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  • Christian Schmitz, M.Sc.

Kühlmittelpumpen – Innovation durch integrierte Produktentwicklung


Kühlmittelpumpen stellen den für die Kühlung notwendigen Volumenstrom an Kühlwasser bereit. Elektrisch angetriebene, drehzahlgeregelte Pumpen ermöglichen dabei eine bedarfsgerechte Anpassung des Durchsatzes. In Verbindung mit einem Thermomanagementsystem kann so im Vergleich zu Systemen mit konventionellen, über Zahnriemen angetriebenen Pumpen eine deutliche Wirkungsgradsteigerung erzielt werden. Insbesondere im Hinblick auf die Kühlung von Hybrid-Antrieben werden dabei immer höhere Anforderungen an Wirkungsgrad und Akustik gestellt.

Ziel: Entwicklung einer innovativen Kühlmittelpumpe – modular und skalierbar

Methode: One-Loop-Development → methodische Produktentwicklung von morphologischer Analyse, über System FMEA und virtuelle Prototypen bis zur Umsetzung und experimentellen Validierung

Herausforderung: Die am Markt verfügbaren elektrischen Kühlmittelpumpen, welche als Spaltrohrmotorpumpen ähnlicher Bauart ausgeführt sind, weisen bereits einen hohen Reifegrad auf, um den hohen Anforderungen gerecht zu werden. Es wird daher eine systematische Verbesserung des Konzepts angestrebt. Dabei wird eine agile Machbarkeitsstudie und Vorentwicklung im Sinne von Lean Development gewünscht.

Vorgehensweise: Wir durchlaufen die vier Phasen der klassischen Produktentwicklung nach VDI2221. Dabei setzten wir viel Wert auf eine ausführliche Recherche und morphologische Analyse. Der Lösungsraum wird dabei möglichst weit gefasst um Raum für innovative Lösungen zu bieten. Zur Bewertung und Auswahl der verschiedensten Konzepte werden 0D und 1D Produktmodelle herangezogen, welche im Laufe des Auswahlprozess stetig weiterentwickelt werden um stets eine ausreichende Granularität zu liefern. Der Auswahlprozess geht dadurch automatisch mit einer Dimensionierung der Konzepte einher. Während des Entwicklungsprozesses erfolgt eine kontinuierliche Qualitätskontrolle unter Einbindung der Erfahrung der Professoren aus Fluidsystemtechnik und Antriebstechnik mit der System FMEA als zentrales Element. Im Rahmen von Entwurf und Ausgestaltung wird das Produktmodell durch den Einsatz von 2D und 3D Berechnungen zu einem virtuellen Prototyp weiterentwickelt, wodurch präzise Vorhersagen zur Performance des Produktes getroffen werden können. Diese werden mit der Umsetzung eines realen Prototyps am Prüfstand validiert und so der experimentelle Nachweis über die anforderungsgerechte Funktionserfüllung des Produktes erbracht.

Kundennutzen: Im Rahmen einer umfassenden Analyse und Synthese ermitteln und bewerten wir den Stand der Technik und platzieren innovative Konzepte in den sich ergebenden Innovationslücken. Durch unsere unvoreingenommene Herangehensweise schaffen wir Raum für neuartige und unkonventionelle Lösungen. Jedoch nicht zum Selbstzweck, denn durch den Einsatz von Produktmodellen erfolgt eine objektive und belastbare Auswahl und Bewertung aller Konzepte. Diese kann aufgrund des parametrischen Aufbaus schnell auf geänderte Randbedingungen angepasst werden. Durch ihre Einfachheit tragen sie zudem zu einem erhöhten Systemverständnis bei, welches wiederum in die Ideenfindung einfließt: Woher kommen die Hauptverluste? Sind diese zwangsläufig in Kauf zu nehmen oder können sie durch geschickte Systemintegration vermieden werden?

Die entwickelten Modelle für den virtuellen Prototyp sind jedoch nicht nur in der Vorentwicklung effektive Werkzeuge. Im Rahmen des Lean Managements können sie im gesamten Produktentstehungsprozess (Applikation bzw. Rapid Calibration) und gar Produktlebenszyklus (intelligente Regelungskonzepte bzw. Monitoring und Predictive Maintenance) eingesetzt werden. Zudem bietet der virtuelle Prototyp im Rahmen von Customizing eine hohe Agilität bei der Realisierung der nutzungsbedingten Optimierungswünsche von Kunden


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