Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Qualifizierung von Stahlgehäusen für Verdichter einer neuen Generation von Kfz-Klimaanlagen

15.08.2007
Für eine neue Generation von umweltneutralen mit CO2 als Kältemittel betriebenen Kfz-Klimaanlagen wurde als Demonstrator ein Verdichter entwickelt und erprobt, dessen Gehäuse aus Stahl hergestellt ist. Sämtliche derzeitigen mit dem konventionellen Kältemittel R134a betriebenen Verdichtern in Kfz für Klimaanlagen sind mit einem Aluminium-Druckgussgehäuse ausgeführt, ebenso wie die für erste Tests im Rahmen von Machbarkeitsstudien zu CO2-Systemen gebauten Verdichter.

Mit dem Gehäuse aus dem Werkstoff Stahl wurde somit ein neuer Weg beschritten. Der Grund hierfür war, dass bei den neuen Verdichtern mit deutlich höheren Gehäuseinnendrücken bis 132 bar und Temperaturen bis 150 °C für Klimaanlagen zu rechnen ist, die eine Zeitstandbeanspruchung des Aluminiums bewirken dürften, mit der ein mögliches Dauerfestigkeitsproblem und nicht tolerierbare Kriechdehnungen zu erwarten sind. Bei Stahl hingegen ist Kriechen im Temperaturbereich bis 300 °C zu vernachlässigen.

Für das Stahlgehäuse bot sich im Hinblick auf eine möglichst kostengünstige Fertigung eine zylindrische Form an. Um die mechanische Bearbeitung auf ein Minimum zu reduzieren, wurde diese über Kaltfließpressen vorgeformt. Im Rahmen des Vorhabens wurden mehrere Entwicklungsstufen des Gehäuses erprobt. Die letzte stellt eine Schweißkonstruktion dar. Der zylindrische Bereich des Gehäuses mit Boden (Housing Tube) ist aus Werkstoff S420NL (1.8912) kaltfließgepresst, das sogenannte Insert, das im Wesentlichen die Lagerung der Antriebswelle übernimmt, ist aus Werkstoff S460N (1.8901) spanend gefertigt und über eine Laser-Rundnaht in den Gehäuseboden eingeschweißt.

Das Festigkeits- und Lebensdauerpotential des Gehäuses wurde sowohl experimentell anhand von Berst- und Schwingversuchen als auch numerisch über Finite Elemente Analysen untersucht. Die Charakterisierung des Gehäusewerkstoffes, der Nahtqualität und des Zustandes der Gehäuse nach den experimentellen Erprobungen erfolgte über mechanisch-technologische, zerstörungsfreie, metallografische und fraktografische Prüfmethoden. Parallel hierzu wurde vom Verdichterhersteller die in den R134a-Anlagen bewährte Verdichtertechnik an die zylindrische Gehäuseform angepasst, für die wesentlich höheren Betriebsdrücke und -temperaturen neu ausgelegt und in Prüfstandsuntersuchungen erprobt und ertüchtigt.

... mehr zu:
»Kfz-Klimaanlage »Kältemittel

Für die das Vorhaben abschließenden Gehäuseuntersuchungen wurden zwei Erprobungsserien zu je zwanzig Gehäusen gefertigt. Hiervon wurden neun vor allem in dem mit besonderem Augenmerk zu betrachtenden Bereich der Laser-Rundnaht zerstörungsfrei und metallografisch untersucht. Bis auf Poren, die primär im Nahtauslauf auftraten, ergaben sich keine Befunde, die negativ zu bewerten waren. Bei den durchgeführten Berst- und Schwingversuchen trat in keinem Fall ein durch die Poren initiiertes Versagen auf. Die Lebensdauerbewertung der Gehäuse erfolgte anhand der aus Finite Elemente Analysen und Bauteil-Schwingversuchen erzielten Ergebnisse. Hierzu herangezogen wurden die zwei Betriebslastfälle "Extrembetrieb" (Einschalten der Klimaanlage unter sehr hohen Umgebungstemperaturen) und "AC-Normalbetrieb". Für ersteren ergab sich auf der Basis der vorgegebenen Betriebszyklen eine Schwingspielsicherheit von S ? 300. Für den "AC-Normalbetrieb" ist unter der Maßgabe der Definition der Gehäusedauerfestigkeit mit N ? 107 Schwingspielen bei einer Betriebsdauer von 5000 h eine Gehäuseausfallwahrscheinlichkeit von 0,1 bis 1,0 % anzusetzen. Mit zwei Gehäusen, die für den Belastungsfall "Extrembetrieb" erprobt wurden und hierbei N ? 107 Schwingspiele ertrugen, was quasi gleichzusetzen ist mit dem Betriebsende (Ende of Life, EOL), wurden bei 150 °C und -40 °C Berstversuche durchgeführt. Die erzielten Maximaldrücke lagen jeweils über den von SAE für die Gehäuse im EOL-Zustand geforderten Mindest-Versagensdrücken. In keinem Fall trat Versagen durch Bersten auf, sondern jeweils infolge Undichtheit an der Abdichtung der Schraubverbindung zwischen Gehäuse und Zylinderkopf.

Die erzielten Untersuchungsergebnisse beschreiben somit einen Stand des Verdichtergehäuses aus Stahl, der als gute Basis für die Optimierung des Gehäuses hin zur Serienreife betrachtet werden kann. Gegenüber Aluminiumgehäusen dürfte sich hierbei als Vorteil erweisen, dass ein mögliches, die Lebensdauer beeinflussendes Kriechverhalten bei den gegebenen Betriebstemperaturen beim Werkstoff Stahl nicht zu erwarten ist.

Das Forschungsvorhaben wurde an der Materialprüfungsanstalt Universität Stuttgart, unter fachlicher Koordination der FOSTA - Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V. durchgeführt. Eine finanzielle Förderung erfolgte durch die Stiftung Stahlanwendungsforschung, Essen.

Der Forschungsbericht umfasst 192 Seiten und enthält 124 Abbildungen/Tabellen. Schutzgebühr: € 46,00 inkl. MWSt. zzgl. Versandkosten, ISBN 3-937567-45-3.

Rainer Salomon | idw
Weitere Informationen:
http://www.stahlforschung.de

Weitere Berichte zu: Kfz-Klimaanlage Kältemittel

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Automotive:

nachricht Wichtige Schritte auf dem Weg zum automatisierten Fahren
29.03.2018 | Universität Bremen

nachricht Es wird noch heller: Innovative Leuchten in der Automobilindustrie
28.03.2018 | Technische Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Automotive >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Starke IT-Sicherheit für das Auto der Zukunft – Forschungsverbund entwickelt neue Ansätze

Je mehr die Elektronik Autos lenkt, beschleunigt und bremst, desto wichtiger wird der Schutz vor Cyber-Angriffen. Deshalb erarbeiten 15 Partner aus Industrie und Wissenschaft in den kommenden drei Jahren neue Ansätze für die IT-Sicherheit im selbstfahrenden Auto. Das Verbundvorhaben unter dem Namen „Security For Connected, Autonomous Cars (SecForCARs) wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung mit 7,2 Millionen Euro gefördert. Infineon leitet das Projekt.

Bereits heute bieten Fahrzeuge vielfältige Kommunikationsschnittstellen und immer mehr automatisierte Fahrfunktionen, wie beispielsweise Abstands- und...

Im Focus: Powerful IT security for the car of the future – research alliance develops new approaches

The more electronics steer, accelerate and brake cars, the more important it is to protect them against cyber-attacks. That is why 15 partners from industry and academia will work together over the next three years on new approaches to IT security in self-driving cars. The joint project goes by the name Security For Connected, Autonomous Cars (SecForCARs) and has funding of €7.2 million from the German Federal Ministry of Education and Research. Infineon is leading the project.

Vehicles already offer diverse communication interfaces and more and more automated functions, such as distance and lane-keeping assist systems. At the same...

Im Focus: Mit Hilfe molekularer Schalter lassen sich künftig neuartige Bauelemente entwickeln

Einem Forscherteam unter Führung von Physikern der Technischen Universität München (TUM) ist es gelungen, spezielle Moleküle mit einer angelegten Spannung zwischen zwei strukturell unterschiedlichen Zuständen hin und her zu schalten. Derartige Nano-Schalter könnten Basis für neuartige Bauelemente sein, die auf Silizium basierende Komponenten durch organische Moleküle ersetzen.

Die Entwicklung neuer elektronischer Technologien fordert eine ständige Verkleinerung funktioneller Komponenten. Physikern der TU München ist es im Rahmen...

Im Focus: Molecular switch will facilitate the development of pioneering electro-optical devices

A research team led by physicists at the Technical University of Munich (TUM) has developed molecular nanoswitches that can be toggled between two structurally different states using an applied voltage. They can serve as the basis for a pioneering class of devices that could replace silicon-based components with organic molecules.

The development of new electronic technologies drives the incessant reduction of functional component sizes. In the context of an international collaborative...

Im Focus: GRACE Follow-On erfolgreich gestartet: Das Satelliten-Tandem dokumentiert den globalen Wandel

Die Satellitenmission GRACE-FO ist gestartet. Am 22. Mai um 21.47 Uhr (MESZ) hoben die beiden Satelliten des GFZ und der NASA an Bord einer Falcon-9-Rakete von der Vandenberg Air Force Base (Kalifornien) ab und wurden in eine polare Umlaufbahn gebracht. Dort nehmen sie in den kommenden Monaten ihre endgültige Position ein. Die NASA meldete 30 Minuten später, dass der Kontakt zu den Satelliten in ihrem Zielorbit erfolgreich hergestellt wurde. GRACE Follow-On wird das Erdschwerefeld und dessen räumliche und zeitliche Variationen sehr genau vermessen. Sie ermöglicht damit präzise Aussagen zum globalen Wandel, insbesondere zu Änderungen im Wasserhaushalt, etwa dem Verlust von Eismassen.

Potsdam, 22. Mai 2018: Die deutsch-amerikanische Satellitenmission GRACE-FO (Gravity Recovery And Climate Experiment Follow On) ist erfolgreich gestartet. Am...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Im Fokus: Klimaangepasste Pflanzen

25.05.2018 | Veranstaltungen

Größter Astronomie-Kongress kommt nach Wien

24.05.2018 | Veranstaltungen

22. Business Forum Qualität: Vom Smart Device bis zum Digital Twin

22.05.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Berufsausbildung mit Zukunft

25.05.2018 | Unternehmensmeldung

Untersuchung der Zellmembran: Forscher entwickeln Stoff, der wichtigen Membranbestandteil nachahmt

25.05.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Starke IT-Sicherheit für das Auto der Zukunft – Forschungsverbund entwickelt neue Ansätze

25.05.2018 | Informationstechnologie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics