächste Entwicklungsschritt. Die Beläge bestehen aus gesintertem Material (Metalle, Gleit- und Reibstoffe). Die Vernietung erfolgt durch Ümbördeln des Belag-Trägerbleches ohne separate Nieten. Es steht deshalb entsprechend dem fehlenden Nietkopf mehr Verschleißvolumen zur Verfügung.

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Komfort mit Zweimassenschwungrad

1985 gelang LuK der nächste große Wurf: Das Zweimassen-Schwungrad (ZMS) feierte im BMW 525e Weltpremiere. Dieses Produkt ist eine der herausragenden Innovationen in der 50-jährigen Firmengeschichte und hat sich zu einer Schlüsseltechnik für die heute mehr denn je geforderte nachhaltige Mobilität entwickelt. 2007 konnte LuK das 50-millionste produzierte ZMS in Bühl feiern. Ende 2014 lief dann sogar schon das insgesamt 100-millionste ZMS vom Band. Produziert wird der Schwingungsdämpfer mittlerweile an drei Standorten: am Hauptsitz in Bühl seit 1985, in Szombathely/Ungarn seit 2000 und in Taicang/China seit dem Jahr 2007.

Fahren in verbrauchsgünstigen Betriebspunkten

Das ZMS hat in den neunziger Jahren maßgeblich auch zur Erfolgsgeschichte des Dieselmotors beigetragen. Denn es garantiert hohen Fahrkomfort selbst bei niedrigen Drehzahlen und löst einen Zielkonflikt auf, der insbesondere die immer leistungs- und drehmomentstärkeren Dieselmotoren mit direkter Einspritzung betraf. Bei ihnen verstärken sich die konsequente Reibungsreduzierung im Getriebe und ein gestiegener Drehungleichförmigkeitsgrad der Motoren – das sogenannte „Getrieberasseln“.

Zudem regen sie Drehschwingungen an, was zusätzlich Lärm in Form von Karosseriedröhnen erzeugt. Beide Geräusche widersprechen aber den Komfortansprüchen der Autofahrer, weshalb das ZMS die perfekte Lösung zur Schwingungstilgung ist. LuK ersetzte das starre Schwungrad, das zwischen Motor und Getriebe angeordnet ist, durch eines mit zwei Massen. Beide entkoppelte Massen sind über ein Feder-Dämpfungssystem miteinander verbunden, Vibrationen des Motors werden gedämpft und der Fahrkomfort steigt. Ein weiterer Nebeneffekt: Das ZMS ermöglicht das Fahren in verbrauchsgünstigen Betriebspunkten bei hohem Geräuschkomfort und trägt somit zur CO₂-Reduktion bei.

Das automatisierte Schaltgetriebe

Kurz darauf entwickelte LuK zusammen mit Volkswagen für den Lupo ein automatisiertes Schaltgetriebe und setzte damit einen weiteren Meilenstein in der Kraftstoffeffizienz. Knapp 20 Jahre nach der erfolgreichen Entwicklung des ZMS optimierte LuK die Schwingungsdämpfung noch einmal. Die Integration eines Fliehkraftpendels erweitert die Dämpfungskapazität im ZMS um eine zusätzliche drehlzahladaptive Komponente. Diese 2008 eingeführte Technologie sorgt zusammen mit der Grundisolation der Schwingungen durch das Feder-Masse-System des ZMS für Isolationsgrade von mehr als 90 Prozent.

Restschwingungen beseitigen

Auch bezogen auf den Bauraum punktet der neuartige Tilger: Das Pendel ersetzt den Innendämpfer eines konventionellen ZMS und ist somit nahezu bauraumneutral. Die Grundisolation der Schwingungen wird weiterhin durch das ZMS mit Feder-Masse-System ausgeführt, die Restschwingung beseitigt das Fliehkraftpendel. Als Resultat lassen sich die Motoren auch bei äußerst geringen Drehzahlen sehr harmonisch und komfortabel fahren, sodass die Getriebeübersetzung länger und damit verbrauchseffizienter ausgelegt werden kann. Dies gilt sowohl für Handschalt- als auch für Doppelkupplungs- und Stufenautomatgetriebe.

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Erste selbstnachstellende Kupplung

Ein weiterer Meilenstein gelang LuK 1995 mit der weltweit ersten selbstnachstellenden Kupplung. Prinzipiell besteht ein linearer Zusammenhang zwischen den Motordrehmomenten und der Betätigungskraft für die Kupplung. Bei konventionellen Pkw-Kupplungen ist die Anpresskraft im Reibkontakt üblicherweise viermal so hoch wie die maximale Kupplungsbetätigungskraft. Letztere steigt verschleißbedingt über die Jahre um etwa 40 Prozent an.

Betätigungskräfte reduzieren

Da die Drehmomente der Motoren ständig steigen, müsste auch der Fahrer immer größere Kraft zum Treten des Kupplungspedals aufwenden. Deshalb steht die Reduzierung der Betätigungskräfte seit Jahren im Mittelpunkt der Kupplungsentwicklung. LuK hat dafür die richtige Lösung gefunden: die selbstnachstellende Kupplung SAC (Self Adjusting Clutch). Sie hat sich in den vergangenen zwei Jahrzehnten durchgesetzt und ermöglicht für viele hochmotorisierte Fahrzeuge vertretbare Kupplungspedalkräfte ohne aufwendige Unterstützungssysteme.

Die verschleißnachstellende Kupplung

Die verschleißnachstellende Kupplung SAC aktiviert über einen Kraftsensor (Sensor-Tellerfeder) den Verschleißausgleich durch Verdrehen eines Rampenrings. Dieser Ausgleichsmechanismus ermöglicht zum einen niedrigere Betätigungskräfte und zum anderen eine um 50 Prozent längere Lebensdauer der Kupplung. Bestehend aus einer Sensor-Tellerfeder (Kraftsensor) und einem tiefgezogenen Stahlnachstellring, bietet diese Verschleißnachstellung eine sehr hohe Funktionsgenauigkeit. Da für eine komfortable Kupplungsbetätigung neben geringen Betätigungskräften auch ein harmonischer Betätigungskraftverlauf erforderlich ist, wurden in der SAC Möglichkeiten zur fahrzeugspezifischen Anpassung der Kennlinien geschaffen. Beispiel hierfür ist die Kompensationsfeder, die häufig gewünschte flachere Kennlinien erzeugen kann. Das System zeigt auch für die künftigen Anforderungen noch beachtliches Weiterentwicklungspotenzial. Beispielsweise hat LuK inzwischen eine zweite Generation der SAC entwickelt, die sich durch einen vereinfachten Aufbau und erweiterte Einstellungsmöglichkeiten auszeichnet.

Weltpremiere Doppelkupplungsgetriebe

Nächste Weltpremiere war die Entwicklung der ersten trockenen Doppelkupplung für ein Siebengang-Direktschaltgetriebe (DSG) von VW. Das 2008 in Serie gegangene Kupplungssystem sorgte auf Anhieb für einen deutlichen Kraftstoff-Minderverbrauch im Vergleich zu einem Direktschaltgetriebe mit nasser Kupplung und auch im Vergleich zu einem Handschaltgetriebe. Die LuK-Doppelkupplung im DSG-Getriebe sorgt mit einem einfachen Prinzip auch maßgeblich dafür, dass beim Gangwechsel das sonst übliche „Nicken“ nicht mehr auftritt. Sie besteht aus zwei Kupplungen, die auf zwei Antriebswellen angeordnet sind. Eine Kupplung bedient die ungeraden Gänge eins, drei, fünf und sieben, während die zweite das Trennen und Verbinden der geraden Gänge zwei, vier und sechs sowie den Rückwärtsgang steuert.

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Schalten ohne Zugkraftunterbrechung

Bei einem Beschleunigungsvorgang zum Beispiel im zweiten Gang ist der dritte Gang im anderen Teilgetriebe bereits vorgewählt, sodass der Gangwechsel besonders schnell, sportlich und ohne Zugkraftunterbrechung erfolgen kann. Er wird elektronisch ausgelöst und von hydraulischen Aktoren umgesetzt. Durch Momentenüberlagerungen beim Gangwechsel und Öffnen und Schließen der Einzelkupplungen in Sekundenbruchteilen sind die Schaltvorgänge für den Fahrer kaum wahrnehmbar. Übrigens: Als Torsionsdämpfer im DSG-Getriebe dient das Zweimassenschwungrad von LuK. Im nächsten Schritt werden Doppelkupplungen in Hybridantrieben eingesetzt. Sie führen dann nicht nur die Gangwechsel im Getriebe durch, sondern auch das Kraftflussmanagement von Verbrennungs- und Elektromotor.

Techniken für CVT-Getriebe

Weitere innovative Getriebetechniken von LuK sind die Laschenkette, die Scheibensätze und die Hydraulik für CVT-Getriebe. Diese LuK-Komponenten eignen sich besonders gut für hohe Leistungen und Drehmomente, sorgen durch ihre Kompaktheit für eine hohe Leistungsdichte bei kompakten Getriebeabmessungen und schließlich auch für einen hohen Wirkungsgrad des CVT-Getriebes. Darüber hinaus ermöglichen sie maximale Übersetzungsspreizungen und dadurch kraftstoffsparende Downsizing- und Downspeeding-Konzepte. Die weltweit steigenden Anforderungen in puncto Emissionen und Verbrauch sprechen überdies für den Einsatz eines CVT-Getriebes. Denn durch die stufenlose Anpassung der Übersetzung ohne Zugkraftunterbrechung kann der Motor stets im verbrauchsgünstigsten Kennfeldbereich betrieben werden. Daraus ergeben sich Verbrauchswerte auf dem Niveau von ideal bedienten Handschaltgetrieben.

Die LuK-Laschenkette

Dementsprechend vertrauen zum Beispiel bereits drei Fahrzeughersteller aus Europa und Asien auf die LuK-Laschenkette im Großserieneinsatz, unter anderem Subaru. Das CVT ist eine sehr komfortable Lösung für hohe Verkehrsdichten mit stark schwankenden Fahrgeschwindigkeiten oder für Kunden, die auf sanftes Anfahren großen Wert legen. In Europa weitgehend unbemerkt, stieg die weltweite CVT-Produktion kontinuierlich auf heute fast sieben Millionen Einheiten pro Jahr an. Der Schwerpunkt liegt im asiatisch-pazifischen Raum, insbesondere in Japan, wo bereits 36 Prozent aller neuen Pkw mit CVT ausgestattet werden.

Die Zukunft im Blick

Erwähnung verdienen natürlich auch die anderen Innovationen von LuK, die teilweise seit Jahrzehnten für mehr Komfort, Fahrfreude und Umweltschutz sorgen: beispielsweise das Bremsband für Automatikgetriebe, das elektronische Kupplungsmanagement, Motorendämpfer oder ein neuartiges Ausrücksystem für die Kupplung mit Wegsensorik. Seit 1988 beschäftigte man sich in Bühl mit dem Drehmomentwandler. 1997 ging der erste in Serie. Bis heute wurden mehr als zwei Millionen Wandler gefertigt und können mit einem Fliehkraftpendel ausgerüstet werden.

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„Mobilität für morgen“

Den Blick in die Zukunft richtet man bei Schaeffler und damit auch bei LuK entsprechend der Strategie „Mobilität für morgen“ etwa in Form der auf unterschiedlichste Mobilitätsanforderungen zugeschnittenen Demonstrationsfahrzeuge. Hiermit präsentiert Schaeffler immer wieder verblüffende Kombinationen bekannter Techniken und völlig neue Ansätze für eine nachhaltige Mobilität. In markenübergreifenden Projektteams werden die Technologien entwickelt, wobei die Ingenieure von LuK die Experten für Kupplungen, Getriebekomponenten und vieles mehr sind.

Elektrifizierte Kupplung

Zum Beispiel versieht im Gasoline Technology Car (GTC), das Schaeffler und Continental im Jahr 2014 vorstellten, eine elektrifizierte Kupplung von LuK, die sogenannte E-Clutch, ihren Dienst. Sie koppelt beim Rollen ohne Gas automatisch den abgestellten Motor vom Antriebsstrang ab (Segeln). Hingegen kann die Bewegungsenergie beim Bremsen – bei geschlossener Kupplung – noch intensiver für die Rekuperation im 48-Volt-Hybridsystem genutzt werden. ‹

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