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2.3. Produktpaletten von Cooper Standard Autom...
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3. Das Abgasrückführungssystem (AGR-System)
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4. Der AGR-Kühlers
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Um eine Rückströmung zu verhindern sollte der ...
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(„Stop and go“). Außerdem bringt er nach eine...
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 Falls Leckage auftritt, wird die Luftblasen...
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Dieser Test hat zwei ...
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Abbildung 26 : Vergleich der Kühlleistung und...
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Abbildung 27: Vergleich des Wirkungsgrades zw...
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  1. 1. AhmadShafiq BinShahrom |AhmadShafiq.BinShahrom@hs-augsburg.de 1 | S e i t e Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung .............................................................................................................................. 2 2. Die Firma Cooper................................................................................................................... 2 2.1. Firmengeschichte von Cooper-Standard Automotive (CSA)............................................... 3 2.2. Standorte der Firma........................................................................................................ 3 2.3. Produktpaletten von Cooper-Standard Automotive............................................................ 4 2.4. Produkte aus dem Werk in Schelklingen .......................................................................... 5 2.5. Referenzkunden von Cooper-Standard Automotive .......................................................... 5 3. Das Abgasrückführungssystem (AGR-System) ........................................................................ 6 3.1 Funktionsweise der Abgasrückführung............................................................................. 6 4. Der AGR-Kühlers…………………………………………………………………………………………..8 4.1 Aufbau und Funktion des AGR-Bypasskühlers……………………………………………………9 4.1.1 Kühlmodus……………………………………………………………………………………..11 4.1.2 Bypassmodus………………………………………………………………………………….11 5. Haupttätigkeit : Analyse der Abgasrückführungskühler ............................................................12 5.1. Schrittweise der Analyse ................................................................................................12 5.1.1. Eingangsdokumentation .........................................................................................13 5.1.2. Untersuchung des Anlieferungszustandes ...............................................................14 5.1.3. Dichtheitsprüfung (Luft unter Wasser)......................................................................14 5.1.4. Leistungsprüfung....................................................................................................17 5.1.4.1. Erstellung des Prüfberichtes nach der Leistungsprüfung ..........................................21 5.1.5. Weiterziehmomentsmessung-Drehmoment..............................................................24 6. Danksagung .........................................................................................................................26 7. Fazit.....................................................................................................................................27 8. Quellenverzeichnis................................................................................................................27
  2. 2. AhmadShafiq BinShahrom |AhmadShafiq.BinShahrom@hs-augsburg.de 2 | S e i t e 1. Einleitung Der vorliegende Praxissemesterbericht ist Bestandteil meines Studiums im Studiengang Maschinenbau an der Hochschule Augsburg. Im Zeitraum vom 01.10.2013 bis 28.02.2014 absolvierte ich diesen Studienabschnitt bei der Firma Cooper Standard Automotive (D) GmbH in Schelklingen Ulm. Während dieses Zeitraums bekam ich einen sehr guten Einblick in verschiedene interne Prüfungen der Firma Cooper-Standard Automotive .Aufgrund neuer Messverfahren und Prüfstrategien habe ich verschiedene Erkenntnisse und Erfahrungen erlernen und sammeln können.Meine theoretischen Kenntnisse aus meinem bisherigen Studium an der Hochschule, vor allem aus dem Automobilbereich z.B. Strömungslehre, Messtechnik und Technische Mechanik, konnte ich während meines Praktikums gut visualisieren. Diese wertvolle Erfahrung ist eine der wichtigsten Anforderungen für einen zukünftigen Ingenieur nicht nur auf dem Blatt gute Leistungen zu erbringen,sondern auch ein Gefühl für gute mit der Theorie verknüpfte praktische Arbeit zu entwickeln. 2. Die Firma Cooper Die Cooper Tire & Rubber Company wurde 1914 gegründet und spezialisierte sich auf die Herstellung und den Vertrieb von Gummiprodukten besonders Reifen für Kraftfahrzeuge, Lastkraftwagen und Motorräder, sowie Innenschläuche, Geräusch- und Vibrationsdämmelemente, Autodichtungen und Flüssigkeitsversorgungsleitungen. Der Hauptsitz des Unternehmens befindet sich in Findlay, Ohio. Im Jahr 1999 teilte sich die Firma in Cooper Tire (Reifengruppe) und in Cooper- Standard Automotive. Die Konzentration der Reifenproduktion platzierte sich in Amerika durch Cooper Tire während die anderen Werke als Cooper-Standard Automotive zusammen blieben. Cooper-Standard Automotive Inc., mit Sitz in Novi, Michigan USA, ist ein führender globaler Lieferant für die Automobilindustrie, der sich auf die Fertigung und dem Vertrieb von Systemen und Komponenten für die Kfz-Industrie konzentriert. Das Kerngeschäft liegt in den Bereichen Body & Chassis System (Dichtungssysteme, Komponenten und Systeme zur aktiven und passiven Geräusch- und Schwingungsdämpfung) sowie Fluid Handling (Systeme und Komponenten zum Flüssigkeitsmanagement in den Produktbereichen Heizung und Kühlung, Kraftstoff und Bremse, Abgas- und Powermanagement). Seit wenigen Jahren expandiert das Unternehmen insbesondere in Europa durch die Eingliederung bzw. Übernahmen neuer Firmen (z.B. das Unternehmen Siebe). Cooper-Standard Automotive hat derzeit über 19.000 Mitarbeiter an 79 Standorten in 18 Ländern und machte 2011 einen Jahresumsatz von 2,85 Mrd. US Dollar. .
  3. 3. AhmadShafiq BinShahrom |AhmadShafiq.BinShahrom@hs-augsburg.de 3 | S e i t e 2.1. Firmengeschichte von Cooper Standard Automotive (CSA) Abbildung 1 : Zeitlicher Verlauf der Firmenübernahme Quelle : www.cooperstandard.com/german/history.php 2.2. Standorte der Firma Zu den Standorten in Deutschland gehören Schelklingen, Mannheim, Lindau, Hockenheim, Speyer und Grünberg. Novi,Michigan Varginha, Brasilien Vitre, FranceSchelklingen, Deutschland Cheong - ju, Korea Adelaide, South Australien Abbildung 2 : Firmenstandorte Weltweit
  4. 4. AhmadShafiq BinShahrom |AhmadShafiq.BinShahrom@hs-augsburg.de 4 | S e i t e 2.3. Produktpaletten von Cooper Standard Automotive Das Unternehmen Cooper produziert eine Vielzahl von Produkten, die der Automobilbranche dienen. Cooper-Standard Automotive ist in drei speziellen Sparten tätig :  Flüssigkeitssysteme (Fluid System)  Dichtungen / Kunststoff  Geräusch- und Schwingungskontrolle (NVH) Abbildung 3 : Produktpalette von Cooper Standard Quelle : www.cooperstandard.com/german
  5. 5. AhmadShafiq BinShahrom |AhmadShafiq.BinShahrom@hs-augsburg.de 5 | S e i t e 2.4. Produkte aus dem Werk in Schelklingen Im WerkSchelklingenwerdenfolgende Komponentenhergestelltundzusammengebaut. Fuel,Brake and Vapour System (Treibstoff-,Brems-und Entlüftungssystem) Power Steering Subsystem (Lenkhilfssystem) EGR Subsystem (Abgasrückführungssystem) Abbildung 4:Produktgruppen Werk Schelklingen 2.5. Referenzkunden von Cooper Standard Automotive Zu den Referenzkunden von Cooper zählt eine Vielzahl von international anerkannten Firmengruppen, diese sind zum Beispiel: General Motors, Alfmeier, Benteler, Bosch, Geiger Technik, Hoerbiger, Inergy, Karmann, Kautex, Luk, Magna Steyr, Nedcar, Power Packer, Sachs, Tesma, Siemens VDO Automotive, Visteon, ZF Friedrichschafen AG. 5 Abbildung 5: Überblick der Kunden
  6. 6. AhmadShafiq BinShahrom |AhmadShafiq.BinShahrom@hs-augsburg.de 6 | S e i t e 3. Das Abgasrückführungssystem (AGR-System) Die Abgasrückführung (AGR) ist eine innermotorische Maßnahme und dient als wirksame Methode zur Minderung von Stickoxiden (NOx), welche bei der Verbrennung von Kraftstoff in Ottomotoren, Dieselmotoren, Gasturbinen, Heizkesseln usw. entstehen. Diese Grenzwerte werden durch Abgasnormen (s. Tabelle 1) definiert und sind gesetzlich vorgeschrieben. In Dieselmotoren dienen sie zusätzlich der Geräuschreduzierung, in Otto-Motoren zurr Senkung des Kraftstoffverbrauches. Besondere Bedeutung hat die AGR bei magerem Verbrennungsgemisch. Es gibt zwei Arten der Abgasrückführung. Zum einen die externe Abgasrückführung, die den Abgas- und den Ansaugtakt durch eine Leitung verbindet und einen Teil des Abgases mit Hilfe eines Steuerventils (AGR-Ventil) mit Frischluft vermischt. Zum anderen die interne Abgasrückführung zum Beispiel bei Kolbenmaschinen, die durch eine Ventilüberschneidung entsteht und während des Ansaugtaktes das Abgas durch ein offenes Auslassventil ansaugt. Abgasnorm Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 4 Euro 5 Euro 6 Zugelassen ab 1. Jan. 1993 1. Jan. 1997 1. Jan. 2001 1. Jan. 2006 1. Jan. 2011 1. Sep. 2015 Schadstoffe Benzin Diesel Benzin Diesel Benzin Diesel Benzin Diesel Benzin Diesel Benzin Diesel CO [mg/km] 3160 3160 2200 1000 2300 640 1000 500 1000 500 1000 500 HC+NOx [mg/km] 1130 1130 500 700/900 560 300 230 170 NOx [mg/km] 150 500 80 250 60 180 60 80 HC [mg/km] 200 100 100 100 davon NMHC [mg/km] 68 68 PM [mg/km] 180 80/100 50 25 4,5 4,5 4,5 4,5 Tabelle 1 : Abgasnormen Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Abgasnorm 3.1 Funktionsweise der Abgasrückführung Bei der Abgasrückführung wird ein Teil des Abgases mit Hilfe eines AGR-Ventils mit Frischluft vermischt. Dieses Ventil steuert in der Leitung die Durchsatzrate, welche sich auf 20 – 30% des Abgasvolumens, bezogen auf den Betriebspunkt des Motors, begrenzt. Das AGR-Ventil wird von einem integrierten Elektromagneten oder einem elektrischen Stellmotor mittels elektrischer Signale
  7. 7. AhmadShafiq BinShahrom |AhmadShafiq.BinShahrom@hs-augsburg.de 7 | S e i t e des Steuergerätes geregelt. Der Magnet steuert die Druckdose so, dass sich die Abgasrückführleitung öffnet oder schließt. Bei Volllast schaltet sich die Abgasrückführung ab, da sonst der Sauerstoffüberschuss im Motor nicht mehr gewährleistet wäre und der Motor rußen würde. Bei Zumischung von Abgasen sinkt der Sauerstoffgehalt des Luft-Kraftstoff-Gemisches. Während der Verbrennung dieses Gemisches reagieren die Kohlenwasserstoffmoleküle des Kraftstoffes mit den Luftsauerstoffmolekülen. Um dennoch diese Reaktion auszugleichen, wird eine größere Menge Reinluft zugeführt. Nach der Zuführung muss nun eine größere Ladungsmasse aufgeheizt werden, demzufolge sinkt die Verbrennungstemperatur im Motor, wie auch die Reaktionsgeschwindigkeit. Die im Brennraum erforderliche Temperatur zur Stickstoffoxidbildung wird nicht mehr erreicht. Folglich wird die Emission dieses Schadstoffes gesenkt. Eine weitere Reduktion von Stickstoffoxiden wird durch eine zusätzliche Kühlung des zurückgeführten Abgases erreicht. Der Nachteil des Systems ist, dass sich der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors verringert und zusätzliche Kosten entstehen. Bei Benzinmotoren übernimmt der Katalysator die Funktion der Reduzierung von Stickstoffoxiden. Weiterhin ist der Konflikt zwischen geringer Ruß- und NOx-Emission zu beachten. Bei hohen Verbrennungstemperaturen oxidieren Rußpartikel nach und verbrennen dann vollständig, das wiederum eine hohe NOx-Bildung zur Folge hat. Beide Emissionen gleichzeitig zu verhindern, stellt immer noch ein großes Problem dar und wird durch die AGR im gewissen Maße kompensiert. Verdichter Ladeluftkühler Verdichter Ladeluftkühler AGR- Ventil AGR- Ventil TurbineTurbine MotorMotor Abgaskühler Abbildung 6 : Aufbau des Abgasrückführungssystems
  8. 8. AhmadShafiq BinShahrom |AhmadShafiq.BinShahrom@hs-augsburg.de 8 | S e i t e 4. Der AGR-Kühlers Abbildung 7 : Bestandteil Gen2Evo AGR-Kühler Der AGR-Kühler wird in verschiedenen Varianten im Werk Schelklingen produziert. Er ist ein Bestandteil des AGR-Systemes, trägt zur Minimierung der Abgastemperatur bei und wirkt der Schadstoffemission entgegen. Um eine optimale Kühlleistung zu erzielen werden AGR-Kühler vorrrangig im “Gegenstrom-Prinzip“ betrieben. Bei dieser Methode strömt das Kühlmittel, ein Wasser/Glykol–Gemisch entgegengesetzt zur Gasströmung im Kühler in den Hohlraum zwischen Mantelrohr und den einzelnen Kühlerröhrchen. Im Mantelrohr befinden sich möglichst viele mit den Lochplatten verlötete Kühlröhrchen, mit relativ kleinem Durchmesser (ca. 7-8 mm). Die verschiedenen Einprägungen der Innenröhrchen erzielen im Vergleich zu Glattrohrkühlern durch Verwirbelung des Gemisches und größeren Oberflächen eine höhere Kühlleistung. Das Gleiche ergibt sich für die Kühlmittelseite. Vergrößerte und gut umspülte Rohroberflächen, bedingt durch eine Verringerung des Kühlrohrquerschnitts, verbessern die Kühlung. Ein Kühlfaktor ist also ein gutes Mantel-/ Kühlrohrquerschnittsverhältnis. Große Verhältnisse bzw. ein Übergang vom „großen“ Querschnitt des Mantelrohres zu dem der Röhrchen bewirken eine zusätzliche Verwirbelung des Abgasmassenstromes und dementsprechende Abkühlung. Der Tendenz zur Vergrößerung der Öberflächen sind aber durch den gleichzeitigen Anstieg des Abgasdruckverlustes Grenzen gesetzt.
  9. 9. AhmadShafiq BinShahrom |AhmadShafiq.BinShahrom@hs-augsburg.de 9 | S e i t e Um eine Rückströmung zu verhindern sollte der verbleibende Überdruck am Auslass des Abgasrückführsystems stets über dem Druck des einströmenden Frischgases liegen. So ist es ein vorrangiges Ziel der Entwicklungabteilung, in Zusammenarbeit mit dem Labor, bei den AGR-Kühlern, zwei voneinander gegenläufig abhängige Größen, d.h. hohe Kühlleistung mit gleichzeitig geringstem Druckverlust, unter einen Hut zu bringen. Ein ideales Verhältnis Kühlleistung und Druckverlust bei hohem Wirkungsgrad ist entscheidend wichtig für die Qualität eines AGR-Kühlers innerhalb eines AGR-Systems und als Verkaufsargument gegenüber dem Kunden. Der AGR-Kühler besteht aus hochwertigem Edelstahl und besitzt somit gegenüber den relativ korrosiven Abgaskondensaten einen hohen Korrosionsschutz. Abbildung 8: AGR-Kühler im Motor 4.1 Aufbau und Funktion des AGR-Bypasskühlers Um die steigenden Emissionsgrenzwerte, die für Pkw-Dieselmotoren gelten, zu erfüllen, hat man Abgaskühler mit schaltbarem Bypass entwickelt, damit bei Bedarf eine Kühlung des rückgeführten Abgases umgangen werden kann. Die entstehenden Schadstoffe, Kohlenwasserstoff und Kohlenmonoxid, die sich durch die unvollständige Verbrennung des Kraftstoffes bei kaltem Motor (Kaltstart) bilden, werden damit reduziert. Der schaltbare Bypass verhindert ein Auskühlen des Katalysators in bestimmten Fahrsituationen, zum Beispiel beim Stadtverkehr oder im Verkehrsstau
  10. 10. AhmadShafiq BinShahrom |AhmadShafiq.BinShahrom@hs-augsburg.de 10 | S e i t e („Stop and go“). Außerdem bringt er nach einem Kaltstart durch periodisches Aussetzen der Kühlung (pneumatische Schaltklappe) den Motor wieder auf die notwendige Betriebstemperatur. In diesem Fall wird heißes Abgas zurückgeführt und daraus resultierend erhöht sich die Verbrennungstemperatur. Abbildung 9 : CAD Zeichnung von Gen2Evo AGR Kühler Der AGR Kühler wird aus hochwertigem austenitischem Edelstahl hergestellt. Dadurch ist der Korrosionsschutz gegen Schwefelsäure und andere chemische Bestandteile in den Abgasen gegeben. Der AGR kann in zwei Zuständen betrieben werden: 1. Die Abgase werden durch die Kühlrohre, die im Inneren des Kühlers eingebaut sind geleitet und auf eine zuvor ausgelegte Temperatur abgekühlt [Kühlmodus]. 2. Die Abgase werden ungekühlt durch einen im Kühler eingebauten Bypass geleitet [Bypassmodus] Seitenansicht 1 Seitenansicht 2 Draufsicht Gaseinlass Kühlmittelaustritt Kühlmitteleintritt Gasauslass Bypass Aktuator AGR- Ventil
  11. 11. AhmadShafiq BinShahrom |AhmadShafiq.BinShahrom@hs-augsburg.de 11 | S e i t e 4.1.1 Kühlmodus Durch die Kühlrohre strömt heißes Abgas und durch das Mantelrohr fließ ein Wasser/Glykol- Gemisch als Kühlmittel. Die Rohrbündel bestehen aus wirbelerzeugenden Rohren (Turbulenz), die die Wärmeübertragung verbessern und Ablagerungen an den Wänden verhindern. Dieser Abgaskühler hat eine hohe Leistungsdichte, einen geringen Druckverlust des Gases und ist resistent gegen Verschmutzung. 4.1.2 Bypassmodus Durch den Einsatz eines Bypasses werden in der Kaltstartphase HC und CO-Emissionen von Dieselmotoren reduziert. Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxide entstehen durch die unvollständige Verbrennung des Kraftstoffs bei kaltem Motor. Die heißen Abgase werden im Bypassmodus in ungekühlten Zustand weitergeleitet, dadurch steigt die Gaseintrittstemperatur in den Motorraum in der kalten Phase. Abbildung 10 : Abgasströmung durch Gen2Evo Modul
  12. 12. AhmadShafiq BinShahrom |AhmadShafiq.BinShahrom@hs-augsburg.de 12 | S e i t e 5. Haupttätigkeit : Analyse der Abgasrückführungskühler 5.1. Schrittweise der Analyse Prüfberichterstellen und an Kunden schicken- AlleDateien sammeln und auswerten. Kühler nach Leistungsmessung vom Leistungsprüfstand ausbauen und Weiterziehmomentsmessung Kühler in den Leistungprüfstand einbauen und testen. Wenn der Kühler dichtist,kommt er auf den Leistungsprüfstand zur Leistungsmessung.(LEISTUNGSPRÜFUNG) Kühler auf Dichtheitunter Wasser prüfen (kühlmittel- und gasseitig).DICHTHEITSPRÜFUNG. Bilder Relevanter Stellen des Kühlers anfertigen (UNTERSUCHUNG DES ANLIEFERUNGSZUSTANDS) Prüfung des Moduls auf Schäden im Anlieferungszustand.Sichtprüfungauf evtl. Fehler wie Verschleiß,Abrieb, Verschmutzungen und andere Beschädigungen. Dokumentation. Erfassungdes Kühlermoduls in der Rückläuferliste,Rückläufernummer vergeben und eingravieren.(EINGANGSDOKUMENTATION)
  13. 13. AhmadShafiq BinShahrom |AhmadShafiq.BinShahrom@hs-augsburg.de 13 | S e i t e 5.1.1. Eingangsdokumentation Jede Woche kam stets mindesten ein AGR-Kühler vom Kunden zurück (Rückläufer1) ins Labor zur Analyse. Beim Eingang des Kühlers ins Labor müssen alle mitgelieferten Dokumente durchgelesen und gescannt werden. Die Dokumente sind wichtig für die anschließende Analyse des Kühlers, da es viele Informationen, z.B. Testlaufzeit des Kühlers und Fehler beim Kühler, die man als Referenz für mehrere Validierungsprüfungen braucht, beinhaltet. Diese Informationen werden dann in die AGR-Kühler-Liste (s. Abbildung 11) eingetragen. Bild 4 : AGR-Kühler Liste Es wird danachan dem Kühler Rückläufer Nummer vergeben(z.B. RL40 ;s. Bild8). Die Nummer wirdschrittweise nummeriert. Abbildung 11: Rückläuferliste 1 AGR-Kühler, der w ird von Kunden an Cooper zurückfür w eitere Analyse geschickt, wird Rückläufer (RL) benannt.
  14. 14. AhmadShafiq BinShahrom |AhmadShafiq.BinShahrom@hs-augsburg.de 14 | S e i t e 5.1.2. Untersuchung des Anlieferungszustands In diesem Schritt wurde der Anlieferungszustand des Kühlers analysiert und dazu mehrere Bilder angefertigt. Ungewöhnliche durch den Kühlertest beim Kunden entstandene Verschmutzung und Beschädigung am Kühlergehäuse sollte weiter untersucht und dadurch die Ursache zusammengefasst werden. Abbildung 12 : Draufsicht RL59 Abbildung 13: RL60 ist äußerlich mit Öl verschmiert 5.1.3. Dichtheitsprüfung (Luft unter Wasser) Das Hauptziel dieser Prüfung ist es, die Dichtheit des Kühlers zu untersuchen. Nach langen Testlaufzeiten beim Kunden können mehrere kritische Stellen z.B. Sickendichtungsbereich undicht werden und daraus eine Leckage resultieren. Um die Leckagestelle so anschaulich wie möglich darzustellen, wird die Methode „Luft unter Wasser“ für diese Prüfung verwendet. Der Verfahrensablauf beim „Luft unter Wasser“ Test lässt sich wie folgt darstellen:  Die gelöste Schraubverbindung muss wieder festgemacht und die defekte Sickendichtung umgetauscht werden.  Alle offenen Stellen müssen verschlossen werden.  Danach wird der Kühler ins Wasser eingetaucht.  Der Kühler muss in Aktuatorstellung Kühl- und Bypassmodus bei  150 mbar Überdruck (gasseitig),  3000 mbar Überdruck (gasseitig),  3000 mbar Überdruck (kühlwasserseitig) geprüft werden.
  15. 15. AhmadShafiq BinShahrom |AhmadShafiq.BinShahrom@hs-augsburg.de 15 | S e i t e  Falls Leckage auftritt, wird die Luftblasenmenge aus der Leckagestelle mit Messzylindern für eine Minute gemessen und die Messwerte werden in einer Leckagetabelle dokumentiert.  Als letztes wird die Leckagestelle mit einem Markierstift markiert als auch bildlich dokumentiert Optimal ist ein Kühler ohne Leckage,aber entsprechend LAH 2 059 131 J - 6.1.2.1 darf der Kühler folgende maximalen Leckraten haben: Druck Leckrate (ml/min) 150 mbar Überdruck (gasseitig) ≤ 13 ml/min 3000 mbar Überdruck (gasseitig) ≤ 50 ml/min 3000 mbar Überdruck (kühlwasserseitig) ≤ 5 ml/min Tabelle 2 : Zulässige Leckrate des AGR-Kühlers 2 Das Bauteile-Lastenheft (LAH) beschreibt Leistungen, Anforderungen, Prüf- und Erprobungsbedingungen, die das zu entw ickelnde Produkt erfüllen muss. Dieses LAH ist Grundlage des zu erbringenden Leistungsumfanges des Auftragnehmers. Es legt w eiterhin Mindestanforderungen an z. B. Funktionen, Leistungen, Lebensdauer und Ähnliches fest. Die Realisierung ist vom Auftragnehmer in einem Pflichtenheft zu dokumentieren. Dieses Pflichtenheft ist vom Auftragnehmer auf dem aktuellen Stand zu halten Abbildung 14 : Wassertank Abbildung 15: Messzylinder Abbildung 16:Geschlossener Gen2Evo Kühler Abbildung 17 :Durchführung des Versuches
  16. 16. AhmadShafiq BinShahrom |AhmadShafiq.BinShahrom@hs-augsburg.de 16 | S e i t e Ergebnis des Leckagetest Leckagemessung Audi Gen2Evo RL 40 Prüfdruck[bar] Gasseite Wasserseite Bemerkungen Vorkühler- Bypassaktuator V-Seal Aktuator Vorkühler Vorkühler- Telefonhörer Temperatursenso r-Telefonhörer Telefonhörer- Ventilgehäuse Drucksensor Ventilgehäuse- Bypassgehäuse V-Seal AGR-Ventil Bypassgehäuse- Kühler Bypassgehäuse- Aktuator V-Seal Bypassaktuator Basismodul Temperatursenso rGasauslass Andereundichte Stellen Gesamt- Leckage Vorkühler Telefonhörer- Ventilgehäuse Ventilgehäuse- Bypassgehäuse Bypassgehäuse- kühler Andereundichte Stellen Gesamt- Leckage 0,15 (Überdruck) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 n.i.O. 3 (Überdruck) 0 0 0 0 0 268 0 0 0 60* 328 0 0 0 0 0 Tabelle 3 : Gen2Evo RL40 Leckage Tabelle Beurteilung:  *Leckage am Aktuator  Die Anforderung bzgl. der Leckrate gemäß LAH 059 131 J - 6.1.2.1 ist nicht erfüllt. Sollwert von 50 ml/min wurde überschritten.  Die Leckagewerte sind n.i.O. Abbildung 18: Undichter AGR-Kühler Abbildung 19 : Markierte Leckagestelle
  17. 17. AhmadShafiq BinShahrom |AhmadShafiq.BinShahrom@hs-augsburg.de 17 | S e i t e 5.1.4. Leistungsprüfung Dieser Test hat zwei Hauptziele: Einerseits werden Kühlleistung und Druckverlust des Kühlers festgestellt, andererseits wird der Istwert des Kühlers mit dem Sollwert verglichen. Außerdem werden Leistungswerte von Prototypenbaustufen untereinander verglichen um Verbesserungen entwicklungstechnisch zu beurteilen. In der Firma Cooper-Standard Automotive wird für die Leistungsprüfung die maßgefertigte Prüfleistungsmaschine von Engmann Kühlsysteme GmbH verwendet. Zum Beginn der Prüfung müssen die passenden Anschlüsse für den Kühler herausgesucht werden, damit der Kühler im Prüfstand am Lufteinlass und –auslass angeschlossen werden kann. Für jeden Kühler werden zwei verschiedene Messflansche für den Gaseinlass und –auslass benötigt. Die Innendurchmesser der Flansche müssen auf jeden Fall mit den Innendurchmessern der Luftein-/auslassöffnungen übereinstimmen. Sonst ergibt sich Luftströmungsverwirbelungen aufgrund stufiger Kanten, basierend aus den unterschiedlichen Innendurchmessern zwischen Gasein/-auslass des Kühlers und Luftein-/auslassöffnungen des Prüfstandes. Dies führt unvermeidlich zu Druckverlusten, der bei dieser Prüfung so klein wie möglich gehalten werden soll. Abbildung 20 : Prüfaufbau der Leistungsmessung des AGR-Kühlers Drucksensor Temperatursensor Gaseinlass Gasauslass Kühlmitteleintritt Kühlmittelaustritt
  18. 18. AhmadShafiq BinShahrom |AhmadShafiq.BinShahrom@hs-augsburg.de 18 | S e i t e Abbildung 21 : Messflansche Abbildung 22: Rechner zur Werte Aufnahme Nach Anschluss der gasseitigen Flansche wird der Kühler mit kühlwassers Schläuchen im Prüfstand in Motoreinbaulage verbunden und die PT-100 Temperatur- und Drucksensoren werden in die Messflansche montiert. Wenn alle Leitungen angeschlossen sind, wird zunächst ein kühlwasserseitiger Entlüftungsvorgang durchgeführt. Um den Vorgang zu starten, muss vorab der externe Kühlwasserkreislauf zugeschaltet werden. Der Rücklauf wird zuerst geöffnet und danach der Vorlauf, damit ein Druckimpuls auf das Rohrleitungssystem vermieden wird. Der Druck des externen Kühlwasserkreislaufs darf nicht unter 0.5 bar liegen, da der Prüfstand nicht mehr unter dieser Bedingung laufen kann. Wenn dies passiert, kommt am Prüfstand eine Meldung in Form einer blinkenden Störungsleuchte. Das Problem lässt sich durch Erneuern des Filters, der im Wasserversorgungsraum in den Wasserkreislauf eingebaut ist, beheben. Erst nachdem der benötigte Wasserdruck wieder zur Verfügung steht, wird der manuelle Entlüftungsvorgang der Kühlwasserseite durchgeführt. Der Ablauf beim Entlüftungsvorgang lässt sich wie folgt darstellen:
  19. 19. AhmadShafiq BinShahrom |AhmadShafiq.BinShahrom@hs-augsburg.de 19 | S e i t e Abbildung 23: Armaturen zum Entlüften des Kühlwasserkreislaufs  Die Kühlwasser-Vor- und Rücklaufhähne am Prüfstand werden gleichzeitig geöffnet und der Wasserstrom (Drücken des Knopfes „Wasser“) wird zugeschaltet.  Der Kugelhahn der Ableitung wird geschlossen. o Der Kugelhahn des Entlüftungsventils der Zuleitung wird aufgedreht, sodass der Druck in der Entlüftungsleitung abnimmt und Kühlwasser in die Leitung läuft. o Das mit Luftblasen austretende Kühlwasser wird am Ende des Entlüftungsschlauches in einem Behälter aufgefangen o Der Vorgang wird durchgeführt bis keine Luftblasen mehr im austretenden Kühlwasser auftauchen. o Das Entlüften der Ableitung verläuft analog. Es ist wichtig, Luftblasen im Kühlwasser durch Entlüftung zu beseitigen, da diese sich bei Erwärmung wesentlich ausdehnen. Dies kann im Kühler zu einem stark reduzierten Wärmeübergang führen, womit sich die Temperatur der Luftströme im Kühler erhöht. Daraus können Dampfblasen im Kühler durch Überhitzung des Kühlers entstehen. Folglich schwanken die Messwerte im Versuch und die Leistungswerte können dadurch nicht genau ermittelt werden. Nach dem Entlüften wird nun eine Lecksuche an allen Verbindungsstellen mithilfe eines sogenannten Lecksuch-Sprays vorgenommen. Der Luftstrom (Knopf „Luft“) wird zugeschaltet, um Luft durch die Leitung strömen zu lassen. An verdächtigen Verbindungsstellen wird dann Entlüftungsventil Zu- /Ablauf Kugelhähne Zu- /Ablauf
  20. 20. AhmadShafiq BinShahrom |AhmadShafiq.BinShahrom@hs-augsburg.de 20 | S e i t e der Lecksuch-Spray aufgesprüht. Der Zweck ist, die Dichtheit aller externen Verbindungen zu gewährleisten, so dass im Verlauf des Versuches keine großen Druckverluste an diesen Stellen auftreten. Als Nächstes wird die Leistungsprüfung nach Angabe des Kunden durchgeführt. Für den AGR-Kühler Gen2Evo sind folgende Bedingungen von AUDI gefordert: – Lufteintrittstemperatur : 450°C – Luftmassenströme : 20 , 40 , 80, 100 , 120 kg/h bis max. – Absoluter Luftdruck am Modulauslass : 1bar (Atmosphärendruck) – Kühlmitteleintrittstemperatur : 95 °C – Kühlmittelvolumenstrom : 0,5 m³/h Die Luft- und Kühlmitteleintrittstemperaturen müssen manuell am Prüfstand eingegeben werden. Nach der Eingabe lassen sich die beiden von Raumtemperatur bis zur gewünschten Temperatur hochfahren. Die anderen oben erwähnten Parameter werden im Programm DasyLab durch zwei Rechner (s. Abbildung 22) gesteuert. Zum Aufnehmen der Messwerte dient eine einprogrammierte Excel Tabelle, in die die Messwerte automatisch übernommen und gespeichert werden. Hierfür ist es erforderlich, zwischen zwei Messungen eine gewisse Zeit zu warten, um während der Messung alle wechselnden Parameter in einen stabilen Zustand einschwingen zu lassen (s. Abbildung 24). Aus der Excel Tabelle können die Leistung, der Druckverlust und die Luft- /Kühlmittelaustrittstemperaturen abgelesen und bestimmt werden.
  21. 21. AhmadShafiq BinShahrom |AhmadShafiq.BinShahrom@hs-augsburg.de 21 | S e i t e Die berechnete thermodynamische Leistung bei dieser Prüfung weicht von der tatsächlichen Leistung des Autos ab, weil hier der Kühler nicht mit Abgas durchströmt wird, sondern mit geheizter Luft. Das Abgas hat einen höheren Cp-Wert 3 im Vergleich zu reiner Luft. Dadurch lässt sich die Leistung durch Multiplikation mit einem Faktor rechnerisch korrigieren, so dass ein genaueres Ergebnis im Vergleich zum realen Auto resultiert. Die Leistung wird mit folgender Formel berechnet: 𝑃 = ṁ12 ∙ cp ∙ ∆T12 wobei: P : thermodynamische Kühlleistung ṁ12 : Massenstrom Gaseinlass /-auslass. cp : die spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck ∆T12 : Temperaturdifferenz zwischen Gasein-/-auslass. 5.1.4.1. Erstellung des Prüfberichtes nach der Leistungsprüfung Die gesammelten Ergebnisse der vorherigen Prüfungen werden in einem Prüfbericht erfasst und verarbeitet. Aus der Leistungsprüfung werden Kennfeld und Wirkungsgrad ermittelt. 3 Dieser Wert gibt die Wärmemenge an,die man benötigt,um die Temperatur von 1kg eines Stoffes bei konstantem Druck um 1 Kelvin zu erhöhen.Die Maßeinheitbeträgt J/kgK. h :m in :s 00 :30 :00 °C 104 101 97 94 90 °C 164 161 157 154 150 °C 100 98 95 93 90 °C 480 465 450 435 420 m ³/h 0 ,54 0 ,52 0 ,50 0 ,48 0 ,46 kg /h 160 120 80 40 0 Überschrift Kühlmittel-Austritt Temperatur Luft-Austritt Temperatur [°C] Kühlmittel-Eintritt Temperatur [°C] Lufteintritt Temperatur [°C] Kühlmittel Volumenstrom [m3 /h] Luftmassenstrom [kg/h] Abbildung 24 : Diagramm von Messwerten Parametern müssen in stabile Zustand einschwingen 0,5 [m3 /h] 20 [kg /h] 450 [°C] 95 [°C]
  22. 22. AhmadShafiq BinShahrom |AhmadShafiq.BinShahrom@hs-augsburg.de 22 | S e i t e Abbildung 25 : Vergleich der Kühlleistung und Druckverlust zwischen Gen2Evo im Neuzustand und Gen2Evo RL56 im Kühlmodus Aus Abbildung 25 ist deutlich erkennbar, dass die Kühlleistung des RL56 Kühlers im Kühlmodus-Zustand von der Kühlleistung im Neuzustand ab 20 kg/h Massenstrom schon abweicht. Bei steigenden Massenströmen nimmt die Kühlleistung ab. Im Gegensatz dazu erhöht sich der Druckverlust parallel mit dem Anstieg des Massenstromes. Das Verhalten wird von der Entstehung des Gegendruckes bestimmt. Je mehr der Luftmassenstrom pro Stunde in den Kühler fließt, desto größer wird der Luftwiderstand. Bei hohem Luftwiderstand fließt der Luftstrom nicht mehr laminar sondern wird turbulent. Dies führt eventuell zum Auftreten erhöhten Gegendruckes und damit zum Druckverlust. Hingegen ist im Prinzip ein hoher Luftmassenstrom für eine hohe Kühlleistung erforderlich, welcher gegen einen steigenden Gegendruck gedrückt werden muss. Ohne Gegendruck könnte der Prüfstand leicht mit 400 kg/h betrieben werden. Daher muss für einen größtmöglichen Nutzeffekt des Kühlers auf jeden Falls ein optimales Verhalten zwischen den beiden Parametern berücksichtigt werden. 0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 2 4 6 8 10 12 0 20 40 60 80 100 120 140 Druckverlust[mbar] Kühlleistung[kW] Massenstrom [kg/h] Vergleich "Gen2Evo im Neuzustand" und "Gen2Evo RL56" - im Kühlmodus - Kühlleistung Gen2Evo RL56 Kühlleistung im Neuzustand Druckverlust Gen2Evo RL56 Druckverlust im Neuzustand Randbedingungen By passkühler Audi Gen2Ev o Rückläuf er Luf t als Testmedium Fluidseite: Volumenstrom 0,5 m³/h Eintrittstemperatur 95°C Gasseite: Eintrittstemperatur 450°C Absoluter Ausgangsdruck 1 bar Nominalbedingung
  23. 23. AhmadShafiq BinShahrom |AhmadShafiq.BinShahrom@hs-augsburg.de 23 | S e i t e Abbildung 26 : Vergleich der Kühlleistung und Druckverlust zwischen Gen2Evo im Neuzustand und Gen2Evo RL56 im Bypassmodus Im Bypassmodus wurde der Leistungstest nur bei der Nominalbedingung4 geleistet, um Kosten einzusparen. Im Vergleich zum Kühlmodus weist der Kühler im Bypassmodus geringere Kühlleistung und Druckverlust auf, da die Luft während des Tests ungekühlt durch das Bypassventil geleitet wird. 4 Die Bedingung,bei welcher rein qualitative Merkmalsausprägungen ohne natürliche Ordnung betrachtet werden. 0 50 100 150 200 250 300 350 400 0.2 1.2 2.2 3.2 4.2 5.2 0 50 100 150 Druckverlust[mbar] Kühlleistung[kW] Massenstrom [kg/h] Vergleich "Gen2Evo im Neuzustand" und "Gen2Evo RL56" - im Bypassmodus - Kühlleistung Gen2Evo RL56 Kühlleistung im Neuzustand Druckverlust Gen2Evo RL56 Druckverlust im Neuzustand Randbedingungen By passkühler Audi Gen2Ev o Rückläuf er Luf t als Testmedium Fluidseite: Volumenstrom 0,5 m³/h Eintrittstemperatur 95°C Gasseite: Eintrittstemperatur 450°C Absoluter Ausgangsdruck 1 bar Nominalbedingung
  24. 24. AhmadShafiq BinShahrom |AhmadShafiq.BinShahrom@hs-augsburg.de 24 | S e i t e Abbildung 27: Vergleich des Wirkungsgrades zwischenGen2Evo im Neuzustand und Gen2Evo RL56 Der Wirkungsgrad lässt sich mit folgender Formel bestimmen: 𝜂 = ( 𝑇𝐺𝑎𝑠𝑒𝑖𝑛 − 𝑇𝐺𝑎𝑠𝑎𝑢𝑠 𝑇𝐺𝑎𝑠𝑒𝑖𝑛 − 𝑇𝐾𝑀𝑒𝑖𝑛 ) ∙ 100 womit: η : Wirkungsgrad TGasein : Gaseinlasstemperatur TGasaus : Gasauslasstemperatur TKMein : Kühlmitteleinlasstemperatur Angestrebt ist ein hundertprozentiger Wirkungsgrad, bei welchem im Kühler die Gasauslasstemperatur auf die Kühlmitteleinlasstemperatur abgekühlt wird. Wegen Druckverlust ist das nicht erreichbar. 5.1.5. Weiterziehmomentsmessung-Drehmoment Alle Schrauben von AGR-Kühler Gen2Evo werden bei der Montage mit einem Drehmoment von 8 Nm + 90° angezogen. Bei dieser Kühler sind 3 verschiedene Verbindungsstellen von Schrauben vorgesehen. Die Verbindungen sind zwischen Flansch Einlasskrümmer und Ventilgehäuse (4 Schrauben), Flansch Ventil und Bypassgehäuse (4 Schrauben) und Flansch Bypassgehäuse und Kühler (6 Schrauben). Diese verschraubungen müssen mit einem Drehmomentschlüssel (s. Abbildung 29) gemessen werden, nachdem mit dem Kühler die 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 20 70 120 Wirkungsgrad[%] Massenstrom [kg/h] Vergleich "Gen2Evo im Neuzustand" und "Gen2Evo RL56" - Kühl- und Bypassmodus - Kühlleistung Gen2Evo RL56 Kühlmodus Neuzustand BypassmodusGen2Evo RL56 Bypassmodus Neuzustand Randbedingungen By passkühler Audi Gen2Ev o Rückläuf er Luf t als Testmedium Fluidseite: Volumenstrom 0,5 m³/h Eintrittstemperatur 95°C Gasseite: Eintrittstemperatur 450°C Absoluter Ausgangsdruck 1 bar
  25. 25. AhmadShafiq BinShahrom |AhmadShafiq.BinShahrom@hs-augsburg.de 25 | S e i t e Leistungsprüfung durchgeführt wurde. Diese Reihenfolge ist wichtig, weil die Werte von Leistungsprüfung verfälscht werden könnten, falls die Drehmomenteinstellung verändert wurde. Abbildung 28 : Reihenfolge der Weiterziehmomentsmessung Das Weiterziehmoment dient der Ermittlung des Rest-Drehmoments,mit dem die Schraubverbindungen ursprünglich angezogen wurden. Angeschlossen ist der Drehmomentschlüssel an einem PC mit der Software F3 Explorer, das die Messwerte von Drehmomentschlüssel automatisch in einem Diagramm (s. Abbildung 30) darstellt. Die Messwerte aus dem Diagramm werden abgelesen und in eine Tabelle eingetragen. Die Schrauben werden als in Ordnung bezeichnet, wenn die Messwerte über 8 N m (s. Abbildung 30) liegen. Abbildung 29: Drehmomentschlüssel
  26. 26. AhmadShafiq BinShahrom |AhmadShafiq.BinShahrom@hs-augsburg.de 26 | S e i t e Abbildung 30 : Weiterziehmomentskurve 6. Danksagung An dieser Stelle möchte ich mich zunächst einmal bei meinen Betreuern auf betrieblicher Seite Herrn Dr. rer. nat. Gerhard Weiß und Dr.-Ing. Wolfgang Röck bedanken, die mir das Praxissemester bei Cooper Standard Automotive ermöglicht haben und mir bei kniffligen Angelegenheiten mit Rat und Tat zur Seite standen. Für die Einführung und Unterstützung im Bereich Abgasrückführung und deren Kühler möchte ich mich bei Dipl. –Ing Roberto Lupino herzlich bedanken. Sie erklärten mir Funktionsweise und Hintergründe dieses Themas sehr gerne und betreuten mich stets bei Versuchsaufbauten und Untersuchungen von Kühlerprototypen. Bei der Bedienung und Entwicklung von Prüfständen im Rahmen der Produktvalidierung und Analyse von Kühlerrückläufern förderten sie besonders meine Kenntnisse. Weiterziehmomentswert e
  27. 27. AhmadShafiq BinShahrom |AhmadShafiq.BinShahrom@hs-augsburg.de 27 | S e i t e Zum Abschluss möchte ich mich für die stets hilfreiche und unterstützende Zusammenarbeit mit den Kollegen, Dipl.-Ing. Murat Yazici, Dipl.-Ing. T. Rabhansl, Dipl.-Ing. J.-M. Sosinski, S.Lungu, und A. Abold bedanken.Die Arbeitsatmosphäre war stets ausgesprochen freundlich und angenehm. 7. Fazit Insgesamt hat mir das Praxissemester bei der Firma Cooper-Standard Automotive (D) GmbH gut gefallen. Die angenehme Arbeitsatmosphäre und die hilfsbereiten Mitarbeiter machten es mir leicht, mich in der neuen Umgebung wohl zu fühlen. So wurde ich schnell in das Team integriert und konnte schon bald selbständig unterschiedliche Projekte und Aufgaben bearbeiten und auch mit anderen Mitarbeitern zusammenarbeiten. Durch das Praktikum habe ich einen guten Einblick in den Alltag eines Ingenieurs bekommen, und die Gelegenheit mich selbst im Alltag eines Ingenieurs zu prüfen und zu behaupten. Mein technisches Vokabular ist durch diese praktische Erfahrung reicher geworden.Zum Schluss möchte ich die Studenten empfehlen, die sich für Automobiltechnik interessieren, ein Praxissemester bei Cooper-Standard Automotive zu machen. 8. Quellenverzeichnis [1] www.cooperstandard.com/german [2] http://de.wikipedia.org/wiki/Abgasnorm [3] Firmeninterne Zeichnung [4] Firmeninterneunterlage

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