Motoren- und Heißgasprüfstände: komplette Abgassysteme eins zu eins wie im Fahrzeug aufbauen

Pulsierende Last, stabile Führung

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Innerhalb weniger Jahre hat der hier vorgestellte Abgastechnikspezialist aus Altensteig seine Kapazitäten in der Abteilung Versuch zum zweiten Mal erweitert. Zu den Highligts des Entwicklungszentrums gehören zwei Heißgasprüfstände für die motorunabhängige Erprobung kompletter Abgassysteme für Pkw, Nutzfahrzeuge und Off-Highway-Anwendungen.

Der Beitrag stammt von der Boysen GmbH & Co. KG, Altensteig

Im Jahr 2011 ist die Boysen Gruppe weiter gewachsen: Vorläufigen Zahlen zufolge erwirtschaftete der Spezialist für Abgastechnik im gerade zu Ende gegangenen Geschäftsjahr mit 1850 Mitarbeitern einen Umsatz in Höhe von 940 Mio. €. Rund 90 % des Umsatzvolumens entfallen auf die drei Hauptkunden Audi, BMW und Daimler. Seit einigen Jahren rückt der Automobilzulieferer mit neuen Produktionswerken möglichst nahe an die Fertigungsstandorte der Fahrzeughersteller heran. Außer in Deutschland produziert Boysen derzeit in Frankreich, Indien, Ägypten, China und den USA. Forschung und Entwicklung konzentriert das Unternehmen aber nach wie vor am Stammsitz in Altensteig. Im Entwicklungs- und Verwaltungszentrum (EVZ) arbeiten Techniker und Ingenieure aus den Abteilungen Vorentwicklung, Konstruktion, Prototypenbau und Versuch praktisch Hand in Hand.
Anfang der neunziger Jahre des vorigen Jahrhunderts hat Geschäftsführer Rolf Geisel einen Masterplan für die Gestaltung des EVZ ausarbeiten lassen. Seither ist an dem Standort im Gewann Bömbach kein Stein auf dem anderen geblieben. Jüngster Ausbauschritt war die Errichtung des dritten Versuchsgebäudes TEV3. Mit dessen Fertigstellung nimmt die Abteilung Versuch innerhalb des EVZ den größten Raum ein. 18 Mio. € hat Boysen in den Jahren 2008 bis 2010 in den Neubau investiert. „Der gestiegene Bedarf an Prüfstandskapazitäten war nur ein Grund für den Bau des TEV3“, sagt der Abteilungsleiter Versuch, Heinz Kornherr. „Es ging vor allem darum, Raum zu schaffen für neuartige Prüfstandstechnik, unter anderem mit Blick auf die geplante Ausweitung unserer Aktivitäten auf den Bereich Nutzfahrzeuge und Off-Highway-Anwendungen.“
Wichtig: motorunabhängige Erprobung
Das neue Versuchsgebäude beherbergt im Erdgeschoss auf 1000 m² zwei Heißgas- und zwei Motorenprüfstände, je einen Hotshake-, einen Komponenten- und einen Biegewechselprüfstand, ferner ein Elektroniklabor sowie vier Montageplätze, die bei Bedarf zusammengefasst werden können. Der Montagebereich leistet einen wichtigen Beitrag zur effizienten Nutzung der Prüfstandskapazitäten, dadurch dass durch die teilweise sehr zeitaufwändigen Versuchsvorbereitungen kein Prüfstand blockiert wird. „Der Tagessatz für einen Prüfstand beträgt ein Vielfaches der Kosten für einen Montageplatz“, so Kornherr. Zu den Highlights des TEV3 zählt er die beiden Heißgasprüfstände für die motorunabhängige Erprobung kompletter Abgassysteme. Beide sind mit Heißgaserzeugern mit einer Leistung von je 550 kW, einem Massendurchsatz von 2,1 t/h pro Stunde, bei einem Gasdruck von 10 bar absolut und einer Gastemperatur von bis zu 1100 °C ausgerüstet.
Den Trend zur motorunabhängigen Erprobung hat Boysen frühzeitig erkannt. Aufgrund der zunehmenden Komplexität der Entwicklungsprozesse und der hohen Kosten stehen Prototypenmotoren tendenziell immer später und in immer geringerer Stückzahl zur Verfügung. Um dem Mangel an Motoren zu begegnen, hat das Unternehmen bereits beim Bau des zweiten Versuchsgebäudes den ersten Heißgasprüfstand eingerichtet. „Unser 800 Kilowatt Heißgaserzeuger ist meines Wissens bis heute einzigartig in der Branche“, betont Kornherr.
Die neue Generation Heißgaserzeuger im TEV3 reicht in puncto Nennleistung zwar nicht ganz an das frühere Modell heran. Dafür bauen die neuen Generatoren kompakter und sind im Betrieb sehr viel dynamischer: ein wichtiger Fortschritt mit Blick auf das Ziel, in Zukunft die Gaspulsation eines Verbrennungsmotors auf dem Prüfstand abbilden zu können.
Devise heißt: selbst entwickeln
„Als Vorreiter auf dem Gebiet der motorunabhängigen Erprobung mussten wir vieles selbst entwickeln“, erläutert Versuchsleiter Heinz Kornherr. „Das brauchte naturgemäß seine Zeit und war mit entsprechendem Aufwand verbunden. Andererseits verschafft uns das frühzeitige Engagement auf diesem Gebiet bis heute einen Know-how-Vorsprung vor dem Wettbewerb.“ Die Kunden jedenfalls hätten die Vorteile der neuen Prüftechnik rasch erkannt. „Der HGE 800 hat uns geholfen, eine Reihe von Aufträgen für Pkw-Abgastechnik an Land zu ziehen.“
Tatsächlich spielen die Heißgasprüfstände und die jahrelange Erfahrung in der motorunabhängigen Erprobung bei der Ausweitung der geschäftlichen Aktivitäten des Unternehmens eine zentrale Rolle. Die neuen Prüfstände sind für die Erprobung von Abgassystemen und Komponenten von Nutzfahrzeugen und Off-Highway-Anwendungen gleichermaßen geeignet wie für Pkw-Abgastechnik.
Drei Versuchsgebäude – das erste datiert aus dem Jahr 1994, die Erweiterung aus 2003 – bedeuten gleichzeitig drei Generationen Prüfstandstechnik. An einer Besonderheit haben die Spezialisten von Boysen allerdings seit jeher festgehalten: Sämtliche Motoren- und Heißgasprüfstände sind so großzügig dimensioniert, dass auch komplette Abgassysteme eins zu eins so aufgebaut werden können wie im Fahrzeug. „Der fahrzeuggerechte Aufbau der Prototypen ist in unseren Augen kein Luxus, sondern eine Notwendigkeit“, sagt Kornherr. „Schließlich wollen wir die Belastungen, denen unsere Komponenten und Systeme später im Pkw, im Nutzfahrzeug oder in einer Off-Highway-Anwendung ausgesetzt sind, auf dem Prüfstand so exakt wie möglich abbilden.“
Prüfstandsaufbau schwingungsmäßig entkoppelt
Dass Automobilhersteller die Abgastechnik aus Platzmangel zunehmend in die Nähe des Antriebsstrangs rücken, führte im Versuch immer wieder zu Problemen. Ein Abgassystem mit einem großvolumigen quer liegenden Nachschalldämpfer zum Beispiel lässt sich auf einem herkömmlichen Motorenprüfstand unmöglich fahrzeuggerecht aufbauen. Grund dafür ist die Welle, die vom Motor in gerader Linie zur Bremse am anderen Ende des Prüfstands verläuft. „Wir haben lange nach einer Möglichkeit gesucht, alle möglichen Abgasanlagen zu erproben, ohne die Prüflinge an die Geometrie des Prüfstands anpassen zu müssen“, erklärt Kornherr. „Nachdem wir auf dem Markt nicht fündig geworden sind, haben wir uns entschlossen, eine eigene Lösung zu entwickeln.“ Um die Prüfstandseinrichtung vom Prüfling weg zu führen, hat die Eigenkonstruktion einen Höhenversatz von 7°. Skeptiker, die befürchtet hatten, die Gelenkwelle werde bei Drehzahlen von bis zu 8000 min-1 zu hohen Belastungen ausgesetzt, wurden eines Besseren belehrt. Die Prüfstandskonstruktion ist standfest. Um zu gewährleisten, dass die Schwingungseigenschaften des Prüfstandsaufbaus keinen störenden Einfluss auf das Schwingverhalten des Antriebsstranges haben, wurde der Prüfstandsaufbau schwingungsmäßig komplett entkoppelt.
Durch die erweiterten Kapazitäten, die hochmoderne Prüfstandstechnik und die flexible Auslegung ist das neue Versuchsgebäude TEV3 ein wesentlicher Bestandteil der Boysen Wachstumsstrategie. Mit dem Anlauf der Produktion von Abgastechnik für Nutzfahrzeuge will die Unternehmensgruppe im Geschäftsjahr 2013 erstmals mehr als 1 Mrd. € Umsatz erwirtschaften. Mit innovativen Produkten, Fertigungstechnologien und Logistikkonzepten hat es das frühere Familien- und heutige Stiftungsunternehmen verstanden, sich im weltweiten Wettbewerb zu behaupten – als Einziger unter den Großen in der Abgastechnikbranche, der sich allein auf Abgastechnologie konzentriert. Und Geschäftsführer Rolf Geisel sieht keine Veranlassung, den eingeschlagenen Kurs zu korrigieren. „Ich denke, wir verdanken einen wesentlichen Teil unseres Erfolgs der Tatsache, dass wir nicht ständig nach anderen geschaut haben, sondern stattdessen stets unseren eigenen Weg gegangen sind – nicht nur, aber eben auch in der Erprobung.“
Boysen; Telefon: 07453 20-0; E-Mail: martin.stuka@boysen-online.de
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