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Automatikgetriebe

weitere Buchkapitel

Kapitel 8. Physische Distribution

Die physische Distribution befasst sich mit der Gestaltung der externen Transportprozesse. Zu diesen externen Transportprozessen gehören die Transporte vom Lieferanten zum Kunden, die Transporte zwischen verschiedenen Werken oder Lagerhäusern und die Transporte zwischen Werk und Lagerhäusern. Für die Lösung dieser Transportaufgabe werden unterschiedliche Transportketten aufgebaut, die ein- oder mehrgliedrig gestaltet werden können.

Rainer Lasch

Nachwort

Am Ende dieser Reise von den Ursprüngen der Mobilität zu deren Zukunft, kommt man nicht um eine grundsätzliche Bestandsaufnahme herum. Warum ist die heutige Mobilität so ist wie sie ist, woher kommen die allseits beklagten Probleme, von denen zurzeit so viel die Rede ist? Verstopfte Städte, zunehmende Staus auf den Fernstraßen, bemitleidenswerte Nahverkehrssysteme, überfüllte, defekte, unzuverlässige Züge, chaotische Zustände an den Flughäfen. Wie es scheint, erleben wir gerade einen Verkehrskollaps und alle reiben sich verwundert die Augen. Wie konnte es so weit kommen?

Marco Lalli

Kapitel 4. Fahrzeug- und Komponentenprüfstände

Neben Motorenprüfständen gibt es andere Prüfstände für ähnliche Aufgaben, die in einigen Anwendungen mit Motorenprüfständen konkurrieren. Antriebsstrangprüfstände erweitern den Triebstrang über den Motor hinaus und oft sogar ohne diesen. Erweitert man den Antriebsstrang weiter, kann man gleich ein ganzes Fahrzeug untersuchen, derartige Prüfstände heißen Fahrzeugprüfstände und werden meist als Rollenprüfstände ausgeführt. Eine wichtige Rolle in der Motorenerprobung spielen auch Straßenfahrten. Schließlich sind oft Motorkomponenten zu erproben, dies ist auch ohne den Motor auf oft hochspezialisierten Komponentenprüfständen möglich.

Kai Borgeest

Kapitel 8. Steuerung, Regelung und Automatisierung

In früheren Zeiten enthielten die Motoren wenig elektronische Komponenten und ein Prüfstand war kein mechatronisches, sondern ein mechanisches System, das weitgehend manuell bedient wurde. Dies ermöglichte zwar einen einfachen Aufbau, erforderte aber viel Handarbeit im täglichen Betrieb und führte zu Ungenauigkeiten bei Messungen. Heute erfolgt die Bedienung bequem und sicher von der Warte, wiederkehrende Aufgaben können automatisiert werden, Messergebnisse verschiedenster Sensoren können mit einem gemeinsamen Zeitstempel zusammengeführt und aufgezeichnet werden. Neben dem Gerät selbst arbeitet auch die Gebäudetechnik zu einem Großteil automatisch. Der Prüfstand kann in die unternehmensweite Informationstechnik eingebunden werden, was z. B. den Zugriff auf zentrale Datenbanken ermöglicht, wenngleich die Anbindung an die Büro-IT auch Risiken birgt. Das Kapitel gibt einen Überblick über die vielen Ebenen, in denen heute am Prüfstand Daten verarbeitet und Funktionen gesteuert werden. Wichtige Themen sind auch die stabile Regelung eines Arbeitspunktes und die statistische Versuchsplanung (DoE).

Kai Borgeest

Kapitel 13. Abgasmessung

Bei der motorischen Verbrennung von BenzinBenzin oder DieselDiesel entstehen neben den beiden Hauptkomponenten Stickstoff und Kohlenstoffdioxid die vom Gesetzgeber als Schadstoff eingestuften und mit Grenzwerten belegten Abgase Kohlenstoffmonoxid, unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Stickstoffoxide und Partikel. Abb. 13.1 zeigt, dass diese Schadstoffe etwa 1,1 % (Massenanteil) des Abgases eines Ottomotors im Teillastbetrieb ausmachen. Die Anteile der Schadstoffe im Rohabgas (vor der Nachbehandlung durch Katalysatoren und Filter) ist sehr stark vom Motorbetriebspunkt und der Applikation abhängig. Weitere Abgasbestandteile sind in geringem Umfang Ammoniak, Sulfate, Aldehyde und bei älteren Motoren bzw. Verbrennung schwefelhaltigen Kraftstoffs Schwefeldioxid.

Dr. Dirk Goßlau

Kapitel 16. Rollenprüfstand

Auf RollenprüfständenRollenprüfstand können die Längskräfte der Straßenfahrt simuliert werden. Das dient zur Applikation und Zertifizierung von gesetzlich vorgeschriebenen Abgaszyklen, zur Leistungsmessung, zur Simulation von Höhenfahrten, zur Dauerlaufuntersuchung, für NVH- und EMV-Untersuchungen und seit einigen Jahren auch zur Appllikation der Klimatisierung, KühlungKühlung, VereisungVereisung, SchneebewurfSchneebewurf und Regenfahrt, wenn der Rollenprüfstand Teil eines KlimawindkanalsWindkanal ist.

Dr. Dirk Goßlau

Kapitel 8. Produktkosten verstehen und beeinflussen

Sie kennen die Bedeutung des Themas Kosten für die Produktentwicklung und können den bewussten Umgang mit Kosten als Bestandteil der Produktentwicklung erklären. Sie kennen die Grundlagen der Kostenentstehung im Produktlebenslauf sowie typische Kostenrechnungsarten und können diese auf Beispiele anwenden. Sie können Produktkosten nach der Methode der differenzierenden Zuschlagskalkulation bestimmen, wissen, wie Produktkosten beeinflusst werden und können dafür Beispiele angeben. Sie können die drei Strategien des Produktkostenmanagements – Kosten senken, Wertanalyse und Zielkostenentwicklung – erklären und können situationsabhängig die richtige Strategie anwenden.

Eckhard Kirchner

Kapitel 3. Ausblick zu Polymer Engineering

Kap. 3 wagt einen Ausblick auf Polymer Engineering. Gemäß der fachlichen Breite von Polymer Engineering folgen kurze Statements zu den Teilkapiteln Werkstoffherstellung und -synthese, Werkstoffeigenschaften, Verarbeitung und Verfahrenstechnik, Werkzeugtechnik, Konstruktion und Berechnung, Oberflächentechnik, Qualitätsmanagement, Serienfertigung, Umweltaspekte und – nicht zu vergessen – zur Ausbildung.

Peter Eyerer, Kay André Weidenmann, Florian Wafzig

Kapitel 4. Elektrische Antriebe

Die Elektromobilität ist im Zusammenhang mit Verkehrsfluss, Treibhausgas-, Schadstoff- und Geräuschemissionen die bisher konkurrenzlose Alternative für die Mobilität in urbanen Ansiedlungen. Wie im Kapitel 1 dargestellt, sind jedoch diese Alleinstellungsmerkmale von deutlichen Nachteilen bezüglich Herkunft der Elektroenergie (Bild 4) und ihrer Speicherung an Bord (Bild 17) beeinträchtigt.

Cornel Stan

Kapitel 5. Kombinationen von Antriebssystemen, Energieträgern, -wandlern und -speichern

Die Bewertung der Antriebssysteme für Automobile nach Energiebedarf und -ressourcen, sowie nach ökologischen, technischen und wirtschaftlichen Kriterien führt zu der Schlussfolgerung, dass eine universell einsetzbare Konfiguration als optimale Form nicht realistisch ist. Vielmehr sprechen spezifische Vorteile für anpassungsfähige Kombinationen, auf Basis kompatibler Funktionsmodule. Die Entwicklungstrends lassen folgende Merkmale erkennen.

Cornel Stan

Kapitel 4. Szenarienadaptiver Motion-Cueing-Algorithmus

In diesem Kapitel soll ein neuartiger Motion-Cueing-Algorithmus (MCA) entwickelt werden. Damit dem Fahrer ein möglichst realistisches Fahrgefühl vermittelt werden kann, wird im ersten Schritt eine Realfahrt-Studie bezüglich des Beschleunigungs- und Verzögerungsverhaltens von gehobenen Mittelklassefahrzeugen untersucht. Es können sich wiederholende Ereignisse festgestellt werden, die durch ein spezifisches Verhalten gekennzeichnet sind und typisiert werden.

Tobias Miunske

11. Pumpen und Pumpensysteme in Industrie und Gewerbe

In den technischen Anlagen der Industrie spielen Pumpen und Pumpensysteme bei den verschiedensten Anwendungen eine bedeutende Rolle; daneben werden Pumpen beispielsweise auch in Anlagen der Wasserversorgung und in der Gebäudetechnik – dort insbesondere in Heizungsanlagen – eingesetzt. Dabei bestehen in diesen Bereichen zum Teil sehr erhebliche Potenziale zur Verbesserung der Energieeffizienz, zur Stromeinsparung und damit auch zur Kostensenkung. Viele Effizienzmaßnahmen in Pumpensystemen führen zu Amortisationszeiten von wenigen Jahren und können deshalb als wirtschaftlich sehr interessant gelten.

Martin Dehli

Kapitel 1. Grundlagen

Controlling als Teil der Unternehmenssteuerung.

Liane Buchholz

6. Motorgeräusch

Störende höherfrequente Geräusche und tieferfrequente Schwingungen eines Fahrzeugs werden heute unter dem Überbegriff NVH (noise, vibration, harshness) zusammengefasst. Der akustische Fahrkomfort ist ein Wettbewerbskriterium. Vom Gesetzgeber wird aus Umweltschutzgründen auch die Geräuschemission immer stärker limitiert. Das anteilige Motorgeräusch ist nicht exakt vorausberechenbar. Es ist dennoch auf halbempirischem Weg möglich, das Motorgeräusch innerhalb gewisser Genauigkeitsgrenzen vorherzusagen. Darüber hinaus gelingt es bereits ziemlich gut, relative Verbesserungen oder Verschlechterungen z.B. hinsichtlich eines veränderten Zylinderdruckverlaufs, strukturmechanischer Maßnahmen sowie Veränderungen am Ansaugtrakt und Abgasschalldämpfersystem zu berechnen.Einführend wird auf aktuelle und zukünftige Grenzwerte gemäß der EU-Richtlinie 540/2014 eingegangen, das neue Vorbeifahrtgeräusch-Messverfahren nach DIN ISO 362-1 kurz vorgestellt sowie die zum Fahrgeräusch beitragenden Teilschallquellen und deren Geräuschursachen eingegangen. Beim Motorgeräusch sind indirekte und direkte Geräuschanregung, Verbrennungs- und mechanisches Geräusch, innerer und äußerer Körperaschallleitweg zu unterscheiden. Die Ausführungen betreffen hierbei die Entstehung, Übertragung und Luftschallabstrahlung des Motorgeräuschs auch mit Bezug auf die theoretischen Zusammenhänge. Ein kurzer Abschnitt streift die digitale Signalverarbeitung im Rahmen moderner Geräuschmesstechnik. Die akustischen Charakteristika des Zylinderdruckverlaufs und deren unterschiedliche Ausprägung werden dargestellt. Schließlich werden noch Phänomene des akustischen Verhaltens der Motorgehäusestruktur sowie des nicht-linearen Schmierfilms in den Kurbelwellenhauptlagern erklärt.

Eduard Köhler, Rudolf Flierl

3. Organisation und Reglementierung

Die professionelle Austragung von Rennserien oder Motorsportveranstaltungen erfordert ein strukturiertes Zusammenspiel von Motorsport- bzw. Automobilverbänden, Vermarktungsgesellschaften, Veranstaltern und teilnehmenden Rennställen. Abb. 3.1 zeigt die wesentlichen Rollen und Aufgaben, die zur Austragung einer Rennserie wahrgenommen werden. Eine Auswahl einiger bedeutender Automobil- bzw. Motorsportverbände und die ihr zugeordneten Rennserien bietet Abb. 3.2.

Lars Frömmig

Der Antriebsprüfstand als Plattform für die RDE-Emissionierung

Die Einführung der RDE-Gesetzgebung für die Typzulassung von Personenkraftwagen in der Europäischen Union stellt einen Paradigmenwechsel dar, der neue Herausforderungen für die Emissionierung der Antriebe mit sich bringt. So sind die nun abzusichernden Betriebszustände des Antriebs zahlreich und müssen teils erst neu identifiziert werden. Bei weiterhin zunehmender Variantenvielfalt und immer kürzeren Entwicklungszeiten stellt die Verbesserung von Entwicklungsmethoden ein wichtiges Werkzeug zur Bewältigung dieser Herausforderungen dar. Prüfstände schaffen eine kontrollierte und reproduzierbare Umgebung, in der sich die untersuchten Komponenten idealerweise wie im Fahrzeug auf der Straße verhalten. Dazu werden Simulationsanteile benötigt, die zum Beispiel die Umwelt oder das Fahrzeugverhalten abbilden. Antriebsprüfstände sind aufgrund ihrer Nähe zum Fahrzeug bei gleichzeitig hoher Reproduktionsgüte besonders interessant für Emissionierungsaufgaben. Daher wurden Untersuchungen zur Abbildungsgüte von Realfahrten an einem Antriebsprüfstand der BMW Group vorgenommen. Der Fokus lag dabei auf der korrekten Abbildung der Straßenlast und der Überprüfung der Reproduktionsgüte unter Nutzung verschiedener Simulationsansätze. Die Ergebnisse zeigen, dass zur Nachbildung realistischer Lastprofile auch Neigungs- und Kurveneinflüsse berücksichtigt werden müssen. Bei Verwendung einer Umweltsimulation kann eine hohe Reproduktionsgüte erreicht werden, was das Potenzial des Antriebsprüfstands als Plattform für die RDE-Emissionierung unterstreicht.

Maximilian Dietrich, Johannes Rupfle

Kapitel 60. Herausforderungen und Lösungsansätze urbaner Logistikanforderungen

Die voranschreitende Urbanisierung und eine darauf zurückzuführende Zunahme von Logistikaufgaben wird unsere Lebensweise in naher Zukunft substanziell verändern. Insbesondere in dicht besiedelten urbanen Räumen wird eine effiziente, ökologische und nachhaltige Ver- und Entsorgung von Privathaushalten, aber auch Gewerbebetrieben in einem stadtverträglichen Kontext in den Vordergrund rücken. Als Lösungsanbieter zukünftiger Logistik- und Mobilitätsherausforderungen engagiert sich Volkswagen Nutzfahrzeuge im Rahmen der „Projektinitiative Urbane Logistik Hannover“ und entwickelt auch auf Basis daraus abgeleiteter Erkenntnisse maßgeschneiderte Produkte für diverse Kundengruppen. E-Mobilität, autonomes Fahren und die Auseinandersetzung mit neuen Geschäftsmodellen stehen dabei im Vordergrund des operativen und strategischen Handelns und beeinflussen somit uneingeschränkt das zukünftige Angebotsportfolio von Volkswagen Nutzfahrzeuge.

Jörn Hasenfuß, Fabian Galbarz

5. Optimierung des Speichereinsatzes im Supersystem

Dieses Kapitel erörtert Möglichkeiten der effizienteren Nutzung von Schwungradspeichern durch Anpassung der Speicherumgebung – oder des Supersystems (entsprechend der in Kap. 4 , Abb. 4.2 vorgestellte Systemhierarchie) – an gegebene Speichereigenschaften.

Armin Buchroithner

Kapitel 2. Auswahl und Modellierung repräsentativer Fahrzeuge mit unterschiedlichen Antriebskonzepten und Energieträgern

In diesem Kapitel werden repräsentative Fahrzeuge mit unterschiedlichen Antriebstechnologien und Energieträgern dargelegt, die als Untersuchungsgegenstand dienen. Neben den Referenzfahrzeugen, welche einzelne bis 2016 am Markt verfügbare Modelle abbilden, werden zusätzlich synthetische Fahrzeuge betrachtet, die sich nur bezüglich der antriebsspezifischen Eigenschaften unterscheiden und hier als Standardfahrzeuge deklariert werden. Für erneuerbare Kraftstoffe werden inländische Potenziale abgeschätzt, deren Umfang den Einsatz der jeweiligen Kraftstoffe einschränkt. Diese gilt es bei der Bewertung von erneuerbaren Energieträgern, neben deren Kosten und Emissionsfaktoren, die an anderer Stelle in diesem Buch gezeigt werden, zu berücksichtigen.

Martin Zapf, Hermann Pengg, Thomas Bütler, Christian Bach, Christian Weindl

1. Verbrennungsmotoren Combustion Engines

Der Motor macht ein Fahrzeug erst zum AUTOmobil, also fähig zum selbsttätigen Vorwärtskommen. Darüber hinaus strahlt der Verbrennungsmotor eine große, wenn nicht die größte Faszination von allen einzelnen Baugruppen aus und ist Sinnbild für die Leistung. Bei Rennfahrzeugen wird neben seiner Leistungsfähigkeit auch seinem akustischen Auftritt große Beachtung geschenkt.

Michael Trzesniowski

4. Auslegung des Antriebsstrangs Drive Line Calculation

Ein starker Motor ist für ein Rennfahrzeug ebenso wichtig wie ein zuverlässiger Antriebstrang. Noch wichtiger ist allerdings, dass die Leistung des Motors auch effizient auf die Fahrbahn gebracht wird, damit das Fahrzeug die gewünscht hohen Fahrleistungen zeigen kann. Dafür ist das abgestimmte Zusammenspielen von Motor und Antriebstrang entscheidend. Der Motor arbeitet nur einem bestimmten – bei hochgezüchteten Triebwerken meist äußerst schmalen – Drehzahlband. Die Antriebsräder müssen aber in einem großen Drehzahlbereich für den Vortrieb sorgen. Das Getriebe ist die Baugruppe, die zwischen Motor und Fahrbahn vermittelt. Damit es das möglichst wirkungsvoll schafft, müssen die zu überwindenden Fahrwiderstände und die zur Verfügung stehende Motorleistung aufeinander abgestimmt werden.

Michael Trzesniowski

5. Kraftübertragung Power Transmission

Die Kraftquelle – Verbrennungs- oder Elektromotor – stellt die zum Überwinden der Fahrwiderstände nötige Kraft zur Verfügung. Diese Kraft muss jedoch vom Motorausgang zu den Antriebsrädern geleitet werden. Mitunter ist neben dem Überwinden einer räumlichen Distanz auch noch eine Anpassung an die Motorkennung erforderlich. Wie dies alles geschieht, darüber berichtet das folgende Kapitel.

Michael Trzesniowski

1. Einleitung

Der Leser soll mit diesem Buch in die Lage versetzt werden, die Anforderungen zuverlässiger Software unter Echtzeitbedingungen zu verstehen, eine definierte Vorgehensweise festzulegen, die Echtzeitvorgaben mathematisch zu beweisen und umzusetzen, die Funktionen konstruktiv in Software zu implementieren und schon im Entwurf die Security-Anforderungen zusammen mit sicherheitskritischen Anforderungen integriert zu berücksichtigen. Zwei Beispiele runden die methodische Darstellung anschaulich ab. Damit wird er in die Lage versetzt, die zukünftig steigenden Anforderungen an softwarebasierte Funktionen ingenieurmäßig zu beherrschen.

Hubert B. Keller

6. Entwicklung Development

Bei Rennfahrzeugen, die ja im Gegensatz zu Serienfahrzeugen Prototypen sind, kann kaum zwischen den klassischen, aufeinanderfolgenden Phasen der Produktentstehung – also Entwurf, Konstruktion, Erprobung und Entwicklung, Produktion – unterschieden werden. Im Gegenteil: Die Entwicklung ist ein nie endender Prozess, der auch nach Produktionsbeginn von Kleinstserien (z. B. Formel 3) nicht endet. Dadurch hört auch der Konstruktionsprozess nie auf. Auch bei der Kostenaufteilung unterschieden sich Rennfahrzeuge stark von den Großserienprodukten. Die Produktionskosten von Wettbewerbsfahrzeugen nehmen sich verschwindend gering im Vergleich zu Konstruktion und Entwicklung aus.

Michael Trzesniowski, Philipp Eder

Kapitel 15. Elektrische Fahrantriebe

Nicht nur die Technik schreitet voran, sondern auch das Verhalten der Verbraucher und Kunden. Gesetzliche Vorschriften und Emissionsgrenzen erzeugen weitere Zwänge, die zu einem Wandel in der Antriebstechnik führt. Im Moment sieht es dabei so aus, dass der elektrische Antrieb aus seinem hundertjährigen Dornröschenschlaf erwacht und sowohl in hybriden Antriebssträngen in Kombination mit einem Verbrennungsmotor als auch mit einem respektablen Marktanteil in rein elektrisch angetriebenen Fahrzeugen zum Einsatz kommt.

Thorsten Biermann, Benjamin Daniel

Kapitel 8. Getriebe

Die am Rad erforderliche Drehzahl-Drehmoment-Charakteristik unterscheidet sich deutlich von der der Antriebsmaschinen eines Fahrzeugs, ob Verbrennungsmotor oder Elektromotor. Aus diesem Grund ist eine oder sind mehrere Übersetzungen zwischen Antriebsmaschine und dem Rad erforderlich. Diese werden durch das Getriebe realisiert. Die Elektrifizierung des Antriebstrangs ermöglicht neue Getriebekonzepte.

Ferit Küçükay, Carl-Philipp Seekamp, Marcel Sander

Kapitel 10. Mikro-Hybrid oder P0-Mild-Hybrid

Kommt im klassischen Aggregatetrieb ein Riemenstartergenerator (RSG) zum Einsatz, bezeichnet man dies als „P0-Mild-Hybrid“ bei geringer Leistung auch „Mikro-Hybrid“. Standen im Aggregatetrieb anfangs 12-Volt-Riemen-Start-Stopp-Systeme im Fokus, so sind dies heute P0-Mild-Hybridsysteme mit einem 48-Volt- oder Hochvolt- Riemenstartergenerator, mit denen strengere CO2-Vorschriften erfüllt werden können. Es zeigt sich marktübergreifend, dass der P0-Mild-Hybrid unabhängig vom Spannungsniveau des Bordnetzes auf einem guten Weg zu einer Standardlösung ist.

Christoph Schröder, Andreas Stuffer

Kapitel 12. Voll- und Plug-in-Hybrid (HEV / PHEV)

Die Architektur beschreibt die Anordnung und Kombination der elektrischen Maschine mit dem Verbrennungsmotor und den Leistungsfluss im Betrieb. Hierbei unterscheidet man zwischen dem Parallel-Hybrid, Seriell-Hybrid und der Kombination aus beidem als Parallel-Seriell-Hybrid, oder auch leistungsverzweigter Hybrid. Der Grad der Hybridisierung definiert die Unterteilung in Mikro-, Mild-, Full- und Plug-in-Hybride und ermöglicht unterschiedliche Funktionen. Im Vergleich zu konventionellen Verbrennerfahrzeugen bieten Voll- und Plug-in-Hybride die größten CO2-Einsparpotenziale und gleichzeitig eine Erhöhung von Komfort und Fahrspaß.

Andreas Kaksa, Manfred Homm, Thomas Pfund

Kapitel 6. Kooperative Assistenz für ein Fahrertraining auf der Rennstrecke

Mit den bisher beschriebenen Methoden ist die Umsetzung eines Mentorensystems für ein Rennstreckentraining möglich. In diesem Kapitel wird gezeigt, wie die Realisierung in dem speziell modifizierten Versuchsträger „Volkswagen Golf R Race Trainer“ aussieht, und es wird die konkrete Abstimmung vorgestellt. In Abschnitt 6.2 folgt eine Auswertung anhand mehrerer Versuchsfahrten, die das Zusammenspiel der einzelnen Elemente demonstrieren.

Samuel Schacher

Kapitel 4. Datenbasis für Kalibrierung und Validierung

Der untersuchte Parallelhybridantriebsstrang verfügt über die Konfiguration in Abbildung 4.1, die auch als P2-Hybridanstriebstrang bezeichnet wird. Der Stand stammt ursprünglich aus dem in [43] vorgestellten Mercedes C350e Plug-In-Hybridfahrzeug. Wie in Kapitel 2 schon beschrieben wird, befindet sich der Elektromotor in dieser Anordnung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe.

Jing Cheng

16. Schmierung, Schmierstoffe, Reibung, Verschleiß, Korrosion

Die Hauptfunktion der Schmierstoffe besteht im Allgemeinen darin, Schäden an belasteten Oberflächen, die sich relativ zueinander bewegen, zu vermeiden. Direkte Berührung der Wälzkörperoberflächen soll möglichst verhindert oder gemindert werden. Bei vollständiger Trennung der Wälzkörperoberflächen laufen derartige Paarungen nahezu verschleißfrei, sofern störende Fremdkörper vom Schmierspalt ferngehalten werden.Es werden der Wirkmechanismus der Schmierung sowie verschiedene Schmierstoffarten vorgestellt. Es werden Hinweise zur Schmierstoffauswahl über das Einlaufverfahren bis hin zur Entsorgung gegeben und Schäden an Maschinenelementen beschrieben, die aufgrund falscher Schmierung entstehen können.

Gustav Niemann, Hans Winter, Bernd-Robert Höhn, Karsten Stahl

11. Beispiele ausgeführter Konstruktionen von Fahrzeuggetrieben

In diesem Kapitel werden exemplarisch Getriebekonstruktionen vorgestellt, ihr konstruktiver Aufbau besprochen, Funktionen erläutert und interessante Lösungen beschrieben. Die in den vorderen Kapiteln behandelte Theorie zu Getriebekonzepten sowie zur Auslegung und Gestaltung von Komponenten und Teilsystemen soll nun hier anhand ausgeführter Serienkonstruktionen griffig werden. Es ist nicht das Ziel, die neuesten und allerletzten Entwicklungen zu zeigen, vielmehr soll das Grundlegende und Allgemeingültige herausgearbeitet werden. Abschn. 11.1 beschäftigt sich mit 32 verschiedenen Pkw-Getrieben. Es werden quer und längs eingebaute Getriebe unterschiedlicher Ausführungen und Hersteller vorgestellt, eingeteilt in Handschaltgetriebe (MT), Automatisierte Schaltgetriebe (AMT), Doppelkupplungsgetriebe (DCT), Automatgetriebe (AT), Stufenlosgetriebe (CVT) und verschiedene Konfigurationen von Hybridantrieben sowie reinen E-Antrieben. Abschn. 11.2 geht dann auf 22 verschiedene Nkw-Getriebe ein und zeigt die ganze Bandbreite von MT, AMT, DCT, AT, CVT sowie Hybridantriebe und reine E-Antriebe. Zur leichteren Orientierung ist zu Beginn des Pkw- und Nkw-Teils eine Übersichtstabelle mit den vorgestellten Getrieben abgebildet. In Abschn. 11.3 werden ausgeführte Achsgetriebe von Pkw und Nkw vorgestellt sowie verschiedene Differentialgetriebe und Sperrdifferentiale. Im Abschn. 11.4 werden schließlich ausgewählte Teile des Allradantriebs gezeigt. Bezüglich der Grundkonzepte auf denen die ausgeführten Konstruktionen dieses Kapitels basieren sei auf die Getriebeschemata in Kap. 6 verwiesen.

Dr.-Ing. Harald Naunheimer, Prof. Dr.-Ing. Bernd Bertsche, Dr.-Ing. Joachim Ryborz, Dr.-Ing. Wolfgang Novak, Dr.-Ing. Peter Fietkau

24. Umlaufgetriebe

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

Kapitel 12. Den eigenen Zustand im Verkauf managen

Nur wer sich selbst steuern kann, kann andere steuern. Ein wesentlicher Erfolgsfaktor für die Selbststeuerung ist die Beschäftigung mit sich selbst, kurz: „Selbstreflexion“ genannt.

Robert Flachenäcker

Energiebedarf von elektrisch und verbrennungsmotorisch angetriebenen Kraftfahrzeugen in Abhängigkeit von Zuladung und Verkehrsumfeld

Die Einhaltung der Klimaziele der Bundesregierung und die daraus potentiell für konventionelle Verbrennerfahrzeuge entstehenden Konsequenzen führen zwangsläufig zu einem steigenden Interesse an alternativen Antrieben wie beispielsweise Elektrofahrzeugen. Bedingt durch drohende Fahrverbote für Dieselfahrzeuge aufgrund der Emittierung giftiger Stickoxide erscheinen elektrifizierte Fahrzeuge als eine attraktive Lösungsvariante, um die Mobilität im urbanen Raum zufriedenstellend aufrechtzuerhalten und lokale Emissionsfreiheit zu garantieren. Dieser Anreiz wird weiterhin durch staatliche Förderungen, die bei einem Erwerb eines solchen Fahrzeugs bereitgestellt werden, sowie Steuervorteile unterstrichen.[1]

P. Driesch, T. Weber, S. Tewiele, D. Schramm

Kapitel 3. Grundlagen

Zum besseren Verständnis werden die wissenschaftlichen und technischen Grundlagen behandelt. Zunächst wird auf die Betriebsfestigkeitsanalyse und die Festigkeitsabsicherung im Fahrzeugbau eingegangen. Daran schließt sich ein kurzer Überblick über die Elektrifizierung von Fahrzeugen und die dafür verwendeten Komponenten an. Das Kapitel schließt mit einer Einführung in Multilevel-Ansätze in der Materialwissenschaft und die Übertragung des Konzepts auf die Festigkeitsanalyse komplexer Strukturen im Fahrzeugbau.

Dr.-Ing. habil. Andreas Dörnhöfer

6. RDE-Konzepte Personenkraftwagen

Dieses Kapitel beschäftigt sich im einleitenden Teil mit grundlegenden Aspekten der konzeptionellen Entwicklung von Antrieben unter RDE-Gesichtspunkten. Hierbei sind zu nennen:• Einflussfaktoren zwischen Laborprüfstand und öffentlichen Straßen• Auswirkungen der RDE-Testbedingungen auf die NOx-Emissionen• Anforderung an die Robustheit des RDE-Technologiepaketes• Zielvorgabe für die NOx-Emissionen• Wirksamkeit des benötigten RDE-Technologiepaketes• Einfluss des Fahrzustandes auf die NOx-Endrohremissionen• Beschreibung der Aufgabe für die Konzeptentwicklung• Grundlegende Freiheitsgrade bei der RDE-Konzeptentwicklung.Im Anschluss werden die Technologiebausteine für Dieselmotoren, Ottomotoren, der jeweiligen Abgasnachbehandlungstechnologien sowie der Elektrifizierung vorgestellt und näher erläutert. Hierbei liegt der Fokus bei Dieselmotoren auf den Stickoxidemissionen und bei den Ottomotoren auf den Partikelemissionen. Ergänzend erfolgt die Beschreibung wesentlicher Aspekte bei der Definition von Gesamtsystemen und der angepassten Entwicklungsmethodik.

Dr.-Ing. Frank Bunar, Dr.-Ing. René Berndt, Dr.-Ing. Friedemann Schrade, Dipl.-Ing. Michael Baade

4. Downsizing bei PKW-Motoren

Durch die erforderliche Schonung fossiler Energieträger und der sich laufend verschärfenden CO2‐Gesetzgebung ergibt sich als Hauptaufgabe für die Automobilindustrie, kraftstoffverbrauchssenkende Maßnahmen umzusetzen. Gleichzeitig haben alternative Antriebsformen, wie z. B. die Elektromobilität, zu einer beschleunigten Entwicklung auch bei den konventionellen Antrieben im Fahrzeug geführt. Generell ist zu beobachten, dass bemerkenswerte Verbrauchseinsparungen beim Verbrennungsmotor v. a. auch durch Downsizing‐Konzepte in den Fahrzeugen erzielt werden. Das Downsizing als Maßnahme zur CO2‐Reduzierung bei Diesel‐ und Ottomotoren steht hierbei allerdings im Spannungsfeld mit der neu eingeführten RDE‐Gesetzgebung.Unter dem Begriff Downsizing wird allgemein die Verkleinerung des Hubraums von Verbrennungsmotoren verstanden (Golloch 2005). Allein für sich betrachtet würde die Verkleinerung des Hubraums jedoch zu einem Absinken des maximalen Drehmoments und der maximalen Leistung führen. Da der Kunde in den verschiedenen Fahrzeugklassen Einbußen bei den Fahrleistungen nicht akzeptieren würde, ist beim Downsizing der Erhalt der Fahrdynamik gegenüber einem hubraumstärkeren Motor unbedingte Voraussetzung. Dies führt zu spezifisch höher belasteten Aggregaten. Hauptaugenmerk liegt dabei auch auf dem transienten Drehmomentaufbau in dynamischen Fahrsituationen.

Dr.-Ing. Christian Eiglmeier, Dr.-Ing. Axel Groenendijk

14. Elektrifizierte Antriebssysteme

Eine möglichst kraftsparende Ortsveränderung und der damit verbundene Transport von Gütern und Personen war seit Beginn der Menschheit ein wesentliches Bedürfnis. Sehr früh wurde erkannt, dass dazu Transportmittel und Kraft‐ bzw. Antriebsquellen erforderlich waren. Je nach Transportaufgabe entwickelte sich daraus eine Vielzahl unterschiedlicher Symbiosen von Transportmitteln und Antriebssystemen.Heute ist der Verbrennungsmotor die dominierende Antriebsquelle. Das ist ein Ergebnis des aktuellen Stands der Entwicklung. Das war nicht immer so und muss in Zukunft auch nicht so bleiben. Der Verbrennungsmotor ist technologisch nur eine Möglichkeit von vielen, die wir heute als alternative Antriebe bezeichnen. Ein Motor allein ist auch noch kein Antriebssystem. Wie lange der Verbrennungsmotor eine wesentliche Antriebsquelle sein wird, hängt – neben vielen nicht technischen Randbedingungen – von der technologischen Entwicklung des Motors selbst und der Kombinationsfähigkeit mit anderen Antriebssystemen und Transportmitteln ab. Für einen zukunftsweisenden Weg des Verbrennungsmotors ist es erforderlich, die Eigenschaften alternativer Antriebssysteme zu kennen und zu erkennen, aus welchen Gründen sich bestimmte Technologien durchgesetzt haben und andere nicht, und darauf abgestimmte Motoren zum Einsatz zu bringen.

Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.-techn. Peter Fischer, Dipl.-Ing. Stefan Neunteufel

Virtuelle Hochvoltbatteriesysteme: Closed Loop Testing bei vorverlagerten Entwicklungsprozessen

Mit der steigenden Komplexität elektrifizierter Antriebsstränge nehmen auch die Umfänge bei der Validierung und der Erprobung neuer Hochvoltbatteriesysteme zu. Die Vorverlagerung von Entwicklungstätigkeiten hin zu früheren Projektphasen ist ein Ansatz dem entgegen zu wirken und somit Zeit und Kosten zu reduzieren.

Martin Lenz, Konstantin Etzold, Serge Klein, Martin Hüske

Kapitel 6. Empirische Einblicke in die Funktion von Einkaufskooperationen

Das nachfolgende Kapitel beschäftigt sich eingehender mit empirischen Einblicken in die Funktionsweise von Einkaufskooperationen. Ermittelt werden soll, in wie fern sich die bisherigen Einblicke zu Einkaufskooperationen durch empirische Erkenntnisse absichern und um das Phänomen der Komplexität erweitern lassen. Unter empirischer Forschung wird im Rahmen der hier vorliegenden Arbeit der Prozess zur systematischen Erfassung, Analyse und Interpretation von Daten verstanden.

Christian von Deimling

Kapitel 16. Arthur Bechtel Classic Motors: Projektmanagement in der Transportlogistik hochwertiger Oldtimer

Oldtimer faszinieren weltweit immer häufiger und es entwickeln sich weltweit eine Vielzahl von Oldtimer-Messen, -Ralleys, -Treffen, -Ausfahrten und -Museen rund um das klassische Automobil. Arthur Bechtel Classic Motors handelt mit klassischen Fahrzeugen weltweit und somit sind Veranstaltungen im Ausland ein wichtiger Baustein für den Markenausbau und die Kontaktpflege zu Neukunden. Ein wichtiger Punkt in der Planung zur Teilnahme an einer Veranstaltung, wie zum Beispiel einem Concours d‘ Elegance im Ausland, ist der Transport des Fahrzeugs zum Veranstaltungsort.

Sebastian Schänzle

Kapitel 9. Baustein Zeit und Informationen

Menschen treffen laufend Entscheidungen über ihre Zeitverwendung und Zeitgestaltung. In den letzten Jahren ist der Umgang mit Informationen ein immer wichtigerer und herausfordernderer Aspekt im Kontext einer sinnvollen und effektiven Zeitgestaltung geworden. Aus diesem Grund wird in der Bezeichnung dieses Bausteins Informationen explizit als zweites Element neben Zeit aufgeführt.In Kap. 9 wird zuerst auf den Begriff und das Verständnis von Zeit sowie auf die verschiedenen Generationen des Zeitmanagements eingegangen – bevor ausgewählte Aspekte aus dem Bereich Umgang mit Informationen diskutiert werden. Anschließend gibt es einen Überblick über verschiedene hilfreiche Zeitmanagementmethoden und -werkzeuge. Die Bedeutung der inneren Rhythmen wird erörtert und es werden unterschiedliche Zeittypen präsentiert.Als Abschluss sind Verhaltensindikatoren für Zeit- und Informationskompetenz aufgeführt. Es werden mögliche Entwicklungsmaßnahmen für die Stärkung von Zeit- und Informationskompetenz auf individueller und organisationaler Ebene vorgestellt. Zwei Praxisbeispiele runden das Kap. 9 ab.

Anita Graf

V5. Elektrische Antriebstechnik

Antriebe sollen in geeigneter Form die Energie für technische Bewegungs‐ und Stellvorgänge liefern. Die anzutreibenden Arbeitsmaschinen sind hauptsächlich Werkzeugmaschinen (s. T1.2, T4, T5), Aufzüge, Krananlagen, Fördereinrichtungen, Pumpen, Lüfter, Kompressoren, Walzanlagen, Kalander, Ventile, Schieber, Positioniereinrichtungen, Roboter (s. T1.2 und T7.2). Dazu kommen Fahrzeugantriebe für Schienenfahrzeuge [15] und für elektrisch angetriebene Straßenfahrzeuge [16, 17].Für den Antrieb bestehen dabei folgende Aufgaben: Bereitstellung von Drehmomenten (Kräften) und Winkelgeschwindigkeiten (Geschwindigkeiten) in Anpassung an die Arbeitsmaschine bzw. den technologischen Prozess, Sicherstellung eines nach den Kriterien des Prozesses möglichst optimalen zeitlichen Bewegungsablaufs und Durchführung der elektromechanischen Energiewandlung mit möglichst geringen Verlusten. Als Antriebsmotoren kommen alle in V3 genannten rotierenden Maschinen (Asynchron‑, Synchron‐ und Gleichstrommaschinen sowie ihre Sonderbauformen) in Frage. Für manche Zwecke werden auch Linearmotoren eingesetzt.

Prof. Dr.-Ing. Wilfried Hofmann, Prof. Dr.-Ing. Manfred Stiebler

Zukünftige Traktionsmotoren für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

Bosch stellt in diesem Beitrag die nächste Generation Traktionsmotoren für Hybrid- und Elektrofahrzeuge vor, die die Bedürfnisse des künftigen Marktes mit einem intelligenten modularen Baukastenansatz abdecken wird. Der modulare Baukasten bedient alle Anforderungen von modernen elektrischen Achsen und elektrifizierten Doppelkupplungsgetrieben bis hin zu CVT- und PowerSplit-Getrieben. Es wird ein Leistungsbereich von 15 kW bei 48 Volt bis hin zu 310 kW bei Hochvolt abgedeckt und das bei Drehmomenten von 30 Nm bis 640 Nm. Der Baukasten umfasst sowohl magnetfreie als auch als permanentmagnetbehaftete Lösungen. Durch einfache Kombination der Grundelemente lassen sich damit Stand-Alone-Konzepte, beispielsweise auf Basis von Mantelkühlung, mit getriebeintegrierten, ölgekühlten Konzepten kombinieren. Der Baukasten zeichnet sich durch eine sehr hohe Baugrößenflexibilität aus, die auf eine innovative, höchst flexible Fertigungstechnologie aufbaut und durch die Kombination mit einem intelligenten Freigabe- und Erprobungskonzept auch geringe Stückzahlen höchst wirtschaftlich darstellen kann. Insgesamt gelingt es damit, jedem Kunden individuell die beste maßgeschneiderte Maschine sehr wirtschaftlich zur Verfügung zu stellen.

Ingo Ramesohl, Oliver Eckert, Martin Braun, Tibor Murtiner, Kiriakos Karampatziakis

14. Kupplungen und Bremsen

Dieses Kapitel gibt einen Überblick über die auf dem Markt etablierten Bauformen von Kupplungen und Bremsen und deren Einsatz als Konstruktionselement im Ingenieuralltag. Hierbei liegt der Schwerpunkt auf der Bedeutung und Funktionalität in Abhängigkeit der realisierten Eigenschaften sowie den wesentlichen Einflüssen und Wechselwirkungen einer Kupplung oder Bremse im Gesamtsystem, die bei der erforderlichen Auslegung berücksichtigt werden müssen.

Albert Albers

Kapitel 5. Strukturentwicklung

Sind die wesentlichen Prozesse der Leistungsstellung festgelegt, so ist danach zu beantworten, wer die einzelnen Prozessschritte durchführen soll. Welche Teile der Gesamtleistung sollen im eigenen Unternehmen durchgeführt werden? Wie werden die Aufgaben auf Unternehmensbereiche, Abteilungen Gruppen, Mitarbeiter und die verfügbaren Betriebsmittel verteilt?

Thomas Grabner

5. Gleislose Flurfördermittel

Gleislose Flurfördermittel wie Wagen, Stapler usw. bedeuten Mechanisierung und Rationalisierung der Förderaufgaben im innerbetrieblichen Transport und Warenumschlag. Zahlreiche Geräte sind mit Hubeinrichtungen versehen, da die häufig verwendeten Transporteinheiten nur mit solchen Geräten umgesetzt werden können. Sehr wichtig sind ein geeigneter Fahrbahnbelag und eine robuste Bauweise der Geräte. Gleislose Flurfördermittel sind frei im Förderweg, benötigen jedoch z. T. erhebliche Flurflächen für den Transportvorgang und arbeiten meist unstetig. Die große Zahl und die Vielfalt der Ausführungen lässt nur ein kurzes Eingehen auf die allgemein wichtigsten Bauarten zu.Zu nennen sind Zweiachsschlepper, Plattformwagen, Gabelstapler, Schubmaststapler und Quergabelstapler. Der Antrieb geschieht Batterie-elektrisch, durch Dieselmotor, durch Flüssiggasantrieb oder von Hand. Als Fahrgeräte können Wagen, Motorwagen, Elektrowagen und Schlepper notiert werden. Zu den Stapelgeräten gehören der Gabelstapler, der Stapler mit Radunterstützung, der Schmalgangstapler und der Quergabelstapler sowie der Portalstapler.

Rudolf Griemert, Peter Römisch

Effizienter mit Hightech-Stahlkolben

Mercedes-Benz gibt der Pkw-Dieseltechnik mit einer innovativen Technik erneut zu-kunftsweisende Impulse. Weltweit als Erster ersetzt der Dieselpionier aus Stuttgart die in Pkw-Dieselmotoren bislang üblichen Kolben aus Aluminium durch eine neu entwi-ckelte Hightech-Kolbengeneration aus Stahl. In Kombination mit einem Aluminium-kurbelgehäuse und der innovativen NANOSLIDE® Zylinderlaufbahntechnologie sind die Vorteile vor allem noch weniger Verbrauch und damit weniger CO2-Emissionen.

Volker Lagemann, Torsten Eder, Thomas Behr, Ralph Weller, Jens Böhm, Simon Binder, Wolfgang Dietz

5. Grundlegende Algebra

In diesem Kapitel widmen wir uns dem weiteren Aufbau mathematischer Strukturen. Basierend auf dem Mengenbegriff und dem Abbildungsbegriff lernen wir grundlegende algebraische Strukturen kennen: Gruppen, Ringe und Körper.

Prof. Dr. Hermann Schichl, Prof. Dr. Roland Steinbauer

14. Elektrifizierte Antriebssysteme

Eine möglichst kraftsparende Ortsveränderung und der damit verbundene Transport von Gütern und Personen war seit Beginn der Menschheit ein wesentliches Bedürfnis. Sehr früh wurde erkannt, dass dazu Transportmittel und Kraft‐ bzw. Antriebsquellen erforderlich waren. Je nach Transportaufgabe entwickelte sich daraus eine Vielzahl unterschiedlicher Symbiosen von Transportmitteln und Antriebssystemen.Heute ist der Verbrennungsmotor die dominierende Antriebsquelle. Das ist ein Ergebnis des aktuellen Stands der Entwicklung. Das war nicht immer so und muss in Zukunft auch nicht so bleiben. Der Verbrennungsmotor ist technologisch nur eine Möglichkeit von vielen, die wir heute als alternative Antriebe bezeichnen. Ein Motor allein ist auch noch kein Antriebssystem. Wie lange der Verbrennungsmotor eine wesentliche Antriebsquelle sein wird, hängt – neben vielen nicht technischen Randbedingungen – von der technologischen Entwicklung des Motors selbst und der Kombinationsfähigkeit mit anderen Antriebssystemen und Transportmitteln ab. Für einen zukunftsweisenden Weg des Verbrennungsmotors ist es erforderlich, die Eigenschaften alternativer Antriebssysteme zu kennen und zu erkennen, aus welchen Gründen sich bestimmte Technologien durchgesetzt haben und andere nicht, und darauf abgestimmte Motoren zum Einsatz zu bringen.

Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.-techn. Peter Fischer, Dipl.-Ing. Stefan Neunteufel

4. Downsizing bei PKW-Motoren

Durch die erforderliche Schonung fossiler Energieträger und der sich laufend verschärfenden CO2‐Gesetzgebung ergibt sich als Hauptaufgabe für die Automobilindustrie, kraftstoffverbrauchssenkende Maßnahmen umzusetzen. Gleichzeitig haben alternative Antriebsformen, wie z. B. die Elektromobilität, zu einer beschleunigten Entwicklung auch bei den konventionellen Antrieben im Fahrzeug geführt. Generell ist zu beobachten, dass bemerkenswerte Verbrauchseinsparungen beim Verbrennungsmotor v. a. auch durch Downsizing‐Konzepte in den Fahrzeugen erzielt werden. Das Downsizing als Maßnahme zur CO2‐Reduzierung bei Diesel‐ und Ottomotoren steht hierbei allerdings im Spannungsfeld mit der zukünftigen RDE‐Gesetzgebung.Unter dem Begriff Downsizing wird allgemein die Verkleinerung des Hubraums von Verbrennungsmotoren verstanden (Golloch 2005). Allein für sich betrachtet würde die Verkleinerung des Hubraums jedoch zu einem Absinken des maximalen Drehmoments und der maximalen Leistung führen. Da der Kunde in den verschiedenen Fahrzeugklassen Einbußen bei den Fahrleistungen nicht akzeptieren würde, ist beim Downsizing der Erhalt der Fahrdynamik gegenüber einem hubraumstärkeren Motor unbedingte Voraussetzung. Dies führt zu spezifisch höher belasteten Aggregaten. Hauptaugenmerk liegt dabei auch auf dem transienten Drehmomentaufbau in dynamischen Fahrsituationen.

Dr.-Ing. Christian Eiglmeier, Dr.-Ing. Axel Groenendijk

16. Sauberraumsysteme

Einzelne Branchen, welche bis dato ohne besondere Anforderungen an die Sauberkeit Ihrer Zwischen- und Enderzeugnisse ausgekommen sind, werden aufgrund technischer Weiterentwicklungen der letzten Jahre mit dieser Notwendigkeit konfrontiert.

Christian Ernst, Günther Schmauz

4. Trennen

Trennen ist das Fertigen durch Ändern der Form eines festen Körpers. Dabei wird der Zusammenhalt örtlich aufgehoben, im Ganzen also vermindert. Dazu gehören in der Hauptgruppe nach DIN 8580 die wichtigen Fertigungsverfahren Zerteilen (Scherschneiden von Blechen), Spanen (mit geometrisch bestimmten und unbestimmten Schneiden), Abtragen, thermisches Schneiden und das Wasserstrahlschneiden. Nach dem industriellen Einsatz dürfte die Gruppe Spanen mit geometrisch bestimmten Schneiden die wichtigste sein. Dazu gehören die spangebenden Verfahren Drehen, Bohren, Fräsen, Hobeln und Räumen. In der Gruppe Spanen mit geometrisch unbestimmten Schneiden übernimmt das Schleifen außer dem Fertigungsziel der guten Endqualität zunehmend die Aufgabe des eigentlichen Werkstoffabtrags, so dass früher vorgeschaltete Verfahren (z. B. Fräsen) entfallen können. Für das Zuschneiden von Rohteilen für Schweißkonstruktionen ist das Thermische Schneiden am weitesten verbreitet. Seit einigen Jahren hat auch das Wasserstrahlschneiden verstärkt Einsatz in der Praxis gefunden.Völlig neu erstellt wurde der Abschnitt über das Thermische Abtragen. Der Abschnitt Scherschneiden wurde durch das Verfahren Feinschneiden erweitert.

Dipl.-Ing. Klaus-Dieter Kühn, Prof. Dr.-Ing. Alfred Herbert Fritz, Prof. Dr.-Ing. Ralf Förster, Dr.-Ing. Hans-Werner Hoffmeister

7. Buchführung

Nun haben wir eine Inventur durchgeführt, daraus ein Inventar erstellt und aus dem Inventar eine Bilanz abgeleitet. „Quid nunc?“, pflegte der Römer zu sagen, und auch für uns stellt sich nun die Frage, wie es weiter geht. Wie kriege ich meine laufenden Geschäftsvorfälle des Jahres wieder in den neuen Jahresabschluss? Welche Zwischenschritte brauche ich dafür, insbesondere im Rahmen der im kaufmännischen Geschäftsbetrieb üblichen doppelten Buchführung.

Prof. Dr. Alexander Burger, Sabine Burger-Stieber

Kapitel 3. Grundlagen elektrifizierter Antriebsstränge

In diesem Kapitel werden die Grundlagen elektrifizierter Antriebsstränge beschrieben. Dabei wird zunächst auf die Architekturen, welche die grundsätzliche Anordnung der einzelnen Komponenten im Antriebsstrang definieren, und anschließend auf die im Rahmen dieser Arbeit relevanten Komponenten sowie deren Steuerung und Koordination durch die Betriebsstrategie eingegangen.

Frederik Weiß

Kapitel 6. Sechste Woche: Kommunikationstechniken für Top-Verkäufer

Die Kommunikation ist eines der wichtigsten Werkzeuge verkäuferischer Arbeit. Umso wichtiger ist es für Verkäufer, die Techniken der Kommunikation zu kennen und nach Bedarf einzusetzen. Zu den Grundtechniken der Kommunikation gehören das Sender-Empfänger-Modell, die Axiome Watzlawicks, die drei Arten des Zuhörens sowie das Vier-Ohren-Modell (oder Vier-Seiten-Modell) nach Schulz von Thun. Diese Kommunikationstechniken führen dazu, dass Verkäufer den Kunden und sein Anliegen besser verstehen und darauf kommunikativ professionell reagieren können.

Olaf Esters

1. Trends in der Automobil-Sensorik

Die Automobilindustrie befindet sich in einem starken Umbruch. Die Elektrifizierung des Antriebs und die Automatisierung der Fahrfunktionen sowie die Anbindung an die Umwelt insgesamt sind drei der Hauptfaktoren, die die Automobillandschaft in den nächsten 20 Jahren erheblich verändern werden. Fahrzeugarchitektur, Systeme und zugrundeliegende Komponenten werden dadurch radikal beeinflusst und es entstehen neue Möglichkeiten. In diesem Beitrag werden die Möglichkeiten und Trends für neue Sensortechnologien in einigen interessanten neuen Anwendungsfeldern beschrieben.

Richard Dixon

Dynamisches Antriebsstrang-Modell im Getriebesteuergerät

Kürzere Entwicklungszyklen, hoher Kostendruck und größere Anzahl an Fahrzeugvarianten in der Automobilindustrie verlangen neben anderen Kriterien nach höherer Effizienz in der Fahrzeugentwicklung. Der Einfluss von Elektronik und Software ist maßgebend und nimmt aufgrund steigender Anforderungen und Möglichkeiten durch größere Speicher und schnellere Prozessoren weiter zu. Der Druck nach steigender Effizienz in der Software-Funktionsentwicklung, der Funktions-Parametrisierung und der Absicherung von Fahrzeugvarianten durch Frontloading-Prozesse ist daher groß.

Jost Bernasch, M. Bachinger, M. Stolz, M. Yolga

Virtuelle Steuergeräte für die Antriebsentwicklung

Virtuelle Steuergeräte ermöglichen es, Funktionssoftware und Applikationsdaten in der Schleife mit Simulationsmodellen des Antriebstrangs auf Windows PC auszuführen. Dies eröffnet die Möglichkeit, bestimmte Entwicklungsschritte von Straße, Prüfstand und HiL in eine preiswerte und hoch verfügbare PC Umgebung zu verlagern, wo sie schneller, preiswerter oder besser ausgeführt werden können. Dieser Artikel beschreibt heute eingesetzte Ansätze zur Virtualisierung von Steuergeräten, den dazu nötigen Aufwand sowie den erwartbaren Nutzen. Wir nennen Punkte, die unserer Erfahrung nach bei der Einführung von virtuellen Steuergeräten bedacht werden sollten und berichten von aktuellen Anwendungen virtueller Steuergeräte bei OEMs und ihren Zulieferern.

Jakob Mauss

Vorausschauendes Schalten – Optimieren von Getriebesteuerungen durch Fahrerassistenzsysteme

Ein Zahlenspiel: 10 Milliarden Menschen gibt es bald auf dieser Welt. Aufgerundet existieren rund 10 hoch 100 Atome im Universum. In der Fahrzeugwelt lässt sich diese Zehnerpotenz einfach noch einmal verzehnfachen, wenn wir die möglichen Konfigurationsvarianten eines heutigen Steuergerätes betrachten. Für den vollständigen Softwaretest eines solchen Steuergeräts sind etwa 10 hoch 1000 Zustände zu berücksichtigen. Und wer ist für die Absicherung zuständig? Gerade einmal 10 Ingenieure! Das Problem liegt also auf der Hand: Es gibt eine deutliche Diskrepanz zwischen Test- & Validierungsaufwand und verfügbaren Ressourcen. Während sich die Zahl notwendiger Varianten und Anpassungen infolge von Tests bzw. Feinabstimmung eher nicht vermindern lässt, kann der Aufwand für reale Tests durch eine zunehmende Virtualisierung sehr wohl deutlich verringert werden.

Salim Chaker, Michael Folie, Christian Kehrer, Frank Huber

9. Produktionslogistik im Automobilbau

Prinzipiell können zwei konträre Planungskonzepte in der Produktionslogistik des Automobilbaus unterschieden werden. Build-to-Forecast (BTF) und Build-to-Order (BTO) stellen zwei Ausprägungen gängiger Planungsmodelle dar, welche in der Praxis eingesetzt werden und die Produktionslogistik in entscheidendem Maße beeinflussen. Beide Ansätze stellen Extremformen dar, welche im realen Planungsalltag immer als Mischformen auftreten. Bei dem Mischungsverhältnis beider Ansätze spielen Markt-, Produkt- und Prozesskriterien eine Rolle. Die entscheidende Frage ist die Festlegung des optimalen Kundenentkopplungspunktes (Order Penetration Point).Einen Schwerpunkt des Kapitels stellt das Produktionsplanungs- und –steuerungssystem dar. Hierbei werden die Planungsstufen Programm-, Materialbedarfs-, Termin- und Kapazitätsplanung eingehend behandelt. Im Anschluss an die Planung der Fahrzeugproduktion erfolgt die Steuerung nach dem Prinzip der stabilen Auftragsfolge. Die Produktionssteuerung mit stabiler Auftragsfolge wird detailliert anhand der Grundbausteine stabile Auftragsfolge in der Montage (Montage-Perlenkette), Einfrieren Planungshorizont (Frozen Periode), Späte Auftragszuordnung (Late Order Assignment), Kunde-Lieferanten Prinzip der Gewerke sowie montagegetriebene Pull-Steuerung behandelt.

Florian Klug

Supplementäre Verfahren zur Bestimmung der thermodynamischen Eigenschaften von Abgasturboladern

Bei der Entwicklung aufgeladener Verbrennungsmotoren stehen insbesondere das dynamische Verhalten und der Ladungswechsel im Fokus. Der Motorprozessrechnung kommt dabei eine entscheidende Rolle zu [1]. Das thermodynamische Verhalten des Abgasturboladers wird über die am Heißgasprüfstand gemessenen Kennfelder von Verdichter und Turbine beschrieben, die unmittelbar als Randbedingung in die Prozesssimulation eingehen. Durch die gemessenen Kennfelder wird jedoch nur ein begrenzter Teil des für den Motorbetrieb relevanten Betriebsbereiches abgebildet. So liegt der überwiegende Anteil der beim Testzyklus WLTC durchfahrenen Betriebspunkte außerhalb des üblicherweise vermessenen Kennfeldbereiches von Verdichter und Turbine.

Ulrich Walther

Chapter 2. ‚Sachzwang‘ - eine erste Definition

Den Ausgangspunkt der Fragestellung der Arbeit bildete die Beobachtung, dass vielerorts durch Straßenschwellen die Geschwindigkeit von Fahrzeugen in Wohngebieten signifikant reduziert werden kann. Diese permanenten Hindernisse ‚erzwingen‘ ein Abbremsen und langsamer fahren von Fahrzeugen - üben demnach einen sogenannten ‚Sachzwang‘ aus. Dieser hat eine Reihe von Vorteilen gegenüber anderen regulativen Maßnahmen wie zum Beispiel der Regelung des Verkehrs an vergleichbaren Stellen durch Polizisten.

Christian Innerhofer

9. Fahrgeräusch

Unter dem Begriff Fahrgeräusch werden alle Geräusche im Fahrzeuginnenraum subsumiert, welche direkt mit der Fortbewegung des Fahrzeugs korreliert sind. Hauptgeräuschquellen des Fahrgeräusches sind das Antriebsgeräusch sowie Wind- und Rollgeräusche. Das Fahrgeräusch im Fahrzeug-Innenraum setzt sich sowohl aus Anteilen zusammen, die als direkter Luftschall emittiert werden, als auch aus solchen, die durch Körperschall übertragen und erst von der Karosserie als sekundärer Luftschall in den Fahrzeuginnenraum abgestrahlt werden. Im Gegensatz dazu spielen für das Außengeräusch in der Vorbeifahrt nach Abschn. 14.2 die Körperschallpfade in den Fahrzeuginnenraum keine Rolle.

Prof. Dr.-Ing. Peter Zeller

12. Räumliche Gesamtfahrzeugmodelle

Um die Bewegungsgleichungen für ein Gesamtfahrzeug aufstellen zu können, wird in einem ersten Schritt der mechanische Aufbau des realen Fahrzeuges durch ein mechanisches Ersatzsystem, bestehend aus starren Körpern, idealen Gelenken und beliebigen äußeren Kräften (jeweils mit gegebenen Kraftangriffspunkten), mithilfe der Methode der Mehrkörpersysteme beschrieben. Die Grundgedanken der Modellierung des mechanischen Gesamtsystems Kraftfahrzeug werden erläutert. Die Modellbildung stützt sich dabei auf die Modellierungselemente und Hilfsmittel wie sie in Kap. 3, 4 sowie den Kap. 5–9 zur Beschreibung von Fahrzeugkomponenten eingeführt worden sind. Hierbei kommt einer möglichst genauen Beschreibung der nichtlinearen Kinematik der Radaufhängungen eine besondere Bedeutung zu, da hieraus wesentliche Einflüsse auf das dynamische Verhalten des Gesamtfahrzeuges resultieren (s. hierzu insbesondere auch Kap. 6).

Dieter Schramm, Manfred Hiller, Roberto Bardini

Chapter 3. Grundlagen der Methodik zur eigenschaftsbasierten Fahrzeugkonzeption

Der in Kapitel 2 dargestellte Stand der Wissenschaft hat die Bedeutung der frühen Konzeptphase und der damit verbundenen Eigenschaftsfrüherkennung für eine effiziente Fahrzeugkonzeption aufgezeigt. Zur Entwicklung einer Methodik, die die Forderungen aus der analysierten Literatur erfüllt, erfolgt zuerst die Erarbeitung erforderlicher Grundlagen. Neben der Untersuchung, zu welchem Zeitpunkt des Konzeptionsprozesses ein methodischer Einsatz zielführend ist, werden wesentliche Fahrzeugeigenschaften bei der Konzeption und deren Relationen herausgearbeitet.

Janna Hahn

Reibungsreduzierung in Axialnadellagern

PKW-Getriebe haben zwischenzeitlich einen sehr hohen Stand bei den Kriterien Wirkungsgrad, Leistungsdichte und Zuverlässigkeit erreicht. Steigende Kraftstoffkosten sowie Umweltanforderungen führen zu einer wachsenden Bedeutung von Maßnahmen zur Verbrauchsreduzierung bei allen Fahrzeugen. Im Vordergrund stehen dabei oft Komponenten des Antriebsstrangs, unter anderem auch Wälzlager in Motoren oder Getrieben.

Thomas Meinerz, Viktor Aul, Paul Granderath

Effizienzsteigerung bei modernen Antriebssystemen durch Kombination von Simulation und Versuch

Steigende Anforderungen an die Reduzierung der CO2-Emissionen durch die Gesetzgebung stellen die Entwicklungsbereiche der Automobilbranche vor große Herausforderungen bei effizienten Antriebstechnologien und Getrieben. Zum einen bedeutet es bei neuen Getriebeentwicklungen, dass die Betrachtung des Wirkungsgrades in der frühen Produktentstehungsphase startet. Mit einer Berechnungsmethodik für Konzeptwirkungsgrade ist es möglich bereits zur frühen Entwicklungsphase Konzepte fair bezüglich der Verluste zu beurteilen.

A. Plothe, C. Graswald, A. Grüning, M. Erggelet

Die Zeichen der Zeit

Die ersten Begegnungen mit einem Mercedes-Benz hinterlassen nicht selten persönliche Erinnerungen. Häufig sind sie mit den Mittelklassemodellen verbunden – schließlich gibt es sie seit über achtzig Jahren. Da lohnt ein Blick auf die Stationen dieser Erfolgsgeschichte.

Hans Vayhinger, Martin Lorenz

Der Umwelt zuliebe

Ein Novum: Erstmals erscheint eine neue Modellreihe mit einem neuen Motor. Mit dem 2-l-Vierzylinder OM654 legt Mercedes-Benz die Basis der künftig einheitlichen Dieselmotoren-Familie. Zahlreiche Neuentwicklungen sorgen für mehr Komfort und größere Effizienz.

Uwe Seidler, Manfred Nebel, Nicolai Melchger, Monika Raible, Olaf Rindfleisch, Fred Decker, Karsten Scheible

Familiengründer OM654

Der Plug-In Hybridantrieb in der neuen E-Klasse verbindet sportliche Fahrleistungen mit dem Komfort einer Oberklasselimousine. Dabei kommen das neu entwickelte und hocheffiziente Neungang-Wandler-Hybridgetriebe sowie bewährte Hochvoltkomponenten aus dem Hybridbaukasten zum Einsatz. Diese Kombination aus Antriebstechnik und intelligentem Antriebsmanagement weist den Weg zu maximaler Energieeffizienz.

Dr. Markus Kemmner, Peter Lückert, Torben Roth, Tillmann Braun

Strukturen und Architekturen für den Erfolg

IT, digitale Daten und deren Management spielen auch bei der Fahrzeugentwicklung eine immer größere Rolle. So konnte die digitale Absicherung beispielsweise die erste Prototypenphase ersetzen. Doch die finale Erprobung unter den härtesten klimatischen Bedingungen weltweit bleibt die Prüfung, die eine E-Klasse bestehen muss.

Hans Vayhinger, Werner Kirchner, Nico Siebert, Peter Maile, Matthias Zähringer, Ewald Dirks, Christian Grote, Friedrich Schäfer

Die luxuriöseste E-Klasse aller Zeiten

Die gesamte Außenbeleuchtung der neuen E-Klasse wurde in Bezug auf die Anordnung der Scheinwerferfunktionen und der eingesetzten Lichttechnik neu entwickelt. Außer in den Serienscheinwerfern sind alle Lichtfunktionen ausschließlich in LED-Technik dargestellt. Als Weltneuheit im Automobilbereich kommt eine mehrzeilige Rastertechnologie zum Einsatz.

Achim Badstübner, Frederic Seemann, Stefan Handt, Gorden Wagener, Claudia Braun, Hartmut Sinkwitz, Robert Lesnik, Jan Kaul, Hans-Peter Wunderlich

4. Mikroergonomie in der Konzept- und Entwurfsphase

Die Mikroergonomie in der Konzept- und Entwurfsphase folgt in Kap. 4. Zu Beginn des Kapitels wird die im Technischen Interface Design grundlegende Gebrauchsanalyse vorgestellt. Darin werden die einzelnen Bedienschritte des jeweiligen Bedienszenarios analysiert und in einem Stärken-/Schwächenprofil in Anforderungen umgewandelt. Im Detail wird die Konzeption und Anordnung der Interfaceelemente Anzeiger und Stellteile beschrieben und mit den Gestaltprinzipien der Wahrnehmungspsychologie abgeschlossen. Um dem intensiven Einsatz der Touchtechnologie gerecht zu werden, werden Anforderungen einer benutzergerechten Touchscreen Gestaltung beschrieben. Zur Bewertung der Dreiecksbeziehungen zwischen Anzeiger, Stellteil und Wirkteil werden Anforderungen bezüglich der Kompatibilitäten vorgestellt. Mit dem Werkzeug eines morphologischen Kastens werden neue Kombinationen von Interfacegestalten gewonnen und die Beziehungen zwischen funktionalen und formalen Anforderungen einer Interfacegestalt aufgezeigt. Am Ende der Mikroergonomie Teil 1 wird auf der Basis der Anforderungen und deren Gewichtung ein Usability-Faktor bezüglich der Anordnung und Form von Interfacemodul und -element ermittelt und mit oder ohne Gewichtungsfaktor bewertet. Damit steht am Ende des Kap. 4 der Aufbau des Interfacesystems bzw. -metasystems mit den angeordneten und geformten Interfacemodulen und -elementen fest. Mit diesem nutzergerechten Funktionsprototyp können jetzt probandengeführte Usability-Tests durchgeführt werden, die je nach Aufwand zu objektiven Erkenntnissen führen können. Anschließend können diese fundierten Erkenntnisse dann entweder bei noch aktuellen oder bei zukünftigen Interfacegestalten als wichtige Anforderungen in den Gestaltungsprozess integriert werden.

Markus Schmid, Thomas Maier

5. Blechtrennung

Im Kapitel Blechtrennung werden die umformtechnischen Trennverfahren mit besonderem Fokus auf das Scherschneiden und das Feinschneiden detailliert dargestellt. Diese Trennverfahren sind in der Blechbearbeitung von besonderer Bedeutung, da die Fertigung eines Blechteils fast immer mit Trennvorgängen verbunden ist. Die Notwendigkeit des Trennens besteht sowohl bei der Herstellung des Rohlings als auch bei der Fertigung der endgültigen Werkstückkontur.

Fritz Klocke

24. Umlaufgetriebe

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

36. Entwicklungstendenzen und Zukunftsaspekte

Die Verbesserung von Wohlstand und Lebensqualität sind von jeher Treiber industriellen Fortschritts jedweder Gesellschaft. Damit einher gehen wachsende Ansprüche an Komfort, Sicherheit und Mobilität. Die Transportleistung in Personenkilometern hat sich in den letzten 20 Jahren mehr als verdoppelt und wird auch in den nächsten Jahren weiter steigen. In Europa fahren täglich 150 Mio. Menschen mit dem Personenwagen zum Arbeitsplatz und zurück, 100 Mio. nutzen den Pkw für Geschäftsreisen, 90 Mio. für den Einkauf. Schon heute verbringt jeder bundesdeutsche Autofahrer im Schnitt täglich mehr als 30 min in seinem Pkw. In anderen Ländern ist die Situation vergleichbar, und so wächst global der Wunsch nach komfortablem, stressfreiem und sicherem Fahren bei größtmöglicher Transporteffizienz (Staufreiheit).

Dr.-Ing. Peter Rieth, Dipl.-Ing. James Remfrey

7. Aufbau und Komponenten von Pkw-Bremsanlagen

Die Funktionstüchtigkeit der Bremsen bestimmt maßgeblich die Sicherheit jedes Fahrzeuges und seiner Insassen sowie die Sicherheit anderer Verkehrsteilnehmer. Die Komponenten des Bremssystems zählen daher zu den Sicherheitsteilen und unterliegen strengen gesetzlichen Bestimmungen.

Dipl.-Ing. James Remfrey, Dipl.-Ing. Steffen Gruber, Dr.-Ing. Jan Sendler

Chapter 2. Zur Dimensionalität der Artefaktbedeutung

Artefakte sind vielfältig in den Alltag integriert und aus diesem ohne gravierende Folgen für unsere Lebensqualität nicht wegzudenken. Um ihrer Bedeutung näher zu kommen, ist es sinnvoll, die verschiedenen Aspekte zu beleuchten, mit denen sie in das individuelle und kollektive Leben eingreifen. Die Ausführungen in diesem Abschnitt befassen sich mit den verschiedenen Bedeutungsdimensionen von Artefakten und sollen uns ihrem Verständnis und somit auch den späteren Überlegungen zu ihrer Analyse näher bringen. Das beginnt mit der wahrnehmenden Auseinandersetzung mit Artefakten und der artefaktgestützten Wahrnehmung und reicht über den Handlungsbezug bis hin zu Artefakten als verdinglichte Sozialverhältnisse oder als Medien der Verwandlung der Menschen, die mit ihnen zu tun haben.

Manfred Lueger, Ulrike Froschauer

Chapter 33. „Entspann dich, Hase!“

Um den optimalen Zielfunktionswert einer Optimierungsaufgabe abzuschätzen bzw. den Lösungsprozess zu vereinfachen, wird oftmals auf eine Relaxation der Aufgabe zurückgegriffen.

Bernd Luderer

Chapter 4. Berechnung und Ergebnisanalyse zur Bewertung elektrischer Linienbusflotten

Im folgenden Abschnitt werden die Gesamtkosten der beschriebenen Elektrobuskonzepte mit denen eines Dieselfahrzeugs als Referenz zu unterschiedlichen Beschaffungszeitpunkten verglichen. Im Vordergrund der Bewertung steht die Identifizierung der Einsatzbereiche emissionsfreier Bussysteme, die einen frühestmöglichen wirtschaftlichen Betrieb erlauben. Die Berechnung erfolgt in diesem Zusammenhang für die Linienelektrifizierung mit dem Einsatz von 12 m-Standardbussen und den sechs in Kapitel 3.4 eingeführten Routen mit unterschiedlichen Betriebsparametern.

Alexander W. Kunith

4. Komponenten und Bauteile

Hydraulik und Pneumatik sind in der Lage, auf begrenztem Raum größere Stellkräfte und Momente bereitzustellen. Das Grundprinzip der Leistungsübertragung in der Fluidtechnik wird anhand eines hydraulischen Wagenhebers erläutert. In Abb. 4.1 soll die linke Seite durch ein schweres Fahrzeug F1 und die rechte Seite durch menschliche Muskelkraft F2 belastet werden. Aufgrund des hydrostatischen Gleichgewichtes gilt im Ruhezustand4.1$$ {{p}_{1}}={{p}_{2}} \quad \text{also} \quad p=\frac{{{F}_{1}}}{{{A}_{1}}}=\frac{{{F}_{2}}}{{{A}_{2}}} \quad \text{und somit} \quad \frac{{{F}_{1}}}{{{F}_{2}}} = \frac{{{A}_{1}}}{{{A}_{2}}}\quad \text{hier also:}\quad {{F}_{1}} > F_{2}.$$Das Kräfteverhältnis hängt nur vom Flächenverhältnis ab, kann also konstruktiv nahezu beliebig gewählt werden, einzige Begrenzung ist der verfügbare Bauraum.Der Vorteil der Kraftverstärkung wird mit einem Nachteil erkauft: Soll die linke Seite angehoben werden, so gilt wegen der Kontinuitätsgleichung (3.2)4.2$$ \dot{m}=\dot{V} \cdot \rho =\dot{x} \cdot A \cdot \rho =\text{konst}$$speziell für inkompressible Medien4.3$$ {{\dot{x}}_{1}} \cdot {{A}_{1}}={{\dot{x}}_{2}} \cdot {{A}_{2}}\quad \text{und somit}\quad \frac{{{{\dot{x}}}_{1}}}{{{{\dot{x}}}_{2}}}=\frac{{{A}_{2}}}{{{A}_{1}}}\quad \text{hier:}\quad {{\dot{x}}_{1}}<\dot{x}_{2}.$$

Holger Watter

E. Kraftübertragung Power Transmission

Die Kraftquelle – Verbrennungs- oder Elektromotor – stellt die zum Überwinden der Fahrwiderstände nötige Kraft zur Verfügung. Diese Kraft muss jedoch vom Motorausgang zu den Antriebsrädern geleitet werden. Mitunter ist neben dem Überwinden einer räumlichen Distanz auch noch eine Anpassung an die Motorkennung erforderlich. Wie dies alles geschieht, darüber berichtet das folgende Kapitel.

Michael Trzesniowski

A. Verbrennungsmotoren Combustion Engines

Der Motor macht ein Fahrzeug erst zum AUTOmobil, also fähig zum selbsttätigen Vorwärtskommen. Darüber hinaus strahlt der Verbrennungsmotor eine große, wenn nicht die größte Faszination von allen einzelnen Baugruppen aus und ist Sinnbild für die Leistung. Bei Rennfahrzeugen wird neben seiner Leistungsfähigkeit auch seinem akustischen Auftritt große Beachtung geschenkt.

Michael Trzesniowski

D. Auslegung des Antriebsstrangs Drive Line Calculation

Ein starker Motor ist für ein Rennfahrzeug ebenso wichtig wie ein zuverlässiger Antriebsstrang. Noch wichtiger ist allerdings, dass die Leistung des Motors auch effizient auf die Fahrbahn gebracht wird, damit das Fahrzeug die gewünscht hohen Fahrleistungen zeigen kann. Dafür ist das abgestimmte Zusammenspielen von Motor und Antriebsstrang entscheidend. Der Motor arbeitet nur einem bestimmten – bei hochgezüchteten Triebwerken meist äußerst schmalen – Drehzahlband. Die Antriebsräder müssen aber in einem großen Drehzahlbereich für den Vortrieb sorgen. Das Getriebe ist die Baugruppe, die zwischen Motor und Fahrbahn vermittelt. Damit es das möglichst wirkungsvoll schafft, müssen die zu überwindenden Fahrwiderstände und die zur Verfügung stehende Motorleistung aufeinander abgestimmt werden.

Michael Trzesniowski

FEV Hybrid System Benchmark: Zusammenspiel von Versuch, Simulation und Systemauslegung

Eine immer strengere Gesetzgebung hinsichtlich der CO2 Emissionen und den damit verbundenen Zielen spricht für eine systematische Elektrifizierung des Antriebsstrangs. Dementsprechend ist eine Vielzahl von elektrifizierten Antriebskonzepten und Topologien bereits auf dem Markt verfügbar, die jeweils ihre eigenen spezifischen Vor- und Nachteile aufweisen. Die Ergebnisse aus Benchmark Untersuchungen zum aktuellen Stand der Technik bieten wesentliche Einblicke in die Produktzykluspläne verschiedener OEM und die jeweiligen entsprechenden Entwicklungsentscheidungen in Hinblick auf aktuelle und zukünftige elektrifizierte Fahrzeuge. In diesem Zusammenhang können als Ziele die beste Performanz und die am besten passende technische Lösung in Bezug auf die Antriebsstrangauslegung, die Komponentenauswahl und die Betriebsstrategien benannt werden.Die FEV GmbH hat in diesem Zusammenhang einen innovativen Ansatz entwickelt, um elektrifizierte Systeme auf Basis synergetischer Kombinationen verschiedener Fahrzeugtests, mathematischer Simulation sowie der Beurteilung von Auslegungskonzepten bewerten zu können. Diese Methode wurde in einer modularen Weise entwickelt, so dass von der übergeordneten Fahrzeugarchitektur bis zur detaillierten Komponentenebene eine Betrachtung stattfinden kann. Diese Vorgehensweise erleichtert z. B. den Vergleich von Entwicklungszielen für ein neues Fahrzeug mit denen vom im Markt vorhandenen Wettbewerbern, die Bewertung der System- und Komponentenwirkungsgrade sowie der Betriebsstrategien, wie z. B. Schaltstrategie oder Hybrid-Betriebsweise und ebenso den Vergleich mit dem mathematischen Optimum.Als praktisches Beispiel aus dem Bereich der Benchmark Untersuchungen wird in dieser Arbeit eine Analyse auf Systemebene eines P2 Plug-In-Hybridfahrzeugs mit einem Motor / Generator, Standard- Automatikgetriebe und zwei Kupplungen auf Basis von Straßentests und Fahrten auf der Abgasrolle aufgezeigt. Das Beispiel beinhaltet eine Systemsimulation sowie eine Beurteilung des Auslegungskonzeptes in Hinblick auf die Antriebsstrangauslegung, die Komponentenwahl und die Betriebsstrategie. Darüber hinaus werden auch Daten über die Fahrzeugleistung, Energieeinsparung und Energiefluss von Kraftstoff / Batterie auf die Straße sowie marktorientierten Streubändern mit eingeschlossen.

Dr.-Ing. Edoardo Pietro Morra, Dipl.-Ing. Martin Lenz, M.Sc. Felix Glados, Dr.-Ing. Markus Espig, Dr.-Ing. Ali Awarke, Dr.-Ing. Michael Stapelbroek

CAE-Toolkette zur NVH-Optimierung von Antriebssträngen

Die fortschreitenden Bemühungen im Hinblick auf die anspruchsvollen zukünftigen CO2-Zielwerte führen zu neuen Herausforderungen für das Antriebstrangdesign. Booming-Geräusche und Vibrationen bei niedrigen Motordrehzahlen können nur schwer durch reine Applikationen verhindert werden, wenn aus Kraftstoffverbrauchsgründen die Wandlerüberbrückungskupplung geschlossen ist. Darüber hinaus erhöhen sich aufgrund von steigenden spezifischen Motorleistungen infolge von Hochaufladung und Reduktion der Zylinderzahlen die wirksamen Drehungleichförmigkeiten, die vom Motor in den Antriebstrang eingeleitet werden. Folglich ist es oft nicht möglich, die Kundenerwartung nach einer hochkomfortablen Fahrbarkeit mit niedrigen Vibrationen und Booming-Geräuschen durch eine Adaption von bestehenden Konzepten zu realisieren.Die Ausarbeitung und Beurteilung von neuen Antriebstrangkonzepten bedarf sowohl in der Konzept- als auch in den darauffolgenden Phasen einer verlässlichen Simulation. In diesem Artikel wird die Verwendung von Mehrkörpersimulationsmodellen für moderne AWD Antriebstränge mit Automatikgetriebe vorgestellt. Besonders eine modulare Modellkonfiguration eröffnet in diesem Zusammenhang die Möglichkeit einer effizienten Adaptierung des Modells während der verschiedenen Projektphasen mit Bezug auf Datenupdates und Modelldetaillierung. Die alleinige Kenntnis des Reduktionspotenzials in Bezug auf Drehungleichförmigkeiten oder Vibrationsanregungen des Fahrzeugaufbaus sind manchmal nicht ausreichend, um Entscheidungen zu motivieren. Die Kombination aus simulierten Kraftanregungen und gemessenen vibro-akustischen Transferfunktionsfiltern erlauben dagegen die Quantifizierung des Verbesserungspotenzials im Hinblick auf das Innenraumgeräusch eines Fahrzeugs. Der Zielkonflikt von verlässlichen, aber schnellen Simulationen kann somit mittels intelligenter Kombination von Simulation und Experiment reduziert werden.Die im Folgenden dargestellten Untersuchungen belegen, dass Design und Feinabstimmung des Isolationselements zwischen Motor und Getriebe die Schlüsselfaktoren zur Reduzierung von Torsionsschwingungen sind. Das Isolationselement kann als Ein-Stufendämpfer mit und ohne Turbinendämpfer oder als Zwei-Stufendämpfer in verschiedenen Anordnungen ausgeführt werden. Am Ende erweist sich der Zwei-Stufendämpfer mit zusätzlichem Pendeldämpfer für die Hauptfeuerungsordnung als die beste Gegenmaßnahme, um Torsionsschwingungen im Antriebstrang zu reduzieren.

Dipl-Ing. Christof Nussmann, Dr.-Ing. Christoph Steffens

4. Fahrkomfort

Der Fahrkomfort umfasst die Gesamtheit aller auf die Insassen einwirkenden mechanischen und akustischen Schwingungen in allen Fahrsituationen.Der Fahrkomfort wird bestimmt durch die Abstimmung der Federung (weich oder hart), die Fahreigenschaften (ruhig gedämpft oder hart und poltrig), die Geräuschentwicklung (leise oder laut) und die Ausstattung, die dem Fahrer die Arbeit des Fahrens erleichtert bzw. den Insassen ein entspanntes Reisen ermöglicht (z. B. einfache Bedienung, bequeme Sitze, behagliche Temperierung etc.).Der Fahrkomfort wird im Allgemeinen definiert durch ein geringes Beschleunigungsniveau der am Gesamtfahrzeug und an Fahrzeugkomponenten auftretenden Schwingungen. Neben den translatorischen Bewegungen gelten niedrige Nick- (beim Bremsen und Beschleunigen) und Wankbeschleunigungen (während der Kurvenfahrt) als weitere Komfortmerkmale.Außer den fühlbaren Schwingungen trägt auch die Geräuschentwicklung im Innenraum zum Komforteindruck bei. Ein hohes Gesamtgewicht und große Radstände sowie Spurweiten sind wichtige Voraussetzungen für guten Fahrkomfort. Der wesentliche Beitrag zu gutem Komfortverhalten wird jedoch durch eine optimale Auslegung und Abstimmung der Federung und Dämpfung erreicht. In diesem Kapitel werden im Wesentlichen Gummi-Verbundteile beschrieben, die durch ihre viskoelastischen Eigenschaften die Schwingungen und Geräusche dämpfen und dadurch Fahrkomfort deutlich verbessern.

Dr.-Ing. Wolfgang Sauer, Dipl.-Ing. Klaus Kramer, Prof. Dr.-Ing. Metin Ersoy

7. Bestandteile der Bremse

Die beim Bremsen eines Fahrzeugs hervorgerufenen Kräfte zwischen Fahrbahn und Reifen werden über die Komponenten des Bremssystems auf die Komponenten des Fahrwerks übertragen, um das Fahrzeug zu verzögern.Durch die in den letzten Jahren eingeführten elektronisch geregelten Funktionserweiterungen der Bremssysteme zur Verbesserung der Fahrzeugstabilität auch außerhalb des eigentlichen Bremsvorgangs (z. B. das elektronische Stabilitätsprogramm ESP) wird nicht nur die Längs-, sondern zunehmend auch die Quer- und Vertikaldynamik des Fahrzeuges beeinflusst.Die Funktionstüchtigkeit der Bremsen bestimmt maßgeblich die Sicherheit jedes Fahrzeugs, seiner Insassen und anderer Verkehrsteilnehmer. Die Wirkkette des Bremssystems fängt am Bremspedal an und hört mit dem Aufbau des Bremsmoments am Rad auf. Heute werden in PKW’s fast ausschließlich hydraulische Scheibenbremsen eingesetzt. Mit den aktiven Bremssystemen lassen sich radindividuell jedes Bremsmoment einstellen. Dadurch kann die Fahrzeugstabilität gewährleistet werden. Viele der Assistenzsysteme, aber auch das autnome Fahren bauen sich auf das Bremssystem auf.

Dipl.-Ing. James Remfrey, Dip.-Ing. Steffen Gruber, Dipl.-Ing. Norbert Ocvirk, Prof. Dr.-Ing. Metin Ersoy, Dipl.-Ing. Andree Burgstaler

8. Bestandteile der Lenkung

Das Lenksystem dient dazu, ein Fahrzeug bei allen Fahrzuständen zielsicher zu führen. Dabei wird der Fahrerwunsch durch eine sinnfällige Drehbewegung am Lenkrad vermittelt und vom Lenksystem in einen Einschlagwinkel der gelenkten Räder übertragen. Das Lenksystem muss ausreichend robust, feinfühlig und präzise sein, um den Fahrer möglichst umfassend über verschiedenste Zustandsgrößen und ggf. deren Veränderungen informieren zu können.In der Umsetzung haben sich zwei Bauformen der hydraulische Servo-Lenkanlagen durchgesetzt: Zahnstangenlenkung für PKW und Kugelmutterhydrolenkung für schwere PKW und für alle NKW. In den letzten Jahren wird jedoch der Hydroantrieb der Zahnstangenlenkung durch den elektromechanischen Antrieb ersetzt, weil diese Antriebsart Kraftstoff spart und sich unabhängig vom Fahrer betätigen lässt. Durch Elektrolenkung ist es nun möglich, zahlreiche weitere Fahrerassistenzsysteme zu generieren und eines Tages autonomes Fahren zu realisieren.Neben der Lenkanlage gehören auch Spurstangen, Lenkwelle, Lenksäule und Lenkrad zu diesem System.Überlagerungslenkung, Hinterachs- und Allradlenkung sowie Steer-by-wire bilden weitere aktuelle Schwerpunkte des Lenksystems.

Prof. Dr.-Ing. Metin Ersoy, Dipl.-Ing. Wolfgang Rieger, Dipl.-Ing. Christian Greis, Dr.-Ing. Guido Hirzmann, Dipl.-Ing. Burkhard Schäfer

18. Zukunftsaspekte des Fahrwerks

In diesem Kapitel werden die Zukunftstrends für die Fahrwerksysteme zusammengefasst. Der Schwerpunkt liegt dabei bei der Umweltverschmutzung durch Abgase, bei der Elektrifizierung (Hybrid- und E-Fahrzeuge), bei den Fahrerassistentsystemen, vorausschauenden und intelligenten Fahrwerken und beim autonomen Fahren. Der aktuellste Stand der Technik für alle diese Themen wird ausführlich diskutiert. Es wird auch versucht, Zukunftsszenarien für das Auto und sein Fahrwerk zu erstellen.Das Kapitel schließt mit Prognosen zu zukünftigen Produktionszahlen, Fahrzeugklassen und Antriebsarten der Zukunft.

Prof. Dr.-Ing. Metin Ersoy, Univ.-Prof. Dr.-Ing. Bernd Heißing, Prof. Dr.-Ing. Stefan Gies, Dr.-Ing. Christian Schimmel, Dr. rer. nat. Stephan Demmerer

Chapter 5. Untersuchung der Ersatzlastfälle

In diesem Kapitel werden die experimentelle und numerische Simulation der zu den Kollektivstützpunkten gehörenden Ersatzlastfälle beschrieben. Die Herleitung der grundsätzlichen Randbedingungen dafür ist in Abschnitt 4.3 dokumentiert. Diese neuen Ersatzlastfälle zeigen ein anderes Verhalten als die typischerweise in der TAG verwendeten Extremlastfälle.

Jan Eller

A6 Kinetik

Die Dynamik (Kinetik) ist ein Teilgebiet der Mechanik und beschreibt im Gegensatz zur Statik und Kinematik die Änderung der Bewegungsgrößen (Weg, Geschwindigkeit und Beschleunigung) unter Einwirkung von Kräften im Raum.Die Dynamik ist die Fortführung der Erkenntnisse von Galilei und Newton. Galilei formulierte 1638 das Trägheitsgesetz. 1687 formulierte Newton seine Grundgesetze (siehe auch Kapitel A09), die die Zusammenfassung all seiner Erfahrungen und der Folgerungen daraus sind. Er verfasste damit die wissenschaftliche Begründung der Dynamik.Im Gegensatz zur Kinetik ist die Kinematik (griech.: kinema, Bewegung) die Lehre von der Bewegung von Punkten und Körpern im Raum, beschrieben durch die Größen Weg s (Änderung der Ortskoordinate), Geschwindigkeit v und Beschleunigung a, ohne die Ursachen einer Bewegung (Kräfte) zu betrachten.Die Position eines Punktes wird durch drei Koordinaten (Freiheitsgrade) im Raum definiert. Bei einem Starrkörper, also einer starr zusammenhängenden Gruppe von Punkten, kommen zu sdiesen drei Freiheitsgraden für die Position noch drei Freiheitsgrade für die Rotation (Drehungen im Raum) hinzu.

Prof. Dr. techn. Hermann Steffan, Dr. techn. Andreas Moser, Dr.-Ing. Heinz Burg, Dr. Klaus-Dieter Brösdorf, Dipl.-Ing. (FH), M.Eng. Marco Görtz

A4 Systematik der Fahrzeugtechnik

In dem Kraftfahrtechnischen Taschenbuch, das von der Firma Robert Bosch GmbH herausgegeben wird, ist eine Gliederung der Kraftfahrzeuge vorgenommen worden, die international verbreitet und anerkannt ist. Diese Systematik ist nachstehend wiedergegeben und wird in diesem Buch weitgehend verwendet.In den einzelnen Ländern der Welt werden in den Straßenverkehrsgesetzen teilweise auch abweichende Kategorien und Einteilungen verwendet, auf die hier nicht eingegangen wird.

Dr.-Ing. Heinz Burg, Dr. techn. Andreas Moser

27. Geräuschemissionen

Wer jemals ein Fahrzeug mit starr verschraubtem Motor oder ein Ansauggeräusch ohne Schalldämpfer erleben durfte – ganz zu schweigen vom „nackten“ Auspuffgeräusch –, der wird kaum Zweifel daran haben, dass aus den vielen Gebieten der Fahrzeugakustik die Motorakustik der erste und lange Zeit wichtigste Zweig war. Komfortansprüche der Insassen und Selbstschutzansprüche der Passanten – vertreten durch die Gesetzgebung – haben denn auch eine motorakustische Entwicklung vorangetrieben, die heute trotz enorm gestiegener Leistungen der Motoren auf einem sehr hohen Niveau ist. So wundert sich kaum noch jemand, wenn er im Leerlauf auf den Drehzahlmesser schauen muss, um festzustellen, ob der Fahrzeugmotor läuft. Im Fahrbetrieb ist das Motorgeräusch soweit zurückgedrängt, dass andere Geräuschquellen wie Roll- und Windgeräusche ebenbürtig, wenn nicht dominant werden. Ein weiteres Zeichen für eine gut beherrschte Motorakustik ist die Tatsache, dass man sich nun schon seit langen Jahren über sogenanntes Sound-Design Gedanken machen „darf “.

Dr.-Ing. Hans-Walter Wodtke, Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Hartmut Bathelt, Dipl.-Ing. Andreas Gruber

26. Kraftstoffverbrauch

Die Verringerung von Kraftstoffverbrauch und Abgasemissionen ist in den letzten Jahren zu einer der Hauptaufgaben in der Fahrzeugentwicklung geworden. Gründe dafür sind neben den Vorgaben des Gesetzgebers der bewusstere Umgang mit den Vorräten an fossilen Energieträgern und ein gestiegenes Umweltbewusstsein, sowohl seitens der Kunden als auch der Fahrzeughersteller.

Prof. Dr.-Ing. Peter Steinberg, Dr.-Ing. Dirk Goßlau

16. Elektronik und Mechanik für Motor- und Getriebesteuerung

Die Umweltanforderungen an Motor- und Getriebesteuerungen werden hauptsächlich durch folgende Parameter bestimmt:Temperatur,Vibration,Schutz gegen Medien (Gase, Flüssigkeiten drucklos, unter Druck, Feststoffe …).

Dr. rer. Nat.-Phys. Thomas Riepl, Dipl.-Ing. Karl Smirra, Dr.-Ing. Andreas Plach, Prof. Dr. rer. Nat.-Phys. Matthias Wieczorek, Dipl.-Ing. Gerwin Höreth, Dipl.-Ing. Rainer Riecke, Dipl.-Ing. Alexander Sedlmeier, Dipl.-Ing. Martin Götzenberger, Dipl.-Ing. Gerhard Wirrer, Dipl.-Ing. Thomas Vogt, Dipl.-Ing. Alfred Brandl, Dipl.-Ing. Martin Jehle, Dipl.-Ing. Peter Bertelshofer

17. System Antriebsstrang

In diesem Kapitel wird auch insbesondere der Integrierte Starter-Generator (ISG) behandelt, weil er zukünftig unter anderem eine wichtige Rolle in der Konzeption des Antriebsstrangs einnimmt.

Dr.-Ing. Michael Ulm, Dipl.-Ing. Friedrich Graf, Dipl-Ing. Uwe Möhrstädt

20. Kühlung von Verbrennungsmotoren

Die steigenden Anforderungen bezüglich Kraftstoffverbrauch, Abgasemissionen, Lebensdauer, Fahrkomfort und Package haben dazu geführt, dass moderne Kühlanlagen von Verbrennungsmotoren im Kraftfahrzeug mit wenigen Ausnahmen die folgenden Merkmale aufweisen:Wasserkühlung der Motoren mit Zwangsumlauf des Kühlmittels durch eine über Riemen angetriebene Kreiselpumpe,Betrieb des Kühlsystems bei bis zu 1,5 bar Überdruck,Einsatz einer Mischung von Wasser und Frostschutzmittel, meist Äthylenglykol mit einem Volumenanteil von 30 bis 50 %,Aluminium in korrosionsbeständigen Legierungen als dominierender Kühlerwerkstoff,Die Kühlmittel weisen zusätzlich Inhibitoren zum Korrosionsschutz von Aluminiumkühlern auf,Kunststoff als dominierender Werkstoff für Wasserkästen, Lüfter und Lüfterzarge,Regelungseingriffe über den Lüfterantrieb und den Kühlmittel-Thermostaten,Einsatz von Ladeluft-, Motoröl-, Getriebeöl-, Hydrauliköl- und Abgaskühlern je nach Motortyp, Motorleistung und Ausrüstungsmerkmalen,Vormontieren aller Kühlungskomponenten des Frontendbereichs in einer funktionalen Einheit, dem sogenannten Kühlmodul.

Dipl.-Ing. Matthias Banzhaf, Dr.-Ing. Wolfgang Kramer

29. Hybridantriebe

In den Anfängen der Automobilentwicklung konkurrierten verschiedene Antriebskonzepte miteinander. Neben Otto- und Dieselmotoren wurden auch Dampfmaschinen und Elektromotoren als Fahrzeugantriebe eingesetzt. ferdinand porsche gilt als einer der ersten, der im Jahr 1900 bei seinem damaligen Arbeitgeber „K.u.K. Motorenwagen- und Automobil-Fabrik Jacob Lohner&Co“ ein Fahrzeug mit Hybridantrieb entwickelt hat. Bei dem „Lohner-Porsche Mixte“ handelte es sich um einen Seriellen-Hybridantrieb mit Radnaben-Elektromotoren und einem Vierzylinder-Verbrennungsmotor von Daimler, Abb. 29.1.

Prof. Dr.-Ing. Fred Schäfer, Dipl.-Ing. Carsten von Essen, Prof. Dr.-Ing. Eduard Köhler, Dr.-Ing. Martin Hopp

Getriebe für Kraftfahrzeuge

Jeder Antriebsmotor eines Kraftfahrzeugs arbeitet in einem bestimmten Drehzahlbereich, begrenzt durch die Leerlauf- und Maximaldrehzahl. Leistung und Drehmoment werden nicht gleichmäßig angeboten, und die Maximalwerte stehen nur in Teilbereichen zur Verfügung. Die Getriebe wandeln deshalb das Motordrehmoment und die Motordrehzahl entsprechend dem Zugkraftbedarf des Fahrzeugs, sodass die Leistung annähernd konstant bleibt. Sie ermöglichen außerdem die für die Vorwärts- und Rückwärtsfahrt unterschiedlichen Drehrichtungen.

Dipl.-Ing. Dieter Fornoff, Dieter Graumann, E. Hendriks, Dipl.-Ing. Thomas Laux, Dipl.-Ing. Thomas Müller, Dipl.-Ing. A. Schreiber, Dipl.-Ing. Steffen Schumacher, Dipl.-Ing. W. Stroh

Fahrsicherheit im Kraftfahrzeug

Neben den Komponenten des Antriebsstrangs (Motor, Getriebe), die für den Vortrieb des Kraftfahrzeugs sorgen, übernehmen auch die Fahrzeugsysteme, die den Vortrieb begrenzen und das Fahrzeug abbremsen, eine wichtige Rolle. Erst sie machen das sichere Bewegen des Fahrzeugs im Straßenverkehr möglich. Aber auch Systeme, die die Insassen bei Unfällen schützen, werden immer wichtiger.

Dipl.-Ing. Friedrich Kost

Steuerung und Regelung von Dieselmotoren

Die elektronische Steuerung des Dieselmotors erlaubt eine exakte und differenzierte Gestaltung der Einspritzgrößen. Nur so können die vielen Anforderungen erfüllt werden, die an einen modernen Dieselmotor gestellt werden. Die „Elektronische Dieselregelung“ EDC (Electronic Diesel Control) wird in die drei Systemblöcke „Sensoren und Sollwertgeber“, „Steuergerät“ und „Stellglieder (Aktoren)“ unterteilt.

Dipl.-Ing. Felix Landhäuser, Dipl.-Ing. (FH) Mikel Lorente Susaeta, Dipl.-Ing. Martin Grosser, Dipl.-Ing. Andreas Michalske

4. Praktische Terminologiearbeit

Die Begriffe und Grundlagen der Terminologiewissenschaft (siehe Kap. 2) und der Terminologiearbeit (siehe Kap. 3) bilden die Basis für die praktische Terminologiearbeit. Zunächst werden unterschiedliche Formen der Terminologiegewinnung erläutert, wobei vor allem auf die Extraktion von Termini aus Texten und die Nutzung des Internets als Wissensquelle für die Terminologierecherche eingegangen wird. Das Internet ist auch eine gute Quelle für das Auffinden von Definitionen, deren Formen und Gestaltung ebenfalls in diesem Kapitel beschrieben werden. Eine wichtige Aufgabe im Rahmen der praktischen Terminologiearbeit ist die Bildung neuer Benennungen und Auswahl von Vorzugsbenennungen mit dem Ziel der Terminologiebereinigung. Die Festlegung von einheitlichen Schreibweisen der Termini wird in einem eigenen Abschnitt thematisiert.

Petra Drewer, Klaus-Dirk Schmitz

1. Leichtbau als Treiber von Innovationen

Mobilität ist ein Grundbedürfnis der Menschheit. Dies gilt seit dem Beginn der Menschwerdung in Afrika und der kulturellen Entwicklung in allen Erdteilen und setzt sich kontinuierlich fort.Weltweit stehen wir allerdings vor Herausforderungen, deren erfolgreiche Bewältigung die Voraussetzung für das zukünftige Wohlergehen der Menschen sein wird. Durch die wachsende Weltbevölkerung und den im Mittel steigenden Wohlstand entsteht ein deutlicher Bedarf an mehr Mobilitätsleistung und neuen Mobilitätsmustern. Die absehbare Endlichkeit der fossilen Energien, wie sie derzeit noch einen Großteil unserer Verkehrsleistungen ermöglichen, zwingt zu neuen Lösungen bei den Fahrzeugkonzepten, ihren Antrieben und Energieträgern. Darüber hinaus besteht heute weitgehend Konsens, dass die Freisetzung der sogenannten Treibhausgase – insbesondere das bei Verbrennungsprozessen entstehende CO2 – zu den beobachteten Klimaveränderungen in der Erdatmosphäre beiträgt. Leichtbau bietet dafür Lösungsstrategien!

Prof. Dr.-Ing. Horst E. Friedrich, Dr. Sivakumara K. Krishnamoorthy

Kapitel 5. Strukturentwicklung

Sind die wesentlichen Prozesse der Leistungsstellung festgelegt, so ist danach zu beantworten, wer die einzelnen Prozessschritte durchführen soll. Welche Teile der Gesamtleistung sollen im eigenen Unternehmen durchgeführt werden? Wie werden die Aufgaben auf Unternehmensbereiche, Abteilungen Gruppen, Mitarbeiter und die verfügbaren Betriebsmittel verteilt?

Thomas Grabner

68. Pumpen

Pumpen werden in verschiedenen Bauarten zur Förderung von Wasser, von Flüssigkeiten verschiedener Art wie z. B. Säuren, Laugen, Säfte, von Flüssigkeits-Gas- und Flüssigkeits-Feststoffgemische wie z. B. Slurry eingesetzt. Sie werden in Abhängigkeit der Hauptparameter Volumenstrom $$\dot{V}$$, Förderhöhe H und Drehzahl entsprechend Abb. 68.1 als Hubkolbenpumpen, Membranpumpen, Drehkolbenpumpen, Ein- und Mehrspindelpumpen, Exzenterschneckenpumpen und Kreiselpumpen gebaut. Die Kreiselpumpen werden als Radial-, Diagonal- oder Axialpumpen und als Seitenkanalpumpen (Abb. 68.26) gebaut.In allen Pumpen wird eine mechanische Arbeit $$\smash{\dot{E}}=\dot{m}\,Y=\rho\,\dot{V}\,Y=\dot{V}\,\Updelta p=g\,\rho\,\dot{V}\,H$$ an das Fluid als hydraulische Energie $$\dot{V}\,\Updelta p$$ übertragen. Diese übertragene hydraulische Energie bzw. die Hauptparameter sind von der Pumpenbauart abhängig. In Abb. 68.2 ist das Kennfeld der Pumpenbauarten in Abhängigkeit des Volumenstroms $$\dot{V}$$, und der Förderhöhe bzw. der Druckerhöhung p D angegeben. Dabei entspricht die Förderhöhe von 10 m für Wasser mit der Dichte von $$\rho=10^{3}\,\mathrm{kg/m}^{3}$$ einem Druck von $$p_{0}=g\,\rho\,H=98{,}1\,\mathrm{kPa}$$.

Prof. Dr.-Ing. Dominik Surek

93. Einführung in die Steuerungstechnik

Die Steuerungstechnik ist neben der Regelungstechnik das Hauptgebiet der Automatisierungstechnik. Steuerungen werden gewählt, wenn der zu automatisierende Prozess oder die zu automatisierende Anlage nur erfassbaren Störungen unterliegen. Es wird daher von einem offenen Wirkungsablauf gesprochen. Eine Steuerung kann in verschiedenen Ebenen der Automatisierungspyramide ein- und mit unterschiedlichen Mitteln umgesetzt werden. Auch gibt es verschiedene Arten eine Steuerung zu realisieren, bei denen zur Lösung der Steuerungsaufgabe eine Vielzahl von Funktionen zur Verfügung stehen. Allgemeine Grundbegriffe zur Planung, für den Aufbau, die Prüfung und den Betrieb von technischen Steuerungen sind genormt. Hier werden sie vorrangig aus der Sicht der Automatisierung von Fertigungseinrichtungen betrachtet.

Prof. Dr.-Ing. Petra Linke

7. Verkehr

In diesem Kapitel werden Publikationen zur Energieeffizienz im Verkehrssektor aggregiert dargestellt. Ziel dieses Kapitels ist es, die sektorspezifische Entwicklung der Energieeffizienz aufzuzeigen, Effizienzpotenziale darzustellen und die aktuellen Energieszenarien übersichtlich zusammenzufassen. Im letztenVierteljahrhundert hat sich dieEnergieeffizienz im Sektor verdoppelt. Aufgrund des starken Anstiegs der Verkehrsnachfrage konnte der Endenergieverbrauch des Sektors bisher nicht signifikant gesenkt werden. Basierend auf Alternativen Antriebstechniken prognostizieren die Energieszenarien tendenziell eine Verringerung des Endenergieverbrauchs in der Nutzungsphase.

Martin Reisinger, Ekrem Köse, Alexander Sauer

Kapitel 4. Digitale Zeiten fordern analoge Führungskräfte

Wie sehen Führungskräfte aus, die ihre Unternehmen mit sicherer Hand durch alle Veränderungen hindurch leiten? Gut ausgebildete MBAs und Ingenieure, die uns mit Zahlen-Daten-Fakten traktieren, die Veränderungs-Roadmaps entwerfen, Portfolio-Strategien erarbeiten und dann mit der Präzision von Schweizer Uhrwerken umsetzen? Oder sind es „Menschen-Versteher“, die mit Empathie und Wertschätzung führen? Visionäre und Kreative?Die Antwort lautet: Auf die Mischung kommt es an. Wer den Wandel meistern will, braucht keine digitalen Führungskräfte, keine Entweder-oder-Typen, sondern Menschen und Teams, die wissen, worauf es in welchen Situationen ankommt. Die mit Verstand, Wissen, Augenmaß und Herz angstfreie Räume schaffen, Fehler zulassen, Lernen ermöglichen. Die einerseits organisieren und strukturieren, andererseits aber auch Kontrollverlust ertragen können. Es braucht Führungskräfte, die sich in der alten, zahlengetriebenen Welt sicher bewegen, aber genauso gut auf Menschen zugehen und Vertrauen einflößen können.In diesem Kapitel lesen Sie, wie Sie es schaffen, genau so eine Führungskraft zu sein. Wie Sie herausfinden, was Ihre Mitarbeiter über Sie denken. Und wie Sie die Selbstreflexion, Entscheidungskraft und Dialogfähigkeit entwickeln, die Sie brauchen, um den Wandel ins Rollen zu bringen.

Bruno Hartmann

Sensoren

Sensoren erfassen einerseits den Fahrerwunsch als Sollwert und andererseits den Betriebszustand des Motors. Dabei wandeln sie physikalische oder chemische Größen in elektrische Signale um, die vom Motorsteuergerät ausgewertet werden können.

Dr.-Ing. Erich Zabler, Dr.-Ing. Reinhard Neul, Dr.-Ing. Wolfgang-Michael Müller, Dr.-Ing. Uwe Konzelmann, Dr.-Ing. Tilmann Schmidt-Sandte, Dr.-Ing. Berndt Cramer, Dipl.-Ing. Peter Weiberle, Dipl.-Ing. (FH) Ulrich Papert, Dr. rer. nat. Peter Spoden, Dipl.-Ing. Günter Noetzel, Dr. rer. nat. Christian Bauer, Dr.-Ing. Claus Bischoff, Dr. Christian Pfahler, Dr. Michael Harder, Dr.-Ing. Harald Emmerich, Dipl.-Ing. (FH) Gerald Hopf, Dr.-Ing. Klaus Kasten, Dipl.-Ing. Peter Brenner, Prof. Dr.-Ing. Peter Knoll, Dipl.-Ing. Frank Wolf, Dr. Michael Arndt, Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.-Ing. Nils Kaiser, Prof. Dr.-Ing. Konrad Reif

Kapitel 4. Möglichkeiten und Grenzen struktureller Veränderungen in einem chinesischen Staatsunternehmen

Im Kap. 4 beschreiben wir die Strukturreform in der Sino Group von 2008 bis ins Frühjahr 2016. Wir erläutern am Beispiel dieser Strukturreform in fünf Schritten, welche Möglichkeiten sich einem ausländischen Experten in einem chinesischen Staatskonzern bieten, aber auch die Grenzen, die sich auftun. Und wir zeigen die besonderen Faktoren auf, die auf die Sino Group einwirken: die staatlichen Vorgaben, die Anforderungen einer exzellenten Automobilproduktion, der extreme Wettbewerbsdruck auf dem chinesischen Automobilmarkt und die kulturellen Gegebenheiten in China. Diese Faktoren machen den Einsatz ausländischer Experten einerseits notwendig, erschweren aber andererseits erheblich deren Wirksamkeit.

Arnd Slegers, Peter Atzler

4. Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle

Die aktuelle Entwicklung bevorzugt das PEM-System mit seinem eleganten Zelldesign und der hohen Leistungsdichte bis 0,7 W/cm2 (Ziel:> 1W/cm2). Null-Emissions-Fahrzeuge ohne NOx und Treibhausgase versprechen eine nachhaltige Umweltentlastung, wenn Wasserstoff aus nichtfossilen Energieträgern stammt. Die Energiebereitstellungskette vom Bohrloch zum Tank (Well-to-Tank) ist bei Batteriefahrzeugen und Brennstoffzellen günstiger als bei Verbrennungsmotoren. Der Fahrzeugwirkungsgrad (Well-to-Wheel), ohne Wartung und Unterhalt, zeichnet mit Strommix betriebene Elektroautos durch 20% geringere Emissionen aus als Verbrennungsmotoren. Die PEM-Technologie verursacht keinen Lärm, keine Gewässererwärmung durch Kühlkreisläufe, keine Abfälle (Deponien, Altlasten, Abwasser, Abluft), keinen Landverbrauch und keine Windschneisen; sie eignet sich für die regenerative Nutzung von Solarwasserstoff und die Konversion von Biomasse. Die gleichzeitige Erzeugung von Elektrizität, Warmwasser und Niedertemperaturdampf (Cogeneration) ist möglich. Die PEM-Brennstoffzelle ist einfach zu regeln, kurzschlussfest und reagiert schnell auf wechselnde Lasten. Der Elektrolyt ist nicht korrosiv und die Zellen sind relativ einfach herstellbar.

Peter Kurzweil

Fahrsicherheit im Fahrzeug

Neben den Komponenten des Antriebsstrangs (Motor, Getriebe), die für den Vortrieb des Kraftfahrzeugs sorgen, übernehmen auch die Fahrzeugsysteme, die den Vortrieb begrenzen und das Fahrzeug abbremsen, eine wichtige Rolle. Erst sie machen das sichere Bewegen des Fahrzeugs im Straßenverkehr möglich. Aber auch Systeme, die die Insassen bei Unfällen schützen, werden immer wichtiger.

Dipl.-Ing. Friedrich Kost

Getriebe für Kraftfahrzeuge

Jeder Antriebsmotor eines Kraftfahrzeugs arbeitet in einem bestimmten Drehzahlbereich, begrenzt durch die Leerlauf- und Maximaldrehzahl. Leistung und Drehmoment werden nicht gleichmäßig angeboten, und die Maximalwerte stehen nur in Teilbereichen zur Verfügung.Die Getriebe wandeln deshalb das Motordrehmoment und die Motordrehzahl entsprechend dem Zugkraftbedarf des Fahrzeugs, sodass die Leistung annähernd konstant bleibt. Sie ermöglichen außerdem die für die Vorwärts- und Rückwärtsfahrt unterschiedlichen Drehrichtungen.

Dipl.-Ing. Walter Gollin, Dipl.-Ing. Klaus Lerchenmüller, Dr.-Ing. Grit Vogt, Dipl.-Ing. (FH) Markus Weimert, Dipl.-Ing. Tim Skowronek, Konrad Reif

12. Benzin-Direkteinspritzung im elektrischen Hybridverbund

Nachdem mit dem Dieselmotor mit Direkteinspritzung auf Grund seiner Verbrauchsvorteile speziell in Europa sehr hohe Marktanteile erzielt wurden, gibt es eine große Anzahl von technischen Entwicklungen für den Ottomotor, um den Verbrauch zu senken. Gerade der Ottomotor bietet sich für die Hybridisierung an. Neben der Reduzierung der Reibungsverluste, Optimierung der Nebenaggregate, Einsatz des Energiemanagements und neuen Brennverfahren zeigt das „Downsizing“ und die Direkteinspritzung ein erhebliches Einsparpotenzial. Das Bild 12.1 erläutert die Pfade der Verbrauchsreduzierung durch Hybridisierung. Zwei Punkte betreffen direkt den motorischen Antrieb: die Erzeugung der Energie bei Lastpunkten mit besserem Wirkungsgrad und „Downsizing“ mit Lastpunktverschiebung. Der Nachteil des Zusatzgewichtes wird bei Weitem durch die positive Wirkung der Hybridkomponenten aufgehoben.

Prof. Dr.-Ing. Ulrich Seiffert

14. Motorkonzepte

Aus den Erfahrungen des Flugzeugmotorbaus, wo die Benzin-Direkteinspritzung schon seit den 1920er Jahren zum Einsatz kam, entwickelten die Firmen Gutbrod und Goliath im Zusammenarbeit mit Bosch Zweitaktmotoren mit Direkteinspritzung, die in den Serienfahrzeugen Gutbrod Superior und Goliath GP 700 zum Einsatz kamen. Beide Fahrzeuge verwendeten einen unter der Leitung von Hans Scherenberg seit 1949 entwickelten 2 Zylinder-Zweitaktmotor mit 600 cm3 und 26 PS. Die Motoren waren mit einer modifizierten Dieseleinspritzanlage von Bosch ausgerüstet. Damit hatten die Fahrzeuge sehr gute Fahrleistungen und einen günstigen Benzinverbrauch, der ca. 30% günstiger als bei der Vergaservariante war.

Prof. Dr.-Ing. Ulrich Spicher, Dipl.-Ing. Ulrich Baretzky, Prof. Dr.techn. Helmut Eichlseder

13. Betriebsstoffe

Auf Basis von Erdöl wird eine Vielzahl unterschiedlichster Produkte hergestellt. Nach der Aufbereitung des Erdöls (Reinigung, Destillation, Nachverarbeitung, Veredlung) entstehen unter anderem zwei Kraftstofftypen, die entsprechend ihrer motorischen Eignung als Otto- und Dieselkraftstoff eingesetzt werden. Insbesondere aufgrund ihrer hohen Energiedichte, der flüssigen Form und der damit verbundenen Handhabbarkeit sowie ihrer guten Wirtschaftlichkeit sind sie besonders für die Energieversorgung des Straßenverkehrs geeignet. Hier haben sie sich seit mehr als 100 Jahren bewährt, wobei die anwendungstechnischen Eigenschaften der Kraftstoffe ständig an die Motorenentwicklung und Anforderungen aus Umweltschutz angepasst werden bzw. diese überhaupt erst ermöglichen.

Wolfgang Dörmer, Ulrich Baron

7. Kraftstoffverbrauch

Der Kraftstoffverbrauch ist beim Betrieb eines Kraftfahrzeugs die Größe, die in der Praxis von besonderem Interesse ist. Dies gilt zumindest in den westeuropäischen Ländern, aber auch in Ländern wie den Vereinigten Staaten steht der Kraftstoffverbrauch zunehmend im Interesse der Nutzer. Dies ist darauf zurück zu führen, dass einerseits die Ressourcen an Erdöl, aus dem der Kraftstoff hergestellt wird, begrenzt sind und andererseits aus der drastischen Verteuerung der fossilen Kraftstoffe in den letzten Jahren.

Prof. Dr.-Ing. Ulrich Spicher

3. Getriebe

Es gibt eine Vielzahl von verschiedenen Getriebearten im Fahrzeugbau. Das Drehmoment kann hydraulisch gewandelt werden oder mechanisch.Im Nutzfahrzeug werden Zahnradgetriebe verwendet.Schwere Nfz werden mit Gruppengetriebe ausgerüstet, das aus Hauptgetriebe, Splitgetriebe und Range besteht.

Michael Hilgers

2. Anforderungen, Zielkonflikte

Das Automobil ist seit mehr als einhundert Jahren ein Transportmittel für Menschen, Tiere und Güter. Obwohl es für den größten Anteil der Fahrzeuge in seinen Grundzügen gleich geblieben ist – vier Räder, Otto- oder Dieselmotor als Antrieb, Getriebe als Drehmomentwandler – hat es doch erhebliche Veränderungen erfahren. Diese findet man – auf den Kunden bezogen – in den zahlreichen Fahrerassistenzsystemen und bei den Antrieben in der wachsenden Anzahl an Varianten, wie CNG–Compressed Natural Gas, LPG – Liquified Petrol Gas, den diversen Hybridsystemen – vom Mild bis zum Plug IN Hybrid – sowie beim reinen Elektroantrieb und der Brennstoffzelle. Die Veränderungen werden geprägt durch den Mobilitätsbedarf, den internationalen Wettbewerb, den technischen Fortschritt, das weltweite Produktangebot, die Aktivitäten der Gesetzgeber, die eingesetzte Energie, Erdöl, Gas, Biokraftstoffe und Elektrizität sowie durch die vielfältigen Kundenanforderungen.

Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Hans-Hermann Braess, Egbert Fritzsche, Dr. Jost Christian Gail, Bernd Lorenz, Andre Seeck, Prof. Dr.-Ing. Ulrich Seiffert

3. Fahrzeugphysik

Die Fahrzeugphysik stellt die Vernetzung von physikalisch- technischen Aufgaben an den Fahrzeugentwickler dar.Beispielhaft zeigt Abb. 3.1 die Anforderungen an die Karosserie, d. h. bauteilbezogen [1] und Abb. 3.2 die funktionsbezogene Vernetzung unterschiedlicher Anforderungen an das Gesamtfahrzeug und für die einzelnen Subsysteme [2]. Die physikalischen Grundgesetze und deren Auswirkungen auf die verschiedenen Teilgebiete sind bei der Auslegung des Fahrzeuges besonders zu berücksichtigen. Analog gilt dies auch für Fahrzeuge mit reinem Elektromotor (Batterie oder Brennstoffzelle).

Dr.-Ing. Mihiar Ayoubi, Dr. Andreas Eilemann, Dr.-Ing. Heinz Mankau, Dr. Eberhard Pantow, Dr.-Ing. Carsten Repmann, Prof. Dr.-Ing. Ulrich Seiffert, Dr. Markus Wawzyniak, Dr. Achim Wiebelt

6. Aufbau

In der Anfangszeit des Automobils wurde die Karosserie – dem Beispiel des Kutschenbaus folgend – auf einem Rahmengestell befestigt. Diese Bauweise findet man heute nur noch bei Lastkraftwagen und großen Off-Road-Fahrzeugen. Im Bereich der Personenwagen hat sich die selbsttragende Karosserie durchgesetzt. Sie wurde 1935 von Opel erstmalig mit dem Modell Olympia in der Großserie eingeführt. Die Innovation bestand darin, dass die Karosserie für sich komplett vorgefertigt wurde. Anschließend wurden die restlichen Komponenten wie Motor, Kupplung, Getriebe, Vorder- und Hinterachse sowie der Auspuffanlage direkt an der Karosserie befestigt und zum Fahrzeug komplettiert. Damit ist die selbstragende Karosserie der wichtigste Aggregateträger, die zudem noch vielen Anforderungen gerecht werden muss [1]. Sie reichen von konsequentem Leichtbau über wirksamen Insassen- und Fußgängerschutz bis hinzu attraktivem Aussehen.

Univ.-Prof.i.R. Dr.rer.nat. habil. Heiner Bubb, Dipl.-Ing. Helmut Goßmann, Dr.-Ing. René Konorsa, Dipl.-Ing. (FH) Walter Pecho, Dr. Armin Plath, Jochen Reichhold, Prof. Dr. Rudolf Stauber, Dipl.-Ing. Lothar Teske, Dr. Klaus Werner Thomer, Dipl.-Ing. Heinrich Timm, Dr. Hans-Jörg Vögel, Dr. Markus Wawzyniak

5. Antriebe

In den über 100 Jahren des Gebrauchs von Kraftfahrzeugen hat sich der Hubkolben-Verbrennungsmotor mit einem Drehzahl-/Drehmomentwandler und einer Anfahr-/Schaltkupplung als bevorzugtes Antriebskonzept durchgesetzt und behauptet. Der Antrieb hat eine Reihe von Aufgaben zu erfüllen, von denen die wichtigsten nachfolgend aufgelistet sind: - Das Fahrzeug muss aus dem Stillstand anfahren und bis zur Höchstgeschwindigkeit jede beliebige Geschwindigkeit darstellen können.- Antriebsdrehmoment und -drehzahl müssen schnell regelbar sein, um dynamische Fahrvorgänge zu ermöglichen.- Der Energieträger muss auf kleinem Raum bei geringem Gewicht einen hohen Energieinhalt aufweisen. Ohne große Nutzlast- und Raumverluste soll eine möglichst hohe Reichweite ohne Unterbrechung oder Wiederbetankung möglich sein.- Die Masse und das Bauvolumen sind möglichst klein zu halten.- Das gesamte System muss Erschütterungen und Bewegungen standhalten können.- Der Antrieb soll kurzfristig (auch bei niedrigen und hohen Temperaturen) betriebsbereit sein.

Prof. Dr.-Ing. Roland Baar, Dr.-Ing. Henning Baumgarten, Dipl.-Ing. Markus Beck, M.Sc. Marius Böhmer, Dr. Dennis Bönnen, Dipl.-Ing. Richard Dorenkamp, Dr. Thorsten Düsterdiek, Georg Eichner, Dr. Jürgen Greiner, Dr.-Ing. Gerhard Gumpoltsberger, Dr.-Ing. Jan Hentschel, Dipl.-Ing. Michael Hinz, Dipl.-Ing. Emmanuel Jean, Hugo Kroiss, Gerhard Kurz, Dipl.-Ing. Roman Lahmeyer, Dipl.-Ing. Heribert Lanzer, Dr.-Ing. Martin Nijs, Ing. Hermann Pecnik, Dipl.-Ing. MSc Bert Pingen, Prof. Dr. Dr. E.h. Franz Pischinger, Dr. Christoph Sasse, Dr. Klaus-Peter Schindler, Dr. Torsten Schütte, Dipl.-Ing. Mike Souren, Dipl.-Ing. Klaus Spindler, Dipl.-Ing. Klaus Steinel, Dr.-Ing. Matthias Thewes, Michael Zeiser

10. Werkstoffe und Fertigungsverfahren

Die Werkstoffe und Technologien, die in den Automobilen zum Einsatz kommen, spiegeln den jeweils vorhandenen Stand der Technik wider. Der für die gegebenen Anforderungen bestgeeignete Werkstoff bzw. das bestgeeignete Fertigungsverfahren kommt zum Einsatz. Somit ist ein Exkurs in die Werkstoffe der frühen Automobile zugleich ein Blick zurück in die Werkstofftechnik der damaligen Zeit, siehe auch Tab. 10.1 und Tab. 10.2.

Dr. Ludwig Hamm, Berthold Krautkrämer, Reinhart Malik, Dipl.-Ing. Volker Peitz, Dr.-Ing. Robert Plank, Dr. Peter Solfrank

4. Kernprozess zur Entwicklung von elektronischen Systemen und Software

Im Gegensatz zur Komponentenentwicklung zielt die Systementwicklung (engl. Systems Engineering) auf die Analyse und den Entwurf des Systems als Ganzes und nicht auf die Analyse und den Entwurf seiner Komponenten. Als Orientierung soll die folgende Definition für Systems Engineering dienen, die an die Definitionen in [14] und [72] angelehnt ist:Systems Engineering ist die gezielte Anwendung von wissenschaftlichen und technischen Ressourcen:Zur Transformation eines operationellen Bedürfnisses in die Beschreibung einer Systemkonfiguration unter bestmöglicher Berücksichtigung aller operativen Anforderungen und nach den Maßstäben der gebotenen Effektivität,Zur Integration aller technischen Parameter und zur Sicherstellung der Kompatibilität aller physikalischen, funktionalen und technischen Schnittstellen in einer Art und Weise, so dass die gesamte Systemdefinition und der Systementwurf möglichst optimal werden,Zur Integration der Beiträge aller Fachdisziplinen in einen ganzheitlichen Entwicklungsansatz.

Jörg Schäuffele, Thomas Zurawka

1. Einführung und Überblick

Die Erfüllung steigender Kundenansprüche und strenger gesetzlicher Vorgaben hinsichtlichder Verringerung von Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemissionen sowieder Erhöhung von Fahrsicherheit und Fahrkomfortist untrennbar mit dem Einzug der Elektronik in modernen Kraftfahrzeugen verbunden.Das Automobil ist dadurch zum technisch komplexesten Konsumgut geworden. Die Anforderungen an die Automobilelektronik unterscheiden sich jedoch wesentlich von anderen Bereichen der Konsumgüterelektronik. Insbesondere hervorzuheben sind:der Einsatz unter oft rauen und wechselnden Umgebungsbedingungen in Bezug auf Temperaturbereich, Feuchtigkeit, Erschütterungen oder hohe Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV),hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit,hohe Anforderungen an die Sicherheit undvergleichsweise sehr lange Produktlebenszyklen.Diese Anforderungen müssen bei begrenzten Kosten, verkürzter Entwicklungszeit und zunehmender Variantenvielfalt in Produkte umgesetzt werden, die in sehr großen Stückzahlen hergestellt und gewartet werden können. Unter diesen Randbedingungen stellt die Umsetzung der zahlreichen Anforderungen an elektronische Systeme von Fahrzeugen eine Entwicklungsaufgabe von hohem Schwierigkeitsgrad dar.

Jörg Schäuffele, Thomas Zurawka

2. Grundlagen

Die Zusammenarbeit verschiedener Fachdisziplinen – wie Maschinenbau, Elektrotechnik, Elektronik und Software-Technik – ist eine wesentliche Voraussetzung für die Entwicklung von Fahrzeugfunktionen, die sich insbesondere auch auf die Entwicklung von Software für elektronische Fahrzeugsysteme auswirkt. Hieran sind verschiedene Fachgebiete beteiligt, die oft simultan an unterschiedlichen Aufgabenstellungen arbeiten. Dies erfordert ein gemeinsames Problem- und Lösungsverständnis.In diesem Kapitel erfolgt daher eine Einführung in die Fachgebiete, die wesentlichen Einfluss auf die Software als Subsystem haben. Dies betrifft vor allem die Entwicklung von steuerungs- und regelungstechnischen Systemen, von diskreten, eingebetteten Echtzeitsystemen sowie von verteilten und vernetzten, zuverlässigen und sicherheitsrelevanten Systemen.Ziel ist die Funktionsweise und das Zusammenwirken der verschiedenen Software-Komponenten eines Mikrocontrollers, wie in Abb. 1.22 dargestellt, verständlich zu machen. Der Anspruch ist nicht die umfassende Behandlung der verschiedenen Gebiete, sondern die Darstellung von Grundlagen und Begriffen, soweit sie für die folgenden Kapitel notwendig sind.Die gewählte Begriffswelt orientiert sich an den verbreiteten Standards und – soweit möglich und sinnvoll – an deutschen Begriffen. Die englischen Begriffe werden, wo es notwendig erscheint, in Klammern angegeben. Englisch-deutsche Wortzusammensetzungen werden mit Bindestrich geschrieben.

Jörg Schäuffele, Thomas Zurawka

7. Getriebe

Im Abschn. 2.1 wurden die Fahrwiderstände berechnet und daraus der Leistungsbedarf ermittelt. Dieser muss vom Motor in Arbeitsgemeinschaft mit Kupplung und Getriebe gedeckt werden. Die Ursache für die Notwendigkeit dieser zusätzlichen Baugruppen liegt im Funktionsprinzip des Motors. Neben seinen zahlreichen, bedeutenden Vorteilen wie niedrigem Leistungsgewicht, gutem Wirkungsgrad und geringem Platzbedarf hat er folgende Nachteile [1, 2]:Bevor auf die Drehzahl- und Drehmomentwandlung näher eingegangen wird, sollen die vorstehend aufgezählten Nachteile näher erläutert werden.

Prof. Dr.-Ing Stefan Breuer, Prof. Dr.-Ing. Thomas Esch

1. Einführung

Ziel dieses Kapitels ist es, dem Leser einen Einblick in die übergeordnete Prozesskette zur Herstellung von Spulen zu geben. Verschiedene Fertigungsverfahren werden vorgestellt, die Ausführungsvarianten von Spulen und deren physikalische Eigenschaften diskutiert. Insbesondere die Bedeutung des Spulenkörpers für die Wickeltechnik in seinen verschiedenen Ausführungsformen wird anschließend für verschiedene Spulenarten diskutiert.

Jürgen Hagedorn, Florian Sell-Le Blanc, Jürgen Fleischer

4. Differenzialrechnung

Kapitel 4 widmet sich dem Begriff der Ableitung. Ausgehend von der historischen Entwicklung und der fachlichen Klärung des Begriffs werden Grundvorstellungen der Ableitung - lokale Änderungsrate, Tangentensteigung, lokale Linearität und Verstärkungsfaktor kleiner Änderungen - vorgestellt, erläutert und diskutiert.Darauf aufbauend ist die verständnisorientierte Entwicklung der Differenzialrechnung das zentrale Ziel, das sich im Analysisunterricht in Zugängen und Aktivitäten widerspiegelt, die diese Grundvorstellungen adäquat zu konstruieren versuchen. Dann führen Ableitungsfunktionen und Ableitungsregeln zur Untersuchung und Charakterisierung von Funktionsklassen und deren Graphen. Schließlich gibt das (mathematische) Modellieren mithilfe der Differenzialrechnung anhand verschiedener konkreter Beispiele einen Einblick in die Anwendungen dieses Themenbereichs.

Gilbert Greefrath, Reinhard Oldenburg, Hans-Stefan Siller, Volker Ulm, Hans-Georg Weigand

3. Konzepte der Zukunft

Wertschöpfungskonzepte zentralisierter Datenverwertung sind überholt. Die Zukunft liegt in der dezentralen globalen Vernetzung. Die letzten Zentimeter des Mensch-Maschine-Interfaces sind das Tor zur Wertschöpfung. Wer ein Konzept entwickelt, an dem alle fair partizipieren, wird selbst erhebliches Wachstum und Wertschöpfung generieren. Dezentralisierte Konzepte werden in vielen Bereichen bereits gefordert und bilden die Grundlage für eine funktionierende digitale Transformation. Nur so können die Errungenschaften der vordigitalen Gesellschaft erhalten bleiben. Es geht um die ganz konkreten nächsten Schritte: Wie bestehen Unternehmen den Wandel? Wie erhält Trusted WEB 4.0 die nötige Unterstützung? Welche Forschungsergebnisse müssen schnellstens erzielt werden?

Olaf Berberich

4. Betätigungs-, Servo- und Hilfssysteme

Entsprechend der in Kap. 1 eingeführten Kernaufgaben der Getriebe ergeben sich die Aufgaben der Leistungsübertragung und ihrer Schaltung oder Modulation (Kap. 3). Dazu werden Betätigungs- und Servosysteme eingesetzt. Darüber hinaus sind Schmierung und Kühlung der Getriebe sicherzustellen, dies wird mit entsprechenden Hilfssystemen erreicht. Dabei ergeben sich für unterschiedliche Getriebeausführungen (vgl. Kap. 6) individuelle Anforderungen und Funktionalitäten.

Robert Fischer, Ferit Küçükay, Gunter Jürgens, Burkhard Pollak

1. Kernaufgabe der Fahrzeuggetriebe

Die Grundlagen der Antriebsstrangauslegung sind das zentrale Element dieses Kapitels und die Basis für die Methoden- und Systemkompetenz zu Fahrzeuggetrieben. Zu Beginn werden die Kräfte am Fahrzeug und die Zusammensetzung des Zugkraftbedarfs erläutert. Diesem steht die Momentenbereitstellung des Antriebsstrangs gegenüber. Der Zusammenhang dieser beiden Größen, Bedarf und Verfügbarkeit von Zugkraft, wird sowohl für den Fall der Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit als auch für Beschleunigungsvorgänge in Abschn. 1.1 und 1.2 aufgezeigt.Ziel der Entwicklung des Antriebsstrangs ist es unter anderem, bei optimalem Verbrauch auch gute fahrdynamische Eigenschaften zu gewährleisten. Dieser Zielkonflikt, ansprechende Agilität bei gleichzeitiger Steigerung der Effizienz, wird in Abschn. 1.3 behandelt.Dabei werden nicht nur das Getriebe mit dem Motor alleine, sondern alle kraftübertragenden Elemente bis zum Rad als Gesamtsystem Antriebsstrang betrachtet. Bis heute ist es bei der Entwicklung des Antriebsstrangs oft noch üblich, dass Getriebe und Motor aufgrund teilweise sehr unterschiedlicher Entwicklungsschwerpunkte getrennt voneinander entwickelt und später zusammengefügt und aufeinander abgestimmt werden. Während beim Motor ein Großteil der Entwicklungszeit dafür aufgewendet wird, die Abstimmung (quasi-)statisch am Motorprüfstand durchzuführen, muss das Getriebe dynamisch im Gesamtsystem des Fahrzeugs abgestimmt werden.

Robert Fischer, Ferit Küçükay, Gunter Jürgens, Burkhard Pollak

7. Elektrifizierung des Antriebsstrangs

Bereits in Kap. 1 und auch in Kap. 6 sind Aspekte der Elektrifizierung gestreift worden. In diesem Buch ist den Hybrid- und Elektroantrieben ein eigenes Kapitel eingeräumt, die Gründe dafür sind:Die Spezifika elektrischer Antriebe, in Kombination mit dem konventionellen, verbrennungsmotorischen Antrieb und als ausschließlicher Fahrantrieb, werden in diesem Kapitel besprochen. Dabei wird unter dem Begriff elektrischer Antrieb die Kopplung einer für den Fahrzeugbetrieb optimierten elektrischen Maschine, einer zugehörigen Leistungselektronik (Umrichter, Inverter) und der erforderlichen Sensorik und Absicherung zusammengefasst.

Robert Fischer, Ferit Küçükay, Gunter Jürgens, Burkhard Pollak

8. Getriebeanwendungen außerhalb des Pkw-Bereichs

Über die in Kap. 6 vorgestellten Anwendungen der Pkw-Getriebe hinaus gelten bei Anwendungen in Lastkraftwagen (Lkw), Bussen, Traktoren, Motorrädern oder Rennwagen weitere Anforderungen und Spezifika für Getriebesysteme. Alle bisher gezeigten physikalischen Gesetzmäßigkeiten lassen sich analog anwenden. Bei der Entwicklung sind jedoch zusätzliche Funktionen und Anforderungen zu berücksichtigen, während andere Kriterien in den Hintergrund treten. Die in Kap. 1 hergeleitete Notwendigkeit, Drehzahlen und Momente der Antriebsmaschine auf die jeweiligen Fahr- oder Betriebszustände passend zu übersetzen, bleibt die Kernfunktion.

Robert Fischer, Ferit Küçükay, Gunter Jürgens, Burkhard Pollak

3. Elemente der Leistungsübertragung

Mit den in Kap. 1 dargelegten Anforderungen aus Systemsicht werden im Folgenden die Elemente zur Leistungsübertragung besprochen. Aus ihnen lassen sich durch Kombination und Verschaltung zusammen mit den Betätigungssystemen (Kap. 4) Getriebe konfigurieren; eine Auswahl wird in Kap. 6 und 8 vorgestellt. Sie liegen im Leistungsfluss zwischen Motor und Rädern und erfüllen die Funktion der Drehzahl- und Momentenangleichung, sowohl in stationären als auch instationären Betriebszuständen. Die wichtigsten Elemente werden in jeweils eigenen Abschnitten behandelt, konstruktive Ausgestaltungen und die gebräuchlichsten Bauformen werden gezeigt. In einer abstrahierten Darstellung sind in Abschn. 3.1 zunächst die physikalischen Grundlagen und Wirkprinzipien eingeführt. Auf dieser Basis lassen sich die unterschiedlichen Charakteristika und Eigenschaften erarbeiten.

Robert Fischer, Ferit Küçükay, Gunter Jürgens, Burkhard Pollak

6. Getriebekonstruktionen für Pkw-Anwendungen

In diesem Kapitel stehen Konstruktionen von Pkw-Getrieben im Fokus, die in Groß- oder Kleinserien verbaut werden. Getriebeanwendungen außerhalb des Pkw-Bereichs werden in Kap. 8 vorgestellt. Die im Folgenden betrachteten Getriebeanwendungen in Pkw können in Stufen- und Stufenlosgetriebekonzepte unterteilt werden. Stufengetriebekonzepte stellen Getriebevarianten dar, welche eine endliche Anzahl von Gängen besitzen. Dazu gehörenIhnen ist die Verwendung von Zahnrädern zur Leistungsübertragung sowie Schaltelementen zur Realisierung der prinzipbedingt notwendigen Übersetzungswechsel gemein.Stufenlosgetriebe (CVT, continuously variable transmission) bilden die zweite Gruppe. Im Unterschied zu Stufengetrieben nutzen sie Variatoren zur stufenlosen Einstellung der Getriebeübersetzung. Abschn. 6.6 behandelt diese spezielle Getriebebauart.Handschaltgetriebe werden im Detail in Abschn. 6.2, Stufenautomaten mit Wandler in Abschn. 6.5 behandelt. Diese Getriebearten dominieren seit jeher den Getriebemarkt im Pkw-Bereich. Dabei stellen Handschaltgetriebe die am häufigsten gebaute Getriebevariante für Pkw dar. Schon früh, aber lange Zeit ohne nennenswerte Stückzahlen und im gehobenen Segment zwischenzeitlich ganz verschwunden, gab es die automatisierten Handschaltgetriebe (Abschn. 6.3).

Robert Fischer, Ferit Küçükay, Gunter Jürgens, Burkhard Pollak

5. Steuerung und Regelung

Im Unterschied zu manuellen Getrieben werden automatisierte Schaltgetriebe, Doppelkupplungsgetriebe, Automatikgetriebe und stufenlose Getriebe mit zusätzlichen Komponenten ausgestattet, die eine teilweise oder vollständige Automatisierung des Schaltvorgangs erlauben. In diesem Kapitel werden die Prinzipien der Steuerung und Regelung allgemein beschrieben, einzelne Aspekte anhand von Doppelkupplungsgetrieben erläutert.Zentraler Teil dieser Komponenten ist das elektronische Steuergerät. In diesem läuft ein Software-Algorithmus, der basierend auf Eingangssignalen eine Aktuatorik betätigt (vgl. Kap. 4).In diesem Kapitel wird der typische Aufbau eines Steuergeräts in Abschn. 5.1 vorgestellt. Anschließend wird in Abschn. 5.2 auf die Architektur der integrierten Software eingegangen. Im Detail wird in Abschn. 5.3 erläutert, welche Prinzipien zur Signalverarbeitung zur Anwendung kommen. Darüber hinaus wird hier auch auf die Diagnose von Eingangssignalen eingegangen. In dem darauf folgenden Abschn. 5.4 wird aus Steuerungssicht erklärt, wie Schaltpunkte ermittelt werden. Daran anschließend wird in Abschn. 5.5 die Schaltdurchführung, unterteilt in die kurzfristige Regelung und die langfristige Adaption, erläutert. Abschn. 5.6 widmet sich dem wichtigen Aspekt der Sicherheit von Getriebesystemen. Abgerundet wird das Kapitel mit Abschn. 5.7 durch ein Ausführungsbeispiel zur Berechnung von Kupplungsdrehmomenten.

Robert Fischer, Ferit Küçükay, Gunter Jürgens, Burkhard Pollak

Kapitel 2. Gesellschaftliche Trends und Implikationen für die Automobilindustrie

In diesem Kapitel werden Megatrends für die Automobilwirtschaft diskutiert, wobei die langfristige Entwicklung der Automobilwirtschaft bzw. des Autohandels im Vordergrund steht. Die Trends Urbanisierung, Digitalisierung, Nostalgie, Ästhetisierung, Markt- und Angebotstransparenz, Teilungswirtschaft/Share Economy, Branded Society und Machtverschiebungen in der Wertschöpfungskette werden konventionelle Entwicklungen überlagern und tendenziell bestimmen.

Anders Parment

Kapitel 5. Händlermarketing und Händlermanagement

Hersteller wollen gern in der Populärkultur auftreten, damit sie diskret, aber deutlich Kunden erreichen. Händler zeigen Präsenz im lokalen Markt, was für den Erfolg entscheidend sein kann. Die Nutzung von Händlerausstellungsräumen für Events bringt viele gute Effekte mit sich: Die Hemmschwelle für den Händlerbesuch wird niedriger; die Einrichtungen werden besser ausgenutzt und es wird mehr über das Autohaus berichtet.

Anders Parment

13. Fallstudien zur Identifikation von erfolgsfaktoren internationaler marktbearbeitungsstrategien der marke Volkswagen

1m Rahmen der Ausgangssituation und des historischen Hintergrunds wird im Vorfeld zu den Fallstudien eine Zusammenfassung iiber die generelle internationale Entwicklung von VW sowie erster Anhahspunkte iiber das allgemeine strategische Vorgehen des Unternehmens im Untersuchungszeitraum vorgestellt.

Tobias Reibstein

Chapter 3. Aufbau und Bedatung des Simulationsmodells

Im folgenden Kapitel werden die im Rahmen dieser Arbeit eingesetzten Methoden vorgestellt, die sowohl für die Erstellung des Simulationsmodells, als auch für die Durchführung der Prüfstandsmessungen benötigt wurden. Der erste Abschnitt erläutert den Aufbau und die Struktur des Simulationsmodells sowie die Umsetzung verschiedener Betriebsstrategien in der Simulation. Der zweite Abschnitt beschreibt das Vorgehen bei Prüfstandtests am realen Fahrzeug.

Benjamin Stegmann

Chapter 4. Ökobilanzierung von alternativen Antrieben

In diesem Abschnitt werden Methoden und Daten, die für eine Ökobilanzierung von alternativen Antrieben zur Verfügung stehen, diskutiert und für die weitere Verwendung kritisch analysiert.

Danny Kreyenberg

Chapter 1. Stand der Technik

Im Folgenden wird der für die vorliegende Arbeit erforderliche Stand der Technik dargestellt. Nach einem kurzen Überblick über das batterieelektrische Fahrzeug (BEF) an sich werden die Einzelkomponenten besprochen. Neben den elektrischen Maschinen wird auf die Leistungselektronik, den chemischen Energiespeicher sowie das allgemeine Thermomanagement des BEFs eingegangen.

Markus Auer

4. Strategie – eine Geschichte für Jedermann

Dieses Kapitel erzählt eine Strategiegeschichte. Man könnte sie auch Fallstudie nennen. Allerdings studieren wir keinen Fall aus der Vergangenheit, wir entwickeln etwas für die Zukunft. Menschen werden eine größere Rolle spielen als Berechnungen. Es wird die Sprache der Wirtschaft verlassen und sich an einem mehr prosaischen Stil versucht.

Konrad Wetzker, Peter Strüven

4. Numerische Methoden

Das nachfolgende Kapitel gliedert sich in zwei Themengebiete auf. Das erste Themengebiet befasst sich mit den verwendeten Simulationsmethoden. Neben der Einteilung der Simulationsmethoden nach 1D und 3D folgt im Rahmen der 3D Simulationsmethoden ein Abschnitt, der sich mit der Berechnung von Konvektionsdaten an Bauteiloberflächen beschäftigt. Daraufhin wird der Prozess der Konvektionsdatenübertragung beleuchtet. Hierzu werden zwei unterschiedliche Methoden der Fluid-Struktur-Kopplung – die direkte Kopplung und die indirekte Kopplung – gegenübergestellt.

Mario Disch

Scheitern an Technik

Wenn wir ein technisches System benutzen wollen, so stehen wir oft vor einer Herausforderung, egal ob es eine Kaffeemaschine ist oder ein Multifunktionsdrucker. Wie funktioniert das Ding und was muss ich tun, um eine Tasse Kaffee zu bekommen oder eine Seite einzuscannen? Während früher die Funktionsweise vieler Geräte meist offensichtlich war, hat die Digitalisierung unserer technischen Umwelt dazu geführt, dass wir immer öfter der Herausforderung nicht gerecht werden und scheitern. Im Gegensatz zu anderen Lebensfeldern wird Scheitern an Technik allerdings nicht dramatisch erlebt, es scheitert lediglich eine Handlung. Das Scheitern einer Benutzungshandlung kann vielfältige Ursachen haben: Es mangelt an Wissen und Können, die Aufgabe ist zu komplex, das User Interface des technischen Systems ist schlecht gestaltet und der organisationsbezogene Kontext verhindert den Handlungserfolg. Diese Ursachen wirken zum einen für sich, zum anderen stehen sie in Wechselwirkung miteinander. Handlungen können auf verschiedene Weise gesteuert werden: durch Nachdenken und Problemlösen, durch das Anwenden gelernter Regeln und durch Automatismen. Auf allen drei Ebenen der Handlungskontrolle sind Fehler und Scheitern letztlich unvermeidlich. Die Wahrscheinlichkeit des Scheitern kann aber insbesondere durch ein Human Centered Design verringert werden. Andererseits kann Scheitern aber auch durchaus gewollt sein, etwa wenn technische Sicherheitsbarrieren gefährliche Handlungen scheitern lassen, bevor sie ihre Schadwirkung entfalten. Die in der Automatisierungstechnik verfolgte Idee, den unzuverlässigen Menschen durch zuverlässige technische Systeme zu ersetzen und so ein Scheitern zu verhindern, funktioniert leider nicht, da Menschen auch als Entwickler, Programmierer und Konstrukteure von technischen Systemen scheitern können. Deshalb führt auch ein blindes Vertrauen von Benutzern in Technik gelegentlich zum Scheitern, wie zahlreiche kuriose Ereignisse bei der Benutzung von Navigationsgeräten zeigen.

Prof. i.R. Dr. Hartmut Wandke

5. Kombinationen von Antriebssystemen, Energieträgern, -wandlern und -speichern

Eine universell einsetzbare Konfiguration für Antriebssysteme in Automobilen erscheint nach technischen, wirtschaftlichen, geographischen und ökologischen Kriterien als nicht realistisch. Das Kapitel präsentiert zukunftsträchtige Kombinationen von Antriebsmodulen- Wärmekraftmaschinen im Zusammenhang mit Elektromotoren-, Batterien, Brennstoffzellen und Kraftstoffen. Eine Hauptkonfiguration besteht in rein elektrischem Antrieb, mit der Erzeugung der Elektroenergie an Bord mittels Wärmekraftmaschinen. Es werden Beispiele beim Einsatz von Viertaktmotoren, aber auch von Zweitaktmotoren, Gasturbinen und Wankelmotoren gegeben. Die andere Hauptkonfiguration besteht im kombinierten Antrieb mit Kolbenmotor und Elektromotoren, mit Leistungsaddition über Getriebe oder Kupplungen, oder mit separatem Antrieb einer jeweiligen Fahrzeugachse. Es werden zahlreiche Konfigurationen dargestellt und analysiert. Die Kenngrößen von derzeit repräsentativen Hybridantrieben werden tabellarisch erfasst – wobei Angaben über Leistung und Drehmoment der zwei Antriebsarten, Batteriekapazität und Verbrauchswerte enthalten sind. Des weiteren werden die neuesten Plug In Konzepte präsentiert und bewertet.

Cornel Stan

21. Objektorientierte Modellierung und Simulation von Antriebssystemen

In den vorherigen Kapiteln dieses Buches wurden Antriebssysteme, ihre Komponenten sowie deren regelungstechnische Modellbildung und anschließende Behandlung dargestellt. Wesentlich bei diesem Vorgehen war, ein für die vorgesehene Aufgabenstellung geeignetes Modell der betreffenden Komponente zu erarbeiten und eventuell durch angepasste Annahmen oder Voraussetzungen Vereinfachungen zu erreichen. Ein typisches Beispiel war die Asynchronmaschine, bei der durch Annahme der Flussorientierung und die Wahl der Eingangsgrößen eine wesentliche Vereinfachung erreicht wurde, so dass die lineare Regelungstheorie angewandt werden konnte.

Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. h.c. Dierk Schröder, Prof. M. Otter

5. Fallstudien zur interaktiven Wertschöpfung

Dieser Fallstudienteil soll die vorangehenden Kapitel praxisbezogen konkretisieren und Einblick geben, wie Unternehmen heute schon die zuvor dargestellten Wertschöpfungsprinzipien nutzen. Alle Fallstudien enden mit Diskussionsfragen, die eine weiterführende Auseinandersetzung erlauben. Auf der Internetseite zum Buch finden sich laufend weitere neue Fallbeispiele und Aktualisierungen zu den hier vorgestellten Fällen. Aufgrund des Umsetzungsstands der Interaktiven Wertschöpfung in der Industrie beziehen sich die meisten dieser Fallstudien auf eine Produktindividualisierung, da hier besser dokumentierte Beispiele von Unternehmen vorliegen.

A6. Kinetik

Die

Dynamik (Kinetik)

ist ein Teilgebiet der Mechanik und beschreibt im Gegensatz zur Statik und Kinematik die Änderung der Bewegungsgrößen (Weg, Geschwindigkeit und Beschleunigung) unter Einwirkung von Kräften im Raum.

Dr. Hermann Steffan, Dr. Andreas Moser, Dr. Heinz Burg

A4. Systematik der Fahrzeugtechnik

In dem Kraftfahrtechnischen Taschenbuch, das von der Firma Robert Bosch GmbH herausgegeben wird, ist eine Gliederung der Kraftf ahrzeuge vorgenommen worden, die international verbreitet und anerkannt ist. Diese Systematik ist nachstehend wiedergegeben und wird in diesem Buch weitgehend verwendet.

Dr. Heinz Burg, Dr. Andreas Moser

1. Einführung in die Nutzfahrzeugtechnik

Das Nutzfahrzeug als Lastkraftwagen oder Lastzug hat die Aufgabe, eine Nutzlast mit möglichst geringem Aufwand über kürzere oder längere Strecken von Haus zu Haus zu transportieren. Die Vorgaben des Gesetzgebers in Form der deutschen Straßenverkehrszulassungsordnung (StVZO) und die Vorschriften der EU beziehen sich nicht nur auf die Abmessungen und Gewichte, sondern auch auf die Emissionen des Dieselmotors. Um allen Transportaufgaben gerecht zu werden, bieten die Hersteller Transporter, Lastkraftwagen, Zugmaschinen, Auflieger, Anhänger und branchengerechte Aufbauten in großer Vielfalt an. Die wesentlichste Transportaufgaben sind:

leichter urbaner und regionaler Verteilerverkehr mit Transportern

schwerer Verteilerverkehr mit Solo-Lkw und leichten Sattelzügen

nationaler Fernverkehr mit Lastzügen mit mittlerer Motorleistung

internationaler Fernverkehr mit 40-t-Sattelzügen mit hoher Motorleistung und Fahrerhäusern mit hohem Komfort und Kommunikationsmöglichkeiten über Satelliten; Gliederzüge spielen eine untergeordnete Rolle

kombinierter Verkehr mit speziellen Waggons als „Rollende Landstraße“ (Rola) für komplette Lastzüge oder durch Umsetzen der Ladungsträger auf spezielle Waggons

Baustellenfahrzeuge mit Kippaufbau oder z. B. Betonmischaufbauten mit zwei bis fünf Achsen als Solo-Fahrzeuge oder Lkw mit Tandemachsanhänger; für erschwerten Betrieb mit Antrieb auf mehrere Achsen

Das Fahrgestell eines Nutzfahrzeuges ist universell, erst durch branchen- oder ladungsgerechte Aufbauten und eventuell Ladeeinrichtungen wird es spezialisiert.

E. Hoepke, H. Brähler

3. Bestandteile des Fahrwerks

Der größte Teil des Buches ist den Bestandteilen des Fahrwerks gewidmet. Unter den Bestandteilen sind die Untersysteme des Fahrwerks und dessen Module und Bauteile zu verstehen. Da die Struktur des Fahrwerks sich sowohl nach Funktion als auch nach Gestalt definieren lässt, ergibt sich eine Systematik, die nicht überschneidungsfrei ist.

7. Getriebe

Im Abschnitt 2.1 wurden die Fahrwiderstände berechnet und daraus der Leistungsbedarf ermittelt. Dieser muss vom Motor in Arbeitsgemeinschaft mit Kupplung und Getriebe gedeckt werden. Die Ursache für die Notwendigkeit dieser zusätzlichen Baugruppen liegt im Funktionsprinzip des Motors. Neben seinen zahlreichen, bedeutenden Vorteilen wie niedriges Leistungsgewicht, guter Wirkungsgrad und geringer Platzbedarf hat er folgende Nachteile [7-1; 7-2]:

Im Gegensatz zum Elektromotor und der Dampfmaschine kann er nicht unter Last aus dem Stillstand anlaufen.

Die maximale Leistung steht nur bei einer bestimmten Drehzahl zur Verfügung. Eine Drehzahlabsenkung ist nur über einen geringen Drehzahlbereich mit einer Drehmomenterhöhung verbunden, darüber hinaus ist ein Drehmomentwandler erforderlich.

Der Motorwirkungsgrad ist nicht im gesamten Motorkennfeld gleich, so dass der Motor vorzugsweise nur in bestimmten Teilen desselben betrieben werden sollte.

Bevor auf die Drehzahl- und Drehmomentwandlung näher eingegangen wird, sollen die vorstehend aufgezählten Nachteile näher erläutert werden.

S. Breuer

C.. Entwicklung eines mehrstufigen Target-Costing-Konzepts für Automobile

Der Grundgedanke zur Formulierung eines mehrstufigen Target-Costing-Konzepts ergibt sich aus der ebenfalls mehrstufigen Erzeugnisstruktur eines komplexen Produkts. Obwohl der Begriff „komplexes Produkt“ in der Target-Costing-Literatur nicht näher erläutert wird, zählen mehrere Autoren ein Automobil zu dieser Gruppe der komplexen Produkte.

369

Während das von

Tanaka

entwickelte Grundkonzept des Target Costing am Beispiel eines Tintenschreibers lediglich eine zweistufige Erzeugnisstruktur mit insgesamt neun Komponenten unterstellt, stellen

Claasen

und

Hilbert

fest, dass „die Übertragung auf komplexere Produkte nur eingeschränkt möglich [ist]. Die Komplexität in der Handhabung mit über 7.000 Einzelteilen erfordert die Implementierung individueller Methoden“.

370

Der Aussage von

Claassen/Hilbert

kann grundsätzlich zugestimmt werden, jedoch bleibt kritisch anzumerken, dass die Übertragung der Anwendbarkeit des Target Costing am Beispiel eines Tintenschreibers auf ein Automobil nicht primär aufgrund der zu berücksichtigenden höheren Anzahl von Erzeugniselementen, sondern vor allem infolge der höheren Anzahl von Erzeugnisstufen in Frage zu stellen ist.

4. Der Managementprozess

Im Folgenden erläutern wir zunächst das Prozessdesign des

Solution Cycles205

in seiner grundsätzlichen Struktur. Dann gehen wir detailliert auf die einzelnen Modi und Phasen ein und erläutern die Aufgaben, die typischen Probleme sowie Methoden und Interventionen zur Lösungsfindung.

11. Praktikerporträts

Wie vielfältig die beruflichen Möglichkeiten von Mathematikern sind, zeigen die nachfolgenden Praktikerberichte und -interviews. Aus praktisch allen Branchen, in den verschiedensten Positionen und über die unterschiedlichsten Karrierewege berichten Mathematiker über ihre Erfahrungen in der Industrie, stellen Spezialisten große Betätigungsfelder für Mathematiker dar, skizzieren Führungskräfte die Einstellungskriterien und Anforderungen an Mathematiker. Dabei tut sich ein breites Spektrum an beruflichen Möglichkeiten auf: ob in der intensiven mathematischen Beschäftigung oder in eher mathematikfernen Bereichen, ob in der Expertenlaufbahn oder als Führungskraft im Management.

Regine Kramer

2. Fahrzeugführung längs

Als die ersten Menschen in einem Auto gefahren sind, mag ihnen bei aller Beglückung durch die ihnen zukommende Kraft und Beweglichkeit zum Bewusstsein gekommen sein, welche Aufgaben ihnen die Zugtiere abgenommen hatten: ein Pferd bringt auch seinen schlafenden Kutscher nach Haus, ein Auto kann das vorläufig noch nicht. Vielmehr muss nun der Fahrer die Aufgabe übernehmen, sein Fahrzeug in Längsund Querrichtung zu steuern. Wir wissen aus der Fahrschule, dass in den ersten Stunden am Steuer die Längsführung die größeren Probleme macht: die Betätigung von Gaspedal und Bremse will sorgfältig koordiniert sein, wenn der Motor nicht aufheulen oder abgewürgt werden soll. Nach dem Anfahren muss die Geschwindigkeit der Straße, den anderen Verkehrsteilnehmern und Hindernissen angepasst werden. Gangwechsel mit dazupassender Kupplungsund Gaspedalbetätigung erfordern Bewegungsabläufe, die eingeübt werden müssen, damit sie dann unterbewusst als bedingte Reflexe ablaufen können. Halbund vollautomatische Getriebe entlasten den Fahrer, aber er muss immer noch mit Gaspedal und Bremse die Längsbewegung kontrollieren, was verwirrend genug ist, weil die Bewegung des rechten Fußes in die gleiche Richtung sowohl Beschleunigen als auch Bremsen bedeutet. Das führt immer wieder zu Unfällen. Trotzdem konnten sich alle vorgeschlagenen Alternativen bisher noch nicht durchsetzen. Vielleicht vereinfacht sich die Situation eines Tages dadurch, dass alle Autos zumindest eine automatische Kupplungsbetätigung haben, und damit der linke Fuß ausschließlich der Bremse und der rechte ausschließlich dem Gaspedal zugeordnet bleibt. Oder die Längsbeschleunigung wird einem Hebel zugeordnet, der nach vorne gedrückt beschleunigt und zurückgezogen bremst.

11. Praktikerporträts

Wie vielfältig die beruflichen Möglichkeiten von Mathematikern sind, zeigen die nachfolgenden Praktikerberichte und -interviews. Aus praktisch allen Branchen, in den verschiedensten Positionen und über die unterschiedlichsten Karrierewege berichten Mathematiker über ihre Erfahrungen in der Industrie, stellen Spezialisten große Betätigungsfelder für Mathematiker dar, skizzieren Führungskräfte die Einstellungskriterien und Anforderungen an Mathematiker. Dabei tut sich ein breites Spektrum an beruflichen Möglichkeiten auf: ob in der intensivenmathematischen Beschäftigung oder in eher mathematikfernen Bereichen, ob in der Expertenlaufbahn oder als Führungskraft im Management.

Regine Kramer

14. Trends und zukünftige Anforderungen im Motorradbau

Zukunftsprognosen sind auch im Bereich der Motorradtechnik schwierig, und generell stellen sich viele Vorhersagen für die technische oder sonstige Zukunft im späteren Rückblick meist als falsch heraus. Dennoch sind einige Entwicklungen vorhersehbar.

6. Kupplung, Schaltgetriebe und Radantrieb

Die Leistung von Verbrennungsmotoren kann nicht direkt auf das Hinterrad übertragen werden. Das liegt daran, dass ein verwertbares Drehmoment erst ab einer bestimmten Drehzahl abgegeben wird und darüber hinaus das Drehmoment des Motors (M

Angrboy

) zum Anfahren und für das Befahren von Steigungen (Bedarfsdrehmoment M

bed

, vgl. auch Kap. 2) nicht ausreicht,

Bild 6.1.

Drehmoment und Drehzahl des Motors müssen daher mittels geeigneter Übersetzungen an die Fahrwiderstände und den gewünschten Geschwindigkeitsbereich des Fahrzeugs angepasst werden. Diese Aufgaben übernehmen beim Motorrad das Schaltgetriebe und der Radantrieb. Zusätzlich ist eine Kupplung erforderlich, die eine Drehzahlangleichung zwischen Motor und Getriebe beim Anfahren bewirkt und für die notwendige Unterbrechung des Kraftflusses beim Schalten sorgt.

3. Funktions- und Software-Entwicklung

Ein wesentlicher Anteil der Innovationen in heutigen Fahrzeugkonzepten wird durch Funktionen dargestellt, die durch Software abgebildet werden. Dieser Tatbestand zeigt sich eindrucksvoll sowohl in dem stetig wachsenden Bedarf an Speicherplatz und Rechenzeit in Steuergeräten als auch in der steigenden Anzahl von komplexen und vernetzt wirkenden Funktionen. Als Beispiel sei etwa auf Fahrerassistenzoder Telematik-Funktionalitäten verwiesen, die sich die Eigenschaften mehrerer Funktionsbereiche im Fahrzeug in Form einer intelligenten Verknüpfung zu Nutze machen.

9. Technologietrends Antrieb

Der Antrieb eines Fahrzeugs dient zur Umwandlung der mitgefühlten, meist chemisch gespeicherten, Energie in mechanische, die zum Vortrieb des Fahrzeugs genutzt werden kann. Unter dem Begriff Antriebsstrang werden alle Komponenten zusammengefasst, die zur Wandlung und Bereitstellung der Energie benötigt werden. Neben dem eigentlichen Energiewandler, meist in Form eines Verbrennungsmotors, zählen auch die Getriebe, Wellen und Kupplungen zum Antriebsstrang.

9. Anwendungen

In diesem Kapitel werden exemplarisch einige Anwendungen der Kfz-Elektronik betrachtet. Eine umfassende Behandlung aller Systeme ist im Rahmen dieses Buchs weder möglich noch sinnvoll, es soll aber zumindest ein Überblick gegeben werden, für die hier nicht betrachteten Systeme werden Literaturhinweise gegeben. Eine Sonderstellung besitzt der erste Abschnitt 9.1. In diesem soll anhand eines relativ einfachen Beispiels einer Klimaregelung das Vorgehen bei einer Funktionsentwicklung erläutert werden.

3. Bestandteile des Fahrwerks

Der größte Teil des Buches ist den Bestandteilen des Fahrwerks gewidmet. Unter den Bestandteilen sind die Untersysteme des Fahrwerks und dessen Module und Bauteile zu verstehen. Da die Struktur des Fahrwerks sich sowohl nach Funktion als auch nach Gestalt definieren lässt, ergibt sich eine Systematik, die nicht überschneidungsfrei ist.

6. Dieselmotor-Steuerung

Zur elektronischen Steuerung eines Dieselmotors müssen elektrische Sensorsignale erfasst und per Software verarbeitet, sowie die größtenteils elektromechanischen Aktoren entsprechend angesteuert werden. Zu den Grundaufgaben der Motorsteuerung zählen Regelungs- und Steuerungsaufgaben, Überwachungsaufgaben, Sicherheitseinrichtungen, Diagnosetools und die Kommunikation mit anderen Steuergeräten oder mit dem Werkstatttester.

4. Komponenten und Bauteile

Hydraulik und Pneumatik sind in der Lage, auf begrenztem Raum größere Stellkräfte und Momente bereitzustellen. Das Grundprinzip der Leistungsübertragung in der Fluidtechnik wird anhand eines hydraulischen Wagenhebers erläutert. In Bild 4-1 soll die linke Seite durch ein schweres Fahrzeug

F

1

und die rechte Seite durch menschliche Muskelkraft

F

2

belastet werden. Aufgrund des hydrostatische Gleichgewichtes gilt im Ruhezustand

1

$$ p_1 = p_2 also p = \frac{{F_1 }} {{A_1 }} = \frac{{F_2 }} {{A_2 }} und somit \frac{{F_1 }} {{F_2 }} = \frac{{A_1 }} {{A_2 }} hier also: F_1 > F_2 $$

Das Kräfteverhältnis hängt nur vom Flächenverhältnis ab, kann also konstruktiv nahezu beliebig gewählt werden, einzige Begrenzung ist der verfügbare Bauraum.

4. Komponenten und Bauteile

Hydraulik und Pneumatik sind in der Lage, auf begrenztem Raum größere Stellkräfte und Momente bereitzustellen. Das Grundprinzip der Leistungsübertragung in der Fluidtechnik wird anhand eines hydraulischen Wagenhebers erläutert. In Abb. 4.1 soll die linke Seite durch ein schweres Fahrzeug

F

1

und die rechte Seite durch menschliche Muskelkraft

F

2

belastet werden. Aufgrund des hydrostatische Gleichgewichtes gilt im Ruhezustand

4.1

$$ p_1 = p_2 {\mathbf{ }}also{\mathbf{ }}p = \frac{{F_1 }} {{A_1 }} = \frac{{F_2 }} {{A_2 }}{\mathbf{ }}und{\mathbf{ }}somit{\mathbf{ }}\frac{{F_1 }} {{F_2 }} = \frac{{A_1 }} {{A_2 }}{\mathbf{ }}hier{\mathbf{ }}also:{\mathbf{ }}F_1 > F_2 $$

1. Einführung und Überblick

Die Erfüllung steigender Kundenansprüche und strenger gesetzlicher Vorgaben hinsichtlich

• der Verringerung von Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemissionen, sowie

• der Erhöhung von Fahrsicherheit und Fahrkomfort

ist untrennbar mit dem Einzug der Elektronik in modernen Kraftfahrzeugen verbunden.

4. Kernprozess zur Entwicklung von elektronischen Systemen und Software

Im Gegensatz zur Komponentenentwicklung zielt die Systementwicklung (engl. Systems Engineering) auf die Analyse und den Entwurf des Systems als Ganzes und nicht auf die Analyse und den Entwurf seiner Komponenten. Als Orientierung soll die folgende Definition für Systems Engineering dienen, die an die Definitionen in [14] und [72] angelehnt ist: Systems Engineering ist die gezielte Anwendung von wissenschaftlichen und technischen Ressourcen

• zur Transformation eines Operationellen Bedürfnisses in die Beschreibung einer Systemkonfiguration unter bestmöglicher Berücksichtigung aller operativen Anforderungen und nach den Maßstäben der gebotenen Effektivität.

• zur Integration aller technischen Parameter und zur Sicherstellung der Kompatibilität aller physikalischen, funktionalen und technischen Schnittstellen in einer Art und Weise, so dass die gesamte Systemdefinition und der Systementwurf möglichst optimal werden.

• zur Integration der Beiträge aller Fachdisziplinen in einen ganzheitlichen Entwicklungsansatz.

9. Anwendungsbeispiele

Folgende Gruppen von Beispielen werden behandelt:

Stufenlose hydrostatische Getriebe

(übergreifend)

Hydrostatische Hilfskraftlenkungen

(übergreifend)

Hydraulik in mobilen Arbeitsmaschinen

Hydraulik in Straβenfahrzeugen

Hydraulik in groβen Flugzeugen

Hydraulik in stationären Maschinen

2. Physikalische Grundlagen ölhydraulischer Systeme

Die Druckflüssigkeiten sind die Energieträger im Hydrauliksystem. Einschlägige DIN-Normen (wie z. B. DIN 51524) benutzen das Wort „Druckflüssigkeiten“ als Oberbegriff, unter den sie Hydraulikflüssigkeiten einordnen. Kenntnisse über die Art der Druckflüssigkeiten und über deren Eigenschaften und Betriebsverhalten sind für die Entwicklung und für den Betrieb von Hydraulikanlagen mindestens so bedeutsam wie die Kenntnis der Bauelemente, denn sie beeinflussen nicht nur die Funktion einer Anlage, sondern auch ihr Betriebsverhalten und ihre Lebensdauer in entscheidendem Maße.

B. Theoretische Grundlagen

Obwohl seit dem Paradigmenwechsel

9

vom Transaktionsmarketing

10

zum

Relation-ship Marketing

11

zahlreiche theoretische sowie praxisorientierte Forschungsarbeiten veröffentlicht wurden

12

, ist der Mangel an fundierten theoretischen Grundlagen, die die Beziehung als Phänomen der Sozialpsychologie verstehen, auffallend. So wird der Begriff „Relationship“ häufig ohne eine fundierte Basis verwendet.

13

K. Getriebeauslegung

Ein starker Motor ist für ein Rennfahrzeug ebenso wichtig wie ein zuverlässiger Antriebstrang. Noch wichtiger ist allerdings, dass die Leistung des Motors auch effizient auf die Fahrbahn gebracht wird, damit das Fahrzeug die gewünscht hohen Fahrleistungen zeigen kann. Dafür ist das abgestimmte Zusammenspielen von Motor und Antriebstrang entscheidend. Der Motor arbeitet nur einem bestimmten — bei hochgezüchteten Triebwerken meist äußerst schmalen — Drehzahlband. Die Antriebsräder müssen aber in einem großen Drehzahlbereich für den Vortrieb sorgen. Das Getriebe ist die Baugruppe, die zwischen Motor und Fahrbahn vermittelt. Damit es das möglichst wirkungsvoll schafft, müssen die zu überwindenden Fahrwiderstände und die zur Verfügung stehende Motorleistung aufeinander abgestimmt werden.

M. Antriebsstrang

Der Antriebsstrang stellt die Kräfte an den Rädern zum Überwinden der Fahrwiderstände bereit. Zum Antriebsstrang gehört damit auch der Motor. Diesem ist jedoch ein eigenes Kapitel gewidmet und deshalb soll der Antriebsstrang für die folgenden Betrachtungen erst beim Motorausgang beginnen.

B. Fahrzeugkonzept

Mit dem Konzept werden die Weichen für die spätere Detailkonstruktion gestellt. Es geht um die grobe Anordnung der größten und schwersten Teile und um die grundlegende Charakteristik des Wagens. Die Konzeptarbeit darf nicht unterschätzt werden. Fehlentscheidungen am Anfang eines Projekts sind später oft nur schwer wieder zu korrigieren. Der Teufel, sagt man, steckt im Detail und meint damit etwa das Konzept sei nicht so entscheidend. Dem muss hinzugefügt werden, dass die Vorfahren des Teufels bereits im Konzept steckten.

12. Elektrische Aktorik

Die „Pferdestärken“ unserer Kraftfahrzeuge zügeln wir zwar immer noch mit Lenkrad und Bremse, aber zunehmend beeinflussen auch elektromechanische Wandler die Umsetzung unserer Ansprüche an Sicherheit, Komfort, Umweltschutz und niedrige Betriebskosten. Während bei Motoren die effektive Wandlung elektrischer, chemischer oder hydraulischer Energie in Bewegungsenergie im Vordergrund steht, ist die Anwendung elektromechanischer Wandler auf die präzise und schnelle Steuerung oder Aktivierung elektrischer, pneumatischer, hydraulischer, thermischer oder mechanischer Energieflüsse ausgerichtet. Die folgenden Ausführungen beschäftigen sich mit den Bauprinzipien, den Funktionsweisen und den Rahmenbedingungen für den Einsatz dieser elektromechanischen Wandler ([

1

], [

2

]).

11. Sensorik

Positionssensoren stellen einen elementaren Baustein für eine ganze Reihe von innovativen Fahrzeugfunktionen dar. Mit dem zunehmenden Einsatz der Mechatronik wächst deren Anzahl und Bedeutung weiter. Diese Entwicklung ist mit dem Begriff By-Wire verbunden, der das Ersetzen mechanischer Verbindungen durch elektrotechnische Systeme bezeichnet. Die Schwerpunkte der By-Wire-Systementwicklungen liegen in den Bereichen Antriebsstrang und Fahrwerk und werden allgemein unter dem Begriff „Drive-By-Wire“ zusammengefasst. Mit Hilfe von Positionssensoren werden mechanische Größen in elektrische Signale umgewandelt, die als Steuergrößen in den By-Wire-Systemen Eingang finden.

2. Motor und Antriebsstrang

Ein modernes Motormanagement koordiniert Zündbzw. Einspritzzeitpunkt, Einspritzmenge, Luftmenge und Ventilstellung in Relation zur Kurbelwellenlage und steuert darüber hinaus weitere Aktoren, abhängig von dem aktuellen Fahrerwunsch sowie externen Lastanforderungen. Die technische Voraussetzung dafür bilden das Motorsteuergerät, die Aktorik und die Sensorik. Der Fahrerwunsch wird anhand der Stellung des elektronischen Gaspedals erkannt und als Drehmomentanforderung interpretiert. Systeme dieses Typs werden als E-Gas (Drive-by-wire) bezeichnet. Eine feste mechanische Kopplung zwischen Fahrpedal und Drosselklappe (beim Ottomotor) existiert dabei nicht mehr. Systeme mit mechanischen Drosselklappen sind inzwischen nur noch im Segment der einfach ausgestatteten Fahrzeuge im Einsatz, verlieren aber auch dort an Bedeutung.

3. Fahrwerksysteme

Im Folgenden werden die wichtigsten physikalischen Grundlagen zum Verständnis von Fahrdynamik-Regelungen behandelt. Die Ausfuhrungen basieren auf dem Buch [

1

].

11. Traceability Management: Wie Unternehmen die Risiken von Produktrückrufen begrenzen können

Mit dem Konzept der Rückverfolgbarkeit konnen Hersteller ihre Produkte, Komponenten und Teile über deren gesamte Lebensdauer verfolgen. Dadurch kann die Gefahr und das Ausmaß eines Warenruckrufs erheblich eingeschränkt werden.

Stefan Fischer

Kapitel 18. Collections

Collections sind — wie der Name schon andeutet —

Zusammenstellungen von Daten

, genauer gesagt von

Objekten

. Die Verwaltung und Bearbeitung von Daten ist eine elementare Aufgabe von Programmen. Zur Verwaltung dieser Daten im Arbeitsspeicher werden bei der Programmierung strukturierte Datentypen eingesetzt, welche die einzelnen Datenelemente enthalten. Die einfachste dieser Datenstrukturen ist das bekannte Array. Daneben kennt man jedoch in der Informatik noch eine Reihe weiterer Datenstrukturen mit unterschiedlichen Eigenschaften.

4. Objektorientierte Modellbildung des fahrdynamischen Verhaltens mit MODELICA

Der Entwurf mechatronischer Produkte verlangt die Berücksichtigung des Gesamtsystems, um Iterationen zu reduzieren und Produkteigenschaften nicht nur zu verbessern, sondern auch zu optimieren, [

11

]. Deswegen sollten Simulationsmodelle diese unterschiedlichen Disziplinen abdecken können. Herkömmliche leistungsfähige Ansätze haben mit dieser gewünschten Multidisziplinarität Probleme und sind meist auf eine bestimmte physikalische Domäne spezialisiert. Ebenso ist der Im- und Export von Modellen oft nur mit hohem Aufwand möglich. Die Idee der Co-Simulation will dieses Dilemma durch paralleles Simulieren mehrerer Simulationswerkzeuge, die über eine Art Datenbus Simulationsdaten austauschen, lösen. Hier hat man für zwei Simulatoren gute Erfahrungen gemacht, mit steigender Anzahl an gekoppelten Simulatoren explodieren aber auch die Probleme in Bezug auf Stabilität und Geschwindigkeit [

34

].

Dr.-Ing. Stefan Drogies

1. Das mechatronische Kraftfahrzeug

Nach Herstellerangaben haben die Elektrik und Elektronik einen Anteil im Kaufwert eines Personenkraftfahrzeuges von etwa 20 – 25 % bei heutigen Fahrzeugen und man erwartet einen Anstieg auf 30 – 35 % um 2010. Hierunter sind vielerlei Komponenten wie Schalter, Kabel, Stecker, Sensoren, elektrische Aktoren und Antriebe, Bordnetz, Signalbussysteme und Steuerungs- und Regelungseinheiten mit hochintegrierten Schaltungen und Mikrocontrollern enthalten. Ein Fahrzeug der Oberklasse enthält zurzeit etwa 2,5 km Kabel, 40 Sensoren, bis zu 150 elektromotorische Aktoren und Antriebe, 4 Bussysteme mit 2500 Signalen und 45 – 75 Mikrorechnersteuergeräte (je nach Ausstattung).

Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Rolf Isermann

2. Anforderungen, Zielkonflikte

Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Hans-Hermann Braess, Ekhard Zinke, Hans-Jürgen Nettlau, Egbert Fritzsche, Prof.Dr.-Ing. Ulrich Seiffert

5. Antriebe

In den über 100 Jahren des Gebrauchs von Kraftfahrzeugen hat sich der Hubkolben-Verbrennungsmotor mit einem Drehzahl-/Drehmomentwandler und einer Anfahr-/Schaltkupplung als bevorzugtes Antriebskonzept durchgesetzt und behauptet. Der Antrieb hat eine Reihe von Aufgaben zu erfüllen, von denen die wichtigsten nachfolgend aufgelistet sind:

- Das Fahrzeug muss aus dem Stillstand anfahren können und bis zu einer bestimmten Endgeschwindigkeit jede gewünschte Geschwindigkeit einstellen lassen.

- Antriebsdrehmoment und -drehzahl müssen schnell regelbar sein, um dynamische Fahrvorgänge zu ermöglichen.

- Der Energieträger muss auf kleinem Raum bei geringem Gewicht einen hohen Energieinhalt bereitstellen. Ohne große Nutzlast- und Raumverluste soll eine möglichst hohe Reichweite ohne Unterbrechung oder Wiederbetankung möglich sein.

- Masse und das Bauvolumen sind möglichst klein zu halten.

- Das gesamte Systemmuss Erschütterungen und Bewegungen ertragen können.

- Der Antrieb soll kurzfristig (auch bei niedrigen und hohen Temperaturen) betriebsbereit sein.

Neben diesen grundlegenden technischen Anforderungen sind auch ökonomische Ziele bei der Herstellung und beim Betrieb des Fahrzeugs zu erfüllen, zunehmend ökologische Bedingungen einzuhalten sowie ein stetig wachsender Anspruch auf Bedienungskomfort zu befriedigen.

Prof. Dr. Dr. E.h. Franz Pischinger, Dr.-Ing. Philipp Adomeit, Dipl. -Ing. Richard Dorenkamp, Dr. Klaus-Peter Schindler, Prof. Dr.-Ing. Roland Baar, Dr.-Ing. Gerhard Gumpoltsberger, Dr. Jürgen Greiner, Dr. Christoph Sasse, Dipl. -Ing. Klaus Steinel, Dipl. -Ing. Heribert Lanzer, Ing. Hermann Pecnik, Gerhard Kurz, Dr. Dennis Bönnen, Dipl.-Ing. Emmanuel Jean, Dipl. -Ing. Klaus Spindler, Dipl.-Ing. Markus Beck, Dipl.-Ing. MSc Bert Pingen, Dr. rer. nat. Ingo Drescher, Dr.-Ing. Eckart Heinl

3. Fahrzeugphysik

Die Fahrzeugphysik stellt die Vernetzung von physikalisch- technischen Aufgaben an den Fahrzeugentwickler dar. Beispielhaft zeigt Abb. 3.1 die Anforderungen an die Karosserie, d. h. bauteilbezogen [1] und Abb. 3.2 die funktionsbezogene Vernetzung unterschiedlicher Anforderungen an das Gesamtfahrzeug und für die einzelnen Subsysteme [2]. Die physikalischen Grundgesetze und deren Auswirkungen auf die verschiedenen Teilgebiete sind bei der Auslegung des Fahrzeuges besonders zu berücksichtigen. Analog gilt dies auch für Fahrzeuge mit reinem Elektromotor (Batterie oder Brennstoffzelle). Ein sehr aktuelles Beispiel ist der Verbrauch an elektrischer Energie »on board« des Fahrzeuges. Er kann eine Größenordnung von einem Äquivalent von bis zu 3 l/100 km annehmen. Die Fahrzeugphysik erfordert die vernetzte Betrachtung aller Anforderungen innerhalb des Produktentstehungsprozesses. Dies gilt verstärkt für die elektrisch/elektronischen Komponenten, wo neue Hard- und Softwarestrukturen nach dem Motto, 1+1+Vernetzung ist leistungsfähiger als 2, im Bordnetz einsetzen müssen. Nicht die Optimierung einer einzelnen Eigenschaft oder Größe, sondern die Leistungsfähigkeit desGesamtsystems entscheidet über den Produkterfolg.

Dr.-Ing. Carsten Repmann, Dr. Andreas Eilemann, Dr. Eberhardt Pantow, Dr. Markus Wawzyniak, Dr.-Ing. Mihiar Ayoubi, Prof.Dr.-Ing. Ulrich Seiffert

10. Werkstoffe und Fertigungsverfahren

Dr. rer. Pol. Dipl. -Ing. Ludwig Hamm, Dipl.-Ing. Volker Peitz, Berthold Krautkrämer, Reinhart Malik, Dr. Peter Solfrank, Dr.-Ing. Robert Plank

5. Kombinationen von Antriebssystemen, Energieträgern, -wandlern und -speichern

Die Bewertung der Antriebssysteme für Automobile nach Energiebedarf und -ressourcen, sowie nach ökologischen, technischen und wirtschaftlichen Kriterien führt zu der Schlussfolgerung, dass eine universell einsetzbare Konfiguration als optimale Form nicht realistisch ist. Vielmehr sprechen spezifische Vorteile für anpassungsfähige Kombinationen, auf Basis kompatibler Funktionsmodule. Die Entwicklungstrends lassen folgende Merkmale erkennen:

– Die Emissionen von Schadstoffen sowie von Kohlendioxid werden weiter drastisch limitiert; die Anforderung nach „Null-Emission“ Fahrzeugen in Ballungsgebieten sowie in Naturschutzregionen werden schnell zunehmen.

– Der Anspruch nach Komfort, Leistung und Elastizität des Antriebs wird die zukünftige Akzeptanz prägen.

– Die starke Entwicklung elektronischer Systeme empfiehlt die Integration der Antriebssteuerung in das Gesamtsystem von Antriebsmanagement bis zur Verkehrssteuerung.

4. Elektrische Antriebe

Elektromotoren haben als Antriebe für Automobile bemerkenswerte Vorteile:

– Die Drehmomentcharakteristik ist nahezu ideal, bereits ab der Drehzahl Null kann annähernd das maximale Drehmoment erreicht werden. Die Beschleunigung des Fahrzeugs vom Stillstand übertrifft dadurch Werte, die mittels moderner Dieselmotoren, Ottomotoren mit mechanischem Lader oder generell Kolbenmotoren mit höherer Leistung erreichbar sind.

– Getriebe und dadurch auch Kupplung sind bei der vorhandenen Drehmomentcharakteristik nicht erforderlich. Der Elektromotor ersetzt mittels eigener Charakteristik ein aufwendiges Automatikgetriebe, welches bei Kolbenmotoren für die gleiche Funktion eingesetzt werden muss.

– Radantriebe mit integriertem Elektromotor erlauben eine wahlweise Zu- und Abschaltung nach vielfältigen Kriterien: Vier- oder Zweiradantrieb (Vorderachse oder Hinterachse), Einschaltung paarweise in Abhängigkeit von Lastanforderung, elektronisch steuerbare Stabilisierung der Fahrdynamik, ähnlich einem ESP System in effizienterer Form; Radantriebe lassen darüber hinaus mehr Raum für die Gestaltung der anderen Funktionsmodule in der Karosserie zu.

9. Ausblick zu Polymer Engineering

Die folgenden kurzen Teilkapitel befassen sich überwiegend mit technischen Inventionen, die schon auf dem Weg zu Innovationen sind oder als Hoffnungsträger einmal den Markt erobern sollen. Entscheidend für einen Ausblick sind aber vor allem die wirtschaftlichen Strukturen der die Technik umsetzenden Firmen.

Peter Eyerer

VIII.. Successful Practice Unternehmen

6. Energieanwendung im Verkehr (Transportwesen)

Maßgebend für die Entwicklung des Endenergieumsatzes im Verkehr sind die Verkehrsleistungen im betrachteten Zeitraum sowie der spezifische Energiebedarf der einzelnen Verkehrsmittel.

2. Antriebstrang- und Getriebekonzepte für PKW und Nutzfahrzeuge

Bevor in den nächsten Kapiteln mit der quantitativen Beschreibung von Antriebsträngen und deren Komponenten begonnen wird, soll ein überblick über die verschiedenen Konzepte zur Anordnung von Verbrennungsmotor und Getriebe im Fahrzeug gegeben werden. Dabei wird in den Abschnitten 2.1 und 2.2 zunächst auf die beim PKW dominierenden Antriebsarten mit einer angetriebenen Achse als

Front

- oder

Hecktriebler

eingegangen, ohne zwischen Handschalter, Stufenautomatik oder Doppelkupplungsgetriebe zu unterscheiden. Anschließend werden die Besonderheiten des Allradantriebs sowie die Sonderformen von Sportwagen mit Mittelmotor besprochen. Auf die Besonderheiten leichter Nutzfahrzeuge, die durch das höhere zulässige Gesamtgewicht stärker beansprucht werden, wird dabei an entsprechenden Stellen kurz eingegangen. Als nächstes wird in Abschnitt 2.4 ein überblick über die Antriebstrangkonfigurationen von Nutzfahrzeugen und Bussen gegeben, auch hier wieder weitestgehend losgelöst von der Art der Betätigung von Schalt- und Anfahrkupplung sowie des Gangwechsels. Der Schwerpunkt liegt hier auf den Anwendungsgebieten der verschiedenen Antriebstrangkonfigurationen und weniger auf der konstruktiven Ausführung von Details.

5. Architektur, Komponenten und Baugruppen automatisch schaltender PKW-Getriebe

In diesem Kapitel werden nach der Diskussion der Komponenten manueller Schaltgetriebe die Eigenschaften und — soweit möglich — Auslegungskriterien für die verschiedenen automatisch schaltenden Getriebekonzepte, vgl. auch Abschnitte 2.5 und 2.7, besprochen. Vorbereitend wird zunächst in Abschnitt 5.1 eine sehr makroskopische Beschreibung

1

der Kommunikation zwischen Getriebe und Motor bzw. Fahrzeug gegeben, die für die verschiedenen automatischen Getriebe gleichermaßen notwendig ist, um in Wechselwirkung mit dem Motor und dem Fahrzustand des Fahrzeugs jeweils die bestmögliche Übersetzung automatisch einlegen oder anfahren zu können.

8. Leistungsübertragung in Hybridfahrzeugen

Äußerlich unterscheiden sich die Hybridfahrzeuge nicht von Fahrzeugen mit konventionellem Verbrennungsantrieb, vgl. Abbildung 8.1; die Integration des zusätzlichen Antriebs erfordert jedoch stets eine sorgfältige Analyse des verfügbaren Bauraums, vor allem im Motorraum. Um aus der Vielzahl der Möglichkeiten die bestgeeignete Konfiguration in einer möglichst optimalen Auslegung zu finden, bedarf es einer genauen Analyse der Randbedingungen von Fahrzeug und Nutzungsprofil. So können die Vorteile beider Antriebsarten kombiniert, Synergieeffekte genutzt und das systemimmanente Problem des doppelten Antriebs (Gewicht, Raumbedarf, Kosten, etc.) begrenzt werden.

4. Auslegung und Charakteristika spezieller Systeme und Baugruppen von manuellen Schaltgetrieben

In Kapitel 2 wurden alle wichtigen Antriebstrangkonzepte für Personenkraftwagen sowie repräsentative Nutzfahrzeugantriebstränge qualitativ analysiert. Anschließend wurden die Merkmale von Fahrzeuggetrieben diskutiert. Ferner wurden in Kapitel 3 ausgewählte Kriterien für die Auslegung von Getriebekenngrößen auf der Fahrzeugebene sowie zu Dimensionierungskollektiven und Lastannahmen für Schaltgetriebe als ein Schwerpunkt dieses Buches besprochen. In diesem Kapitel schließt sich nun — dem Leistungsfluss durch das Getriebe folgend — die Beschreibung der wichtigsten Komponenten von Handschaltgetrieben und deren Auslegung an.

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