Hydrodynamische vrijloop in hybride aandrijvingen

Geplaatst op 20 mei 2020 om 09:43 uur
Hydrodynamische vrijloop in hybride aandrijvingen
In de ‘off-highway’- en ‘heavy-duty’-sectoren winnen hybride aandrijfoplossingen aan populariteit, of het nu over mobiele kranen, zware transportvoertuigen of voertuigen in het grondverzet, de wegenbouw of op de bouwplaats gaat. De hybride aandrijvingen bestaan uit een combinatie van moderne diesel- en (asynchrone) elektromotoren. De hydrodynamische vrijloopkoppelingen uit de FKh-serie van Ringspann zorgen zonder complexe besturingstechnologie voor de arbeidsverdeling.

Door: Mika Strandthaler

 

Dankzij de hydrodynamische koppelingsoplossing zijn aanzienlijke verschillen in de snelheid van de motoren mogelijk. En je kan afwisselend de verschillende motoren in dezelfde aandrijflijn in- en uitschakelen. De wielen van een voertuig kan je hiermee bijvoorbeeld door een van de twee of beide aandrijvingen in beweging brengen. De gebruiker moet er natuurlijk wel op kunnen vertrouwen dat de ‘werkverdeling' tussen de verbrandingsmotor en de elektrische aandrijving' gedurende een lange periode betrouwbaar en efficiënt functioneert.

 

‘Dynamische bemiddelaars'

Daarom kloppen veel van de ontwerpers van dergelijke aandrijvingen volgens Ringspann bij hen aan voor vrijloopkoppelingen. Met name de vrijlopen uit de FKh-serie hebben zich bewezen als ‘dynamische bemiddelaars' tussen de roterende krachten van de systemen. "Deze kant-en-klare complete vrijlopen voor geboute frontmontage, blijken vaak de ideale oplossing te zijn voor het veilig en eenvoudig beheren van hoge toerentallen in hybride aandrijvingen met een voor de ruimte geoptimaliseerd ontwerp. Dit is vooral te danken aan hun hydrodynamische ‘lift' van de klemlichamen (Engels: ‘sprag lift-off' - red.), die bij uitstek geschikt is voor het wisselen tussen vrijloop en rijden, in multi-motoraandrijvingen waar de snelheden in beide bedrijfsmodi gelijk zijn", zegt Thomas Heubach, hoofd Vrijlopen bij Ringspann.

 

vrijlopenDe hydrodynamische vrijlopen uit de FKh-serie functioneren zonder complexe regel- of besturingstechniek.

 

Zonder regel- of besturingstechniek

De vrijloopkoppelingen van de FKh-serie zijn onderhoudsarme componenten met kogellagers, die kunnen worden gebruikt voor het in- en uitschakelen van de verschillende motoren van hybride aandrijfsystemen. Zo'n vrijloop kan worden gebruikt als een compacte koppeling tussen elektromotoren en verbrandingsmotoren in gemeenschappelijke (of parallelle) aandrijflijnen. De koppeling wordt met koppeloverdracht ingeschakeld in de rijmodus van de vrijloop, terwijl de ontkoppeling met koppelonderbreking in de vrijloopmodus wordt uitgevoerd. Beide handelingen kunnen volledig worden uitgevoerd zonder extra regel- of besturingstechniek, omdat de functionaliteit van een FKh- vrijloopkoppeling uitsluitend is gebaseerd op mechanische en hydrodynamische principes. De vrijloopkoppelingen worden altijd zo tussen de beide aandrijvingen van het hybride systeem geïnstalleerd, dat de aandrijving in de rijmodus via de binnenring loopt, terwijl de buitenste ring in vrijloopbedrijf rondloopt.

 

In de scheepsbouw

Ook in de scheepsbouw worden vrijloopkoppelingen toegepast. In grote vracht- en passagiersschepen maakt het gebruik van vrijloopkoppelingen het mogelijk om in de haven over te schakelen van dieselaandrijving op zee naar elektromotoren - stil, langzaam en milieuvriendelijk. Terwijl de dieselmotor het werk doet, kan de elektrische aandrijving dienen als generator - in dit geval koppelt de vrijloopkoppeling de aandrijflijn aan elkaar. Maar als de elektromotor het overneemt en de dieselmotor een pauze neemt, schakelt de vrijloop de aandrijflijn uit.

 

Bijna ongelimiteerde levensduur

Het hydrodynamische principe is de grote kracht van FKh-serie en maakt de vrijloopkoppelingen daarom zo aantrekkelijk voor gebruik in snel roterende multi-motoraandrijvingen. In tegenstelling tot vrijloopkoppelingen met klemlichamen die alleen door de centrifugale krachten tijdens de rotatie worden opgetild, wordt dit in hydrodynamische vrijloopkoppelingen bereikt door een oliestroom. "Daarom kan bij een FKh-vrijloop de snelheid bij het rijden net zo hoog zijn als de vrijloopsnelheid bij het rijden met een vrijloop", benadrukt divisiemanager Heubach. "Dit resulteert in een bijna onbeperkte levensduur van de klemlichamen, die bij vrijloop op een oliefilm zweven en dus gescheiden zijn van de binnenste loopbaan. De onderhoudsinspanning is minimaal en is beperkt tot een incidentele olieverversing. Daarom zijn deze systemen ook uiterst betrouwbaar en veruit superieur aan andere systemen waar geen mechanische centrifugale'lift' kan worden gebruikt".

 

Groeimarkt

Ringspann levert de Fkh-vrijloopkoppelingen in zes standaardmaten, oliegevuld en inbouwklaar voor nominale draaimomenten tot 14.000 Nm en met boringen van 35 mm tot 95 mm. Onder de fabrikanten van hybride motoren voor mobiele kranen, bouwmachines en zware transportvoertuigen zijn het momenteel de maten FKh 94 ATR en FKh 106 ATR gewild.

 

Heubach is ook van mening "dat hybride aandrijvingstechnologie nog een groot ontwikkelingspotentieel heeft in de autotechniek en een toekomstige groeimarkt is voor hydrodynamische vrijloopkoppelingen. Vooral ook omdat je dan tot oplossingen kan komen die geen elektronica nodig hebben en eenvoudig te onderhouden zijn".•

 



liftHoe de hydrodynamische 'lift' werkt

Een hydrodynamische vrijloop heeft een oliekamer met een pomp, waarvan de pitotbuizen verbonden zijn met de binnenring van de vrijloop. Wanneer de buitenring draait, ontstaat er een 360° oliestroom in de oliekamer, waarin de pitotbuizen worden ondergedompeld. Zodra de buitenring sneller loopt dan de binnenring loopt, pompen de buizen de olie onder druk in de ringkamer. Van hieruit sijpelt het met hoge snelheid door de ringspleet naar buiten in de tussenliggende gebieden van de sproeiers. Afhankelijk van de relatieve snelheid tussen de buitenste en de binnenste ring stroomt de olie niet axiaal, maar onder een hoek naar de tussenliggende gebieden van de klemlichamen (‘sprags'). Hierdoor ontstaat een reactiekracht op de klemlichamen. Deze reactiekracht overwint de contactkracht van de veren en de klemlichamen komen los van de binnen ring. Deze kinematica wordt ondersteund door de hydrodynamische smeerwig. Als de relatieve snelheid tussen de buitenste en de binnenste ring afneemt, vermindert ook de hefkracht. Voor het bereiken van een synchroonloop bevinden de klemlichamen zich veilig in rust op de binnenring en zijn ze klaar om te vergrendelen. Dit garandeert een onmiddellijke overdracht van het koppel zodra de synchrone snelheid is bereikt. De hydrodynamische sprag lift-off maakt een vrijwel slijtagevrije vrijloop mogelijk.


 

Dit artikel verscheen eerder in Aandrijven en Besturen
 
© Engineersonline.nl