Ziel der Entwicklung

Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen müssen wegen der hohen Temperaturen, die beim Verbrennen des Kraftstoffes entstehen, durch ein Motorkühlsystem gegen eine Überhitzung der Bauteile geschützt werden. Der Alterungsprozess mit der Verschmutzung von Kühlmittelkühlern (KMK) bewirkt eine Abnahme der Wärmeübertragung und eine Verringerung der Kühlleistung. Am Anfang kann das Kühlsystem durch erhöhte Massenströme und eine höhere Kühlmitteltemperatur dies noch ausgleichen. Der Preis hierfür ist ein erhöhter Energiebedarf und ein größerer Kraftstoffverbrauch mit erhöhter Schadstoffemission. Mit zunehmender Verschmutzung wird dann ein Arbeitspunkt am Kühlsystem erreicht, der nicht mehr für eine ausreichende Motorkühlung sorgt. Ziel des Vorhabens war die Entwicklung, der Bau und die Erprobung einer Vorrichtung zur Simulation, Charakterisierung und Bewertung von verschiedenen Betriebszuständen (Alterungszuständen) für die Luftseite des KMK. Die Simulation des Alterungszustands, der sich als Verschmutzung der Kühlflächen darstellt, ist innovativ durch einen komplexen Bestaubungsvorgang zu realisieren. Sowohl Vorrichtung als auch Simulationsvorgang soll unter definierten und reproduzierbaren Prüfbedingungen arbeiten. Die Nachbildung der Alterungszustände war praxisrelevant, zeit- und kostenmoderat zu gestalten.

Vorteile und Lösungen

Im Ergebnis wurden eine Vorrichtung und ein Verfahren entwickelt, welche praxisnah und reproduzierbar die luftseitige Verschmutzung und das dadurch veränderte Wärmeübertragungs-verhalten von KMK abbildet. Es können bereits geringste Veränderung des Wärme-übertragungsverhaltens unterhalb von einem Prozent detektiert werden. Dies setzt allerdings eine präzise Kalibrierung der MSR- Technik voraus. Für den Bestaubungsvorgang wurde aus der Analyse von Kühlern, welche zirka eine Million Kilometer in Nutzfahrzeugen auf der Straße unterwegs waren, eine äquivalente Staubmischung für die luftseitige Verschmutzung entwickelt. Dabei wurden auch die Dosier- und Dispergierparameter so bestimmt, dass eine Einlagerung des Staubes nicht nur auf der Anströmfläche des KMK erfolgt, sondern in der Tiefe auch Ablagerungen erfolgen. Dies wurde auch durch eine Vielzahl von staubtechnischen Analysen flankiert und nachgewiesen. Die auf Basis der Messungen gewonnen Erkenntnisse können von den Unternehmen direkt in die Serienentwicklung überführt werden.

Zielgruppe und Zielmarkt

Allerdings hat sich der Fokus der Nutzung etwas verschoben; aufgrund der industriepolitischen Entwicklungen der letzten zwei Jahre werden Entwicklungen im PKW-Bereich mit Verbrennungsmotoren nicht mehr so forciert betrachtet. Dagegen hat sich ein weiterer Nutzungsbereich der Ergebnisse auf dem Gebiet der Wärmeübertrager für die Luft- und Kältetechnik eröffnet. Die Bestrebungen der Ergebnisnutzung im Bereich der Nutzfahrzeuge und Baumaschinen sind nach wie vor aktuell.