Internship Trainee Report

Ahmad Shafiq Bin Shahrom |[email protected]

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


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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

http://de.wikipedia.org/wiki/Abgasnorm


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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

fdru

ck

[b

ar]

Gasseite Wasserseite

Be

me

rku

ng

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sa

mt-

Le

ck

ag

e

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.


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 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]


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


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:



Gasseite:Eintrittstemperatur 450°C

Absoluter Ausgangsdruck 1

bar

Nominalbedingung


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:


Eintrittstemperatur 95°CGasseite:


Absoluter Ausgangsdruck 1 bar


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 | 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 | 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

http://de.wikipedia.org/wiki/Abgasnorm

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