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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Herstellung einer Kühlerzarge
für ein
Fahrzeug mit den Schritten:
Festlegen erforderlicher Gestaltungsparameter
eines Parametermodells für
Komponenten der Kühlerzarge,
Zueinander Anordnen der Komponenten der Kühlerzarge, und Zusammenfügen der
Komponenten der Kühlerzarge.
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Die Erfindung betrifft weiterhin
ein System zur Herstellung einer Kühlerzarge für ein Fahrzeug mit Mitteln
zum Festlegen von erforderlichen Gestaltungsparametern eines Parametermodells
für Komponenten
der Kühlerzarge,
Mitteln zum zueinander Anordnen der Komponenten der Kühlerzarge
und Mitteln zum Zusammenfügen
der Komponenten der Kühlerzarge.
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Kraftfahrzeuge, die von einem Verbrennungsmotor
angetrieben werden, besitzen in der Regel eine Wasserkühlung, bei
dem das vom Motor erwärmte
Wasser durch einen Kühler
geleitet wird, in dem es seine Wärme
an den Kühler
durchströmende Luft
abgibt. Bei Stillstand des Fahrzeuges oder bei langsamen Geschwindigkeiten
tritt an dem im Frontbereich des Fahrzeuges angeordneten Kühler ein Wärmestau
auf, zu dessen Abfuhr dem Kühler
ein Gebläse
zugeordnet ist. Das einen Gebläsemotor und
ein Lüfterrad
aufweisende Gebläse
ist in der Regel hinter dem Kühler
in Richtung zum Fahrzeuginnenraum in einer Kühlerzarge aufgenommen, die
bezüglich
des Kühlers
positioniert ist.
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1 zeigt
eine derartige Kühlerzarge,
die sich aus einzelnen Komponenten, wie beispielsweise einem Zargengrundkörper 12,
einem Zargenaußenring 14,
einem Leitapparat 16 und einem Motorbefestigungsring 18 zusammensetzt.
Der Zargengrundkörper 12 weist
die Befestigungsarme zum Kühler
oder zur Karosserie und andere Befestigungs- und Anschlussbestandteile
auf. Der Zargenaußenring 14 bildet
die Dichtgeometrie zu dem Lüfterrad.
Der Motorbefestigungsring 18 nimmt den Gebläsemotor
auf, wohingegen der Leitapparat 16 eine stabile Verbindung
mit geringem Luftwiderstand zwischen dem Zargenaußenring
und dem Motorbefestigungsring bildet. Zur Konstruktion einer Kühlerzarge
sind von einem Konstrukteur eine Reihe von Parameter für die jeweilige
Komponente der Kühlerzarge
zu bestimmen, die beispielsweise in Abhängigkeit der Leistungsanforderungen
an die Kühlleistung
des Kühlers und
des Gebläses
sowie im Hinblick auf Befestigungsmöglichkeiten der Kühlerzarge
zu bestimmen sind, überdies
aber auch spezielle Kundenwünsche beihalten
können.
Sind die Parameter für
die entsprechende Komponente bestimmt, muss darauffolgend eine Anpassung
der jeweiligen Komponentenparameter erfolgen, damit der Konstrukteur
die einzelnen Komponenten konstruktiv zusammensetzen kann. Diese
Vorgehensweise ist allein aufgrund der Vielzahl der zu bestimmenden
Parameter sehr zeit- und kostenaufwendig.
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Vorteile der
Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung
einer Kühlerzarge
baut auf dem gattungsgemäßen Stand
der Technik dadurch auf, dass das Parametermodell für die jeweilige
Komponente der Kühlerzarge
von einer Datenbank zur Verfügung
gestellt wird, unter deren Verwendung eine Abfrage zur Festlegung
der Gestaltungsparameter mittels eines Datenprozessors erfolgt,
und die Anordnung der Komponenten und das Zusammenfügen der
Komponenten unter Verwendung des Datenprozessors virtuell vollzogen
wird. Das erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung einer Kühlerzarge
unter Verwendung eines Softwaremoduls führt somit zu erheblichen Zeit-
und Kosteneinsparungen. Da das Parametermodell erfindungsgemäß von einer
Datenbank zur Verfügung
gestellt wird, ist eine automatische Abfrage der zu bestimmenden
Parameter für
die jeweilige Komponente in einer festlegbaren Reihenfolge realisiert,
so dass auf einfache Weise alle erforderlichen Parameter einheitlich
zusammengetragen werden. Damit ist die Bauteilstruktur der Kühlerzarge vereinheitlicht,
was zu einer Minimierung des Erstellungs- und Änderungsaufwand führt. Zu
den zu bestimmenden Gestaltungsparametern zählen beispielsweise spezielle
Kundenwünsche,
die erforderliche Gebläseleistung,
Befestigungsmöglichkeiten, eine
Kühlergröße, die
Bautiefe sowie die Größe des Gebläsemotorbefestigungsringes
etc. Die Kühlerzarge
umfasst dabei Komponenten wie beispielsweise einen Zargengrundkörper, einen
Zargenaußenring, einen
Leitapparat sowie einen Motorbefestigungsring. Alternativ kann es
für spezielle
Anwendungsfälle
möglich
sein, dass die Kühlerzarge
weniger als die oben erwähnten,
beziehungsweise zusätzliche
Komponenten aufweist. Aufgrund der gegenseitigen Abstimmung der
Gestaltungsparameter mittels eines Datenprozessors ist der Arbeitsaufwand
des Konstrukteurs erheblich minimiert, was zu Zeit- und Kosteneinsparungen
führt. Überdies
ist eine Anpassung der Gestaltungsparameter durch das virtuelle
Zusammenfügen
der Komponenten erleichtert, da ein Anpassungsergebnis und das Ergebnis
des Zusammenfügens
der Komponenten der Kühlerzarge
vor einem realen Zusammenbau in einer Fertigungs- oder Produktionsstätte erfolgt.
Das führt
dazu, dass Bauteiländerungen
an bestehenden Kühlerzargenmodellen
durch einen Neuaufbau ersetzt werden können, der wesentlich schneller
und kostengünstiger
ist. Ferner sind Fehlerquellen aufgrund der Verwendung eines Datenprozessors
zur Festlegung der Komponenten, deren gegenseitiger Abstimmung aufeinander und
deren Zusammenbau vermieden. Da sich die aus der Bestimmung der
Parameter möglicherweise ergebenden
Fehlresultate durch das erfindungsgemäße virtuelle Zusammenfügen der
Komponenten leicht erkennen lassen, können diese Fehler mit Hilfe der
Erfindung ohne Zeit- und Kostenaufwand schnellstmöglichst
eliminiert werden. Ein Leitfaden und eine Checkliste können den
Konstrukteur durch die einzelnen Herstellungsphasen führen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
nach Anspruch 2 gibt dem Konstrukteur die Möglichkeit, eine Kühlerzarge bis
zu deren letzten Konstruktionsschritt baulich festzulegen, wonach
die Kon struktionsplanung abgeschlossen ist und die Pläne zur Produktionsfertigung gegeben
werden können.
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Eine gemäß Unteranspruch 3 ergriffene
vorteilhafte Maßnahme
ermöglicht
es dem Konstrukteur, das konstruktive Herstellungsverfahren an beispielsweise
einem Computerbildschirm verfolgen zu können, womit Konstruktionsfehler
oder erforderliche Änderungsmaßnahmen
schnell erkannt werden können.
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Durch die in Anspruch 4 angegebene
Maßnahme
kann der Situation Rechnung getragen werden, dass im Rahmen des
Konstruktionsprozesses eine neue Zarge entwickelt werden muss, wobei dann
auf der Grundlage der vorliegenden Erfindung ohne größeren Aufwand
ein neues Produkt geschaffen werden kann.
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Das erfindungsgemäße System zur Herstellung einer
Kühlerzarge
für ein
Fahrzeug baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch
auf, dass für
das Parametermodell der jeweiligen Komponenten der Kühlerzarge
eine Datenbank, und für
die Festlegung der Gestaltungsparameter ein Datenprozessor vorgesehen
ist, mit dem die Anordnung und das Zusammenfügen der Komponenten unter Verwendung
der Datenbank virtuell realisiert ist. Die Erläuterungen in Bezug auf das
oben erwähnte
erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung einer Kühlerzarge
sind dabei gleichermaßen
auf das erfindungsgemäße System
zu lesen und die betreffenden Vorteile darauf übertragbar.
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Dies gilt auch für die vorteilhaften Ausführungsformen
des Systems gemäß den Ansprüchen 6,
7 oder 8 wobei nach Anspruch 7 ein Mittel zur Erzeugung einer geometrischen
Darstellung der Komponenten der Kühlerzarge ein Computerbildschirm sein
kann.
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Wesentliche Grundidee der Erfindung
ist es damit insgesamt, ein Herstellungsverfahren sowie ein System
zur Herstellung einer Kühlerzarge
anzugeben, bei denen ein Softwaremodul mit einer Datenbank und einem
Datenprozessor zur Leistungssteigerung durch Verringerung des Konstruktionsaufwandes
verwendet wird.
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Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf
die beigefügten
Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine
fertige Kühlerzarge
für den
Einbau an einem Kraftfahrzeug-Kühler
in perspektivischer Ansicht;
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2 eine
Schnittansicht einer zu einem Kühler
angeordneten Kühlerzarge;
und
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3 verschiedene
Parametermodelle eines Zargenaußenringes
für eine
Kühlerzarge.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
eine Kühlerzarge 10,
wie sie im Stand der Technik bekannt ist und sich im vorliegenden
Beispiel aus vier Komponenten, d.h. einem Zargengrundkörper 12,
einem Zargenaußenring 14,
einem Leitapparat 16 und einem Motorbefestigungsring 18 zusammensetzt.
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2 zeigt
die Anordnung einer Kühlerzarge 10 relativ
zu einem Kühler 20 in
einer geschnittenen Seitenansicht. Die erste Phase des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Herstellung einer Kühlerzarge 10 beginnt
mit dem Festlegen erforderlicher Gestaltungsparameter – auch als
Sketcher bekannt – eines Parametermodells
für die
einzelnen Komponenten der Kühlerzarge,
wobei das Parametermodell von einer Datenbank zur Verfügung gestellt
wird. Die komplette Anzahl aller zu bestimmenden Parameter für die Kühlerzarge
lässt sich
in Parametersätze
untergliedern, die sich insbesondere den jeweiligen Komponenten
zuordnen lassen. Hierzu gehören
ein allgemeinen Parametersatz P1, ein Parametersatz
P2 für den
Motorbefestigungsring 18, ein Parametersatz P3 für den Leitapparat 16,
ein Parametersatz P4 für den Zargenaußenring 14 und
ein Parametersatz P5 für den Zargengrundkörper 12.
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Beginnend mit den Parametern betreffend den
allgemeinen Parametersatz P1 werden folgende Größen bestimmt:
P1
1 Kühlerlänge
P1
2 Kühlerbreite
P1
3 maximale Einbautiefe
Hmax
P14 Axialmaß des Gebläses Hbp
P1
6 Toleranzwert für den Axialspalt
Hpc
P1
7 Relativkoordinate
X1 der Lüfterachse
relativ zum Kühler
P1
8 Relativkoordinate
Y1 der Lüfterachse
relativ zum Kühler
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Durch die im Voraus berechnete Kühlleistung
des Kühlkreises
sind die Abmessungen des Kühlers
bestimmt worden, die auch zur Berechnung der erforderlichen Kühlerzargengröße und – wie nachfolgend
in Bezug auf den Parametersatz des Motorbefestigungsrings 18 gezeigt
wird – der
Gebläseleistung
herangezogen werden und damit die Größe des Gebläsemotors bestimmen. So werden
durch die Angabe der Parameterwerte Länge P1
1 und Breite P1
2 des Kühlers
die Abmessungen des Kühlerzargenrahmens
festgelegt. Alternativ ist es ebenso möglich, die Abmessungen des
Kühlerzargenrahmens
als direkte, zu bestimmende Parameterwerte festzulegen. Die Parameterabfrage
erfolgt mittels eines Datenprozessors, wobei sämtliche Parameter P1
1 bis P1
8 in einer Datenbank gespeichert sind und
aus dieser abgefragt werden. Nach der Festlegung von P1
1 und P1
2 ist
der nächste
festzulegende Parameter P1
3 betreffend
die maximale Einbautiefe Hmax. Die Reihenfolge der
Parameterabfrage aller festzulegender Parameter unterliegt jedoch
keiner speziellen Ordnung, wobei eine geeignete Reihenfolge durch
das Softwaremodul vorgesehen sein kann.
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Der Parametersatz P2 zum
Motorbefestigungsring 18 umfasst die Parameter
P2
1 Typ des Motorbefestigungsrings
und dessen Größe
P
2
2 Relativkoordinate
des Gebläsemotors
relativ zum Kühler
P2
3 Höhenmaß vom Kühlernetz
zur Auflagefläche des
Motors in der Zarge HN
P2
4 Winkellage des Kabelabgangs zur Senkrechten
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Der Leitapparat 16 setzt
sich aus einzelnen Schaufeln zusammen, die unterschiedliche Varianten von
Querschnittskonturen aufweisen können.
Zur Versteifung des kompletten Leitapparates 16 können Versteifungsrippen
zwischen den Leitschaufeln eingefügt werden. Die Lage der einzelnen
Schaufeln ist durch folgenden Parametersatz P3 definiert:
P3
1 Typ der Querschnittskontur
P3
2 Winkellage der
Schaufel
P3
3 Anzahl
aller Schaufeln
P3
4 Abstand
der Schaufelmittel zum Radius
P3
5 Erste Durchmesserlage der Ebene, auf der
die Schaufelquerschnitte definiert sind (es können auch mehrere Durchmesserlagen-Parameter
festgelegt werden)
P3
6 Höhenmaß (es können auch
mehrere Höhenmaß-Parameter festgelegt
werden).
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Die Querschnitte einer im Leitapparat
verwendeten Standardschaufel sind in zwei Ebenen definiert, womit
Schaufeln mit über
den Radius veränderlicher
Höhe oder
mit einem Anstellwinkel realisierbar sind. Einen Parametersatz betreffend
eine Standard-Schaufelkontur für
den Leitapparat umfasst dabei
P3
7 Anstellwinkel für eine jeweilige Schaufel (es
können
mehrere Anstellwinkel-Parameter festgelegt werden)
P3
8 Schaufelhöhe (es können mehrere
Schaufelhöhenparameter
festgelegt werden)
P3
9 Radius
der Schaufelkrümmung
(es können
mehrere Radienparameter für
verschiedene Schaufelradien festgelegt werden)
P3
10 Wandstärke
P3
11 Schaufelbreite
(es können
mehrere Schaufelbreitenparameter festgelegt werden)
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Die am Leitapparat vorgesehenen Versteifungsrippen
haben Rechteckquerschnitte mit konstanter Wandstärke. Ihre Innenwand verläuft durch die
Schnittpunkte der Schaufelmittellinien mit entsprechenden Durchmessern.
Die Rippen werden durch zwei Kegelmantelflächen begrenzt. Als Parameter
für den
Leitapparat kommen somit folgende Parameter für die Versteifungsrippen hinzu:
P3
12 Durchmesser des
Versteifungsrippenringes (es können
mehrere Durchmesserparameter festgelegt werden)
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Wie in 3 gezeigt,
kann beim Zargenaußenring 14 zwischen
drei unterschiedlichen Varianten gewählt werden. So ergibt sich
für den
Parametersatz P4 für den Zargenaußenring:
P4
1 Typ des Zargenaußenringes
(leakage stator; double bump, triangular leakage stator)
P4
2 Anzahl der gleichmäßig verteilten
Rippen (bei den leakage stator-Varianten)
P4
3 Relative Lagekoordinate des Außenrings
zu dem Kühlernetz
(es können
mehrere Lagekoordinaten-Parameter
festgelegt werden)
P4
4 Höhenmaß des Außenrings
(es können
mehrere Höhenmaßparameter
festgelegt werden (siehe 3 HbP,
Hb1, Hb2, Hb3, Hb4))
P4
5 Durchmesser
des Außenrings
(es können
mehrere Durchmesserparameter festgelegt werden (siehe 3 Db1, Db2, Db3))
P4
6 Winkel Ab
P4
7 Radius (es können mehrere
Radienparameter festgelegt werden (siehe 3 Rb1, Rb2))
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Betreffend den Zargengrundkörper umfasst der
Parametersatz P5 beispielsweise folgende
Parameter:
P5
1 Relativkoordinate
einer ersten Befestigungsposition (es können mehrere Positionsparameter
zur Angabe eines Befestigungsortes festgelegt werden)
P5
2 Wandstärke des
Zargengrundkörpers
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Mit Beendigung der Phase 1 des
erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens,
in der alle erforderlichen Gestaltungsparameter der Parametermodelle
für die
Komponenten der Kühlerzarge
festgelegt worden sind, beginnt die Phase 2 des erfindungsgemäßen Verfahrens,
in der die Komponenten der Kühlerzarge
zueinander angeordnet werden. Diese Anordnung erfolgt vorteilhafterweise
mit Hilfe eines Datenprozessor an einem Computerbildschirm. Dabei
kreiert der Datenprozessor auf der Grundlage der festgelegten Parameter
die baulichen Abmessungen der einzelnen Komponenten, die dann virtuell
am Bildschirm zueinander angeordnet werden. Nach dieser zweiten
Phase wird mit Phase 3 des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens
begonnen, in der die festgelegten Gestaltungsparameter der Komponenten
der Kühlerzarge
aufeinander abgestimmt werden, um so die Komponenten zu einem integralen
Bauteil, d.h. einer fertigen Kühlerzarge
zusammenzusetzen. Das gegenseitige Abstimmen der Gestaltungsparameter
erfolgt mittels des Datenprozessors. Zusätzlich kann hier der Konstrukteur
in den Verfahrensablauf eingreifen und Parameterwerte nachträglich ändern, um
die Komponenten aufeinander abstimmen zu können. Nach diesem Abstimmen
werden die Komponenten der Kühlerzarge virtuell
zusammengefügt,
so dass am Ende dieser Phase eine einteilige Kühlerzarge mit allen erforderlichen
Konstruktionsangaben vorliegt. Die letzte und vierte Phase betrifft
die Vornahme letzter Verrundungen und/oder Endformungen so dass
nach Phase 4 das vorliegende Konstruktionsmodell der Produktion als
Grundlage dienen kann.
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Die vorhergehende Beschreibung der
Ausführungsbeispiele
gemäß der vorliegenden
Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke
der Beschränkung
der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen
und Modifikationen möglich,
ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.