Co-Simulation des Wärmehaushalts und der Verluste von Getrieben unter Einbeziehung der 3D-CFD-Simulation

Zur Sicherstellung eines hohen Getriebewirkungsgrades ist ein verlustarmer Getrieberadsatz in Verbindung mit einer sorgfältigen Auslegung des Beölungssystems erforderlich. Im Zuge der Elektrifizierung wird für verschiedene Topologien hybridisierter und rein elektrischer Antriebsstränge eine Vielzahl unterschiedlicher Getriebekonzepte entwickelt. Dabei können eine oder mehrere Elektromaschinen in das Antriebssystem integriert sein. Der daraus resultierende Wärmeeintrag und Kühlbedarf nimmt Einfluss auf das thermische Verhalten, die Beölung und die Verluste des Gesamtsystems.Zur Berücksichtigung dieser Aspekte wurde eine Methodik entwickelt, mit der sich der Wärmehaushalt von Fahrzeuggetrieben ganzheitlich simulieren lässt. Dabei wird ein formelbasiertes Simulationsmodell für die entstehenden Verluste in Simulink mit einer 1D-Thermosimulation in GT-SUITE gekoppelt. Diese Methodik erlaubt es, das Beölungssystem auszulegen und die Effizienz des Gesamtsystems inklusive integrierter Elektromaschinen zu optimieren.Im Beitrag wird einleitend ein Überblick über die verwendeten Berechnungsmethoden zur Ermittlung der Verluste gegeben und auf das Prinzip der Co-Simulation eingegangen. Danach wird die Methodik am Beispiel eines einstufigen Eingang- Getriebes demonstriert und erläutert. Die mittels der Co-Simulation ermittelten Temperaturen und Verluste für verschiedene Betriebspunkte werden mit am Prüfstand ermittelten Ergebnissen verglichen. Dabei wird auch auf den Einfluss unterschiedlicher Beölungsstrategien auf die Gesamtverluste eingegangen. Im zweiten Teil des Beitrags wird die Anwendung der numerischen Strömungsmechanik (3D-CFD) thematisiert. Es wird gezeigt, dass sie für das Getriebe unter anderem zur Bestimmung der hydraulischen Radsatzverluste und zur Beurteilung der Schmierung herangezogen werden kann. Hierzu werden Ergebnisse von 3DCFD- Simulationen vorgestellt und mit den Versuchsergebnissen validiert. Weiterhin werden die mittels 3D-CFD ermittelten hydraulischen Verluste mit den aus der formelbasierten Berechnung erhaltenen Werten verglichen. Abschließend werden die wesentlichen Ergebnisse zusammengefasst und es wird eine Empfehlung gegeben, in welchen Fällen es sinnvoll ist, 3D-CFD-Simulationen als Ergänzung zum formelbasierten Simulationsansatz heranzuziehen.