Der G-Lader: Parameterstudien, Dichtung und Wahrheit, Physik und Prinzipien, Fähigkeiten, was kann er und was nicht ...

  • Hallo Leute!
    Der G-Lader ist in meinen Augen leider zum großen Teil ein Mythos geworden weil schon seit langem viele Firmen versuchen, größtenteils fragwürdige Dinge zu verkaufen und unwissenden Kunden das Geld aus der Tasche zu ziehen (z.B. nachweislich unsinnige Dinge wie Nebenkanal auffräsen, Lagersitzstege der hinteren Gehäusehälfte entfernen, vermeintliche RS-Bearbeitungen uva.). Wissenschaftlich aufgearbeitet oder veröffentlicht wurde das Thema aber eigentlich noch nirgendwo in detaillierter Weise von unabhängiger Stelle. Man findet nur Werbeversprechen von Firmen, die Ihre Produkte verkaufen. Und wie heißt es so schön bei Michael Beheim: Wessen Brot ich ess', dessen Lied ich sing' ...


    Mir geht das schon lange gegen den Strich und als Ingenieur will ich gar nicht bevormunden sondern in diesem Thread einfach einmal wissenschaftlich aufarbeiten, was da so auf dem Markt an Bearbeitungen, Modifikationen und Teilen kreucht und fleucht. Ob dann eine Maßnahme etwas bringt oder nicht kann jeder Leser anhand von Logik, Verstand, kausalen Fähigkeiten und den wissenschaftlichen Darstellungen hier aus diesem Thread selbst beurteilen. Das bedeutet auch, dass das hier selbstlos ist. Ich mache keine Werbung für ein Produkt, ich verkaufe hier nichts, ich biete keine Änderungen an, ich vertreibe keine Ersatzteile, nichts. Mir macht die Ingenieurswissenschaft Spaß und daran möchte ich Euch teilhaben lassen.


    Ich glaube auch, dass das in diesem Forum hier genau richtig aufgehoben ist weil die einzigste Antriebsquelle des Rallye Golf nun einmal ein G-Lader-Motor war, ob nun als 8V oder die paar 16V, die gebaut worden sind. Auch, wenn viele aus Verdruss über zerstörte G-Lader und äußerst schwierige Beschaffungen mangelfreier Ersatzexemplare auf andere Aufladetechniken wie Kompressor oder Turbolader oder andere Motoren wie 1.8T, VR, 5-Zylinder uvm. umgestiegen sind, der G-Lader ist nach wie vor State-Of-The-Art. Er verfügt von allen mechanisch angetriebenen Verdichtertypen über den höchsten Wirkungsgrad und ist damit speziell den Schrauben- oder den Roots-Kompressoren überlegen.


    Die Überkategorie des G-Laders ist der sogenannte Scroll-Verdichter. Da gibt es dann verschiedene Spiralformen und -verschachtelungen. Wer aber denkt, dass der G-Lader die einzige Anwendung dieses Prinzips ist, ist weit an der Realität vorbei. Scroll-Verdichter werden eben wegen ihrer guten Wirkungsgrade zum Beispiel intensiv in der Klima- und Prozesstechnik in allen Spiralbauformen, Leistungen und Größen eingesetzt. Die Technik ist also beherrschbar, und wenn der G-Lader im Detail an bestimmten Defektmustern und typischen Schadensbildern leidet, ist dies kein Problem des Prinzips an sich, sondern der realen Ausführung im Detail.


    Und hier greift mein Ansatz. Man kann heute hauptsächlich bedingt durch die massive Weiterentwicklung von CAD-Konstruktion und CAE-Simulation virtuell viele Dinge absolut prozess- und aussagesicher darstellen wenn man die Effekte versteht und die Programme bedienen kann. Das ist manchmal die größte Hürde daran. Jedoch hat man heute diesbezüglich Möglichkeiten, die VW 1985 nicht hatte als die G-Lader-Entwicklung mit dem G40 so richtig in Fahrt kam. Und dieses Potential will ich hier heben.


    Lasst es uns als offenen Thread behandeln. Jeder kann Fragen stellen und Antworten geben, sich an den Simulationen beteiligen und mitmachen. Das fände ich echt cool. Die einzige Bedingung dabei: Keine Werbung für irgendetwas. Also nichts nach dem Motto Firma A macht Sache B und hat mir das verkauft unter der Begründung C. Wenn wir hier einen Effekt oder eine Verbesserung diskutieren, versuchen wir das wissenschaftlich zu belegen. Was anderes ist Kaffeesatzleserei und hat mit wissenschaftlicher Arbeit nichts zu tun. Der Ingenieur will wissen, warum etwas so ist wie es ist und das machen wir hier auch.


    Uiii, das wird echt cool.


    Ich mache im folgenden Post gleich den Anfang ... Folgt mir ...


    LG,
    Euer Matse

  • Als erstes stand die Vermessung ...


    Interessant ist mechanisch gesehen als erstes der Verdränger, da er als das rotierende Bauteil sicher den höchsten Belastungen ausgesetzt ist.


    Reverse-Engineering beginnt, sofern man keinen Zugriff auf originale Zeichnungen oder Konstruktionsdaten hat, im Allgemeinen damit, ein originales Bauteil zu vermessen und ins CAD zu bringen. Also fix einen G-Lader besorgt und möge das große Hacken beginnen.


    Der Lader, der mir zur Verfügung stand, war einer von den besagten Schrottladern. Der Verdränger bereits gestiftet, große Teile der Dichtleistennuten ausgebrochen, sowohl am Verdränger als auch an den Gehäusehälften, zwei in den Toleranzen nicht zueinander passende Gehäusehälften, kurz um der klassische Schrottlader, der einem für 200 Euro bei egay feilgeboten wird ... Zum Vermessen aber ideal ...


    Also kam das dabei heraus:





    Niemand würde solch einen Lader je wieder verbauen. Und zu retten ist da auch nichts mehr ... Zum Vermessen aber gut geeignet ;)


    LG,
    Matse

  • Dann habe ich angefangen, das Teil zu vermessen ...




    Das ist eine einfache Skizze damit man sich merken kann, was man vermessen hat. Entsprechend wurde darin herumgekritzelt und einiges geändert. Eine "professionelle" Maßskizze ist das nicht, aber ich will das ja auch nicht verkaufen sondern nur als Basis für die CAD-Dinge hernehmen und dafür reicht das.


    Die Maße sind eigentlich für diese Betrachtungen hier alle soweit egal, deswegen habe ich sie rot ausgefärbt. Firmen, die das kommerziell verwenden möchten, können sich selbst einen Lader besorgen und diesen vermessen. Mit der Veröffentlichung dieser Bilder ist mit so etwas zu rechnen. Also: keine Maße ;) !

  • Wie gesagt: beginnen wir mit dem Fokus auf den Verdränger, da das Bauteil sicher das Interessanteste ist.


    Aus den Vermessungsdaten habe ich dann ein CAD-Modell in CATIA V5 erstellt, welches mir glücklicher Weise dafür zur Verfügung steht. Das Programm ist richtig komplex, extrem teuer, aber eben in vielen Dingen in der Automobilindustrie einfach die Referenz. Und ich kann dank Schulungen gut damit um :D :D :D ... Hier also der Verdränger:







  • Auf dem echten Bild des Verdrängers sehen gegenüber den CAD-Bildern die Verdrängerspiralen so "plattgequetscht" aus. Das liegt aber an der Verzerrung durch die Brennweite des iPhones, womit ich die Fotos von den echten Laderteilen gemacht habe.


    Vorteil generell der CAD-Konstruktion mit CATIA V5 ist aber, dass ich das CAD-Modell so aufgebaut habe, dass prägnante Eigenschaften in 20 Sekunden zu ändern sind. Spiralradien und -winkel, Umschlingungswinkel, Spiralhöhe, Schrägungskonturen, alles sofort änderbar.


    Das ist der große Vorteil, der zur Zeit der Neuentwicklung des G nicht vorhanden war und was man jetzt nutzen kann.


    Ein Beispiel:
    Der originale G-Lader des Rallye heißt deswegen G60, weil seine Spiralhöhe auf einer Seite 60 mm beträgt. Genauer gesagt ist sie ein paar 10tel geringer, was aber hier keine Bedeutung haben soll. Aufgebaut wird eine Spirale wie die im G im CAD grundsätzlich so, dass man eine Führungskurve definiert und dann ein Verzugsprofil dazu. Die CAD-Funktion bildet dann aus dem Verzugsprofil anhand der Führungskurve die gewünschte Spirale aus.


    Das hier ist also zum Beispiel die hergenommene Spirale:



    Und so sieht dann das zugehörige Verzugsprofil aus:



    Und daraus wird dann die Spirale zum Beispiel.


    Jetzt ist es einfach, aus einem G60 einen G75 zu machen. Ist nur eine kleine Modifikation eines Wertes und aus diesem G60 hier



    wird ein G75 wie dieser hier:



    Deutlich zu sehen sind die breiteren Spiralen. Klar, ist nur virtuell, aber das Prinzip ist einfach zu verwirklichen.


    Ich werde Euch später noch ein paar Kenneigenschaften nennen, die ich zusammen mit Euch hier betrachten und untersuchen werde und dann sehen wir mal, ob ein G ein G65, G75 oder G80 kann. Ich bin aufgrund von Aussagen, die ich aus der FE in Wolfsburg habe, im Moment nicht der Meinung, dass ein G65 oder ein G75 dauerfest und gut funktionieren kann. Aber das werden wir in den kommenden Wochen alles errechnen und dann wird sich jeder selbst ein Bild malen können.


    Für heute war es das erst einmal. Einige Details im CAD sind noch anders als am realen Bauteil, das ich vermessen habe. Das wird die kommenden Tage noch verifiziert und korrigiert. Simulieren macht natürlich erst Sinn, wenn die Geometrie korrekt steht. Vorher hat das keinen Sinn weil die Aussagekraft allerhöchstens tendenziell sein könnte und das ist für den Anspruch den ich habe eundeutig zu wenig ...


    Frohe Ostern Euch allen und bis bald,
    Eure Matse

  • Noch eine Kleinigkeit ...


    Ich weiß nicht, ob das hier oder im WobEdition-Forum war, aber ich war bereits über einen Thread, es ging glaube ich um den G65, in Kontakt mit jemandem, der mit mir zusammen in Abaqus mit meinem CAD-Modell dynamische Verforumungen unter Betriebsbelastungen rechnen wollte.


    Das ist schon ein paar Monate her und ich finde denjenigen nicht mehr in meinen Posts wieder.


    Wenn einer also Adams oder Abaqus kann und MKS und/oder FEM rechnen kann, melde er sich bitte hier. Dann kommen wir hoffentlich in Kontakt. Ich gebe den Verdränger gerne in jeder Variante als STL-Datei weiter, so dass jedes andere Engineering-Tool problemlos in der Lage sein sollte, die Daten zu importieren.


    Den CATIA-eigenen Tools traue ich da nicht so. Externe Tools sind sicher besser. Wenn sich aber keiner findet, der hier bei der Berechnung aus Spaß an der Freude mitmachen will, mache ich das in CATIA und/oder fuchse mich in die Tools hinein.


    Meldet Euch, ich würde mich freuen ...

  • Sehr sehr geiles Thema.


    Auch wenn ich nichts dazu beitragen kann, werde ich hier begeistert dran bleiben.


    Bitte bitte dabei bleiben und die Sache weiterführen! Eines der interessantesten Themen die ich lesen durfte!

  • Endlich kennt sich mal jemand damit aus!! Sehr Interressant!!

  • Sehr interessant das ganze Thema G-Lader. Ich freue mich schon auf weitere Informationen über dieses sehr komplexe Bauteil. Fahre in meinem Rallye auch noch den G, weil der Sound einfach genial und unverwechselbar ist.

  • Interessantes Thema. da bleibe ich auch mal dran :)

    Es ist gelogen, dass Videogames Kids beeinflussen. Hätte PacMan das getan, würden wir heute durch dunkle Räume irren, Pillen fressen und elektronische Musik hören.

  • Hallo Leute!
    Die erste positive Resonanz erfreut mich natürlich umso mehr.


    Nun geht es weiter.


    Ich möchte mal die Marschroute festlegen. Ich gehe in den nächsten Wochen wie folgt vor:


    1. Geometrie


    2. Funktion des mechanischen Gesamtsystems G-Lader und Ableitung physikalisch bedeutender Eigenschaften wie Teilebewegungen einzelner Baugruppen und angreifende Kräfte


    3. Ableitung konstruktiver Anforderungen aus den auftretenden mechanischen Belastungen


    4. Aufzeigen konstruktiv kritischer Punkte und Diskussion der daraus am realen G-Lader entstehende Schadensbilder und Fehlfunktionen


    5. ideale Materialauswahl zu gegebenen Randbedingungen aus 1-4


    6. Parameterstudien wie breitere/schmälere Verdränger, Grenzdrehzahlen, Resonanzen, Verformungen und Diskussion zu verschiedenen Materialen


    7. thermische und strömungstechnische Überlegungen


    8. Ableitung der Fähigkeiten und Abschluss


    Punkt 1 ist oben schon hinreichend beschrieben. Kommen wir zu Punkt 2, der mechanischen Funktion des Laders.




    2. Funktion des mechanischen Gesamtsystems G-Lader und Ableitung physikalisch bedeutender Eigenschaften wie Teilebewegungen einzelner Baugruppen und angreifende Kräfte


    Der Verdränger ist am G-Lader sicher das interessanteste Bauteil. Um nun zu verstehen, was für Kräfte auf diese Baugruppe wirken, muss man sich als erstes verständlich machen, wie sich der Verdränger in den Gehäusehälften eigentlich bewegt. Diese Frage ist ganz einfach zu beantworten:


    Er führt eine kreisförmige Bewegung ohne jede rotatorische Anteile durch. Die Kurbelwelle mit Ihrem Hub bewegt den Verdränger wie z. B. eine Kurbelwelle das untere Ende eines Pleuels auf einer Kreisbahn. Der Verdränger würde allerdings nun, wäre er nicht noch an einem zweiten Punkt fixiert, völlig unkontrolliert zufällig hin- und herschlagen. Eine bestimmte Abrollbewegung lässt sich so nicht erzeugen.


    Deswegen ist der Verdränger an seinem oberen Ende noch im Wackelauge kinematisch an die Nebenwelle gekoppelt. Diese wird außerhalb des G-Laders über den kleinen Laderzahnriemen von der Hauptkurbelwelle des G-Laders angetrieben. Der Hub des Wackelauges entspricht dabei dem der Hauptkurbelwelle.


    Auch wenn das vielleicht am zerlegten Lader nicht unbedingt gleich so aussieht, aber die Hübe verlaufen in Ihren Bahnkurven zwangsgekoppelt völlig gleich. Nur so ergibt sich als Bewegungsresultat dieses Viergelenks (so nennt man in der technischen Mechanik und Getriebelehre das Getriebe, was sich hier bildet) die erwünschte zwangsweise Kreisbewegung des Verdrängers.


    Ich habe dies einmal in einem Youtube-Video erzeugt. Dazu wurde der Verdränger auf ein künstliches Gestell aus zwei Kurbelwellen analog dem echten G-Lader aufgeständert, vergleichbar gekoppelt und dann kinematisch simuliert. Das habe ich abgefilmt und stelle es per Youtube zur Verfügung.


    Somit kann jeder die Bewegung des Verdrängers im G-Lader verstehen und weiß wie sich das Teil bewegt. Schaut selbst:


    YouTube-Video der Verdrängerbewegung


    Jetzt ist auch die Bahnkurve des Verdrängers bekannt.


    Noch einiges zu den Bewegungseinschätzungen:
    Der originale Verdränger ist für eine Drehzahl von 10.500 1/min spezifiziert. Das bedeutet, dass sich dieses ca. 750g schwere Magnesiumteil bei Motornenndrehzahl in Serie 10.500 Mal in der Minute im Kreis dreht, das sind 10.500/60 = 175 Umdrehungen in der Sekunde!



    Für die Vorstellung: Eine Umdrehung im YouTube-Videos ist genau eine Umdrehung einer der rosa dargestellen Wellen. Man kann gut sehen, dass in dem Video mehrere Umdrehungen ausgeführt sind. Stellt Euch hier eine Umdrehung vor, schaut Euch an, was da der Verdränger aus allen Perspektiven für Bewegungen macht und dann stellt Euch vor, das macht er 175 Mal in der Sekunde ...


    Eindrucksvoll ...


    Da kann sich jeder eine Vorstellung machen, was da für Belastungen auftreten ...


    Soweit erst einmal und LG,
    Euer Matse

  • Deine Beiträge gefallen mir gut. Endlich setzt sich mal jemand auf hohem Niveau mit dem Thema auseinander und stellt es "der Öffentlichkeit" zur Verfügung.


    Möchtest du auch auf die verschiedenen Baureihen von der Entwicklung, über die Vorserie, bis zur 3. Generation und den damit einhergehenden Erkenntnissen und Änderungen im System G Lader eingehen?

  • Hallo Bob,
    mir liegen wenige Informationen zu dem Entwicklungsvorgang des G vor. Letztendlich ist das auch egal weil das Bauteil selbst dem Fachmann eigentlich alles verrät was von Interesse ist.


    Geometrieänderungen an Bauteilen wären natürlich interessant. Ich habe nur einen G zur Vermessung zur Verfügung gehabt und kann Dir nicht einmal sagen welcher Generation er entsprungen ist. Wie gesagt, da wir mal zusammen das Ding durchsimulieren, geht der Computer von dem konstruktiven Stand aus den ich in die Softwaren hineinfüttere.


    Die Rechenergebnisse bedingen dann kausal, was konstruktiv am echten Bauteil zu beachten ist. Sprich, es sollen Verformungen, Belastungskräfte uvm. berechnet werden.


    Das lässt sich unter dem Thema Parameterstudien dann sehr gut abfrühstücken.


    Mein Fachwissen ist nicht, wieviel Änderungen es über die Jahre an bestimmten Bauteilen gegeben hat oder ob es 2, 5 oder 8 Generationen an Verdrängern gibt. Das ist auch nicht notwendig um die Effekte zu simulieren. Je mehr Varianten mir zur Verfügung stehen, desto mehr kann ich simulieren.


    Wenn Du also gesicherte Erkenntnisse zu den Bauständen und Einsatzdaten und den Gründen für Änderungen hast, nur her damit. Genau das soll hier diskutiert werden.


    Aber schon jetzt kann ich sagen dass wohl die meisten Probleme der Serie aus dem Fachgebiet der Fertigungstechnik kommen, wie Toleranzen liegen, wie man fertige Endteile aus Halbzeugen maßhaltig korrekt baut, wie das ganze preislich auch großserientauglich ist, wie das Material ausgewählt ist uvm. ...


    Wenn Du was Vernünftiges weißt, immer her damit ...


    LG,
    Matse

  • Ja, das Thema ist noch aktuell.



    Ich warte auf den Berechner *ggg*. Wir hatten Arbeitsteilung vereinbart! Ich mache die CAD-Modellierung und die Konstruktion und jemand anderes die Berechnung. Allerdings hatten wir das schon letztes Jahr im September getan und ich hatte bis Anfang des Jahres benötigt da sich mein Lizenzzugriff auf das CAD-System zwischenzeitlich änderte und ich lange nichts machen konnte.



    Beides ist viel Arbeit, auch wenn es zuerst einmal nicht unbedingt danach aussieht.



    Sobald ich etwas weiß, geht es hier weiter! Versprochen!