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Neue Lagerungssysteme für Dreizylinder-Verbrennungsmotoren


Wenn Industriefahrzeuge auf Dreizylinder-Motoren umgerüstet werden, stellt dies die Hersteller vor einige Herausforderungen. Angst+Pfister hat alles, was es braucht, um neue Lösungen im Bereich von Motorenlagern von Grund auf zu entwickeln. Dabei greifen die Ingenieure auf die jahrzehntelange Erfahrung des Unternehmens und modernste Verfahren zurück. 

«Downsizing» heisst die Devise bei Verbrennungsmotoren – auch bei Industriefahrzeugen. Um den CO2-Ausstoss auf die gesetzlichen Vorgaben zu verringern, werden deshalb vermehrt Hubraum und Zylinderzahl reduziert. So verbreiten sich im Segment der Kleinfahrzeuge immer mehr Dreizylinder-Motoren. Auch die Hersteller von Industriefahrzeugen sind gefordert. Dreizylinder- haben im Vergleich mit Vierzylinder-Motoren eine massiv erhöhte Schwingungsanregung. Der Komfortanspruch der Kunden lässt jedoch keine Kompromisse zu – von Dreizylinder-Motoren wird derselbe Komfort erwartet. 

 

Spezialfall Industriefahrzeuge 

Betrachtet man die Schwingungsanregung, so ist bei Vierzylinder-Motoren nur die zweite Motorenordnung von Bedeutung. Beim Dreizylinder-Motor mit seinem Zündwinkel von 240 Grad ist die eineinhalbfache Motorenordnung dominant. Hinzu kommen ausgeprägte Schwingungsanregungen der ersten Motorenordnung aufgrund der freien Momente des Kurbeltriebs. Sie erzeugen ein Taumeln. «Theoretisch lässt sich dieses mit einer parallelen Ausgleichswelle zur Kurbelwelle kompensieren», weiss Raphael Friedli, Senior Engineer im Bereich Schwingungstechnik bei Angst+Pfister. Bei Industriefahrzeugen werde aufgrund von Kosteneinsparungen jedoch häufig darauf verzichtet. 

 

Hohe technische Kompetenzen gefragt

Was heisst das nun für die Lagerungssysteme von Dreizylinder-Motoren? Damit sie die stärkeren und vor allem die tief frequenten Schwingungen isolieren, müsste die Lagersteifigkeit massiv reduziert werden. Dies wäre aber nur schon aufgrund der statischen Lagerbelastung eine Herausforderung bezüglich der Dauerfestigkeit – hinzu kämen die dynamischen Beanspruchungen durch den Startvorgang, Lastwechsel und der Beschleunigung beim Fahren. «Im Weiteren setzen die Hersteller von Verbrennungsmotoren Grenzen betreffend Beschleunigung und Schwingwegen. Je weicher die Lager, desto grösser werden die Schwingwege», sagt Raphael Friedli. Hier kommen die hohen technischen Kompetenzen der Angst+Pfister Ingenieure ins Spiel.

 

Mit Erfahrung und modernen Methoden ans Werk

«Die Anforderungen an neue Bauteile werden bei uns in einer Expertenrunde diskutiert», erklärt Raphael Friedli. Mittels modernster Entwicklungs- und Berechnungsverfahren – wie Mehrkörpersimulation, der Finite-Element-Methode und der Konstruktions-Software CAD – werden anschliessend erste Grobkonzepte erstellt. Noch wichtiger als diese Verfahren ist jedoch die jahrzehntelange Erfahrung von Angst+Pfister in der Entwicklung von Gummi-Metallteilen und der Werkzeugkonstruktion. «Erst sie ermöglicht uns, innert wenigen Wochen mehrere Konzept-Anpassungen durchzuführen», sagt Raphael Friedli. So sind die Ingenieure bei Angst+Pfister in der Lage, bereits in kürzester Zeit Bauteilkonzepte zu erarbeiten. Und: Sie genügen nicht nur den technischen Anforderungen, sondern werden auch höchst effizient hergestellt. 

 

«Wir sind für unsere Kunden ein kompetenter Engineering-Partner, der mit produktionstechnischem Know-how effizient neue Lagersysteme entwickelt.» 

Raphael Friedli, Senior Engineer Antivibration Technology, Angst+Pfister Group

 

Motorenlagerung darf nicht isoliert betrachtet werden

Die bestehenden Fahrzeugkonzepte mit Vierzylinder-Motoren wurden über Jahre auf Komfort und Materialeinsparungen optimiert. «Kommen nun andere Motoren in dieselben Fahrzeuge, beginnt die gesamte Feinabstimmung von vorne», sagt Raphael Friedli. Seien es die Steifigkeitsauslegung der Trägerstruktur oder auch nur Details wie Spiegel- und Lenkstangenschwingungen. «Selbst wenn das Problem auf die Motorlagerung eingeschränkt wird, kommt man an einer Mehrkörpersimulation nicht vorbei.» Denn die tiefen Anregungsfrequenzen des Dreizylinder-Motors interagieren stark mit verschiedenen Eigenschwingungen des Fahrzeugs. Deshalb arbeiten die Ingenieure bei Angst+Pfister eng mit ihren Kunden zusammen: Eine Gesamtanalyse kann aufgrund der vielen benötigten Systemparameter nur der Fahrzeugentwickler durchführen. Eine solche Kooperation führt dann erfahrungsgemäss zu einer schnellen Markteinführung.

 

Begleitung von A bis Z

Der Entwicklungszyklus kann verschieden aussehen: Entweder gibt der Kunde die mechanischen Kennwerte eines Bauteils vor, oder Angst+Pfister erarbeitet sie gemeinsam mit ihm. «Sobald ein Bauteilkonzept mit Fertigungszeichnung, Gummirezeptur und Prozessabläufen steht, beginnen wir mit den Prototypen oder Serienwerkzeugen», erklärt Raphael Friedli. Diese würden dann werksintern auf ihre Qualität überprüft und mit den benötigten Dokumenten und Zertifikaten dem Kunden geliefert. Die Inbetriebnahme oder Feldtests werden oft von Angst+Pfister Ingenieuren begleitet. So können sie rasch Feinjustierungen vornehmen – falls nötig. 

 

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veröffentlicht: 08.07.2020, 11:36:00  von: Angst+Pfister Group