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Mahle entwickelt intelligente Motorkomponenten

Die smarten Komponenten überwachen Betriebszustände in Echtzeit.

Auch die Kolben in Verbrennern können "smart" werden. | Foto: Mahle
Auch die Kolben in Verbrennern können "smart" werden. | Foto: Mahle
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Gregor Soller

Auch die Motorenbauteile können „smart“ ausgelegt werden. Daran arbeitet Mahle mit Hochdruck. Denn intelligente Motorkomponenten sind nicht nur ein wertvolles Werkzeug für Motorenentwickler; sie könnten künftig auch als „Frühwarner“ in Motoren eingesetzt werden, um den Betriebszustand zu überwachen und eine lange Lebensdauer zu gewährleisten.

Wie sieht das konkret aus? So können intelligente Lagerschalen von Mahle Betriebszustände in Echtzeit überwachen. Und sie ermöglichen einen genauen Blick auf die Temperaturzustände im Gleitlager. Die identische Messtechnik nutzt Mahle für ein neuartiges Kolbenüberwa­chungskonzept, bei dem die Messdaten kabellos übertragen werden und der Energiebedarf der Sensoren via „Energy Harvesting“ aus der Bewegung des Kolbens gedeckt wird.

Das Ganze kann man aber nicht nur in der Entwicklung nutzen, sondern damit auch die Effizienz steigern, denn: Intelligente Motorkomponenten erleichtern als Entwicklungswerkzeug die genaue Analyse von Temperatur- oder Druckverhältnissen an bewegten Komponenten wie Kolben, Ventilen oder Gleitlagern. Die erforderliche Schmierölversorgung und Kühlung von Motorkomponenten kann damit betriebs­punktspezifisch so ausgelegt werden, dass einerseits keine Schäden durch zu hohe Temperaturen oder Mangelschmierung entstehen und andererseits aber die Kühl- und Schmierölmenge so gering wie möglich eingestellt werden kann. So werden unnötige Leistungsverluste vermieden und die Effizienz des Motors gesteigert.

Durch die Messung der relevanten Temperaturen und Drücke unmittelbar vor Ort – zum Beispiel im Lagerspalt des Gleitlagers oder im Kühlkanal des Kolbens – können die Betriebsgrenzen der Bauteile im realen Betrieb präziser bestimmt werden. Außerdem kann der Motor so abgestimmt und kalibriert werden, dass er ohne Risikoerhöhung viel näher an seinen Grenzen ausfallsicher betrieben werden kann. Dadurch werden bisher nicht erschlossene Potenziale zur Steigerung des thermodynamischen und mechanischen Wirkungsgrades nutzbar gemacht.

Denn um bei äußeren Einflüssen, wie beispielsweise Kraftstoff­qualitäten und Ansauglufttemperatur, eine Beschädigung des Motors zu verhindern, muss bei der heutigen Auslegung ohne intelligente Sensorik ein erhöhter Sicherheitsfaktor eingehalten werden. Ein Kolben mit Sensorik hingegen würde eine höhere permanente Auslastung erlauben und zudem eine transiente Überlastung des Kolbens in der Warmlaufphase verhindern.

Was bedeutet das?

Aktuell werden die intelligenten Motorkomponenten von Mahle noch als Entwicklungswerkzeug für die Motorkonstruktion genutzt. Doch Mahle plant, die smarten Bauteile in die Großserienfertigung für den Einsatz in Serienmotoren zu bringen. So lassen sich Bauteilgrenzen voll auszuschöpfen und damit Gewicht und Energie sparen, anderer­seits könnte man einen sich andeutenden Schadensfall frühzeitig zu erkennen und rechtzeitig darauf reagieren.

 

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