Nutzfahrzeugtechnik - Grundlagen, Systeme, Komponenten

Nutzfahrzeugtechnik - Grundlagen, Systeme, Komponenten

 

 

 

von: Wolfgang Appel, Hermann Brähler, Ulrich Dahlhaus, Thomas Esch, Stephan Kopp, Bernd Rhein, Erich Hoep

Vieweg+Teubner (GWV), 2010

ISBN: 9783834897572

Sprache: Deutsch

509 Seiten, Download: 31640 KB

 
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Nutzfahrzeugtechnik - Grundlagen, Systeme, Komponenten



  Vorwort 5  
  Autorenverzeichnis 7  
  Inhaltsverzeichnis 8  
  Formelzeichen 16  
  1 Einführung in die Nutzfahrzeugtechnik 28  
     1.1 Transportaufgabe 28  
     1.2 Die Entwicklung des Nutzfahrzeugs 30  
        1.2.1 Variationen des Dieselmotors 33  
        1.2.2 Entwicklung der Fahrleistungen 36  
        1.2.3 Entwicklung der Antriebstechnik 38  
        1.2.4 Gesetzliche Vorgaben und Innovationen 39  
     1.3 Rechtliche Grundlagen, Vorschriften, Normen 39  
        1.3.1 Rechtliche Grundlagen 39  
        1.3.2 Nationale Normen, Vorschriften und Richtlinien 41  
        1.3.3 Internationale Richtlinien 43  
        1.3.4 Fahrzeugbenennungen 46  
        1.3.5 Allgemeine Abmessungen 46  
     1.4 Lastkraftwagenangebot 48  
        1.4.1 Typenbezeichnung von Lastkraftwagenfahrgestellen 49  
        1.4.2 Motoranordnungen 50  
        1.4.3 Lastkraftwagenangebot nach Gewichtsklassen 51  
     1.5 Entwicklungsschwerpunkte und künftige Konzepte 54  
     Literatur 60  
  2 Fahrmechanik 61  
     2.1 Kraftbedarf eines Nutzfahrzeugs 61  
        2.1.1 Beschleunigungswiderstand 63  
        2.1.2 Steigungswiderstand 67  
        2.1.3 Rollwiderstand – Reifen 68  
        2.1.4 Luftwiderstand – Aerodynamik des Nutzfahrzeuges 74  
           2.1.4.1 Historie 74  
           2.1.4.2 Luftwiderstand 75  
           2.1.4.3 Zielgruppe 79  
           2.1.4.4 Gesetzliche Rahmenbedingungen 81  
           2.1.4.5 Einfluss der Aerodynamik auf den Kraftstoffverbrauch 81  
           2.1.4.6 Prozesse und Methoden der Aerodynamikentwicklung 82  
           2.1.4.7 Bereiche der Aerodynamikoptimierung am Nutzfahrzeug 89  
           2.1.4.8 Motorkühlung 102  
           2.1.4.9 Innenraumklimatisierung 106  
           2.1.4.10 Aeroakustik 107  
           2.1.4.11 Seitenscheiben- und Eigenverschmutzung 109  
           2.1.4.12 Berücksichtigung von aerodynamischen Lastfällen bei der Festigkeitsauslegung von Komponenten 111  
           2.1.4.13 Funktionsaerodynamik 112  
     2.2 Leistungsbedarf 114  
     2.3 Fahrgrenzen 115  
        2.3.1 Achslasten 116  
        2.3.2 Freie Zugkraft 122  
        2.3.3 Bremsdynamik 124  
        2.3.4 Allradantrieb 127  
     Literatur 130  
  3 Konzeption von Nutzfahrzeugen 131  
     3.1 Zulässige Abmessungen und Gewichte 131  
        3.1.1 Höchstzulässige Abmessungen 131  
        3.1.2 Höchstzulässige Achslasten 133  
        3.1.3 Höchstzulässige Gesamtgewichte 134  
        3.1.4 Anhängeund Stützlasten 135  
     3.2 Fahrzeugund Aufbaukonzept 136  
        3.2.1 Fahrzeugkonzept 137  
           3.2.1.1 Konzeptvarianten 137  
           3.2.1.2 Einsatzspezifische Anforderungen 141  
        3.2.2 Aufbaukonzept 145  
           3.2.2.1 Transportgut 145  
           3.2.2.2 Aufbauvarianten 148  
           3.2.2.3 Be- und Entladehilfen 152  
        3.2.3 Wechselaufbauten und Container 155  
        3.2.4 Gewichtskonzept 157  
        3.2.5 Maßkonzept 162  
           3.2.5.1 Hauptabmessungen und Teillängen 162  
           3.2.5.2 Beladeplan 165  
           3.2.5.3 Untersuchung der Durchlenkung zwischen Motorwagen und Anhänger 167  
     3.3 Achslasten, Aufbaulänge und Nutzlastverteilung 170  
        3.3.1 Achslastberechnung 170  
        3.3.2 Aufbaulänge und Nutzlastverteilung 174  
     3.4 Kurvenläufigkeit von Fahrzeugen und Fahrzeugkombinationen 177  
        3.4.1 Schlepplenkung 177  
        3.4.2 Zwangslenkung 180  
        3.4.3 Verfahren zur Untersuchung der Kurvenläufigkeit 182  
     Literaturverzeichnis 188  
  4 Lastkraftwagenund Anhängerfahrgestell 189  
     4.1 Lastkraftwagenfahrgestell 189  
        4.1.1 Datenblatt und Fahrgestellzeichnung 189  
        4.1.2 Fahrgestellstruktur 192  
        4.1.3 Fahrgestellrahmen 193  
        4.1.4 Fahrwerk 195  
           4.1.4.1 Achsen 195  
           4.1.4.2 Federung und Achsführung 199  
           4.1.4.3 Wankbegrenzung und Schwingungsdämpfung 206  
        4.1.5 Fahrerhaus 207  
     4.2 Anhängerfahrgestell 210  
        4.2.1 Fahrgestellrahmen 210  
        4.2.2 Fahrwerk 212  
           4.2.2.1 Achsen 213  
           4.2.2.2 Federung 220  
           4.2.2.3 Lenkung 229  
     4.3 Reifen und Räder 235  
        4.3.1 Reifen 235  
        4.3.2 Räder 238  
     4.4 Bremsen 241  
        4.4.1 Bremsvorgang und Bremswirkung 242  
        4.4.2 Gesetzliche Rahmenbedingungen 243  
        4.4.3 Radbremsen 245  
           4.4.3.1 Trommelbremsen 246  
           4.4.3.2 Scheibenbremsen 248  
        4.4.4 Zweileitungs-Zweikreis-Druckluft-Bremsanlage 249  
        4.4.5 Dauerbremsen 251  
     4.5 Verbindungseinrichtungen 254  
        4.5.1 D-Wert-Berechnung 254  
        4.5.2 Zuggabeln 255  
        4.5.3 Starre Zugeinrichtungen 256  
        4.5.4 Kurzkuppelsysteme 259  
        4.5.5 Anhängekupplungen 260  
        4.5.6 Sattelkupplungen 261  
     4.6 Aktive und passive Sicherheit 264  
     Literaturverzeichnis 268  
  5 Nutzfahrzeugtragwerke und deren Aufbauten 269  
     5.1 Werkstoffe und Halbzeuge 269  
        5.1.1 Eisenwerkstoffe 269  
        5.1.2 Aluminium-Knetlegierungen 275  
        5.1.3 Holz 278  
        5.1.4 Kunststoffe 280  
        5.1.5 Sandwichwerkstoffe 281  
     5.2 Gestaltung der Tragwerke 283  
        5.2.1 Tragsystem Fahrgestellrahmen 283  
        5.2.2 Gestaltung von Lkw-Fahrgestellrahmen 287  
        5.2.3 Gestaltung von Anhänger-Fahrgestellrahmen 289  
     5.3 Bemessung der Tragwerke 291  
        5.3.1 Belastungsfälle 292  
        5.3.2 Schnittgrößen 293  
        5.3.3 Qund M-Linien am Balkenmodell 294  
        5.3.4 Fachwerke 297  
        5.3.5 Festigkeitsnachweis 299  
           5.3.5.1 Beanspruchungsarten und Bauteilnennspannung 299  
           5.3.5.2 Gestaltfestigkeit und Bauteilsicherheit 301  
        5.3.6 Elastische Biegeverformungen in Nutzfahrzeugtragwerken 305  
     5.4 Aufbauten 307  
        5.4.1 Aufbaurichtlinien und Aufbaugenehmigung 307  
        5.4.2 Hilfsrahmen und Aufbaubefestigung 308  
        5.4.3 Aufbauten ohne Hilfsrahmen 312  
        5.4.4 Hilfsrahmengestaltung 314  
        5.4.5 Böden von Pritschenund Kofferaufbauten 317  
        5.4.6 Kofferaufbauten 321  
     5.5 Ladungssicherung 326  
     5.6 Korrosionsschutz 328  
     Literaturverzeichnis 331  
  6 Motor 332  
     6.1 Lastenheftanforderungen für Nutzfahrzeugmotoren 333  
        6.1.1 Grundsatzüberlegungen 333  
        6.1.2 Auslegungskriterien 334  
     6.2 Thermodynamische Grundlagen des dieselmotorischen Arbeitsprozesses 336  
        6.2.1 Dieselmotor-Kreisprozess 337  
        6.2.2 Realprozess 339  
     6.3 Einspritzung, Gemischbildung und Verbrennung 340  
        6.3.1 Einspritzsysteme für Nutzfahrzeugmotoren 340  
           6.3.1.1 Reiheneinspritzpumpe (RE) 342  
           6.3.1.2 Verteilereinspritzpumpe (VE) 344  
           6.3.1.3 Pumpe-Düse-Einheit (PD) 346  
           6.3.1.4 Pumpe-Leitung-Düse (PLD) 348  
           6.3.1.5 Common-Rail (CRS) 349  
        6.3.2 Gemischbildungsverfahren 351  
        6.3.3 Verbrennung im Dieselmotor 355  
     6.4 Abgasschadstoffe 359  
        6.4.1 NOx, Partikel-, CO- und HC-Emissionen im Dieselmotor 359  
           6.4.1.1 Verbrennungsprodukte 359  
           6.4.1.2 Emissionen und Immissionen 361  
           6.4.1.3 Trade-Off zwischen Kraftstoffverbrauch und Emissionen 362  
        6.4.3 Vorschriften zur Emissionsbegrenzung von Nutzfahrzeugmotoren 364  
           6.4.3.1 13-Stufen-Test ESC (EURO-3, -4, -5) 365  
           6.4.3.2 ETC-Prüfzyklus (EURO-3, -4, -5) 366  
           6.4.3.3 ELR-Prüfzyklus (EURO-3, -4, -5) 368  
           6.4.3.4 Entwicklung der Emissionsgrenzwerte und Ausblick 369  
     6.5 Abgasreinigung beim Nutzfahrzeug-Dieselmotor 372  
        6.5.1 Interne, motorische Maßnahmen 372  
        6.5.2 Abgasnachbehandlungssysteme für Nutzfahrzeugmotoren 376  
           6.5.2.1 Gekühlte Abgasrückführung 377  
           6.5.2.2 Oxidationskatalysator und SCR-Technik 378  
           6.5.2.3 Partikelfilter-Systeme 383  
           6.5.2.4 Systemkombination 388  
        6.5.3 Zukünftige Brennverfahren für Nutzfahrzeugmotoren 389  
     6.6 Aufladung 389  
        6.6.1 Aufladeverfahren 390  
        6.6.2 Abgasturbolader (ATL) 391  
        6.6.3 Ladeluftkühlung 393  
        6.6.4 Variationen der Abgasturbolader-Anpassung an den Motor 394  
        6.6.5 Zukünftige Entwicklungen 397  
     6.7 Motorkonstruktion 398  
        6.7.1 Zylinderkurbelgehäuse 398  
           6.7.1.1 Zylinderkurbelgehäuse-Bauarten 399  
           6.7.1.2 Zylinderlaufflächen und Zylinderbuchsen 400  
           6.7.1.3 Verbindung Zylinderkurbelgehäuse/Zylinderkopf 401  
        6.7.2 Zylinderkopf und Zylinderkopf-Dichtung 402  
        6.7.3 Kurbeltrieb 404  
           6.7.3.1 Kurbelwelle 404  
           6.7.3.2 Kolben 406  
           6.7.3.3 Pleuel und Lager 408  
        6.7.4 Steuerung und Ventiltrieb 409  
           6.7.4.1 Nockenwelle 409  
           6.7.4.2 Antrieb 410  
           6.7.4.3 Ventil/Ventilfeder 411  
        6.7.5 Anordnung der Hilfsaggregate und deren Antrieb 412  
     6.8 Öl- und Kühlkreislauf 414  
        6.8.1 Ölkreislauf 414  
           6.8.1.1 Ölpumpe und Ölfilter 415  
           6.8.1.2 Ölkühler 417  
        6.8.2 Kühlarten 418  
           6.8.2.1 Luftkühlung 418  
           6.8.2.2 Wasserkühlung 418  
           6.8.2.3 Komponenten des Kühlkreislaufs 419  
     6.9 Luftversorgung, Ladeluftund Abgasführung 421  
        6.9.1 Ladeluftkühler 422  
        6.9.2 Motorbremseinrichtungen 423  
        6.9.3 Ladedruckregelung 425  
     6.10 Kraft- und Schmierstoffe 427  
        6.10.1 Anforderungen an den Kraftstoff 427  
           6.10.1.1 Zündwilligkeit, Cetanzahl 427  
           6.10.1.2 Schwefelgehalt 427  
           6.10.1.3 Aromatengehalt 429  
           6.10.1.4 Biokraftstoffe 429  
           6.10.1.5 Cetanzahlverbesserer 430  
        6.10.2 Anforderungen an Motoröle 432  
     6.11 Kurbelwellendichtringe für Nutzfahrzeug- und Industriedieselmotoren 435  
        6.11.1 Betriebsweise des Dieselmotors 435  
        6.11.2 Dynamik der Kurbelwellen in Dieselmotoren 435  
        6.11.3 Anforderungsprofil für Kurbelwellendichtungen 436  
        6.11.4 Dichtungsbauformen 437  
           6.11.4.1 Elastomer-Dichtungen 437  
           6.11.4.2 Dichtungen mit PTFE Dichtmanschetten 438  
           6.11.4.3 Kassettendichtungen als einbaufertiges Modul 439  
           6.11.4.4 Dichtsysteme mit Zusatzfunktionen und Trends 440  
        6.11.5 Ausfallursachen 441  
           6.11.5.1 Versagensarten 441  
        6.11.6 Zusammenfassung und Ausblick 442  
     Literaturverzeichnis 443  
  7 Getriebe 446  
     7.1 Leistungsangebot 446  
     7.2 Zusammenwirken von Motor und Komponenten des Antriebsstranges 448  
        7.2.1 Aufbau des Antriebsstranges 448  
        7.2.2 Drehzahlwandler 449  
        7.2.3 Drehmomentwandler 450  
     7.3 Hydrodynamische Kupplungen und Wandler 454  
        7.3.1 Hydrodynamische Kupplung 456  
        7.3.2 Hydromechanische Wandler 456  
     7.4 Kupplungen 459  
        7.4.1 Reibungskupplungen 459  
           7.4.1.1 Einscheibenkupplung (Schraubenfederprinzip) 459  
           7.4.1.2 Einscheibenkupplung (Membranfederprinzip) 460  
           7.4.1.3 Zweischeibenkupplung 461  
           7.4.1.4 Hydraulische Kupplungsbetätigung 461  
     7.5 Konstruktive Getriebegrundkonzepte 462  
        7.5.1 Bauform, Bauarten, Aufbau von Getrieben 462  
           7.5.1.1 Bauform und Bauart 463  
           7.5.1.2 Aufbau von Getrieben 463  
           7.5.1.3 Mechanische Schaltung 464  
           7.5.1.4 Gruppen-, Range- und Splitgetriebe 465  
           7.5.1.5 Automatisierte Schaltgetriebe 467  
           7.5.1.6 Automatische Getriebe 468  
           7.5.1.7 Vorgelegegetriebe mit Wandlerkupplung 469  
        7.5.2 Endantrieb 469  
           7.5.2.1 Verteilergetriebe 470  
           7.5.2.2 Ausgleichgetriebe 470  
     7.6 Ausgeführte Beispiele 471  
        7.6.1 Handschaltgetriebe 474  
           7.6.1.1 Daimler G211-16 474  
           7.6.1.2 Eaton-Twin-Splitter-Getriebe 475  
        7.6.2 Automatisierte Getriebe 475  
           ZF-AS-Tronic 475  
        7.6.3 Wandler-Schaltgetriebe 477  
           ZF-TC Tronic 477  
        7.6.4 Automatgetriebe 478  
           Allision Transmission – Serie 4500 478  
        7.6.5 Nebenabtriebe 479  
           7.6.5.1 Kupplungsabhängige Nebenabtriebe 479  
           7.6.5.2 Motorabhängige Nebenabtriebe 480  
     Literaturverzeichnis 481  
  8 Elektrik und Elektronik 482  
     8.1 Vorwort 482  
     8.2 Einführung 482  
        8.2.1 Begriffsdefinition 482  
        8.2.2 Grundsätzliches 483  
           8.2.2.1 Historie 483  
           8.2.2.2 Aufbau eines elektronisch gesteuerten Systems 485  
           8.2.2.3 Entwicklungsprozess elektronischer Steuergeräte 487  
        8.2.3 Abgrenzung System – Fahrzeug 488  
     8.3 Funktionen 489  
        8.3.1 Basisfunktionen 489  
           8.3.1.1 Signalisierungsfunktionen 489  
           8.3.1.2 Scheibenreinigung 493  
           8.3.1.3 Außenbeleuchtung 494  
        8.3.2 Standardfunktionen 497  
           8.3.2.1 Innenbeleuchtung 497  
           8.3.2.2 Heizung/Lüftung/Klima 497  
           8.3.2.3 Schließanlage 498  
           8.3.2.4 Anhängerversorgung 499  
        8.3.3 Schnittstellenfunktionen 501  
           8.3.3.1 Anhänger-/Aufbauhersteller 501  
           8.3.3.2 Flottenmanagement 502  
     8.4 Systeme 502  
        8.4.1 Antriebsstrangsysteme 502  
           8.4.1.1 Motor 502  
           8.4.1.2 Getriebe 504  
           8.4.1.3 Retarder 506  
        8.4.2 Bremsund Fahrwerksysteme 506  
           8.4.2.1 ABS (Anti-Blockier-System) 506  
           8.4.2.2 ASR (Antriebs-Schlupf-Regelung) 507  
           8.4.2.3 Übergang zur EBS (Elektronische Bremsen-Steuerung) 507  
           8.4.2.4 FDR (Fahrdynamikregelung ) 508  
           8.4.2.5 Niveauregulierung 509  
           8.4.2.6 Stoßdämpferregelung 510  
           8.4.2.7 Wankregelung 510  
        8.4.3 Bedienund Anzeigesysteme 511  
           8.4.3.1 Instrumentierung 511  
           8.4.3.2 Multifunktionslenkrad 512  
        8.4.4 Assistenzsysteme 512  
           8.4.4.1 Abstandsregeltempomat 512  
           8.4.4.2 Spurassistent 513  
     8.5 Übergreifende Aspekte 514  
        8.5.1 Systemarchitektur 514  
           8.5.1.1 Elektrik-/Elektronik-Architektur für das Gesamtsystem Fahrzeug 514  
           8.5.1.2 Software-Architektur in einem elektronischen Steuergerät 515  
        8.5.2 Energiebereitstellung und -verteilung 516  
           8.5.2.1 Komponenten des Bordnetzes 516  
           8.5.2.2 Zukünftige Entwicklungen für Bordnetze 519  
        8.5.3 Informationsübertragung/Netzwerke 520  
        8.5.4 Diagnose 521  
        8.5.5 Elektromagnetische Verträglichkeit 522  
     8.6 Ausblick 523  
     Literaturverzeichnis 524  
  Sachwortverzeichnis 525  

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