Leichte Nfz-Kühlsysteme für EURO VI


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Stuttgart, September 2014 – Mit den anspruchsvollen Grenzwerten der Abgasnorm EURO VI sind die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit des Kühlsystems im Nutzfahrzeug nochmals gestiegen. MAHLE ist es durch konstruktiven Leichtbau und Kühlkomponenten mit gesteigerter spezifischer Leistung gelungen, das Kühlsystem ohne Mehrgewicht und Mehrverbrauch an diese höheren Ansprüche anzupassen. Im Hintergrund regeln Thermostate intelligent den Wärmehaushalt der Motoren.

Im kostensensiblen Nutzfahrzeugsegment ist die Transporteffizienz ein wesentliches Kaufargument. Entsprechend hoch ist der Druck auf die Entwicklung, effiziente Antriebe zu vertretbaren Kosten und möglichst ohne Mehrgewicht zu realisieren. Mit Einführung der EURO-VI-Abgasnorm wurde einerseits die Peripherie der Antriebe komplexer und der Kraftstoffverbrauch – theoretisch – tendenziell höher. Trotzdem weisen die neuen EURO-VI-Fahrzeuge einen ähnlichen oder sogar niedrigeren Kraftstoffverbrauch als EURO-V-Varianten auf – dank umfangreicher Fortschritte in der Antriebsentwicklung. Dass dabei das Gewicht nicht ansteigen muss, hat MAHLE eindrucksvoll mit dem Kühlsystem für EURO-VI-Fahrzeuge demonstriert.

Als eine der motorischen Maßnahmen zur Erfüllung der EURO-VI-Grenzwerte hat sich nahezu flächendeckend die gekühlte Abgasrückführung (AGR) etabliert. Ihr wesentlicher Vorteil ist die Darstellung niedriger spezifischer Kraftstoffverbräuche bei geringen NOX-Emissionen. Allerdings resultiert daraus ein höherer Kühlleistungsbedarf, der ohne Verbrauchsnachteile kompensiert werden muss. Möglich ist das durch eine im Vergleich mit EURO-V-Systemen um bis zu 25 Prozent größere Kühlanlage mit aerodynamischen Optimierungen. Um diese allerdings ohne Mehrgewicht darzustellen, sind umfangreiche Maßnahmen erforderlich. Diese liegen einerseits in konstruktivem Leichtbau und andererseits in der Steigerung der spezifischen Leistung der Komponenten.

Das Herzstück der Motorkühlung ist der Kühlmittelkühler, der die Motorabwärme an die Umgebungsluft abgeben muss. Neben der Leistungssteigerung musste auch eine deutlich höhere Betriebsfestigkeit erzielt werden. Die Druck- und Temperaturwechselbelastungen steigen sowohl in ihrer Intensität, zum Beispiel bedingt durch Systemdrücke und Pumpenleistung, als auch in ihrer Häufigkeit, zum Beispiel durch Reglungseingriffe. Gleichzeitig steigt die Ziellebensdauer der Produkte auf 1,6 Millionen Kilometer. Durch eine deutliche Erhöhung der Leistungsdichte sowie durch Leichtbaumaßnahmen konnte trotz der erhöhten Anforderungen der Gewichtsanstieg durch die größere Kühlerfläche nicht nur vermieden, sondern überkompensiert werden. Für die Leistungssteigerung waren eine Optimierung der Kühlluftrippen und der Kühlmittelrohre erforderlich. Um bei erhöhter Festigkeit das Gewicht zu reduzieren, wurden dünnwandigere druckfeste Mehrkammerrohre entwickelt. Um die für die Festigkeit entscheidende Rohr-Boden-Verbindung zu entlasten, wurden neuartige Rohrdurchzugsgeometrien eingeführt.

Der Ladeluftkühler musste durch die Einführung von EURO VI nur geringfügig vergrößert werden, da durch die Verwendung von AGR zwar der Ladedruck und die Turboladeraustrittstemperaturen steigen, die Luftzahl aber abnimmt. Die höheren Temperaturen und Drücke führen in Kombination mit VTG-Turboladern ebenfalls zu einer signifikanten Erhöhung der Belastungen. Ähnlich wie beim Kühlmittelkühler konnte auch hier durch eine Optimierung aller Einzelteile die Leistungsdichte gesteigert und die Wanddicken reduziert werden.

Mit den größeren Kühlmodulen einher geht auch der Bedarf nach größeren Lüftern. CFD-basierte Leistungsdichtesteigerung und FEA (Finite Elemente Analyse)-gestützte Strukturoptimierung ermöglichen auch hier eine Umsetzung der höheren Leistungsanforderungen bei gleichzeitig reduziertem Gewicht.

Der AGR-Kühler schließlich stellt häufig ein zusätzliches, neues Bauteil dar, das zwangsläufig zu Mehrgewicht führt. Die bewährte und robuste Wingletrohrtechnologie von MAHLE konnte auch hier weiterentwickelt werden. Der Druckverlust im verschmutzten Zustand ist eine wichtige Größe, nach der die Kühler dimensioniert werden, damit auch dann noch die für die Emissionsreduzierung erforderlichen AGR-Raten eingehalten werden können. Durch eine Weiterentwicklung der Winglet-geometrie konnte dieser Druckverlust um 25 Prozent reduziert werden. Dies ermöglicht die Reduzierung der Rohrzahl um bis zu 15 Prozent.

In Summe konnten der konstruktive Leichtbau und eine höhere Leistungsdichte aller Kühlungskomponenten die eigentlich zu erwartende Gewichtszunahme des leistungsgesteigerten Kühlsystems vollständig kompensieren. Ebenso können die optimierten MAHLE Kühlkomponenten die theoretisch zu erwartende Verbrauchserhöhung von bis zu zwei Prozent im Vergleich zu EURO-V-Kühlanlagen verhindern.

Im Aftermarket bietet MAHLE für die Nutzfahrzeug-Kühlsysteme ein breites Portfolio an Thermostaten an, die mit der Kühlmitteltemperatur den Wärmehaushalt des Motors regeln. Etwa Dehnstoffelemente, die bei Erwärmung des Dehnstoffs (Wachs) einen Kolben bewegen. Die Dehnstoffelemente von MAHLE sind wartungsfrei, langlebig und für eine Vielzahl von Regelbereichen innerhalb der Temperaturspanne von –20 °C bis +130 °C verfügbar. Je nachdem, wie hochintegriert Fahrzeughersteller die Dehnstoffelemente wünschen, sind sie bereits in Thermostateinsätzen, Integralthermostaten oder gleich in Gehäusethermostaten eingebaut. Die effektivsten Manager im Thermosystem sind Kennfeldthermostate: bei ihnen ist in den Dehnstoff bereits ein elektrischer Heizwiderstand integriert. Dadurch können sie elektrisch angesteuert werden und viel schneller auf die Motortemperatur Einfluss nehmen.

Gedruckte und digitale Produktkataloge bieten einen raschen Überblick über das Aftermarket-Produktprogramm in Erstausrüstungsqualität. Damit das richtige Produkt fachgerecht verbaut wird, kann die Werkstatt auf einen umfangreichen MAHLE Service zurückgreifen. Webbasierte technische Informationen und eine Telefonhotline lassen keine Fragen offen. Für eine fachgerechte Reparatur sorgen produktspezifische Einbauanleitungen, technische Schulungen und die richtige Werkstattausrüstung von MAHLE. Zusammen mit einem dichten Netz an Service- und Vertriebspartnern steht somit eine durchgängige Produkt- und Problemlösungskette zur Verfügung. MAHLE der kompetente Lösungsanbieter im Aftermarket.

Über MAHLE

MAHLE ist der weltweit führende Hersteller von Komponenten und Systemen für den Verbrennungsmotor und dessen Peripherie sowie zur Fahrzeugklimatisierung und Motorkühlung. Rund 64.000 Mitarbeiter werden 2014 an 140 Produktionsstandorten sowie in zehn großen Forschungs- und Entwicklungszentren voraussichtlich einen Umsatz von rund zehn Milliarden Euro erwirtschaften.

Über MAHLE Aftermarket

MAHLE Aftermarket, der auf Ersatzteile und Service spezialisierte Geschäftsbereich, nutzt das Know-how aus der Serienfertigung der Erstausrüstung für das Produktprogramm im automobilen Aftermarket und beliefert Partner in Handel, Werkstatt und Motorinstandsetzung. MAHLE Aftermarket ist weltweit an 23 Standorten und weiteren Vertriebsbüros mit 1.670 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern vertreten. Der Geschäftsbereich verzeichnete 2013 weltweit ein Umsatzvolumen von 805 Millionen Euro.

Mehr über die MAHLE Aftermarket GmbH erfahren Sie unter: www.mahle-aftermarket.com