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
533 Seiten, Download: 31640 KB
Format: PDF, auch als Online-Lesen
geeignet für:
| 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 |