Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Gegenstand des beantragten Forschungsvorhabens ist die Untersuchung eines v\u00f6llig neuartigen Konzeptes zur reibungsarmen Lagerung dynamisch hoch beanspruchter Wellen, hier am Beispiel einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors. Ziel im Rahmen des Vorhabens ist, die Merkmale und Grenzen des Konzeptes auszuarbeiten, insbesondere seine Eignung zur signifikanten Verringerung der Reibung. Die Lagerung der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors stellt durch die Vielfalt der auftretenden Belastungszust\u00e4nde und der Dynamik ein ideales Anwendungsbeispiel dar, in dem konventionelle W\u00e4lzlager ihre Grenzen finden. Die Adaptive Bearing (AB) Lagerung ist eine Kombination aus W\u00e4lz- und Gleitlager und stellt eine v\u00f6llig neue Lagertechnik da, indem es den Vorteil der reibungsarmen W\u00e4lzlagertechnik mit dem Vorteil der Belastbarkeit konventioneller Gleitlager verbindet. Die Nachteile der geringen Belastbarkeit von W\u00e4lzlagern und die hohe Reibung von Gleitlagern werden mit dem AB gezielt durch die patentierte Konstruktion vermieden. Mit dem AB Lagerungskonzept ist \u00fcber die Konstruktion und Auslegung beabsichtigt, die reibungsarme W\u00e4lzlagertechnik f\u00fcr durch hohe Lasten bisher nicht zug\u00e4ngliche Anwendungsbereiche nutzbar zu machen. In dem Anwendungsfall der AB Lagerung eines Kurbeltriebs soll die Reibleistung eines Verbrennungsmotors, die in Betriebspunkten niedriger Last bis zu 40% der Gesamtleistung betragen kann, deutlich verringert werden. Simulationen haben gezeigt, dass durch den Einsatz des AB in den Kurbeltrieb eines bestehenden Verbrennungsmotors der Kraftstoffverbrauch in der Kaltstartphase um bis zu 10% und im New European Driving Cycle (NEDC) um 5% reduziert werden kann. Diese Verbrauchsvorteile sind direkt mit einer Minderung der Emissionen, einschlie\u00dflich CO2-Emissionen, in gleicher Gr\u00f6\u00dfe zu setzen. Ziel des Vorhabens ist es, den kompletten Kurbeltrieb eines Versuchtr\u00e4gers in der Bauweise des Adaptiven Bearing zu lagern und damit das Potenzial der Reibungsminderung zu belegen. Das Projekt beinhaltet die bedarfsgerechte Konstruktion mit begleitender Simulation, die Fertigung der Komponenten, die Erprobung auf dem Mechanikpr\u00fcfstand und die Quanti-fizierung des Verbrauchs- und Emissionsvorteils unter realen Betriebsbedingungen auf dem Thermodynamik Pr\u00fcfstand.
\nDie Hauptziele des Programms sind, an einem Otto Turbomotor, der eine reine W\u00e4lzlagerung durch zu hohe Lasten nicht zul\u00e4sst, die Funktion, Haltbarkeit und das Emissionsminderungspotenzial \u00fcber den Verbrauch unter realen Betriebsbedingungen zu erproben. Besondere Aufmerksamkeit erfordert dabei die Funktion und das Verhalten der W\u00e4lzlagerung im \u00dcbergangsbereich zur Gleitlagerung, die Lagerfunktion bei hoher dynamischer Last und das Verhalten der W\u00e4lzk\u00f6rper bei andauernder Funktion im Gleitlagerbereich<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAuswahl des Funktionstr\u00e4gers (Opel Z20 LER – 200PS) und Anschaffung von 2 Motoren.
\n \tSchaffung der Datenbasis:
\no\tBau der Motorsteuerung, Applikation an Motor 1 auf Motorpr\u00fcfstand, Grundbedatung, und Triebwerksvermessung hinsichtlich Verbrauch, Reibung, Temperaturen und Akustik.
\no\tBasisvermessung am Mechanikpr\u00fcfstand (Motor 1): Reibung (nur Hauptlager \/ Vollmotor), Tem-peraturen und Akustik
\no\tVermessung \u00d6lpumpe Motor 1 am Mechanikpr\u00fcfstand zur Ermittlung des Leistungskennfeld
\no\tZerlegung und Vermessung Motor 2 zur Erstellung von CAD Modellen
\n \tComputersimulationen \/ Konzepte zum adaptiven Lager: Aufbau, Struktur, Dynamik, Toleranzen
\n \tKonzeptionierung, Berechnung, Konstruktion und Bau eines Lagerpr\u00fcfstands zum Messen kleinster Drehmomente unter hohen Lasten an einzelnen Prototypenlagern
\n \tValidierung der Funktion des Lagerpr\u00fcfstands
\n \tEntwicklung des adaptiven Lagers am Lagerpr\u00fcfstand
\no\tW\u00e4lzk\u00f6rper, K\u00e4fig, \u00d6labscheidung, Gleitlager, Lastverhalten, Akustik, Spiele und Toleranzen, Haltbarkeit
\no\tUntersuchung verschiedener Lagertypen: industrielles W\u00e4lzlager, Vollumschlossenes AB-Lager inkl. nur W\u00e4lz- und nur Gleitlager, geteiltes AB-Lager in Konfiguration f\u00fcr Motoreinbau
\n \tEntwicklung des W\u00e4lzk\u00f6rpers durch Tests und Messungen an W\u00e4lzk\u00f6rpern nach verschiedenen Fertigungsmethoden in Zusammenarbeit mit dem Aachener Institut f\u00fcr Werkstoffanwendungen im Maschinenbau (IWM)
\n \tErarbeitung von Konzepten zur Motorintegration der adaptiven Lagerung in Interaktion mit Simulationen und Versuchsergebnissen: Block, Kurbelwelle, Pleuel, Hauptlager
\n \tDetailkonstruktion und Fertigung der Komponenten
\n \tMessungen und Untersuchungen am Mechanikpr\u00fcfstand: Reibung, Temperaturen, Akustik
\n \tMessungen und Untersuchungen am Motorpr\u00fcfstand: Verbrauch, Reibung, Akustik und Haltbarkeit<\/p>\n
Zum Projektabschluss steht die Bewertung der adaptiven Lagerung hinsichtlich des Potenzials zur Minderung der Reibleistung und Emissionen. Weiterhin wird die Haltbarkeit bewertet<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Pr\u00e4sentation der Technik und deren Weiterentwicklung an der Universit\u00e4t in Gy\u00f6r (Audi)\/Dezember 2008,2009,2010
\n\tFachvortrag auf der VDI Tagung f\u00fcr Gleit- und W\u00e4lzlagerung Juni 2009
\n\tAusstellung und Pr\u00e4sentation der Technik auf dem Wiener Motorensymposium 2009,2010
\n\tAusstellung und Pr\u00e4sentation der Technik auf dem Aachener Motorenkolloquium 2009
\n\tPr\u00e4sentation der Technik bei Automobilherstellern und Zulieferern
\n\tGewinn eines Zulieferers f\u00fcr ein Industrielles Vorprojekt<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die prinzipielle Funktion der Adaptiven Lagerung und das Potenzial zur Reibminderung wurden im Projekt nachgewiesen. Weitere Optimierungen versprechen eine deutliche Ausweitung des Reibminderungspotenzials.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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