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Die Genese der Erfindung und die Idee, die hinter den innovativen Riemenscheiben von CAFFARO steht.
CAFFARO beschloss, auf der Grundlage seiner umfangreichen Erfahrungen in der Automobilindustrie innovative Riemenscheiben (Umlenkrollen) zur Führung des Keilrippenriemens zu entwickeln. Unser Hauptziel war es, ein Produkt zu entwickeln, das nicht nur den Material- und Energieverbrauch sowie die Abfallmenge reduziert, sondern auch die Produktlebensdauer und die Leistung der Riemenscheiben erhöht. Durch ihr einzigartiges räumliches Design sorgen unsere innovativen Riemenscheiben für zusätzliche Kühlung, was besonders wichtig ist, um die erhöhten thermischen und mechanischen Belastungen in Mikro- und Mild-Hybrid-Antrieben zu bewältigen.
Innovative Riemenscheiben von CAFFARO
Unsere Riemenscheiben repräsentieren zwei fortschrittliche Technologiebereiche:
Die Hybridriemenscheiben, die für hohe mechanische Belastungen in Hybridantrieben bestimmt sind, zeichnen sich durch die innovative Art und Weise aus, in der der Stahlkern mit Kunststoff kombiniert wird, eine weltweit einzigartige Lösung.
Forschungs- und Prüfverfahren – von der Idee bis zum fertigen Produkt
Die Entwicklung der neuen Riemenscheiben basierte von Anfang an auf intensiver Forschung und Testarbeit. Um ein umfassendes Verständnis der thermischen Phänomene in der Umgebung von Verbrennungsmotoren zu erlangen, haben wir Tausende von Testkilometern in verschiedenen Fahrzeugen, auf verschiedenen Strecken und unter verschiedenen klimatischen Bedingungen absolviert. Diese Tests ermöglichten es uns, die notwendigen Daten zu sammeln, die die Grundlage für die weitere Arbeit am Radmodell bildeten.
Auf der Grundlage der gesammelten Informationen wurden mathematische Modelle der verschiedenen Riemenscheibenvarianten erstellt, die dann mit Hilfe fortschrittlicher thermischer und mechanischer Simulationen in FEA-Programmen getestet wurden. Mit diesen Werkzeugen konnten wir das Verhalten der Riemenscheiben unter verschiedenen Belastungen analysieren und ihr Design vor der Herstellung von Prototypen optimieren.
Ein weiteres wichtiges Element unserer Forschung war der Bau einer einzigartigen Klima-Prüfkammer, die den Betrieb des Hybridantriebs simuliert und es uns ermöglicht, das Verhalten der Rollen unter verschiedenen Temperaturbedingungen zu untersuchen. In dieser Klimakammer wurde eine Reihe von Tests durchgeführt, um die Widerstandsfähigkeit der Rollen unter verschiedenen Betriebsbedingungen und ihre Wärmeableitung zu bewerten.
Parallel zu den Labortests wurden verschiedene Prototypen hergestellt und umfangreichen mechanischen, Temperatur- und Beschädigungstests unterzogen. Zu den Tests gehörten beispielsweise Ermüdungsprüfungen, bei denen die Riemenscheiben über einen längeren Zeitraum belastet wurden, um die tatsächlichen Betriebsbedingungen im Fahrzeug zu simulieren. Darüber hinaus führten wir thermische Tests durch, bei denen die Prototypen extremen Temperaturen ausgesetzt wurden, um ihre Widerstandsfähigkeit unter extremen Bedingungen zu testen. Bei einem der Tests wurden die Prototypen in Autos eingebaut, die vollständige Testzyklen auf dem Prüfstand und im realen Straßenverkehr durchliefen. Bei einem Straßentest wurden beispielsweise 10.000 km unter verschiedenen klimatischen Bedingungen zurückgelegt, von heißen Tagen bis zu eiskalten Morgenstunden, so dass wir die Haltbarkeit der Radscheiben unter verschiedenen Bedingungen gründlich testen konnten.
Dank dieser Tests konnten wir die optimalen Formen und Materialien für die neuen Riemenscheiben auswählen und eine Reihe von Prototypen herstellen, die abschließend getestet wurden, um zu bestätigen, dass sie alle Erwartungen erfüllen. Unsere Hybridriemenscheiben, die die herkömmlichen Stahlscheiben in Hybridantrieben ersetzen, zeichnen sich dadurch aus, dass die Lagertemperaturen im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen um 10 % gesenkt werden können, was die Lebensdauer deutlich erhöht.
Die wichtigsten Vorteile der innovativen CAFFARO-Riemenscheiben
Die neuen CAFFARO-Riemenscheiben sind im Vergleich zu den derzeit verwendeten Riemenscheiben leichter, was zu einem geringeren Materialverbrauch sowohl von Kunststoff als auch von Metall führt. Das patentierte Riemenscheiben-Kühlsystem, das nach zwei Jahren intensiver Forschungs- und Entwicklungsarbeit entwickelt wurde, gewährleistet eine effiziente Wärmeableitung von den Kugellagern und dem Verbrennungsmotorblock und kühlt darüber hinaus die elektrische Anlage in Mikro- und Mildhybridsystemen.
Das leichtere Konstruktionsprinzip der innovativen Kunststoff- und Hybridrollen reduziert die Massenträgheit des Rollensystems, was zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch und einer geringeren Belastung des Keilrippenriemens und des Verbrennungsmotors führt. Die aus der geringeren Belastung resultierende längere Lebensdauer des Spannsystems reduziert zudem die Anzahl der Fahrzeugteile, was langfristig zu einer Verringerung des Abfalls und des gesamten Material- und Energieaufwands bei der Teileherstellung beiträgt.
Unsere Riemenscheiben sind für Fahrzeuge mit quer oder längs eingebauten Motoren mit Keilrippenriemen oder Boxermotoren konzipiert. Besonders empfehlen wir unsere innovativen Riemenscheiben für Fahrzeuge mit Mikro- und Mildhybridsystemen.
Anwendung
Unsere Rollen werden bereits als Ersatzteil in Fahrzeugen der Marken Volkswagen, Opel, BMW, Mercedes, Renault, Toyota, Suzuki, Audi, Skoda, Fiat, Nissan und vielen anderen eingesetzt. CAFFARO ist nach ISO 9001:2015 und IATF 16949:2016 zertifiziert und im größten und renommiertesten Autoteilekatalog TecDoc vertreten.
Neuheiten bei Caffaro auf internationaler Ebene
Die patentierte Form der neuen CAFFARO-Riemenscheiben gewährleistet eine verbesserte Wärmeableitung aus dem Kugellager, wodurch die Temperatur der Riemenscheibe um 10 °C gesenkt und die Lebensdauer der Riemenscheibe um 50 % erhöht wird. Das innovative Hybriddesign, bei dem ein Stahlskelett mit einem Kunststoffgehäuse kombiniert wird, gewährleistet eine hervorragende Wärmeableitung aus dem Lager und reduziert gleichzeitig das Gewicht der Riemenscheibe. Infolgedessen sind unsere Hybrid-Riemenscheiben deutlich leichter als ihre aus Metall gefertigten Äquivalente, was zu einem geringeren Kraftstoff- und Rohstoffverbrauch führt.
All diese Innovationen tragen dazu bei, den Material- und Energieverbrauch in der Produktion deutlich zu senken und die Haltbarkeit und Effizienz der Antriebsstränge in Hybridfahrzeugen zu erhöhen. CAFFARO ist stolz darauf, Produkte anbieten zu können, die den Erwartungen der Kunden nicht nur gerecht werden, sondern diese sogar übertreffen – und das bei gleichzeitiger Verbesserung des Umweltschutzes.
OAus Sicht des Experten – Interview mit dem Mitentwickler des Projekts und stellvertretenden F&E-Leiter, Dr.-Ing. Rafał Setlak
Ein Übersichtsfoto der ersten Version des Prüfstands (SB1), an dem wir unsere Tests begannen. An diesem Prüfstand haben wir die Möglichkeiten zur Entwicklung eines Simulators für ein Mikro-Mild-Hybrid-System getestet.
Die ersten Prototypen wurden auf unserem 3D-Drucker gedruckt. Es handelte sich dabei nicht um vollständige Rollen, die zum Beispiel für Tests verwendet werden konnten – ihre Lebensdauer konnte nicht mit derjenigen verglichen werden, die mit der Zielmethode hergestellt wurde. Mit diesen Prototypen war es uns jedoch möglich, das Konzept, das den Konstrukteuren vorgeschwebt hatte, „in die Hand zu bekommen“.
Foto von „Prüfstand 2“ in Betrieb. Es handelt sich um einen gegenüber der ersten Version (SB1) wesentlich erweiterten Prüfstand. Nach den erfolgreichen Tests an SB1 haben wir unseren Prüfstand um zusätzliche Funktionen erweitert und in eine sogenannte Klimakammer „eingeschlossen“, die es uns ermöglicht, die Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen in einem sehr weiten Bereich zu kontrollieren. Außerdem wurde die Kammer mit einem speziellen Schauglas ausgestattet, das die Beobachtung des Betriebssystems ermöglicht, ohne die eingestellten Bedingungen in der Kammer zu stören. Schließlich haben wir den SB2 mit einem System zur Überwachung des Zustands der Lager während der Prüfung ausgestattet.
Das Foto zeigt den Innenraum des Prüfstandes 2. Das System ist mit einer Antriebswelle und einer Lastsimulationswelle ausgestattet. All das, um die Betriebsbedingungen in einem Mikro-Mild-Hybridsystem bestmöglich widerzuspiegeln.
Die Nahaufnahme der Wärmebildkamera während des Betriebs von „Prüfstand 2“ zeigt die Temperaturverteilung in der Prüfrolle und im Antriebsriemen. Um die Wärmebildkamera einsetzen zu können, mussten wir den Prüfstand 2 mit einem speziellen Inspektionsfenster ausstatten, das für Infrarotstrahlung durchlässig ist, um eine genaue Temperaturmessung zu erhalten.
Unsere Rollen wurden unter verschiedenen klimatischen Bedingungen getestet. Das Foto oben zeigt den Beginn des Rollentests bei ca. -40°C. Alles wie im Alltagsbetrieb: Starten des Motors an einem kalten Wintermorgen und allmähliches Erreichen der Zieltemperatur von Rolle, Riemen und Umgebung (Motorraum).
Im Rahmen des Projekts wurde u.a. ein Laser eingesetzt, mit dem aus einer Blechplatte „Stahlkörbe“ ausgeschnitten wurden, die Teil des Skeletts der Hybridrollen sind.
Aus Gründen der Verkehrssicherheit konnten wir nur einen Teil der Tests in Fahrzeugen auf öffentlichen Straßen durchführen. Deshalb haben wir die anspruchsvolleren Tests, insbesondere diejenigen, die externe Messgeräte erfordern, an einem Rollenprüfstand mit simuliertem Straßentest durchgeführt.
Für unsere innovativen Rollen wurden Spritzgussformen entwickelt. Diese Formen haben individuelle Formeinsätze, die nach Modellen hergestellt werden, die während der Wärme- und Festigkeitsberechnungen optimiert wurden.
Das Endergebnis sieht wie oben abgebildet aus – eine fertige Patentrolle, die gerade gespritzt wird.
Unsere innovativen Umlenkrollen haben in der Fachwelt Anerkennung und Wertschätzung gefunden:
Im November 2022 wurden wir beim renommierten internationalen Erfinderwettbewerb PRIX EIFFEL in Paris mit Platin und dem Grand Prix ausgezeichnet.
Im April 2022 erhielten wir den Hauptpreis im Wettbewerb Świętokrzyski Racjonalizator für das Patent „Keilriemenscheibe und das Verfahren zur Wärmeableitung aus dem Riemenscheibenlager“.
Im Juni 2020 wurden wir auf der 13. Internationalen Messe für Erfindungen und Innovationen INTARG mit der Silbermedaille ausgezeichnet.
