Design eines Motorraums zur Aufnahme eines Dieselmotors in ein benzinbetriebenes Schneemobil

Anwendungen: Reverse Engineering
Branchen: Automobil-/Transportindustrie

Die Integration eines Industriedieselmotors in das Chassis eines benzinbetriebenen Schneemobils zur Lärmreduzierung und Vermeidung von Emissionen bei gleichzeitigem Erhalt oder sogar Erhöhung der Geschwindigkeit und Leistung lässt sich ohne die Messung extrem komplexer Geometrien mit modernsten Technologien zum Erhalt einer präzisen Ausgangsbasis und der korrekten Toleranzen nicht auf geeignete Weise durchführen.

Wie kann die strukturelle Grundlage des Schneemobils zur Aufnahme des Dieselmotors verändert und gleichzeitig die strukturelle Integrität des Chassis bewahrt werden?

Der Austausch der gesamten Trägerstruktur, der Wechsel der Standard-Ölwanne oder der Einsatz eines Trockensumpfschmiersystems stellen kostspielige und komplexe Optionen dar, die möglicherweise zu Problemen mit der Zuverlässigkeit führen könnten. Die Ingenieure mussten daher einen Weg finden, den (den Motor umgebenden) Motorraum so zu konstruieren, dass dieser den Industriedieselmotor aufnehmen kann, ohne dass hierzu das Design der Ölwanne verändert werden muss. Hierbei stellt die Vermessung des aktuellen Motors, der Motoraufhängung und des Motorraums einen entscheidenden Schritt dar. Diese muss jedoch mit äußerst präzisen Messinstrumenten ausgeführt werden, da das Design viele extrem kleine Spaltmaße enthalten kann.

Wie kann der Aluminiumguss, der den Motorraum bildet, geometrisch komplex ist und eine Vielzahl von Formen beinhaltet, präzise gemessen werden?

Um die strukturelle Grundlage des Schneemobils zur Aufnahme des Motors verändern zu können und gleichzeitig die strukturelle Integrität des Chassis zu bewahren, müssen jeder Winkel und jede Oberfläche des Gusses gemessen werden. Die Ingenieure müssen die richtigen Toleranzen zwischen dem Motor und dem Motorraum kennen. Leider können diese Toleranzen mit herkömmlichen Werkzeugen nicht genau gemessen werden.

Auch wenn herkömmliche Messinstrumente in anderen Bereichen der Entwicklung nützlich sind, welche anderen Lösungen können eingesetzt werden, wenn Schiebelehren einfach nicht genau oder flexibel genug sind?

Schiebelehren und herkömmliche Messinstrumente gelangen entweder nicht zu bestimmten Oberflächenbereichen, die gemessen werden müssen, oder stellen Daten zur Verfügung, die nicht präzise genug für die jeweilige Aufgabe sind. Da der Motorraum relativ komplexe Geometrien umfasst, ist eine vielseitigere UND präzisere Messlösung erforderlich, um diejenigen Daten zu erfassen, welche die korrekten Toleranzen aufzeigen und geeignete Spaltmaße für einen schnellen und effizienten Einbau liefern.

Die erste Phase der Entwicklung ist von wesentlicher Bedeutung, kann jedoch auch langwierig und mühsam sein. Wie kann das Team die Zahl der üblicherweise während des Designs erforderlichen Iterationen verringern, damit diese nicht in andere Phasen der Entwicklung überlappen?

Würde man versuchen, die komplexe Geometrie des Motorraums mit herkömmlichen Werkzeugen zu messen, könnte dies zu einer Häufung von Fehlern führen, die mehrere Iterationen bei Design und Fertigung erforderlich machen, um korrekte Einbaukomponenten zu erhalten. Um die Anzahl der Iterationen im Designprozess zu verringern, muss auf die richtigen Messlösungen gesetzt werden. So wird wertvolle Zeit eingespart und die übrigen Phasen der Entwicklung können in ihrer logischen Reihenfolge ablaufen.

Lösungen: Hochauflösende, genaue, vielseitige und schnelle 3D-Scantechnologien

Die beste Art, um eine Veränderung der Ölwanne oder den Einsatz eines Trockensumpfschmiersystems zur vermeiden, besteht darin, eine Trägerstruktur für den Motor zu entwerfen, die aufgrund der komplexen Geometrie des Motorraums so passgenau wie möglich sitzt. 3D-Scanning-Technologie ist zweifellos die beste Lösung zur Erfassung von Daten, welche die richtigen Toleranzen aufzeigen und geeignete Spaltmaße für einen schnellen und effizienten Einbau liefern.

Die Genauigkeit zeigt sich darin, wie einfach und souverän die Ingenieure mit einigen extrem engen Spaltmaßen im CAD-Modell umgingen, die sich nach der Fertigung der Motoraufhängung als perfekt passend herausstellten.

Der hohe Detailgrad der hochauflösenden Kameras für die Geometrie ist ein wichtiges Merkmal für Design- und Entwicklungsteams. Die Scanqualität ist entscheidend, um Abweichungen zwischen den gescannten und den tatsächlichen Oberflächen der Komponenten erkennen zu können.

Vielseitigkeit wird durch fortschrittliche optische Technologien und unbegrenzte Scanvolumina erreicht. Hierdurch können 3D-Scanner jedes Teil messen, unabhängig von Größe, Form, Material, Oberflächenbeschaffenheit und Komplexität.

Geschwindigkeit ist mit der Funktion zur sofortigen Netzgenerierung definiert, mit der das generierte Netz bereits aufbereitet und verarbeitet ist, und sofort und nahtlos in eine CAD- oder 3D-Drucksoftware integriert werden kann.

Messtechniktaugliche 3D-Scanner, wie etwa der HandySCAN 3D oder der Go!SCAN 3D, sowie die Softwareplattformen VXModel und Polyworks sind gute Beispiele für diese hochauflösenden, genauen, vielseitigen und schnellen Scanlösungen.

Vorteile: Mit hoher Auflösung, Genauigkeit, Vielseitigkeit und Geschwindigkeit lässt sich die Herausforderung des Einbaus eines Dieselmotors in ein benzinbetriebenes Schneemobil fristgerecht und im Rahmen des Budget bewältigen

Zusätzlich zu einer passgenauen Überarbeitung stellen die verschiedenen Ergebnisse, welche die Ingenieure beim Test ihrer neuen Designs erhalten, den endgültigen Beweis für die Umsetzung dar. 3D-Scantechnologien tragen ihren Teil zu den folgenden Vorteilen bei, die jeder für sich unerlässlich sind, um bei Schneemobilrennen siegreich zu sein:

Sicheres und robustes Design
Die Genauigkeit von 3D-Scans ist ein wichtiger Faktor für das sichere und robuste Design von dieselbetriebenen Schneemobilen. Da 3D-Scanner und Scan-to-CAD-Technologien zuverlässige Ergebnisse liefern, kennen die Ingenieure die korrekten Toleranzen zwischen dem Motor und dem Motorraum. So können sie problemlos die strukturelle Grundlage des Schneemobils verändern, damit der Motor aufgenommen werden kann. Sie wissen, dass sie die strukturelle Integrität des Chassis damit nicht verändern.
Optimierter Konstruktionsprozess
Da 3D-Scanner eine große Anzahl von Daten an der gesamten Oberfläche (und nicht nur an einzelnen Punkten) ohne Programmierung oder Vorbereitung aufnehmen können, sparen Designer und Konstrukteure Zeit beim Designprozess ein, indem die Anzahl der für das Design (und die Fertigung) der Einbaukomponenten erforderlichen Iterationen minimiert wird.
Bessere Leistungen
Man könnte denken, dass die Änderung der strukturellen Grundlage eines Schneemobils zur Lärmverringerung und Vermeidung von Emissionen auf Kosten von Geschwindigkeit und Leistung erfolgt. Dank des Einfallsreichtums der Ingenieure und mithilfe der 3D-Scanner konnten sie Teile mit komplexer Geometrie, verschiedenen Formen und Konturen messen, um ihrem Ziel ein Stück näher zu kommen. Mit 3D-Scannern können Designer und Konstrukteure Anpassungen an Komponenten vornehmen, deren Messung bislang unmöglich war, und so leistungsfähigere und robustere Schneemobile entwerfen und fertigen.

Das Clarkson SAE Clean Snowmobile Team beschäftigt etwa 20 Studenten aus einer Vielzahl von Studiengängen in Studentenprojekten, damit diese Erfahrungen im Bereich Engineering und Design sammeln können. Ihr neustes Projekt war das Design und die Herstellung eines dieselbetriebenen Schneemobils innerhalb eines Jahres, was eine beeindruckende Leistung darstellt.

Mit etwas Hilfe von Polaris Industries erhielt das Team ein 2020 ein Polaris Titan Adventure-Chassis, um mit den Anpassungen beginnen zu können. Die Überarbeitung umfasste zudem die Auswahl eines neuen Dieselmotors: dem Caterpillar C1.1-Liter-, 3-Zylinder-, Viertakt-Diesel. Das Chassis wurde anschließend nach Montreal gebracht, wo Creaform Metrology Services (als Sponsor) einen 3D-Scan durchführte, um so die Modellierung eines Motorraums durch SolidWorks zu ermöglichen.

„Die Art, wie unser Team dieses Projekt ausgeführt hat, wäre ohne den 3D-Scan des Motorraums von Creaform und die Step-Datei des Motors, die wir von Clarke Powered Solutions erhalten haben, nicht möglich gewesen. Die Modell-Geometrie war unglaublich genau, wodurch mehrere enge Spaltmaße bei der Fertigung des Schneemobils erfolgreich eingehalten werden konnten“, erklärt Shawn Schneider, Präsident von Clarkson SAE Clean Snowmobile.

Das Clarkson SAE Clean Snowmobile Team erreichte Anfang dieses Jahres den ersten Platz in der Diesel Utility Class bei der jährlichen SAE Clean Snowmobile Challenge an der Michigan Technological University.

„Ohne den Scan wäre es unmöglich gewesen, genau so vorzugehen, wie wir vorgegangen sind“, fügt Schneider hinzu.