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Teilvorhaben 2: Modellbau und Werkzeugentwicklung

Das Projekt "Teilvorhaben 2: Modellbau und Werkzeugentwicklung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von MECO Eckel GmbH & Co. KG durchgeführt. Vorhabensziel ist die Entwicklung von hohlgegossenen Kurbelwellen für den Verbrennungsmotor von Kraftfahrzeugen, wodurch es zu einer Materialeinsparung von 20Prozent kommen soll, was gleichbedeutend mit einer Gewichtsreduzierung ist, und auch zu einer weiteren Kostenreduzierung bei der Fertigung führt und somit zu Senkung des Kraftstoffverbrauches beiträgt, welche gleichbedeutend mit der Senkung des Ausstoßes von Emissionen (CO2) wäre. Problematik ist dabei die Definition der Lage der Hohlräume ohne Veränderung der äußeren Geometrie und der Beeinträchtigung der Schwingfestigkeit der Bauteile. Die Neuheit des Lösungsansatzes ist dadurch gekennzeichnet, dass diese Hohlräume sich durch neue Kernformverfahren realisieren lassen, d.h. die Darstellung von Hohlräumen ist auch bei Wellen, bei denen die Pleuel nicht in einer 180 Ebene liegen, möglich. Zunächst wird der Ist-Stand einer Welle analysiert und dann konstruktiv um die Hohlräume ergänzt. Dieses neue CAD-Modell wird dann auf Gießbarkeit überprüft und falls nötig überarbeitet. Anhand dieses Modells werden die Kernwerkzeuge erstellt und erste Prototypen gegossen. Nach der mechanischen Bearbeitung werden diese dann auf Schwingfestigkeit getestet. Anhand der Ergebnisse erfolgt falls nötig eine Überarbeitung des Designs und die Festlegung auf das endgültige Material und es werden erneut Prototypen gegossen, welche ebenfalls bearbeitet und auf Schwingfestigkeit getestet werden. Diese Ergebnisse werden dann denen einer Vollwelle gegenübergestellt.

Teilvorhaben 4: Nachweis der Schwingfestigkeit

Das Projekt "Teilvorhaben 4: Nachweis der Schwingfestigkeit" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF, Standort Kranichstein durchgeführt. Vorhabensziel ist die Entwicklung von hohlgegossenen Kurbelwellen für den Verbrennungsmotor von Kraftfahrzeugen, wodurch es zu einer Materialeinsparung von 20Prozent kommen soll, was gleichbedeutend mit einer Gewichtsreduzierung ist, und auch zu einer weiteren Kostenreduzierung bei der Fertigung führt und somit zur Senkung des Kraftstoffverbrauches beiträgt, welche gleichbedeutend mit der Senkung des Ausstoßes von Emissionen (CO2) wäre. Problematik ist dabei die Definition der Lage der Hohlräume ohne Veränderung der äußeren Geometrie und der Beeinträchtigung der Schwingfestigkeit der Bauteile. Die Neuheit des Lösungsansatzes ist dadurch gekennzeichnet, dass diese Hohlräume sich durch neue Kernformverfahren realisieren lassen, d.h. die Darstellung von Hohlräumen ist auch bei Wellen, bei denen die Pleuel nicht in einer 180 Ebene liegen, möglich. Das Fraunhofer-Institut LBF führt innerhalb des Gesamtvorhabens experimentelle Schwingfestigkeitsuntersuchungen an den Kurbelwellen durch. Als Referenz im Hinblick auf die Schwingfestigkeit der in diesem Vorhaben zu untersuchenden hohlgegossenen Kurbelwellen werden zunächst Schwingfestigkeitsversuche an einer Voll-Serienkurbelwelle durchgeführt. Die Schwingfestigkeitsversuche mit hohlgegossenen Kurbelwellen unterteilen sich in Prototypenversuche und nach Optimierung der Fertigungsschritte in umfangreiche Schwingfestigkeitsversuche an hohlgegossenen Kurbelwellen unter zyklischer Biege- und Torsionsbelastung.

Teilvorhaben: Demonstrator Kurbelwelle

Das Projekt "Teilvorhaben: Demonstrator Kurbelwelle" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Mercedes-Benz Group AG durchgeführt. Gesamtziel des Verbundprojektes ist die Verbesserung und effizientere Gestaltung von Fertigungsprozessketten für Produkte mit funktionalen Strukturen und Dimensionen im Mikro- und Nanometerbereich durch eine verlässliche Vorausbestimmung der funktionalen Bauteileigenschaften mit Hilfe funktionsorientierter Kennwerte und Kennwertsysteme. Primäre Zielsetzung aus Sicht der DAIMLER AG ist die Verbesserung der Effizienz der Nutzfahrzeugmotoren (Einsparung von Kraftstoff/ Verringerung von Emissionen).Ansatzpunkt für DAIMLER im Vorhaben FunkProMikro ist die Verringerung der Reibleistung an Kurbelwellen- Lagern mittels definierter, funktionsbestimmender Oberflächengeometrien. Im Erfolgsfall ist die Übertragung der gewonnenen Erkenntnisse auf alle relevanten Funktionsmerkmale der Aggregate und Fahrzeuge der gesamten DAIMLER Produktpalette beabsichtigt. Als Voraussetzung für Erreichung der Funktionen sollen Messverfahren entwickelt werden, um die Geometrie von Mikrostrukturen zu erfassen. Ferner sollen Fertigungsverfahren und entsprechende Regelungsmechanismen entwickelt werden, um solche Mikrostrukturen prozesssicher erzeugen zu können. Ausgehend von einer Analyse der Funktionsanforderungen an Lagerstellen von Serien-Kurbelwellen soll zunächst ein Verständnis geschaffen werden, welcher Zusammenhang zwischen Geometrie und erreichter Funktion am Bauteil besteht und in welchem Umfang verfahrensbedingte Abweichungen der Idealgeometrien heute schon auftreten. Davon ausgehend sollen auf Basis der Zielstellung- Verminderung der Reibleistung -funktionsbestimmende, geometrische Produkteigenschaften abgeleitet und eine funktionsorientierte Bewertung der Messdaten vorgenommen werden. Schließlich soll eine Optimierung und Erweiterung von Kennwertsystemen erfolgen, als Voraussetzung für die Entwicklung eines Regelkreises für die Bearbeitungsverfahren.

Teilvorhaben 1: Verbundkoordination und Konzeptentwicklung

Das Projekt "Teilvorhaben 1: Verbundkoordination und Konzeptentwicklung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RIV GmbH Regler Industrievertretungen durchgeführt. Vorhabensziel ist die Entwicklung von hohlgegossenen Kurbelwellen für den Verbrennungsmotor von Kraftfahrzeugen, wodurch es zu einer Materialeinsparung von 20Prozent kommen soll, was gleichbedeutend mit einer Gewichtsreduzierung ist, und auch zu einer weiteren Kostenreduzierung bei der Fertigung führt und somit zu Senkung des Kraftstoffverbrauches beiträgt, welche gleichbedeutend mit der Senkung des Ausstoßes von Emissionen (CO2) wäre. Problematik ist dabei die Definition der Lage der Hohlräume ohne Veränderung der äußeren Geometrie und der Beeinträchtigung der Schwingfestigkeit der Bauteile. Die Neuheit des Lösungsansatzes ist dadurch gekennzeichnet, dass diese Hohlräume sich durch neue Kernformverfahren realisieren lassen, d.h. die Darstellung von Hohlräumen ist auch bei Wellen, bei denen die Pleuel nicht in einer 180 Ebene liegen, möglich. Zunächst wird der Ist-Stand einer Welle analysiert und dann konstruktiv um die Hohlräume ergänzt. Dieses neue CAD-Modell wird dann auf Gießbarkeit überprüft und falls nötig überarbeitet. Anhand dieses Modells werden die Kernwerkzeuge erstellt und erste Prototypen gegossen. Nach der mechanische Bearbeitung werden diese dann auf Schwingfestigkeit getestet. Anhand der Ergebnisse erfolgt falls nötig eine Überarbeitung des Designs und die Festlegung auf das endgültige Material und es werden erneut Prototypen gegossen, welche ebenfalls bearbeitet und auf Schwingfestigkeit getestet werden. Diese Ergebnisse werden dann denen einer Vollwelle gegenübergestellt.

Teilvorhaben 3: Gießversuche Prototypen

Das Projekt "Teilvorhaben 3: Gießversuche Prototypen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Keßler & Co. GmbH durchgeführt. Vorhabensziel ist die Entwicklung von hohlgegossenen Kurbelwellen für den Verbrennungsmotor von Kraftfahrzeugen, wodurch es zu einer Materialeinsparung von 20Prozent kommen soll, was gleichbedeutend mit einer Gewichtsreduzierung ist, zu Materialeinsparungen und weiteren Kostenreduzierungen bei der Fertigung führt und somit zur Senkung des Kraftstoffverbrauches beiträgt, welche gleichbedeutend mit der Senkung des Ausstoßes von Emissionen (CO2) wäre. Problematik ist dabei die Definition der Lage der Hohlräume ohne Veränderung der äußeren Geometrie und der Beeinträchtigung der Schwingfestigkeit der Bauteile. Die Neuheit des Lösungsansatzes ist dadurch gekennzeichnet, dass diese Hohlräume sich durch neue Kernformverfahren realisieren lassen, d.h. die Darstellung von Hohlräumen ist auch bei Wellen, bei denen die Pleuel nicht in einer 180 Ebenen liegen, möglich. Bisherige Möglichkeiten haben sich reduziert auf das Aufbohren der Bauteile und Gießen mittels Feingussverfahren wie z.Bs. das kostenintensive Wachsausschmelzverfahren, welches zudem sich für große Stückzahlen wenig eignet. Eine Kurzfassung der Arbeitsplan ist dem Antrag beigefügt. Konstruktionsentwurf für hohlgegossene Variante; Formfüllungs- und Erstarrungssimulation; Konzept für Formteilung, Speiser- und Anschnitttechnik und Kernfertigung; FEM Berechnungen für Abschätzung der Beanspruchbarkeit der Bauteile; Probeabgüsse und Prototypen in unterschiedlichen Werkstoffen; mechanische Bearbeitung und Beprobung usw.

Koerperschallanregung in den Kurbelwellengrundlagern eines Verbrennungsmotors

Das Projekt "Koerperschallanregung in den Kurbelwellengrundlagern eines Verbrennungsmotors" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen durchgeführt. Die gleichzeitige Forderung nach energiesparenden, wirtschaftlichen und umweltfreundlichen Fahrzeugmotoren (gekennzeichnet durch Leichtbauweise, geringe Reibleistung, verbrauchsoptimierte Verbrennung) und nach Geraeuscharmut fuehrt zu einem Zielkonflikt, der bauteiloptimierte Konstruktionen erforderlich macht. Diese Optimierungsaufgabe (unter Einsatz primaerer Laermbekaempfungsmassnahmen) setzt die Kenntnis der geraeuscherzeugenden Einflussgroessen und deren Bedeutung voraus. Als Weiterfuehrung bekannt gewordener Untersuchungen an stehenden und laufenden Motoren, die auf eine besondere Bedeutung des nicht-linearen Geraeuscherzeugungs- und Geraeuschuebertragungssystems Brennraumdruck-Kolben-Pleuel-Kurbelwelle-Grundlagenschmierfilm-Kurbelgehaeuse schliessen lassen, ist das Ziel dieser Forschungsvorhaben, das dynamische Verhalten der verformbaren, schwingenden, statisch unbestimmt gelagerten Kurbelwelle im verformbaren, schwingenden Kurbelgehaeuse eines Mehrzylindermotors experimentell zu bestimmen. Im Rahmen der Untersuchungen werden die Verlagerungen aller Grundlagerzapfen in jeweils 3 Richtungen sowie alle Brennraumdruckverlaeufe und die Koerperschallanregung an den Grundlagerdeckeln ermittelt. Der grundsaetzliche Einfluss einiger fuer die Geraeuschanregung wichtiger Groessen wird durch Variation von Betriebs- (Last, Drehzahl, Schmiermittelviskositaet) und Konstruktionsparametern (Massenausgleich, Kurbelwellen- und Kurbelgehaeusesteifigkeit, Lagerflaeche, Lagerspiel) erfasst.

Schwingungstechnische und akustische Untersuchungen an Kurbelgehaeusen von Fahrzeugotto- und Dieselmotoren unterschiedlicher Bauart

Das Projekt "Schwingungstechnische und akustische Untersuchungen an Kurbelgehaeusen von Fahrzeugotto- und Dieselmotoren unterschiedlicher Bauart" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Lehrstuhl für Angewandte Thermodynamik und Institut für Thermodynamik durchgeführt.

Koerperschallanregung der Motorstruktur durch axiale Bewegungen der Kurbelwelle

Das Projekt "Koerperschallanregung der Motorstruktur durch axiale Bewegungen der Kurbelwelle" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Lehrstuhl für Angewandte Thermodynamik und Institut für Thermodynamik durchgeführt. Fuer die Geraeuschentstehung im Verbrennungsmotor sind neben den radialen Interaktionen zwischen Kurbelwelle und Kurbelgehaeuse in allen Hauptlagern auch solche in axialer Richtung im Schulterlager von grosser Bedeutung. Im laufenden Vorhaben wird durch experimentelle und rechnerische Untersuchungen zunaechst das schwingungstechnische Verhalten der einzelnen beteiligten Komponenten fuer sich (Kurbelwelle mit Anbauteilen, Kurbelgehaeuse) untersucht. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf der axialen Komponente. Im naechsten Schritt werden dann die Interaktionen der Bauteile untereinander bezueglich moeglicher Geraeuschanregungen der Motorstruktur im Motorbetrieb erforscht. Ziele sind die Beschreibung der Vorgaenge zwischen Kurbelwelle und Schulterlager in axialer Richtung, die Entwicklung einfacher Diagnosemethoden und die Ausarbeitung erster Ansaetze zur Verringerung des durch axiale Kurbelwellenbewegungen hervorgerufenen Motorgeraeusches.

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