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Projekt „Nachhaltige Fahrzeuginstandsetzung“

 

Problemaufriß:

Fahrzeuginstandsetzung geschieht im Regelfall durch den Austausch von Bauteilen bzw. immer häufiger ganzer Baugruppen (Lichtmaschine, Anlasser, Hilfspumpen).

Die Aufarbeitung der Baugruppen wird dabei immer weniger praktiziert, da Aus- und Einbau derartig aufwendig sind, dass das Risiko des altersbedingte Versagen (Gehäuserisse, alterungsbedingte Kurzschlüsse, etc.) eines Altteils als zu risikoreich anzusehen ist. Gleichzeitig zeigen die Versagensstatistiken der einzelnen Fahrzeugtypen immer wieder, dass es typabhängig konstruktive Schwachstellen an den Baugruppen gib, die ersetzte Baugruppe also quasi vorprogrammiert wieder vorzeitig versagen wird. Dieses führt letztlich zu einem hohen Ressourcenverbrauch mit entsprechend hohem Anteil an „mixed waste“ - also schwer sortenrein zu trennendem Schrott.

FinAF-Projektidee:

Aus Gründen der Nachhaltigkeit können also drei Projektlinien definiert werden:

  1. Herrichtung von Altteilen auf dem Niveau von Neuteilen; dazu
  2. ggf. Verbesserung der Konstruktion bei statistisch nachweisbaren Konstruktionsmängeln sowie
  3. soweit möglich: Erhaltung der Betriebsfähigkeit durch Nachrüstung vor dem Baugruppenversagen.

FinAF nutzt diese Strategien als Ansatzpunkte für Fortbildungsprojekte, bei welchen Ingenieur*innen in einer absolut realitätsnahen Situation

  • Schadensursachen ermitteln sowie die eigentlich zugrunde liegende Fehlentscheidung für diese (Warum wurde die Konstruktion NICHT nachhaltig ausgeführt);
  • konstruktive Verbesserungen entwickeln (Wie kann die Konstruktion NACHHALTIG verbessert werden) und/oder;
  • Nachrüstlösungen zur ERHÖHUNG von Nachhaltigkeit entwickeln und erproben.

FinAF-Projektkonzept:

Alle Projekte finden dabei in Blended-Learning-Arrangements statt; was bedeutet:

  • Teambesprechungen über Video-Conferencing,
  • Teilefertigung nach CAD-/CAM-Vorgabe vom heimischen Arbeitsplatz aus;
  • Erprobung jeweils vor Ort im TVD der Universität Siegen / Fahrzeugdidaktisches Labor in Kooperation mit dem dortigen Fachpersonal.

FinAF-Projektergebnisse:

Laufende und abgeschlossene Projekte sind:

  • Instandsetzung Hybridbatterie,
  • verbesserte Abdichtung Lenkgetriebe,
  • Aufbereitung von Unterbecher-Kontakten für Young-/Oldtimer.

 

Projektschwerpunkt „Hybridbatterie“

Problemaufriß:

(Teil-)elektrisch betriebene Fahrzeuge erhalten ihre Fahrenergie aus Akkumulatoren, die zum einem dem unvermeidlichen zyklischen Verschleiß unterliegen, zum anderen einem konstrukionsbedingten Verschleiß durch das Risiko des Zellschlusses. Da letzteres weitaus häufiger auftritt und heute im Regelfall dazu führt, dass die Antriebsbatterie als komplette Baugruppe ausgetauscht wird (mit einem hohen Anteil an schwer entsorgbaren Schwermetallen gemischt mit Elektroschrott), ist zu fragen, ob und wie eine Zelleninstandsetzung realisiert werden kann.

Projektinhalt:

  • Batteriediagnose über OBD,
  • Gesicherter Ein-und Ausbau der Antriebsbatterie (Arbeitsschutzvorschriften);
  • Beschreibung eines Arbeitsplatzes ( mit Gasabsaugung, explosionsgeschützt);
  • Ausmessen/Simulieren der Lande-/Entladeregelung;
  • Überprüfung der Zelleblöcke und Identifikation von defekten Zellen;
  • Austausch einzelner Zellen;
  • Remontage und Anschluss der Batterie im Fahrzeug

Projekterprobung:

Zur Projekterprobung wurden insgesamt. 5 defekte Batterien für den Fahrzeugtyp Toyota Prius II (Typcode NW 20) am Gebrauchtteilemarkt aufgekauft und mittels Ersatzteile aus dem Internet instand gesetzt. Die Batterien sind jetzt abwechselnd im Fahrzeugbetrieb und werden laufend über OBD auf Funktionsfähigkeit geprüft. Die bisherigen Ergebnisse lassen, den Schluss zu, dass eine Batteriereparatur mit ca. 1/10 der Kosten eines Neuteils möglich und betriebssicher ist.

Projektschwerpunkt „Lenkunterstützung“

Problemaufriß:

Bei ölhydraulisch unterstützten Servolenkungen stellt die Abdichtung des Druckraumes hin zu den Spurstangen mittels O-Dichtringen eine bekannte Fehlerquelle dar – mit der Folge, dass vor allem Servoöl unkontrolliert austritt. Zwar bleibt die Lenkfähigkeit des Fahrzeuges aufgrund der Redundanz des Systems erhalten; allerdings geschieht nur selten eine Instandsetzung der Baugruppe und zudem ist zu fragen, wie das Dichtsystem langlebiger ausgelegt werden kann.

Projektinhalt:

  • Ausbau der Lenkanlage;
  • Zerlegung und Überprüfung auf Verschleißmarken im Zylindergehäuse (ggf. Nachbearbeitung durch Honen);
  • Erfassung gängiger Dichtringgrößen mit verschiedenen Toleranzmaßen in CAD,
  • Nachfertigung von Dichtringen im 3-D-Druck unter Einsatz eines teflonverstärkten Filaments;
  • Remontage und Wiedereinbau;
  • Entlüftung der Anlage
  • Hochdrucktest zur Sicherstellung der Betriebsfähigkeit des Fahrzeugs

Projekterprobung:

Zur Projekterprobung wurden zunächst eine defekte Servolenkung für die Fahrzeugtyp Ford Focus I Internet instandgesetzt. Das 3-D-Druckverfahren ermöglichte dabei die Herstellung von Dichtringen in Übergröße nach der Zylinderinstandsetzung. Der Hochdrucktest verlief positiv, allerdings erweist sich das Verfahren noch als sehr teuer (ca. 45 € Erstellungskosten / Dichtring) und sehr zeitintensiv (3h Druckzeit/Dichtring). Es sollen daher in einem ersten Schritt andere Filamente zum Einsatz kommen. Ein Fahrtest über insgesamt 350 Km mit hohem Anteil an Stadtverkehr (hohes Maß an Lenkbewegungen) verlief positiv.

Projektschwerpunkt „Unterbrecherkontakt“

Problemaufriß:

Young- und Oldtimer verfügen über kontaktgesteuerte Zündanlagen, deren primäres Verschleißteil der Unterbrecherkontakt ist. Hier kommt es durch einen trotz parallel geschaltetem Kondensator zu Funkenabrissen beim Öffnen der Kontakte mit Verschleiß /Abbrand der Kotaktflächen. Ebenso nutzt sich der Kunststoffnocken, der das Kontaktöffnen bewerkstelligt, ab. Da es diese Verschleißteile immer weniger nachzukaufen gibt, werden die Kontakte häufig nicht mehr regelmäßig ersetzt oder aber provisorisch instandgesetzt (Abfeilen der dann nicht mehr gehärteten Kontaktflächen; häufiges Nachjustieren). Damit kommt es zunehmend im Fahrbetrieb zu Ungenauigkeiten hinsichtlich des tatsächlichen Zündzeitpunktes mit der Folge eines erhöhten Motorverschleißes und vor allem einer erhöhten HC-Abgasemission aufgrund einer sehr unvollkommenen Verbrennung.

Projektinhalt:

  • Refitting der Unterbrecherkontakte durch
  • Spanende Glättung der Kontakflächen zur Wiederherstellung von Parallelität;
  • Aufbringen einer Chrom-Vanadium-Schicht als Vershleißschutz
  • Erstellen eines neuen Antriebsnocens als 3-D-Druckteil;
  • Erprobung im Fahrzeug

Projekterprobung:

Zur Projekterprobung wurden zunächst die Unterbrecherkontakte bei einem Volvo 244 DL (Bj. 1974) und eines Chevrolet V8 (Bj. 1928) einem Refitting-Prozess unterzogen. Bei beiden Fahrzeugen wurde vorab über eine Laufleistung von 1.000 Km jeweils im Abstand von 100 Km der HC-Wert und tatsächliche Zündzeitpunkt ermittelt. Der Test am Chevrolet V8 läuft noch, am Volvo 244 DL konnte festgestellt werden, dass nach einem zweiten 1000 Km - Test der Zündzeitpunkt konstant blieb (vorher 4 Grad Abweichung) und die HC-Emission nach Testende damit um 17 % Prozent reduziert werden konnte.