Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Durch den Einsatz von beulstrukturierten Elementen sollen Bereiche der klassischen Abgasanlage substituiert und in bezug auf ihre schall-, festigkeits- und str\u00f6mungstechnischen Eigenschaften optimiert werden. Es werden deutliche Verbesserungen bei der Verminderung von Emissionen in Form von L\u00e4rm und Stickoxyden beim Einsatz von beulstrukturierten Elementen in KFZ – Abgasanlagen oder station\u00e4re Abgasanlagen erwartet. Wesentliches Entwicklungsziel ist die Nutzung der schalld\u00e4mpfenden und str\u00f6mungstechnischen Wirkung von Beulstrukturrohren im Bereich zwischen Motor und Katalysator.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenPrototyping spezieller Strukturen
\nIn enger Zusammenarbeit mit dem Kooperationspartner, der TFH Wildau, werden erste Strukturen durch die Beulstrukturierungstechnik hergestellt, wobei vorliegende Erkenntnisse aus vorangegangenen Projekten bez\u00fcglich der L\u00e4nge bzw. Tiefe der Beulstrukturen und deren physikalischen Wirksamkeit in die Definition von Vorzugsstrukturen einflie\u00dfen.
\nUntersuchung der Eigenschaften beulstrukturierter Elemente
\nAn verschiedenen Modellen und Prototypen werden akustische, str\u00f6mungs-, w\u00e4rme\u00fcbergangs-, und festigkeitstechnische Untersuchungen durchgef\u00fchrt.
\nStrukturoptimierung durch genetische Algorithmen
\nDurch Variation der Parameter wird die Optimierung der Beulstruktur bez\u00fcglich der festigkeitstechnischen, str\u00f6mungstechnischen und akustischen Eigenschaften und Effekte verwirklicht.
\nUntersuchung der Fertigungstechnik
\nIntegraler Projektbestandteil ist die Nutzung des Doppel-D-Rohres mittels Beulstrukturierung als Herstellungstechnologie f\u00fcr beschriebene Produkt. Dazu m\u00fcssen produktionstechnische Versuche, Voruntersuchungen und Parameterbestimmungen f\u00fcr die Konstruktion der Zangenvorrichtung, wie zur Vorbereitung, Herstellung und Verarbeitung des Doppel-D-Rohres durchgef\u00fchrt werden.
\nErprobung und Optimierungen der Technik bez\u00fcglich ihrer Serienfertigung.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Im Rahmen des Vorhabens ist es beispielhaft gelungen, Strukturrohrtechnologie von einer prinzipiell formulierten Idee bis hin zur Ausf\u00fchrungsreife umzusetzen. Der zun\u00e4chst pauschal formulierte Anspruch, eine neue Kfz-Abgasanlage zu entwickeln, ist partiell aufgegeben worden, da sich parallel zur technischen Entwicklung zeigte, dass dies gemessen an den Anforderungen und Anspr\u00fcchen des Marktes in diesem Bereich kein vern\u00fcnftiges Ziel ist. Trotzdem ist eine variantenreiche Prototypenserie entstanden, die multifunktional einsetzbar ist, d. h. nicht nur im Kfz-Bereich, sondern in vielen anderen Bereichen der Motorentechnik Einsatzm\u00f6glichkeiten bietet. Die wesentlichen Elemente dieses Prototyps sind
\n–\tder Sammelbereich hinter den Kr\u00fcmmern,
\n–\tder Anstr\u00f6mbereich vor dem Katalysator,
\n–\tder Abstr\u00f6mbereich hinter dem Katalysator und
\n–\tder Schalld\u00e4mpfer selbst.
\nDie Funktion der Strukturen ist mit unterschiedlichem Schwerpunkt auf die einzelnen Wirkbereiche auf Festigkeit (vor allem Schwingung), Str\u00f6mungsgleichrichtung, W\u00e4rme\u00fcbertragung und Schallreflektion ausgerichtet.
\nDie Variantenbreite m\u00f6glicher Anwendungen mit jeweils spezifischen Anforderungen an die Strukturrohre hinsichtlich eingesetzter Rohrhalbzeuge, Strukturierungsparameter wie Abstand, Tiefe und Versatz der Nebenformen und der Abstimmung von strukturierten zu unstrukturierten Bereichen auf der Rohroberfl\u00e4che, hat zur Entwicklung einer \u00e4u\u00dferst variablen teilautomatisierten Strukturierungsanlage gef\u00fchrt. Innerhalb kurzer R\u00fcstzeiten kann die Anlage zwischen den einzelnen zu strukturierenden Rohrchargen umgestellt werden. Der Strukturierungsprozess kann mit maximal 0,4m\/min durchgef\u00fchrt werden.
\nDer urspr\u00fcngliche Ansatz, \u00fcber eine Formoptimierung Schall breit wirkend auszul\u00f6schen, wurde nicht erreicht. Es hat sich allerdings gezeigt, dass die Strukturen zur Ausl\u00f6schung (besser Reflektion) von hochfrequentem Schall sehr wirksam sind. Auf breite Schallspektren kann nur durch Absorber \u00fcber gro\u00dfe Oberfl\u00e4chen oder \u00fcber Resonatoren, d. h. \u00fcber gro\u00dfe Volumina Einfluss genommen werden. Hierzu wurden eigene Tests gefahren, die auf eine Kombinationsm\u00f6glichkeit dieser Schallminderungstechnik mit der reflektorischen mittels nebenformstrukturierter Rohre hinweisen.
\nDie Materialeinsparung bei der Verwendung von nebenformstrukturierten Rohrleitungen kann erheblich sein, da die Festigkeitseigenschaften des Grundmaterials positiv ver\u00e4ndert werden. Die Rohrmasse kann bis zu etwa 50% verringert werden. In Kombination mit der Verbesserung von Str\u00f6mungseigenschaften ist diesem Effekt der Hauptvorteil dieser Entwicklung zuzuordnen. Der nebenformbedingte Schalleffekt kann allerdings in speziellen Bereichen von gro\u00dfer Bedeutung sein: Bei Turbomaschinen und in der Krad-Technik. Die Rohrmassenreduzierung ist auch in anderen Bereichen von Kraftfahrzeugen hinsichtlich Umweltrelevanz bedeutend, da Rohre den zweitgr\u00f6\u00dften Halbzeuganteil in Kraftfahrzeugen ausmachen. Die Stahlwerkstoff-Einsparung bei Strukturrohrelementen liegt etwa 3 Gr\u00f6\u00dfenordnungen \u00fcber dem Werkstoffaufwand f\u00fcr die Strukturierungsanlage. Im Fall einer Anwendung im Kfz-Bereich \u00fcbersteigt die Energieeinsparung durch Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs bedingt durch das redu-zierte Gewicht den Energieaufwand f\u00fcr die Umformung der Rohre um das 1 – 3-fache.
\nVorteile der strukturierten Abgasanlage:
\n–\tMaterialeinsparung durch h\u00f6here Festigkeit, dadurch geringere Wandst\u00e4rke
\n–\tMaterialeinsparung durch Verkleinerung bzw. Substituierung eines konventionellen D\u00e4mpfers
\n–\tW\u00e4rmespannungen k\u00f6nnen durch Strukturen in axialer Richtung kompensiert werden
\n–\tGezielte Einflussnahme auf den Klang der Anlage (Schallkomposition)
\n–\tBessere W\u00e4rme\u00fcbertragungseigenschaften, Steuerung der Temperaturzonen
\n–\tK\u00fcrzere Erw\u00e4rmungszeiten, Katalysatorfunktion spricht schneller an
\n–\tG\u00fcnstigere Str\u00f6mung im strukturierten Rohr, Katalysator wird effektiver angestr\u00f6mt, bzw. kann mit geringeren Volumen ausgef\u00fchrt werden<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Pr\u00e4sentation bei verschiedenen KfZ-Herstellern sowie Zulieferern
\nPr\u00e4sentation auf internationalen Fachmessen (Intermot 2002, Hannover-Messe 2003)<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die Untersuchungen der Strukturrohre hinsichtlich Ihrer Eigenschaften (Festigkeit, W\u00e4rme\u00fcbertragung, Str\u00f6mung, Schall) erm\u00f6glicht eine differenziertere Bewertungsm\u00f6glichkeit f\u00fcr deren Einsatzbereiche. Diese Differenzierung zeigt, dass nur in einzelnen Abschnitten von Abgasanlagen sowie der Motorentechnik partielle Substitutionen von Glattrohren durch Strukturrohre sinnvoll sind. Die Strukturrohre k\u00f6nnen f\u00fcr ein bekanntes Anforderungsprofil spezifiziert werden. Durch die flexible Herstelltechnik k\u00f6nnen Prototypen kurzfristig hergestellt und anschlie\u00dfend getestet werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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