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PE-Magazine 1_05 d - Porsche Engineering
Ausgabe 01/2005 Porsche Engineering Magazine Berührungslos messen Das dynamische Verhalten der Ventiltriebe wird per Laser-Vibrometrie gemessen Gutes Gefühl Ein Simulator macht die Schaltkraft eines Getriebes bereits in der Konzeptphase spürbar Rauhes Klima Im Klimazentrum von Porsche kann der Allwetter-Test absolviert werden Inhalt Porsche Engineering ist die Kunden- und Durchführung von Gesamtfahr- Sie benötigen für Ihr Projekt einen entwicklung des Porsche-Konzerns. zeugentwicklungen einschließlich Automobilentwickler? Oder ziehen Wir entwickeln im Auftrag von Auto- Serienanlaufmanagement. Das Sie einen spezialisierten System- mobilherstellern und Zulieferern – Besondere daran: All das geschieht entwickler vor? Wir bieten beides – von der Konzeption einzelner Kom- mit dem Know-how eines Serien- weil Porsche Engineering an der ponenten über die Auslegung kom- herstellers. Schnittstelle beider Bereiche arbeitet. plexer Module bis hin zur Planung Editorial Seite 4 Complete Vehicle Chassis Drivetrain Electrics & Electronics Styling Schaltkraft wird spürbar Seite 8 Cayenne im Maßstab 1:2 Seite 10 Elfer im Doppel Seite 5 Unser ganzes Wissen läuft in Wenn Sie mehr über Porsche Weissach, im Forschungs- und Engineering erfahren möchten, Entwicklungszentrum von Porsche, dann fordern Sie unsere Image- zusammen. Und ist doch weltweit broschüre per E-mail an: verfügbar: etwa in Troy, USA. Oder [email protected] Insights in Prag, Tschechien. Oder direkt bei Einsatz neuer Werkstoffe Ihnen vor Ort. Aber egal, wo wir prämiert – Auszeichnung arbeiten – wir bringen stets ein für Carrera GT Stück Porsche Engineering mit. Seite 19 Sportlicher, kraftvoller und selbstbewusster – der neue Boxster Seite 20 Frischluft-Faszination – das neue 911 Cabriolet Seite 21 Body & Safety Testing Production Engineering Engine Industrial Engineering Ventiltriebdynamik: Messung per Laser Seite 16 Special Porsche – zu Land Reizklima im Forschungs- und Entwicklungszentrum Seite 12 und zu Wasser Seite 22 Editorial Liebe Leser, Im Klimazentrum des Unternehmens Um Dynamik geht es auch bei wird mittels Simulation untersucht, einem weiteren Thema: Per Laser- wie sich Fahrzeuge, Bauteile oder Vibrometrie untersucht Porsche Materialien verhalten, wenn sie Engineering im Rahmen der Motoren- unterschiedlichster Witterung ausge- entwicklung das dynamische Verhal- setzt sind. ten der Ventiltriebe. Denn nur ein optimal abgestimmter Motor garan- dass im Forschungs- und Entwicklungs- tiert höchste Leistung bei optima- zentrum von Porsche auch ausgiebig lem Kraftstoffverbrauch – und das Klimaforschung betrieben wird, wissen nur wenige. Viel Spaß beim Lesen wünscht Ihnen Auch diese Dienstleistung kann über Porsche Engineering in Anspruch genommen werden. Der aktuelle 911 absolvierte vor seinem Serienanlauf ebenfalls die obligatorischen Hitze- und Kältetests. Modernste Technik verhilft dem neuen Carrera zu einer überragenden Fahrleistung und Dynamik. Einige technische Highlights des Sportwagens stellen wir Ihnen in dieser Ausgabe vor. 4 gilt nicht nur für Sportwagen. Porsche Engineering Magazine 01/2005 Ihre Redaktion Highlights 911 Carrera Complete Vehicle Elfer im Doppel Der aktuelle 911 zeichnet sich durch überragende Fahrleistung und Dynamik aus. Der Porsche 911 hat sich in über 40 Jahren zum weltweit erfolgreichsten Sportwagen entwickelt. Die sechste Generation setzt diese langjährige Tradition fort. Modernste Technik verhilft dem aktuellen 911 zu einer überragenden Fahrleistung und Dynamik. Der Porsche 911 wird in zwei Leistungsvarianten mit unterschiedlichen Hubräumen angeboten: der Carrera als Basisvariante mit 3,6-Liter-Hubraum und einer Leistung von 239 kW (325 PS) bei 6.800 Umdrehungen pro Minute und der Carrera S mit 3,8-LiterHubraum und einer Leistung von 261 kW (355 PS) bei 6.600/min. Der neue 3,8-Liter-Boxermotor erreicht sein maximales Drehmoment von 400 Newtonmeter bei 4.600/min. Mit diesem leistungsstarken Aggregat beschleunigt der Der 3,8-Liter-Motor leistet bei 6.600 Umdrehungen pro Minute 355 PS (261 kW). Damit erreicht er eine Spitzengeschwindigkeit von 293 km/h. Von 0 auf 100 km/h sprintet der Carrera S in 4,8 Sekunden. Porsche Engineering Magazine 01/2005 5 Complete Vehicle Highlights 911 Carrera Carrera S in 4,8 Sekunden von Neues Sechsganggetriebe 0 auf 100 Stundenkilometer. Die Aufgrund der Mehrleistung des Höchstgeschwindigkeit beträgt Carrera S erhielten beide 911 293 km/h. Coupés ein neues SechsgangSchaltgetriebe, das höhere Dreh- Aerodynamik-Beiwerte momente übertragen kann, mit ver- verbessert kürzten Wegen zu schalten ist und Die neue Form des Porsche 911 ist dennoch kein Mehrgewicht auf die nicht nur in ihrem Design, sondern Waage bringt. Als Alternative zum auch in ihrer Aerodynamik ein evolu- neuen Sechsgang-Schaltgetriebe tionärer Fortschritt: Alle Beiwerte steht die Tiptronic S zur Wahl, wurden im Vergleich zum Vorgänger deren Schaltprogramm und -qualität nochmals deutlich verbessert. So weiter optimiert wurde. sank der Luftwiderstandsbeiwert Die Kühlluft-Führung im Bereich des Vorderwagens wurde weiter optimiert, so dass Strömungsverluste reduziert werden. reichen Strecken. Im Stadtverkehr des Carrera von cw = 0,30 auf 0,28. Noch wichtiger sind die Auf- Zahnstangenlenkung verbessert sich die Handlichkeit bei- mit variabler Übersetzung spielsweise beim Einparken und triebsbeiwerte, die an der Vorder- Das Basisfahrwerk des neuen 911 Abbiegen, da die Lenkung wesent- achse bei 0,05 und an der Hinter- wurde um 30 Millimeter verbreitert lich spontaner reagiert. achse bei 0,02 liegen. Damit nimmt und neu abgestimmt. Erstmals der Carrera im internationalen Wett- überträgt beim 911 Carrera eine Aktives PASM-Fahrwerk bewerb eine Spitzenstellung ein. Zahnstangenlenkung mit variabler Auf der Basis des überarbeiteten Übersetzung die Lenkbefehle des Fahrwerks gibt es erstmals beim Kühlluftverluste verringert Fahrers und steigert damit insbe- 911 ein aktives Dämpfungssystem. Die Kühlluftverluste konnten primär sondere die Agilität auf kurven- Das für den 911 Carrera S serien- durch ein verändertes Abströmkonzept reduziert werden. Wurde beim Vorgängermodell der Abluftstrom senkrecht nach unten vor die Vorderräder ausgeblasen, so wird er nun direkt in die Radhausschale eingeleitet und durch Lamellen in Richtung Fahrzeugaußenseite gerichtet. Insgesamt konnte der Kühlluftdurchsatz um 20 Prozent gesteigert werden, ohne dass der Kühlluftwiderstand, der mit rund 1,5 Prozent bereits auf einem im Vergleich zum Wettbewerb äußerst geringen Niveau lag, erhöht wurde. 6 Der 911 besitzt erstmals ein aktives Dämpfungssystem. Das PASM besteht aus kennfeldgesteuerten Dämpfern, einem Steuergerät und zwei Beschleunigungssensoren. Porsche Engineering Magazine 01/2005 Highlights 911 Carrera Complete Vehicle In der Brüstung des Seitenfensters sitzt ein neuer Kopfairbag. Er sorgt zusammen mit dem Thorax-Airbag in der Vordersitzlehne für einen hohen Schutz bei seitlichen Kollisionen. mäßige PASM (Porsche Active Das PASM kann sowohl im Normal- garantieren extreme Bremsleistun- Suspension Management) verbindet als auch im Sportprogramm aus je gen selbst bei hoher Belastung. zwei Fahrwerke in einem: ein sport- einem genau abgestimmten Kenn- lich komfortables für die Lang- linienfeld die gewünschte Dämpfer- Kopfairbag unterhalb des strecke und ein betont sportliches härte getrennt für jedes einzelne Seitenfensters für die Rundstrecke. Rad auswählen. Die möglichen Der neue 911 Carrera erfüllt alle Dämpferkennungen reichen von Voraussetzungen im Bereich der Das PASM-System besteht aus komfortabel bis betont sportlich. passiven Fahrzeugsicherheit und kennfeldgesteuerten Dämpfern mit Damit wird ein Zugewinn an aktiver bietet einen beispielhaften Seiten- kontinuierlich verstellbarer Dämpfer- Fahrsicherheit in allen Situationen aufprallschutz: Ein neuer Kopf- härte, einem Steuergerät und zwei bei spürbarer Anhebung des Kom- airbag versteckt sich in der Brüs- Beschleunigungssensoren, die die fortniveaus erreicht. tung des Seitenfensters und sorgt zusammen mit dem Thorax-Airbag Karosserievertikalbewegungen ermitteln. Weitere Signale wie Mustergültige Bremsen in der Vordersitzlehne für einen Querbeschleunigung, Lenkwinkel, Verstärkte Vier-Kolben-Festsättel hohen Schutz bei seitlichen Kollisio- Fahrgeschwindigkeit, Bremsdruck sowie gelochte und innenbelüftete nen. Zusammen mit dem Fahrer und und Motormoment werden über den Bremsscheiben in der Größe 318 Beifahrer-Airbag sind insgesamt CAN-Bus eingelesen. Über einen Millimeter an der Vorderachse und sechs Airbags an Bord des neuen Taster im Bedienfeld der Mittel- 299 Millimeter an der Hinterachse Elfers. konsole wird das gewünschte Pro- beim Carrera sowie 330 Millimeter gramm (Normal oder Sport) ausge- an allen vier Rädern beim Carrera S I wählt. Porsche Engineering Magazine 01/2005 7 Drivetrain Schaltkraftsimulation Schaltkraft wird spürbar Per Simulations-Software werden die Schaltkräfte in Echtzeit berechnet und über Servomotoren am Schalthebel fühlbar gemacht. Im Rahmen der Getriebe-Entwicklung bemüht sich jeder Fahrzeughersteller, den Schaltkomfort zu optimieren. Porsche Engineering hat einen Simulator entwickelt, der die Schaltkraft eines beliebigen Getriebes bereits in der Konzeptphase fühlbar macht. In der Vergangenheit nutzten Ingenieure bei der Definition der Fahrzeugschaltung im frühen Entwicklungsstadium fast ausschließlich ihre Erfahrung aus vorangegangen Projekten und ganz vereinzelt die Berechnung. Fühlen konnte man die Charakteristik des Schaltens so allerdings nicht. Dies war dann erst bei einem Prototypen möglich. Die Testperson kann in einer maßstabsgetreuen Sitzkiste Platz nehmen, die fahrzeugspezifisch die Fahrerumgebung, hier am Beispiel des 911 Carrera, nachbildet. 8 Porsche Engineering Magazine 01/2005 Schaltkraftsimulation Drivetrain Eine spezielle Simulations-Software Entspricht die Charakteristik nicht bildet die Getriebeschaltung ab. den Wünschen, können die Kräfte Dabei berücksichtigt man neben und Wege der Schaltung per Maus- schaltspezifischen Parametern auch klick neu definiert und optimiert die Einflüsse des Fahrzeugs, zum werden. Beispiel durch Aggregatelager oder Der Schaltkraftsimulator: Die mobile Box mit Handschalthebel, Leistungs- und Steuerelektronik kann für verschiedene Fahrzeugtypen eingesetzt werden. Vor diesem Hintergrund entwickelte Seitenwellen, auf das Getriebe. Die Das von Porsche Engineering ent- Schaltkräfte werden in Echtzeit be- wickelte System unterstützt Fahr- rechnet und durch zwei Servomoto- zeug-Ingenieure bereits in der Kon- ren am Schalthebel fühlbar zeptphase bei der Definition der gemacht. Dabei erzeugt ein Linear- Kräfte und Wege der Schaltung. So motor die durch den Rechner vorge- lässt sich der Schaltkomfort objek- gebene Schaltrichtungskraft. Ein tiv und reproduzierbar bewerten. rotatorischer Motor simuliert die Darüber hinaus kann in jeder Ent- Kraft, die bei der Gangwahl wirken wicklungsphase unter gleichen Rah- soll. menbedingungen überprüft werden, Porsche Engineering eine virtuelle ob die gewünschte Schaltcharakte- Getriebeschaltung, einen so ge- So erzeugen die per PC eingestell- ristik noch gehalten werden kann, nannten Schaltkraftsimulator. In die- ten Parameter eine am Handschalt- ohne dass man einen Getriebe-Pro- sem Simulator kann man mit allen hebel fühlbare Schaltcharakteristik. totypen einsetzen muss. I charakteristischen Eigenschaften schalten, ohne dass ein reales Ge- Host-PC triebe vorhanden ist. Stromsollwert dSpace-Echtzeithardware Ist-Position Ist-Position In einer maßstabsgetreuen Sitz- Stromsollwert kiste, mit der die Fahrerumgebung fahrzeugspezifisch nachgebildet Ist-Kraft Schaltebene wird, nimmt die Testperson ihre tatsächliche Position im Fahrzeug ein. Messverstärker Der Schaltkraftsimulator – eine mobile Box mit Handschalthebel, Leistungs- und Steuerelektronik – Ist-Kraft Wählebene Endstufe ReferenzEndlagenschalter ReferenzEndlagenschalter Endstufe wird in diese Umgebung eingepasst und kann so für beliebige Fahrzeugtypen eingesetzt werden. Antrieb „Wählen“ Antrieb „Schalten“ Wenn die Schaltcharakteristik nicht den Wünschen entspricht, können die Kräfte und Wege der Schaltung per Mausklick neu definiert werden. Porsche Engineering Magazine 01/2005 9 Styling Golf-Car Cayenne im Maßstab 1:2 Das Golf-Car bietet neben zwei bequemen Sitzplätzen ausreichend Platz für zwei Golfbags. Aufgrund der offenen Ladefläche konnten die optischen Merkmale des Cayenne im Heckbereich nicht vollständig wiedergegeben werden. Aber mit den ovalen Abgas-Endrohren, den Rückleuchten und der OriginalLadekante aus Edelstahl wurden markante Design-Elemente übernommen, so dass das Golf-Car auch von hinten als Mini-Cayenne leicht zu identifizieren ist. Der kleine Cayenne für den Golfplatz. Die Porsche Engineering Group hat zwei Fahrzeuge vom Typ “Offener Zweisitzer“ nach einer Entwicklungszeit von nur vier Monaten fertiggestellt. Die Prototypen sind speziell für den Einsatz auf Golfplätzen konzipiert. Das bisher einzigartige Golf-Car trägt auf der Fronthaube nicht nur das Porsche-Wappen, sondern erinnert in vielen weiteren Details an den sportlichen Geländewagen Cayenne – allerdings im Maßstab 1:2. Für die 2,7 Meter langen und 1,25 Meter breiten Fahrzeuge wurden die Motorhaube, die vorderen Kotflügel, die Scheinwerfer, das Bugteil und die 20-Zoll-Felgen absolut detailgetreu nachgebildet. Mit dem Golf-Car wurde die für alle Porsche-Prototypen obligatorische Testfahrt auf der Prüfstrecke im Forschungs- und Entwicklungszentrum absolviert. 10 Porsche Engineering Magazine 01/2005 Golf-Car Die Cayenne-Scheinwerfer wurden für das Golf-Car detailgetreu nachgebildet. Styling Auch Motorhaube und Kotflügel sehen aus wie beim Original – allerdings im Maßstab 1:2. Die Abgas-Endrohre dienen beim Golf-Car lediglich als Design-Merk- Technische Daten mal, denn zum Fahren wird ein Motor Elektro, 48 Volt, Gleichstrom 3,2 PS starker Elektromotor einge- Leistung 3,2 PS setzt, der über ein Direktgetriebe Getriebe-Einheit voll synchronisiert die Hinterräder antreibt. Die Länge 2,70 Meter Antriebstechnik und das Fahrwerk Breite 1,25 Meter wurde von den Porsche-Ingenieuren Höhe 1,75 Meter nicht verändert, sondern stammen Leergewicht 24 Kilogramm vom Basis-Fahrzeug der Divaco mit Batterien 404 Kilogramm GmbH in Essen. Die Höchstge- Zuladung ca. 200 Kilogramm schwindigkeit liegt bei 24 Stunden- Reichweite ca. 30 Kilometer (ohne Licht) kilometer, die bei voller Beschleuni- Beschleunigung 24 km/h nach 10 Metern gung nach zehn Metern erreicht wird. Die Reichweite beträgt rund 30 Kilometer – ohne eingeschaltete unterziehen. Erst nachdem die Golfplatz Alcanada einsetzen. Eine Scheinwerfer. Entwicklungsingenieure mit ihren Entscheidung, ob die Porsche außergewöhnlichen Testkandidaten Engineering Group noch weitere Bevor die beiden Golf-Cars im zufrieden waren, durften sie auf die Golf-Cars bauen wird und damit der Cayenne-Look ausgeliefert wurden, Reise nach Mallorca gehen. Dort Mini-Cayenne auch für andere mussten sie sich einer Testfahrt auf wird sie Hans-Peter Porsche, der Golfplätze auf der Welt angeboten der Prüfstrecke des Porsche-Ent- den Fahrzeug-Umbau in Auftrag werden kann, ist bisher noch nicht wicklungszentrums in Weissach gab, ab Frühjahr 2005 auf dem gefallen. Porsche Engineering Magazine 01/2005 I 11 Testing Klimazentrum Reizklima im Forschungs- und Entwicklungszentrum Wie lange ein Fahrzeug, einzelne Komponenten oder neue Materialien je nach Klimazone den täglichen Belastungen durch Hitze, Kälte, Sonne oder Regen standhalten, kann im Klimazentrum von Porsche ausgiebig getestet werden. Die Sonne brennt auf den 911 Targa, das Thermometer klettert Richtung 60 Grad Celsius. Luftfeuchtigkeit: nur 10 Prozent. Auch wenn dies so klingt, als ob der Sportwagen im Death Valley, dem tiefsten Punkt Nordamerikas stünde, so weilt der Targa doch nur in Weissach. Genauer gesagt im Klimazentrum des Forschungs- und Entwicklungszentrums von Porsche. Hier wird untersucht, wie sich Fahrzeuge, einzelne Bauteile und Werkstoffe verhalten, wenn sie im Alltag extremen Witterungsverhältnissen ausgesetzt sind. Das Klimazentrum ist für Simulationen in der Automobil- und Zulieferindustrie speziell ausgerüstet. Neben einer einfachen Klimakammer stehen insgesamt drei Prüfkammern mit unterschiedlichen Sondereinbauten sowie ein Klimakanal zur Verfügung. Durch die Solarsimulation wird im Klimakanal der Innenraum des Targa zusätzlich aufgeheizt. 12 Porsche Engineering Magazine 01/2005 Klimazentrum Sonnenschein auf Knopfdruck Testing 2.500 Brenner in der Klimakammer CIE 85 Tab. 4 Sonne 25.08. 13.00 Uhr In der Klimakammer mit Solarsimulation können Temperaturen 2.000 Celsius erzeugt werden. Durch ein der Sonne ähnliches, aber viel intensiveres UV-Spektrum lässt sich Strahlungsintensität von minus 40 bis zu plus 70 Grad 1.500 1.000 das Verhalten und der Alterungsprozess von Fahrzeugen oder Bau- 500 teilen im Zeitraffer beobachten. Hier sind auch Prüfungen nach 0 220 260 300 340 380 420 460 500 540 580 620 660 700 740 780 Wellenlänge DIN 75220 „Alterung von Kfz-Bauteilen in Sonnensimulationsanlagen“ möglich. Die Klimakammer mit Solarsimulation kann die Sonneneinstrahlung realitätsgetreu nachbilden und orientiert sich gleichzeitig an den Normwerten (CIE85). Um einzelne Bauteile zu untersu- zu 80 Grad Celsius und einer Luft- Ingenieure bei einer Schalttafel in chen, können in diesem Prüfstand feuchtigkeit bis zu 95 Prozent wird 25 Tagen, wie sich Leder und auch spezielle Klimakästen – so zum Beispiel das Materialverhalten Verklebung unter der Sonne von genannte Solarclimatics – einge- unter einer Windschutzscheibe Arizona und Florida in ein bis zwei setzt werden. Bei Temperaturen bis getestet. So simulieren die Porsche- Jahren verändern können. Kammer für Hitzewallungen In der Hochtemperatur-Klimakammer geht es beinahe bis zum Siedepunkt: Es können Tests bei Temperaturen bis zu 90 Grad Celsius durchgeführt werden. So wird hier zum Beispiel das Verhalten von befüllten Kraftstoffanlagen bei verschiedenen und vor allem hohen Temperaturen simuliert. Aus diesem Grund ist diese Klimakammer explosionsgeschützt ausgeführt. Bei Fahr-Simulationen oder wie hier Kaltstartversuchen saugt eine spezielle Anlage die Abgase auf. Porsche Engineering Magazine 01/2005 13 Testing Klimazentrum Der 911 Carrera S unter einer Eisschicht: In den Klimakammern können Tests bei bis zu minus 40 Grad Celsius durchgeführt werden. Klimakammer mit Einachs-Rolle Das Verhalten von Motor und Motorkomponenten bei einem Kalt- oder Heißstart mit anschließender Fahrt kann in der Klimakammer (minus 40 bis plus 70 Grad Celsius) mit Einachs-Rolle untersucht werden. Der Doppelrollensatz lässt sich auf front- und heckgetriebene Fahrzeuge einstellen und kann bis zu einer Geschwindigkeit von 200 km/h betrieben werden. Den Fahrtwind bis zu 160 km/h simuliert dabei ein Gebläse, das entweder konstant oder proportional zur RollengeEin Prototyp des Carrera GT im Klimakanal beim Test der Klimaanlage. 14 Porsche Engineering Magazine 01/2005 schwindigkeit arbeitet. Klimazentrum Testing Aber auch der Verdeckdauerlauf cken, wie zum Beispiel der Townes Im Klimakanal können auch die eines Cabriolets bei verschiedenen Pass in den USA oder die Groß- Scheibenwischer geprüft werden. Temperaturen, mit mehreren glockner-Hochalpenstraße in der Die simulierte Regenfahrt zeigt, wie Tausend Öffnungen und Schließun- Schweiz, mit Zwei- und Allrad-getrie- schnell und sauber die Wischer bei gen, findet in dieser Kammer statt. benen Fahrzeugen nachgefahren Nieselregen oder Wolkenbruch werden. arbeiten. Um dann auch gleich deut- Klimakanal mit sches April-Wetter testen zu kön- Allrad-Rollenprüfstand Die Simulation des Fahrtwindes (bis nen, besitzt der Prüfstand ebenfalls Um beispielsweise die Leistung zu 200 km/h) wird entweder ent- eine Solarsimulation. eines Fahrzeugs, das Abkühlverhal- sprechend der Rollengeschwindig- ten der Bremsen oder Klimaanlage keit gesteuert oder frei geregelt. Erfassung und Auswertung und Heizung bei Temperaturen von Man kann aber auch nach Standard- Die Daten einer jeden Klimakammer minus 40 bis plus 55 Grad Celsius programmen, wie Stadtverkehr und des Prüflings werden über ein zu testen, bietet sich der Klima- oder Bergfahrten, testen. Weiterhin von Porsche entwickeltes modula- kanal mit Allrad-Rollenprüfstand an. wird die Idle-Simulation, wie bei- res Mess-System erfasst und aus- spielsweise Stop-and-go-Verkehr, gewertet. Dabei kann man die auf diesem Prüfstand durchgeführt. Werte am Bildschirm online nume- Die eingesetzten Allrad-Rollen leisten bis zu 750 kW und sind für Ge- risch oder grafisch beobachten. I schwindigkeiten bis zu 400 km/h ausgelegt. Dort können reale Stre- Porsche Engineering Magazine 01/2005 15 Engine Laser-Vibrometrie Ventiltriebdynamik: Messung per Laser Die Ergebnisse der Ventiltriebmessung macht eine spezielle Software am PC sichtbar. So ist eine schnelle Analyse der Daten möglich. Die Laser-Vibrometrie hat in den letzten Jahren in der Automobilbranche einen festen Platz eingenommen. Bei Porsche Engineering wird dieses berührungslose Messverfahren eingesetzt, um im Rahmen der Motorenentwicklung das dynamische Verhalten der Ventiltriebe zu untersuchen und zu verbessern. 16 Höchste Leistung bei optimalem nungsquerschnitte bei kürzester Ob ein Ventiltrieb nun die im Lasten- Kraftstoffverbrauch setzt einen per- Öffnungsdauer der Ventile und heft festgelegten Eigenschaften fekt abgestimmten Motor voraus. gleichzeitig hohen Motordrehzahlen erfüllt und die dadurch entstehen- Gerade der Ventiltrieb bietet dabei notwendig sind. Deshalb bemühen den Belastungen aushält, kann immer wieder Verbesserungspoten- sich die Entwickler in diesem bereits in einem frühen Entwick- zial. Besonders bei Sportwagen- Bereich ständig, die dynamischen lungsstadium auf dem Prüfstand motoren werden diese Bauteile sehr Eigenschaften von Ventil- und ermittelt werden. Die Ingenieure von stark beansprucht, weil große Öff- Steuertrieb weiter zu optimieren. Porsche Engineering setzen dazu Porsche Engineering Magazine 01/2005 Laser-Vibrometrie Engine Zur Messung wird der Laserstrahl nun so positioniert, dass er senkrecht auf den Ventilteller trifft. Einen zweiten Laserstrahl positioniert man als Referenz-Mess-Strahl parallel zum ersten in der Nähe des Ventilsitzes. Gemessen wird nun, durch sofortige Differenzbildung, die Relativbewegung zwischen den beiden Mess-Stellen und damit die reine Bewegung des Ventils, ohne den Einfluss von Aufbauschwingungen. Auf diese Weise können Ventilhub und Ventilgeschwindigkeit Der Laser wird so positioniert, dass er senkrecht auf den Ventilteller trifft. genau erfasst werden. spezielle Laser ein, mit denen die Ventiltriebdynamik berührungslos und damit rückwirkungsfrei untersucht werden kann. Dabei wird das Verhalten des Ventils bei unterschiedlichen Drehzahlen gemessen. Für die Messung wird der Zylinderkopf auf einem so genannten Attrappen-Prüfstand wie im realen Betrieb mit Öldruck versorgt. Auch die entsprechende Öltemperatur und Ölverschäumung werden eingestellt. Diese Parameter werden online vorgegeben und überwacht. Ein leistungsstarker Elektro-Asyn- Mit Hilfe eines zweiten Mess-Strahles, den man parallel zum ersten in der Nähe des Ventilsitzes positioniert, wird die Relativbewegung des Ventils gemessen. chronmotor treibt den kompletten So kann die Dynamik des Ventil- Porsche Engineering setzt einen Steuertrieb an und simuliert so den triebs mit allen äußeren Einflüssen Laser ein, der speziell für Messun- realen Betrieb. und deren Rückwirkungen – wie gen bei Hochleistungsmotoren, wie zum Beispiel Polygoneffekt der sie auch in der Formel 1 eingesetzt Der Kettentrieb ist mit allen Kette, Dämpfungseinfluss des werden, entwickelt wurde. Er ist in Zwischenräder, Führungs- und hydraulischen Kettenspanners und der Lage, Geschwindigkeiten von Spannschienen sowie dem Ketten- Nockenwellenwechselmomente – bis zu 30 m/s sowie Wege (Hübe) spanner vollständig nachgebildet. untersucht werden. bis zu 160 mm zu erfassen. Porsche Engineering Magazine 01/2005 17 Engine Laser-Vibrometrie Auf diese Weise können zum Beispiel die Auswirkungen verschiedener Nockenkonturen, Federsteifigkeiten, Federprogressionen oder Ventiltriebsmassen untersucht werden. Der Einfluss dieser Modifikationen kann dann anhand von Ventilaufsetzgeschwindigkeiten, Ventilbeschleunigungen sowie hieraus berechneter Kontaktkraftverläufe und Hertz’scher Pressungen bewertet werden. Gleichzeitig Bereits in einem frühen Entwicklungsstadium kann man mit Hilfe der Laser-Vibrometrie den Ventiltrieb hinsichtlich Kinematik, Dynamik und Belastung in verschiedenen Drehzahlbereichen messen. können Drehschwingungsanalysen weitere Informationen über das Betriebsverhalten liefern. Gerade im Hinblick auf immer komplexer werdende Ventiltriebe bei gleichzeitig immer kürzeren Entwicklungszeiten gewinnt die Ventiltriebanalyse immer mehr an Bedeutung. Mit der bei Porsche Engineering eingesetzten Laser-Vibrometrie untersucht man bereits in einem frühen Entwicklungsstadium den Ventiltrieb hinsichtlich Kinematik, Dynamik und Belastung im gewünschten Drehzahlbereich. So Die bei der Messung gewonnen Drehzahlsignale können bis zu einer konnten zum Beispiel auch beim Daten werden zeitsynchron erfasst Frequenz von 1 MHz und einer V-10-Motor des Porsche Carrera GT und gespeichert. Das dabei von Auflösung von 40-Bit aufgenommen durch die Ventiltriebanalyse ganz Porsche Engineering verwendete werden. Eine integrierte Software gezielt notwendige Modifikationen rotec RAS System kann Analog- zur Auswertung macht eine schnelle eingeleitet und so kosten- und zeit- signale mit einer Auflösung von Analyse der gemessenen Daten intensive Entwicklungsschleifen ver- 16-Bit und einer Abtastrate von möglich. mieden werden. 400 kHz aufzeichnen. 18 Porsche Engineering Magazine 01/2005 I Auszeichnung für Carrera GT Insights Einsatz neuer Werkstoffe prämiert Die Society of Plastic Engineers, eine der angesehensten Vereinigungen für Werkstofftechnik, hat dem Porsche Carrera GT den Engineering Excellence Award verliehen. auch besonders sicher: Er erreicht eine für offene Serienfahrzeuge maximale Biege- sowie Torsionssteifigkeit und damit eine herausragende Gesamtsteifigkeit. Die PCCC wurde von PorscheIngenieuren komplett neu konstruiert und erfüllt durch ihre Kompaktheit alle Anforderungen im Rennsport: Der Durchmesser der Kupplungsscheiben beträgt nur 169 Millimeter, was einen sehr tiefen Schwerpunkt für Motor und Getriebe erlaubt. Ein weiterer Vorteil ist Der Carrera GT wurde mit dem Engineering Excellence Award ausgezeichnet. die geringe Masse, die sich positiv auf die Motordynamik auswirkt. Die Mit dem im Jahr 2004 erstmals ver- Fahrdynamik mit minimalem Ge- Keramik-Kupplung zeichnet sich gebenen Preis zeichnen die Auto- wicht bei maximaler Steifigkeit zu weiterhin in puncto Alltagstauglich- motive-Experten den Carrera GT für verbinden. Durch den Einsatz von keit durch ihre lange Lebensdauer den weltweit ersten Serien-Einsatz CfK ist der Carrera GT deshalb aus. I von Kohlefaser verstärktem Kunststoff (CfK) bei Chassis und Aggregateträger sowie bei der KeramikKupplung PCCC (Porsche Ceramic Composite Clutch) aus. CfK besteht im Wesentlichen aus Kohlenstoff-Fasern, wie sie im Flugzeugbau und der Raumfahrtindustrie eingesetzt werden. Porsche hat sich bei den Hochleistungsbauteilen für diesen Werkstoff entschieden, da nur er alle Voraussetzungen bietet, um höchste Fahrleistungen und Sowohl das Monocoque als auch der gesamte Aggregateträger bestehen aus kohlefaserverstärktem Kunststoff (CfK). Porsche Engineering Magazine 01/2005 19 Insights Der neue Boxster Sportlicher, kraftvoller und selbstbewusster Der 2,7-Liter-Sechszylinder-Motor Die Kraftübertragung beim neuen Weltweit als erster Roadster sichert des Boxster leistet 176 kW (240 PS). Boxster übernimmt ein überarbeite- der Boxster die Insassen mit einem Der Boxster S, der zeitgleich einge- tes Fünfgang-Schaltgetriebe und Kopfairbag gegen Seitenkollisionen. führt wurde, schöpft aus 3,2 Liter beim S-Modell eine neue Schaltbox Der Airbag schnellt unterstützt von einem Thorax-Airbag, der sich in Generationswechsel: Nach über acht Produktions- der Außenseite der Sitzlehne verbirgt, aus der Seitenscheiben- jahren und mehr als 160.000 gebauten Fahrzeugen Brüstung der Tür und entfaltet eine gibt es den neuen Boxster gleich in zwei Versionen. sehr hohe Schutzwirkung für den Kopf. Hubraum 206 kW (280 PS). Von 0 auf 100 Stundenkilometer spurten der Boxster in 6,2 und der Boxster S in 5,5 Sekunden. Das Basis-Modell erreicht Tempo 256 und verbraucht nach EU-Norm 9,6 Liter Super Plus. Die Höchstgeschwindigkeit der S-Variante liegt bei 268 km/h, der Durchschnittsverbrauch beträgt hier 10,4 Liter (EU-Norm). In der Seitenansicht dominieren die vergrößerten Lufteinlässe vor der Hinterachse, der prägnante Schweller, die größere Fensterfläche im Übergang von der B-Säule zum Der Boxster S ist mit seinen 280 PS besonders kraftvoll und erreicht bei 268 km/h seine Höchstgeschwindigkeit. Dach und die neu gestalteten, größeren Felgen. Die 2,7-Liter-Version mit sechs Gängen. Die Schaltbetäti- erhält jetzt serienmäßig 17-Zoll- gung wurde bei beiden Getriebe- Räder, der Boxster S rollt ab Werk Varianten so überarbeitet, dass die auf 18 Zoll großen Rädern. Schaltwege nun deutlich kürzer ausfallen. Als Option steht die Fünf- Charakteristisch für die Front- gang-Tiptronic S für beide Fahr- ansicht ist das neue Lichtkonzept zeuge zur Verfügung. mit der Trennung von Hauptscheinwerfer und Bugleuchte mit integriertem Nebelscheinwerfer. 20 Porsche Engineering Magazine 01/2005 I 911 Cabriolet Insights Frischluft-Faszination – das neue 911 Cabriolet Seit April 2005 steht dem 911 Coupé das neue Cabriolet als Alternative zur Seite. Auch der offene Elfer bietet zwei Motor-Varianten: den 239 kW (325 PS) starken 3,6-Liter-Boxermotor und das S-Modell mit 3,8-Liter-Motor und 261 kW (355 PS). Die überragende Fahrdynamik, die Management), das für den 3,6-Liter- automatisch öffnen beziehungsweise bereits die Coupés auszeichnet, Carrera optional lieferbar ist, völlig schließen und wird dabei nach der besitzen auch die Cabriolets. Dank neue Standards. Z-Faltung so im Verdeckkasten ab- herausragender Leichtbaukonzepte gelegt, dass die Verdeckaußenseite bringt die Basis-Version ein Leer- Beide Modelle erreichen exakt die nach dem Öffnen oben liegt. Das gewicht von lediglich 1.480 Kilo- Höchstgeschwindigkeiten der Öffnen und Schließen ist während gramm (S-Variante: 1.505 Kilo- Coupés – 285 km/h beziehungs- der Fahrt bis zu einer Geschwindig- gramm) auf die Waage und nimmt weise 293 km/h – und beweisen keit von 50 km/h möglich. damit in seinem Marktsegment eine damit gleichzeitig ihre vorbildliche Spitzenposition ein. Beide Cabriolets Aerodynamik. Sie haben einen cW- wiegen nur 85 Kilogramm mehr als Wert von 0,29 und nehmen damit die entsprechenden Coupé-Versio- im internationalen Wettbewerb eine nen. In Verbindung mit dem daraus Spitzenstellung ein. Mit dem 3,6- resultierenden günstigen Leistungs- Liter-Motor spurtet der offene gewicht und dem Porsche-typischen Carrera (mit Schaltgetriebe) in 5,2 Fahrwerk glänzen die zwei offenen Sekunden aus dem Stand auf Sportwagen mit vorbildlicher Agilität Tempo 100, das Carrera S und Kurvendynamik. Das Carrera S Cabriolet benötigt 4,9 Sekunden. I Cabriolet setzt dabei mit dem serienmäßigen PASM-Fahrwerk Das Stoffverdeck lässt sich in nur (Porsche Active Suspension 20 Sekunden auf Knopfdruck voll- Das vollautomatische Stoffverdeck des 911 Carrera Cabriolet öffnet sich in nur 20 Sekunden. Porsche Engineering Magazine 01/2005 21 Special Bootsmotor Porsche – zu Land und zu Wasser Mitte der 50er Jahre wagte sich Porsche erstmals auch aufs Wasser: Mit einem Boot, das von einem gedrosselten 356-Motor angetrieben wurde, drehte man erste schnelle Erprobungsrunden auf dem Stuttgarter Max-Eyth-See. Erste Erprobungsrunden auf dem Max-Eyth-See bei Stuttgart. Weil der Porsche 356 so erfolgreich war, setzte man seinen Motor leicht modifiziert auch als Bootsantrieb ein. Der Motor des Porsche 356 wurde für den Einsatz zu Wasser modifiziert. Im Jahr 1959 wurde dann ein von 60 auf 52 PS gedrosselter 356Motor mit der Bezeichnung Typ 729 der Öffentlichkeit als Bootsmotor vorgestellt. Ein besonderes Merkmal der Konstruktion war das spezielle Blechgehäuse des Motors. Es sorgte für die Kühlluftführung und schützte den Antrieb vor Überhitzung. Außerdem nutzte ein Wärmetauscher die Abluft des Motors, damit das Boot bei Bedarf auch beheizt werden konnte. Bei einer Spitzengeschwindigkeit von 46 km/h kann der Fahrtwind ganz schön kühl sein ... I 1959 wurde das erste Boot mit Porsche-Motor der Öffentlichkeit vorgestellt. 22 Porsche Engineering Magazine 01/2005 Complete Vehicle · Styling · Body & Safety · Engine · Drivetrain · Chassis · Electrics & Electronics · Testing · Industrial Engineering · Production Engineering Haben Sie nach der Lektüre dieses Heftes auch wieder Lust bekommen auf eine innovative Entwicklung? Informationen zur Porsche Kundenentwicklung unter: Telefon +49 711 911-88888, Telefax +49 711 911-88999 Internet: www.porsche-engineering.com, E-Mail: [email protected] Porsche Engineering driving identities Impressum Herausgeber Porsche Engineering Group GmbH Anschrift Porschestraße D-71287 Weissach Tel. +49 711 911-88888 Fax +49 711 911-88999 Email: [email protected] Internet: www.porsche-engineering.com Redaktion Sabine Schröder Catja Wiedenmann Produktion Werking Werbekonzeption & Realisation, Bad Sobernheim Druck Gulde Druck GmbH, Tübingen Porsche Engineering driving identities
