Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Das RPA-System (RPA – Rotatorischer Permanentmagnet Antrieb) erlaubt als vollvariable, elektromechanische Ventilsteuerung f\u00fcr Otto- und Dieselmotoren die Nutzung erheblicher, bisher ungenutzter Effizienzpotenziale des verbrennungsmotorischen Energiewandlungsprozesses und damit die Schonung der begrenzten fossilen Energieressourcen.
\nZiele des Projektes sind eine weitere Reduktion des systeminternen Energiebedarfs sowie die Sicherstellung der Dauerfestigkeit aller mechanischen Komponenten. Erg\u00e4nzender Schwerpunkt der Arbeiten ist die Regelung des Systems mit einem kosteng\u00fcnstigen Sensor.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Weiterentwicklung des RPA-Systems umfasst die Fortf\u00fchrung des mechanischen Aufbaus des Sys-tems einschlie\u00dflich der Erprobung der Dauerfestigkeit, die komplette Identifikation der Parameter des Simulationsmodells einschlie\u00dflich der Verfeinerung der Modellstruktur mit dem Ziel, eine detailgetreue Abbildung der Realit\u00e4t zu erreichen, die Entwicklung der Ansteuerelektronik f\u00fcr den Aktuator insbesondere in Hinblick auf h\u00f6here Verlustleistungen und Stromspitzen, die Reglerentwicklung und -erprobung mit Schwerpunkt auf Robustheit, Steuerzeitengenauigkeit und befriedigendes Ger\u00e4uschverhalten, die Realisierung der vollen Variabilit\u00e4t des Ventilhubes sowie die Entwicklung eines motortauglichen Positionssensors, welcher die erforderliche Aufl\u00f6sung f\u00fcr eine effektive Positionsreglung gew\u00e4hrleistet.
\nDazu wurden die Arbeiten in insgesamt 7 Arbeitspakete gegliedert. Im AP1 Detailkonstruktion und Musterbau RPA IV und AP3 Weiterentwicklung des RPA-IV und Erprobung wurden die Aktuatorik an wesentlichen Stellen verbessert sowie drei weitere Baustufen der Aktuatorik konstruiert, gebaut und dauererprobt. Im AP2 Entwicklung adaptiver Regler wurde ein Regelverfahren zur selbstst\u00e4ndigen Anpassung an ge\u00e4nderte Einfl\u00fcsse implementiert. Parallel dazu wurde im AP4 Sensorentwicklung ein motor- und serientauglicher Drehwinkelsensor konzipiert und getestet. Im AP 5 Systemidentifikation wurde zur Verbesserung der Regelg\u00fcte und der energetischen Effizienz die komplette Regelstrecke vermessen und realit\u00e4tsgetreuer modelliert. Im AP6 Entwicklung thermisches Modell wurde thermische Verlustsrecke realit\u00e4tsgetreu modelliert und mit Messungen abgeglichen. Im AP7 Entwicklung einer integrierten Elektronik wurde eine verbesserte, jedoch nicht-integrierte Elektronik gebaut und getestet.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Im Rahmen des Projektes zur Entwicklung des RPA-Systems wurden folgende Aufgabenstellungen erfolgreich bearbeitet:
\n\tdie Konstruktion und Fertigung mehrerer mechanischer Baustufen des Systems, die Beseitigung von konstruktiven Schwachstellen sowie die Erprobung auf Dauerfestigkeit des Systems,
\n\tdie Weiterentwicklung des Systems hinsichtlich Industrialisierbarkeit
\n\tdie komplette Identifikation der Parameter des Simulationsmodells einschlie\u00dflich der Verfeinerung der Modellstruktur mit dem Ziel, eine detailgetreue Abbildung der Realit\u00e4t zu erreichen,
\n\tdie Entwicklung der Ansteuerelektronik in Hinblick auf Reduzierung der Verlustleistung und der Stromspitzen,
\n\tdie Reglerentwicklung und -erprobung mit Schwerpunkt auf einer Anpassung an ge\u00e4nderte Umweltbedingungen, um jederzeit eine befriedigende Steuerzeitengenauigkeit und Ger\u00e4uschverhalten zu gew\u00e4hrleisten,
\n\tdie Entwicklung eines motortauglichen Drehwinkelsensors, der die erforderliche Aufl\u00f6sung f\u00fcr eine effektive Positionsreglung gew\u00e4hrleistet,
\n\tdie Entwicklung eines thermischen Modells und die Umsetzung eines Konzeptes zur Versorgung von jedem Aktuator mit K\u00fchlwasser.<\/p>\n
Als Ergebnis des F\u00f6rderprojekts l\u00e4sst sich hervorheben, dass wie schon im Vorg\u00e4ngerprojekt in sehr kurzer Zeit ein au\u00dferordentlich gro\u00dfer Projektfortschritt erzielt werden konnte. Innerhalb der Projektlaufzeit wurde eine weitere Baustufe der Aktorik (RPA-IV) in einer Kleinserie von 20 Einheiten gebaut, mit der die im Meilenstein 1 definierten Anforderungen erf\u00fcllt werden konnten. Diese wurden beim Kunden Volks-wagen AG auf einem Einzylinder-Verbrennungsmotor hinsichtlich mechanischer Stabilit\u00e4t und thermody-namischer Effektivit\u00e4t positiv bewertet, so dass Anfang 2007 die Zusammenarbeit intensiviert wurde. W\u00e4hrend der Testphase beim Kunden wurde eine weitere Baustufe (RPA-V) in 1-facher Ausf\u00fchrung mit h\u00f6herer Kraftausbeute sowie einem motortauglichen Sensorprinzip konzipiert und gebaut. Auch dieser Aktuator wurde dem Volkswagen-Konzern vorgestellt und positiv bewertet.
\nDer Anspruch an die sechste Baustufe der Aktorik (RPA-VI) wurde weit h\u00f6her als bislang gelegt, da diese Aktuatoren auch im 4-Zylinder-Otto- und -Dieselverbrennungsmotor eines Testfahrzeugs verbaut werden sollen. Ein wesentlicher Punkt bei der Konzeption der Aktorik war, dass es sich hierbei um eine Sonderl\u00f6sung zur uneingeschr\u00e4nkten Darstellung aller Funktionalit\u00e4ten handeln soll. Der Anspruch, bei der Konstruktion ein Serienkonzept zu ber\u00fccksichtigen, wurde verlassen. Es konnten somit auch Materialien ver-wendet werden, die im Automotive-Bereich bislang noch keinen Serieneinsatz gefunden haben sowie Fertigungstechniken mit aussichtsreicher aber ungepr\u00fcfter Serienumsetzungsm\u00f6glichkeit. Diese Baustu-fe wurde in einer Kleinserie von 70 Einheiten produziert und wird derzeit auf dem Test-Zylinderkopf montiert (Stand 04\/2008). Die im Meilenstein 2 definierten Anforderungen sind im Wesentlichen erf\u00fcllt, jedoch noch nicht von einem Automobilhersteller bzw. -zulieferer bewertet. Gespr\u00e4che zur Lizenzvergabe an Automobilhersteller bzw. -zulieferer sind noch nicht abgeschlossen und h\u00e4ngen im betr\u00e4chtlichen Ma\u00dfe auch von den Ergebnissen der thermodynamischen Untersuchungen beim Kunden ab.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Das RPA-System wurde dem VW-Konzern w\u00e4hrend zahlreicher Besprechungstermine vorgestellt. Die Entwicklung wurde vom VW-Konzern begleitet und teilfinanziert. In die Entwicklung ist zudem ein namhafter Automobilzulieferer eingebunden. Das System wurde auf dem 27sten Internationalen Wiener Motorensymposium durch den VW-Konzern vorgestellt. Weiterhin soll das System auf einem Messestand des 17. Aachener Kolloquium Fahrzeug- und Motorentechnik pr\u00e4sentiert werden. Derzeit laufen Gespr\u00e4che zur Kooperation mit weiteren deutschen Automobil-Forschungseinrichtungen.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die Entwicklungsgeschwindigkeit ist deutlich h\u00f6her als zu Beginn des Projektes angenommen, so dass innerhalb der Projektlaufzeit Kleinserien von 3 Baustufen gefertigt wurden. Die j\u00fcngste Baustufe wird den hohen Erwartungen seitens der Automobilindustrie hinsichtlich mechanischer Stabilit\u00e4t, Leistungsbedarf und dynamischer Belastbarkeit vollauf gerecht. Dank des F\u00f6rderungskapitals ist es gelungen, das System f\u00fcr Kleinserien soweit zu entwickeln, dass es als Tool f\u00fcr Thermodynamik-Untersuchungen vermarktet werden kann. Derzeit erstellt der Automobilzulieferer Valeo eine Akquise zur Vermarktung des Ventiltriebs. Ein Serieneinsatz ist ab 2015 denkbar.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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