Ziel dieser Arbeit ist es, im Rahmen einer Kooperationsarbeit einen Motorprüfstand zu konzipieren, zu konstruieren und aufzubauen, mit dem eine neu entwickelte Membran eines Membranvergasers getestet werden kann. Insbesondere stehen der Einfluss des Membranmaterials auf die Gemischbildung im Vergaser und die anschließenden Vorgänge wie Verbrennung und Emission des Zweitakt-Motos im Vordergrund.
Die aktuelle Diskussion um die luftverschmutzende Wirkung von Kraftfahrzeugen, insbesondere in deutschen Innenstädten, verstärkt den Druck auf die Hersteller von Verbrennungskraftmaschinen, umweltfreundlichere Antriebe zu entwickeln. Mit Hilfe von alternativen Kraftstoffen wie E10 lässt sich eine Reduktion von CO2-Emissionen erreichen. E10 ist ein Kraftstoff, der eine fünf bis zehnprozentige Beimischung von Bioethanol in fossilen Ottokraftstoffen enthält und im Rahmen der Erneuerbare-Energien-Richtlinie im Jahr 2010 eingeführt wurde.
Die Vorteile dieser Kraftstofftechnologie möchte man sich auch bei handbetriebenen Kleingeräten zu Nutze machen. Die eingesetzten Alkoholbestandteile können jedoch bei Gummiverbindungen, wie sie beispielsweise in Vergasern zum Einsatz kommen, dauerhafte Schädigungen hervorrufen. Von besonderer Bedeutung für die Hersteller solcher Geräte ist in diesem Zusammenhang die Verwendung alternativer Materialien oder Materialzusammensetzungen bei der Herstellung von Membranen für Membranvergasern.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Motivation und Zielsetzung
1.2 Aufbau der Arbeit und Methodik
2 Grundlagen
2.1 Motorenmesstechnik
2.1.1 Belastungsmaschine
2.1.2 Mechanische Größen
2.1.3 Temperaturen und Drücke
2.1.4 Massen und Volumenströme
2.1.5 Abgasmesstechnik
2.2 Kraftstoffe
2.3 Der Versuchsträger
2.3.1 Allgemeines zum Zwei-Takt-Ottomotor
2.3.2 Der Vergaser
2.3.2.1 Funktionsprinzip eines Vergasers
2.3.2.2 Der Kaltstart
2.3.2.3 Die Lastzustände des Membranvergasers
2.4 Entwicklungsprozess nach VDI 2221
2.5 Der Morphologische Kasten
2.6 Das Wertigkeitsverfahren
2.6.1 Variantenauswahl nach Pahl und Beitz
2.6.2 Bewertung ausgewählter Varianten
3 Konstruktion des Kleinmotorenprüfstands
3.1 Planen und Klären der Aufgabe
3.1.1 Aufgabenstellung
3.1.2 Terminplanung/Projektplanung
3.1.3 Ausgangslage
3.1.4 Ermittlung des Anforderungsprofils
3.1.4.1 Aufbau der Anforderungsliste
3.1.4.2 Erstellung der Anforderungsliste
3.2 Konzeption, Entwurf und Ausarbeitung
3.2.1 Identifikation von Teillösungen mit Hilfe des Morphologischen Kastens
3.2.2 Festlegung der Gesamtlösung mit Hilfe des Wertigkeitsverfahrens
3.2.2.1 Variantenauswahl nach Pahl und Beitz
3.2.2.2 Bewertung ausgewählter Varianten
3.2.3 Weitere benötigte Bauteile und Anpassungen
3.2.3.1 Der elektrische Antrieb
3.2.3.2 Getriebe
3.2.3.3 Luftansaugung
3.2.3.4 Anpassungen an Abgassystem und Sensorik
3.2.3.5 Verbindung der An- und Abtriebswellen
3.2.3.6 Wellenschutz
3.2.3.7 Servomotor für Gasannahme
3.2.3.8 Notausschalter
4 Inbetriebnahme des Motorprüfstands
4.1 Aufbau des Motorprüfstands
4.2 Planung der Messungen
4.3 Weitere Schritte
4.4 Funktionsüberprüfung der notwendigen Mess- und Regelungstechnik
4.4.1 Warmlaufphase
4.4.2 Überprüfung des Drehzahlreglers
5 Fazit
5.1 Allgemeines Fazit
5.2 Persönliches Fazit
Zielsetzung & Themen
Ziel dieser Masterarbeit ist die Konzeption, Konstruktion und der Aufbau eines Motorprüfstands für einen Kettensägenmotor, um den Einfluss von neu entwickelten Membranmaterialien auf das Betriebsverhalten, die Gemischbildung sowie die Verbrennungs- und Emissionswerte des Motors in verschiedenen Arbeitspositionen zu untersuchen.
- Konstruktion eines modularen Motorprüfstands
- Einsatz von Mess- und Regelungstechnik zur Datenerfassung
- Untersuchung der Leistungsfähigkeit von Membranvergasern
- Test von unterschiedlichen Arbeitspositionen und Lastzuständen
- Validierung der Konstruktion durch Inbetriebnahme
Auszug aus dem Buch
2.3.2.1 Funktionsprinzip eines Vergasers
Grundsätzlich beruht das Prinzip des Vergasers auf der durch einen verringerten Kanalquerschnitt erzeugten höheren Strömungsgeschwindigkeit. Dies erzeugt einen im Vergleich zur Umgebung geringeren Druck und führt dadurch den Kraftstoff durch eine Düse in die Mischkammer des Vergasers (vgl. Abbildung 3).
Dabei ist die Nutzung eines Differenzdrucksignals zur Erzeugung eines Kraftstoffstroms für Vergaser charakteristisch. Die Massenströme auf Kraftstoff- und Luftseite lassen sich unter der vereinfachenden Annahme inkompressibler Strömungen mit der Bernoulli-Gleichung darstellen.
Ein klassischer Vergaser verfügt über eine Kraftstoffniveauregulierung. Dies wird in der Regel mit Hilfe eines Kraftstoffspeichers, der so genannten „Schwimmerkammer“ (Böge/Böge 2017, S. 553) ermöglicht.
Dabei kann zwischen verschiedenen Vergaserkonzepten unterschieden werden: Im Gegensatz zu Vergasern mit veränderlichem Lufttrichterquerschnitt wird beim Festlufttrichtervergaser (siehe Abbildung 3) ein venturiartig (siehe Abbildung 4) geformter Lufttrichter mit festem Querschnitt verwendet. Eine Herausforderung hierbei ist die ausreichende Funktionsfähigkeit bei geringen Druckdifferenzen durch Luftströme geringer Geschwindigkeit.
Für die Nutzung wird mindestens eine Hauptkraftstoffdüse benötigt. Um einen gleichmäßigen Kraftstofffluss zu gewährleisten, verfügen Festlufttrichtervergaser in der Regel zusätzlich über mehrere Düsensysteme sowie eine Beschleunigerpumpe. Durch die Zugabe von Korrekturluft werden die Auswirkungen abweichender Reynoldszahlen der Kraftstoff- und Luftströmung korrigiert.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Vorstellung der Motivation für Biokraftstoffe und die Zielsetzung zur Entwicklung eines Prüfstands zur Membran-Untersuchung.
2 Grundlagen: Theoretische Einführung in die Motorenmesstechnik, Zweitakt-Motoren, Vergaser-Funktionsprinzipien und methodische Grundlagen wie VDI 2221.
3 Konstruktion des Kleinmotorenprüfstands: Detaillierte Dokumentation des Planungsprozesses, der Teillösungssuche und der finalen konstruktiven Ausarbeitung.
4 Inbetriebnahme des Motorprüfstands: Erläuterung des mechanischen Aufbaus, der Messplanung und der Funktionsvalidierung von Sensorik und Drehzahlregelung.
5 Fazit: Zusammenfassende Bewertung der erreichten Ziele sowie ein Ausblick auf die Weiterentwicklungsmöglichkeiten des Prüfstands.
Schlüsselwörter
Motorprüfstand, Kettensägenmotor, Zweitaktmotor, Membranvergaser, Gemischbildung, Emissionsreduktion, Biokraftstoffe, VDI 2221, Konstruktion, Messtechnik, Drehzahlregelung, Modellbauteile, Aluminiumprofile, Abgasanalyse, Validierung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Konzeption, Konstruktion und Inbetriebnahme eines Motorprüfstands für einen handgeführten Kettensägenmotor.
Welche zentralen Themenfelder werden behandelt?
Die zentralen Felder umfassen die Motorenmesstechnik, die Funktionsweise von Zweitaktmotoren und Membranvergasern sowie methodische Vorgehensweisen in der Konstruktion.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Ziel ist es, ein Testsystem zu schaffen, mit dem der Einfluss neuer Membranmaterialien auf das Verbrennungs- und Emissionsverhalten unter variablen Arbeitsbedingungen untersucht werden kann.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Der Konstruktionsprozess basiert auf der Richtlinie VDI 2221, unterstützt durch einen Morphologischen Kasten zur Ideenfindung und ein Wertigkeitsverfahren zur Auswahl der besten Lösung.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Im Hauptteil wird die systematische Konstruktion von der Anforderungsanalyse bis hin zur detaillierten Auswahl der Bauteile und die anschließende praktische Inbetriebnahme beschrieben.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Motorprüfstand, Zweitaktmotor, Membranvergaser, Konstruktion, Messtechnik und Emissionsuntersuchung.
Warum ist ein spezieller Prüfstand für diese Motoren nötig?
Um neu entwickelte Membranen im Vergaser unter reproduzierbaren Bedingungen zu testen, ohne auf reale Feldeinsätze angewiesen zu sein, ist eine stationäre Testumgebung erforderlich.
Welche Rolle spielt der Elektromotor in der Arbeit?
Der bürstenlose Elektromotor fungiert als dynamische Belastungsmaschine, die den Kettensägenmotor sowohl belasten als auch antreiben kann.
Wie wurde die Sicherheit des Systems gewährleistet?
Zur Sicherheit wurde ein Notausschalter implementiert, der die Zündspule des Verbrennungsmotors bei Gefahr oder Stromausfall kurzschließt und den Betrieb stoppt.
- Quote paper
- Nicolas Bartschat (Author), 2017, Konstruktion und Inbetriebnahme eines Schwenkprüfstands für Kleinmotoren, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/384305
