Getriebebeölung 2.0

… wie Sie bereits nach wenigen Tagen wissen, ob Ihr Getriebe ausreichend geschmiert wird, bevor Sie es gebaut haben.

Die Berechnung der Ölströmung in einem schnell rotierenden Getriebe gehört zu den anspruchsvollsten Aufgabenstellungen in der numerischen Strömungsmechanik (CFD).

In einem teilweise mit Öl gefüllten Getriebe trifft komplexe Geometrie auf komplexe Physik und komplexe Dynamik.

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Ein intensiver Mannaufwand in der Geometrieaufbereitung sowie unwirtschaftlichen Berechnungszeiten können hier den Einsatz einer Simulation unrentabel erscheinen lassen. So sind Modellierungszeiten und Rechenzeiten von mehreren Wochen nicht wirtschaftlich und die Ergebnisse kommen im Entwicklungsprozess zu spät.

Simulationsmethode zur Berechnung der Ölverteilung in realen Getrieben

Merkle & Partner hat sich bereits im Jahre 2010 diesem Thema intensiv gewidmet und eine Simulationsmethode entwickelt, die die Berechnung der Ölverteilung in realen Getrieben in einer wirtschaftlich profitablen Zeit ermöglicht.

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Aus Monaten wurden Wochen, aus Wochen wurden Tage.

Bei der Entwicklung setzten wir folgende Punkte in den Fokus:

  • eine effektive Geometrievorbereitung mit reduziertem Mann- und Zeitaufwand
  • keine Beschränkung der Geometrie, Detailströmungen in den Lagern und Lagerspalten sollen ebenso abgebildet werden wie die Strömung im Ölsumpf
  • Die Methode soll gleichermaßen in simplen Zwei-Stufen Getrieben bis hin zu 7 Gang Doppelkupplungsgetrieben oder Planetengetrieben angewendet werden können
  • eine robuste Vernetzungsmethode, deren Elementanzahl wirtschaftliche Berechnungszeiten gewährleistet
  • eine robuste aber auch hinreichend genaue Abbildung der Physik, inklusive Mehrphasenströmung (Öl und Luft) und Rotation

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Entwicklung eines Similationsbaukastens

Die Simulationsmethode wurde sukzessive in Zusammenarbeit mit mehreren OEMs und Erstzulieferern weiterentwickelt und schließlich in einem speziellen Simulationsbaukasten überführt.

Der Einsatz in einer Vielzahl an Getriebeprojekten in den letzten 5 Jahren bestätigte den Einsatz und die Simulationsergebnisse des „Merkle & Partner Öl-Sim“ Simulationsbaukastens.

Smoothed Particle Hydrodynamics Methode (SPH)

Im Jahre 2018 wurde der bisherige Simulationsprozess durch eine neue Simulationsmethode erweitert, die Smoothed Particle Hydrodynamics Methode (SPH).

Dieses Verfahren bietet einen enormen Zeitvorteil gegenüber herkömmlicher CFD-Verfahren. Der entscheidende Vorteil dieser Methode liegt in einem gitterlosen Verfahren, wodurch nur ein geringer Mann- und Zeitaufwand in die Geometrievorbereitung und Vernetzung investiert werden muss. Die Geometrie kann aus den CAD-Daten übernommen und direkt für die Simulation verwendet werden.

Diese sprichwörtliche „Drag & Drop“ Simulationsmethode eignet sich besonders in einer sehr frühen Phase der Entwicklung. Die globalen Strömungseffekte, wie z.B. die Funktionalität von Ölbehältern, Ölbohrungen oder Leitelementen in der Gehäusewand, lassen sich effektiv und schnell berechnen und visualisieren.

Fotorealistische Darstellungen sowie effektive Postprocessing-Möglichkeiten sind weitere Vorteile der SPH-Methode.

Neben der neuen SPH-Methode unterliegt der Simulationsbaukasten fortlaufender Weiterentwicklungen und Optimierungen bei Merkle & Partner.

So haben wir im Jahr 2018 ein verbessertes Modell zur Abbildung des Zahneingriffs entwickelt und verifiziert. Zudem wurden Simulationsparameter optimiert, um die numerische Diffusion insbesondere bei sehr hohen Drehzahlen zu minimieren und die Ergebnisqualität weiter zu steigern.

Berechnungsbeispiel:

Das in den beigefügten Videos dargestellte Planetengetriebe ist ein stark verfremdetes Projekt, welches wir im Hause durchgeführt haben. Anhand des Beispiels wird die neue SPH-Methode näher beschrieben.

Aufgabenstellung

In dem Planetengetriebe soll Öl aus einem Ölsumpf von den Planetenrädern nach oben in einen Ölbehälter gefördert werden.

Die Funktionsweise der Auffang-Rippen oberhalb der Planeten sollen bewertet und optimiert werden.

Das Projekt war aus Kundensicht ein voller Erfolg und bestätigt uns die Richtigkeit der von uns getroffenen Annahmen.

Wollen auch Sie Ihre Getriebe schneller und effizienter entwickeln? Unnötige Verluste im Ölsumpf vermeiden und trotzdem alle Lager ausreichend geschmiert wissen?

Gerne können wir auch einen unverbindlichen Beratungstermin oder eine telefonische Beratung mit unserem Ansprechpartner Chadi Serhan vereinbaren.

Telefon: +49 (0)7321 9343-0
E-Mail: info@merkle-partner.de

Natürlich können Sie sich auch gerne auf unserer Webseite umsehen:
www.merkle-partner.de

Ihr Stefan Merkle