internship trainee report
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Ahmad Shafiq Bin Shahrom |[email protected]
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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
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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.
.
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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, France Schelklingen, Deutschland
Cheong - ju, Korea
Adelaide, South Australien
Abbildung 2 : Firmenstandorte Weltweit
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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
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2.4. Produkte aus dem Werk in Schelklingen
Im Werk Schelklingen werden folgende Komponenten hergestellt und zusammengebaut.
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
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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.o rg/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
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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
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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.
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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
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(„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
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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
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5. Haupttätigkeit : Analyse der Abgasrückführungskühler
5.1. Schrittweise der Analyse
Prüfbericht erstellen und an Kunden schicken-
Alle Dateien sammeln und auswerten.
Kühler nach Leistungsmessung vom Leistungsprüfstand ausbauen und Weiterziehmomentsmessung
Kühler in den Leistungprüfstand einbauen und testen.
Wenn der Kühler dicht ist, kommt er auf den Leistungsprüfstand zur Leistungsmessung.(LEISTUNGSPRÜFUNG)
Kühler auf Dichtheit unter Wasser prüfen (kühlmittel- und gasseitig).DICHTHEITSPRÜFUNG.
Bilder Relevanter Stellen des Kühlers anfertigen (UNTERSUCHUNG DES ANLIEFERUNGSZUSTANDS)
Prüfung des Moduls auf Schäden im Anlieferungszustand. Sichtprüfung auf evtl. Fehler wie Verschleiß, Abrieb, Verschmutzungen und andere Beschädigungen. Dokumentation.
Erfassung des Kühlermoduls in der Rückläuferliste ,Rückläufernummer vergeben und eingravieren. (EINGANGSDOKUMENTATION)
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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 danach an dem Kühler Rückläufer Nummer vergeben (z.B. RL40 ; s . Bi ld 8). Die Nummer wird schrittweise
nummeriert.
Abbildung 11: Rückläuferliste
1 AGR-Kühler, der w ird von Kunden an Cooper zurück für w eitere Analyse geschickt, wird Rückläufer (RL) benannt.
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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.
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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
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Ergebnis des Leckagetest
Leckagemessung Audi Gen2Evo RL 40
Prü
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Gasseite Wasserseite
Be
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ag
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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
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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
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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:
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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
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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.
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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 Maßeinheit beträgt J/kgK.
h:min: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
m³/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]
Ahmad Shafiq Bin Shahrom |[email protected]
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
Dru
ckv
erl
ust [m
bar]
Kü
hlle
istu
ng
[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 TestmediumFluidseite:
Volumenstrom 0,5 m³/h
Eintrittstemperatur 95°C
Gasseite:Eintrittstemperatur 450°C
Absoluter Ausgangsdruck
1 bar
Nominalbedingung
Ahmad Shafiq Bin Shahrom |[email protected]
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
Dru
ckv
erl
ust [m
bar]
Kü
hlle
istu
ng
[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 TestmediumFluidseite:
Volumenstrom 0,5 m³/h
Eintrittstemperatur 95°C
Gasseite:Eintrittstemperatur 450°C
Absoluter Ausgangsdruck 1
bar
Nominalbedingung
Ahmad Shafiq Bin Shahrom |[email protected]
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
Wir
ku
ng
sg
rad
[%
]
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 erLuf t als Testmedium
Fluidseite:
Volumenstrom 0,5 m³/h
Eintrittstemperatur 95°CGasseite:
Eintrittstemperatur 450°C
Absoluter Ausgangsdruck 1 bar
Ahmad Shafiq Bin Shahrom |[email protected]
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
Ahmad Shafiq Bin Shahrom |[email protected]
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
Ahmad Shafiq Bin Shahrom |[email protected]
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.wik ipedia.org/wik i/Abgasnorm
[3] Firmeninterne Zeichnung
[4] Firmeninterneunterlage