Titelaufnahme

Titel
Konzeption, Konstruktion und Fertigung einer strömungsoptimierten Kohlefaser-Airbox unter Berücksichtigung wirtschaftlicher Faktoren
Weitere Titel
Conception, Design and Manufacturing of a CFD optimized CFRP-Airbox due consideration of economic factors
VerfasserPfeifer, Christian
GutachterAbraham, Gerhard
Erschienen2014
Datum der AbgabeSeptember 2014
SpracheDeutsch
DokumenttypBachelorarbeit
Schlagwörter (DE)Konstruktion / Konzipierung / Airbox / Carbon / CFRP / CFK / Carbonairbox / Luftfilterkasten / Strömungsoptimiert / Onlineshop / Marketing / Distribution / Verkaufsstrategie / FEM / FVM / FDM / Solid Works / Catia / Strömungssimulation / CFD
Schlagwörter (EN)design / concept / Air / Carbon / CFRP / CFK / Carbonairbox / Airbox / CFD optimized / Onlineshop / Marketing / Distribution / FEM / FVM / FDM / Solid Works / Catia / Air Flow / CFD / Simulation
Zugriffsbeschränkung
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Konstruktion einer Airbox aus kohlefaserverstärktem Kunststoffgewebe. Diese Airbox sollte für ein Fahrzeug der Audi Gruppe entwickelt werden, weshalb zu Beginn der zur Verfügung stehende Bauraum vermessen werden musste. Eine Airbox dient einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor zur Luftansaugung bzw. zur Unterbringung eines unbedingt notwendigen Luftfilters. Nach der Konstruktion auf dem CAD-Programm wurde eine Strömungssimulation durchgeführt. Dies sollte zur Veranschaulichung dienen, wo etwaiges Verbesserungspotential herrschte. In dieser wissenschaftlichen Arbeit findet sich auch eine Erklärung der einzelnen CFD- Simulationsmethoden wie zum Beispiel die FEM, FDM und FVM. Nach einigen Simulationen wurde ein verbessertes Modell erstellt und dieses als Positivform aus Stahl gefertigt. Nachdem die Positivform gefertigt wurde, wurde eine Negativform mit Hilfe von Formenbaugelcoat erstellt. Hier wird in der Arbeit näher auf die verschiedenen Harzsysteme und Fertigungsmöglichkeiten eingegangen. Im Anschluss wird noch der Laminierungsprozess der Carbonairbox erläutert. Auch die verschiedenen Techniken, die man für diese Arbeitsschritte anwenden kann, werden erklärt.

Eine einfache Fertigbarkeit aller notwendigen Formen wurde vorausgesetzt. Die Kostenaufstellung diente der Firma Novilis Performance, die diese Arbeit in Auftrag gab, zur Analyse und Auswertung der Wirtschaftlichkeit einer Produktion. Als letzter Punkt der Arbeit wird noch eine Marketingstrategie zum Vertrieb dieser Airbox beschrieben.

Als Konstruktionsprogramm wurde CATIA V5R20 von Dassault Systèmes verwendet. Für die Strömungssimulationen kam Solid Works mit der Erweiterung Flow Simulation, ebenfalls von Dassault Systèmes, zum Einsatz. Vom Autor dieser Arbeit wurde darauf geachtet, möglichst einfache Mittel einzusetzen, um größere Ausgaben zu vermeiden, welche sich später eventuell als nicht notwendig herausstellen hätten können. Viele Bauteile können vom einschlägigen Fachhandel erworben werden und mit den nötigen fachlichen Kompetenzen verwendet werden.

Zusammenfassung (Englisch)

The focus of this bachelor thesis lies on the construction of an airbox made of carbon fiber reinforced plastic. The airbox was developed for a vehicle of the Audi group. In the beginning the available space had to be measured. An airbox is needed for combustion engines as they contain the airfilter.

After the CAD model was designed, the model was optimized with a flow simulation program. Through that, the author of this thesis was able to determine what had to be changed for a better air mass flow.

In this thesis there is also an explanation of the three main CFD methods. The finite element method, the finite difference method and the finite volume method.

After a few simulations, an optimized airbox model was designed. This model was built out of steel to create a positive mold. After that, a negative mold was created. For the negative mold, there was a special gelcoat used. At this point of the thesis, the various resin systems and manufacturing possibilities are elaborated. Afterwards the process of laminating carbon fiber is explained.

The financial report, which was created in this thesis, was given to the company “Novilis Performance”, as they wanted to investigate and analyze a possible production of the CFRP airboxes. The last topic is about a marketing strategy for “Novilis Performance” to distribute the products.

Because of the outstanding shape design capabilities, CATIA V5R20 from Dassault Systémes was used for the CAD model. But as CATIA does not provide a flow simulation extension, Solid Works was used for the CFD analysis.

The author took care to only use simple and cheap materials, to avoid unnecessary expenditures. Most of the used components can be purchased from specialist retailers.