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- 02 Maschinenbau (3)
In der Motorentechnik werden verschiedene Komponenten und Betriebsstoffe verwendet. Jede durch den Betrieb verursachte Veränderung einer Komponente oder eines Betriebsstoffes hat Auswirkungen auf die Reproduzierbarkeit einer Messung. In der Thermodynamikentwicklung wird z.B. das Ziel „Reduktion des Kraftstoffverbrauches um 7%“ ausgegeben. Die Abänderung einer einzelnen Komponente macht nur einen geringen Teil dieser Reduktion aus. Deshalb ist eine hohe Messgenauigkeit und Langzeitstabilität erforderlich. Bei dieser Diplomarbeit wurde der Einfluss verschiedener Motoröle auf die mechanische Reibung und somit auf den Kraftstoffverbrauch bei einem Heavy Duty Motor (Hubraum > 6 Liter), unter Verwendung von vier verschiedenen transienten Zyklen, betrachtet. Der erwartete Unterschied im Kraftstoffverbrauch zwischen den einzelnen Ölen lag bei 3 bis 5%. In bestimmten zeitlichen Abständen wurde zwischen den einzelnen Ölen ein Referenzöl getestet. Beim Vergleich von zwei Testläufen galt es eine Wiederholgenauigkeit und Langzeitstabilität des Kraftstoffverbrauches von unter 1% zu erreichen. Die notwendigen Schritte für die Erreichung dieses Zieles werden in dieser Diplomarbeit beschrieben.
Ziel der Diplomarbeit ist es, die oszillierenden Massenkräfte zweiter Ordnung eines vorhandenen Nutzfahrzeugmotors mit Hilfe eines Massenausgleichssystems aufzuheben.
Nach der Beschreibung der Kräfte am Kurbeltrieb und der Betrachtung des
Einzylindermotors bis hin zu verschiedensten Mehrzylindermotoren, werden mögliche Antriebsvarianten, Einflussparameter und schließlich Vor- und Nachteile von Massenausgleichseinrichtungen beurteilt. Es folgt eine genauere Betrachtung des Nutzfahrzeugmotors und die Berechnung der auftretenden Kurbeltriebskräfte.
Konzeptionell werden in weiterer Folge drei verschiedene Massenausgleichssysteme entwickelt. Dabei wird darauf geachtet, dass diese Varianten als Zusatzsysteme oder sogenannte „Add on solution“ ausgeführt werden, da nicht alle Motorapplikationen mit
einer Massenausgleichseinrichtung versehen sind und die Zusatzänderungen des bestehenden Motors auf ein Minimum reduziert werden sollen. Anschließend wird unter Verwendung einer Bewertungsmatrix das von den drei erstellten Varianten gesamtheitlich effektivste Massenausgleichssystem ermittelt. Zum Schluss wird dieses
genauer betrachtet und bei detaillierter Konstruktion optimiert. Dies umfasst Anpassung der Unwucht der Ausgleichsmassen, Bewegungssimulation, Verzahnungsauslegung, Lagerberechnung und Anpassung an den vorhandenen Motor wie etwa Ölversorgung oder Montage. Zum Abschluss der Arbeit werden die Ergebnisse interpretiert.
Ziel der Diplomarbeit ist es, einen Prüfstand zu konzipieren, der reale dynamische Bewegungsvorgänge bzw. Fahrzustände wie Schräglagen(Wanken) sowie Auf- bzw. Abfahrten (Nicken) von hauptsächlich in motorisierten Freizeitgeräten zum Einsatz kommenden Verbrennungsmotoren und Komponenten des Antriebsstrangs simuliert, ohne, dass die zu untersuchenden Objekte in Originalfahrzeuge eingebaut werden müssen. Die, mit dem Prüfstand in Zukunft durchgeführten, Untersuchungen sollen Ergebnisse über die Ölverteilung sowie den Grad der Ölverschäumung innerhalb des Prüflings liefern. Es soll ein Weg gefunden werden am Prüfstand größtmögliche Bewegungsdynamik verbunden mit maximaler Betriebssicherheit gewährleisten zu können. Verschiedene potenzielle Ausführungsvarianten werden diskutiert und die Lösungsidee näher beleuchtet. Es wird die Auswahl und Beschreibung der relevanten Komponenten und deren Dimensionierung bis einschließlich der Auswahl von Sensorik vorgenommen. Die Konzipierung im Bereich Elektrotechnik sowie die SPS- Programmerstellung sind nicht Teil dieser Arbeit.