Berechnung der Ventilationsverlustleistung von schnelllaufenden Planetengetrieben
Forschungsthema
| Kurztitel | Ventilationsverlustleistung Planetengetriebe |
| Projektbeginn | Q4/2024 |
| Förderung | FVA-Nr. 1014/I Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V., FVA |
| Kontakt | Dr.-Ing. T. Lohner |
Projektbeschreibung
Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer analytischen und einfach handhabbaren Berechnungsgleichung für die Ventilationsverlustleistung von schnelllaufenden einspritzgeschmierten Planetengetrieben. Die Ventilationsverlustleistung stellt bei den resultierenden hohen Umfangsgeschwindigkeiten einen signifikanten Anteil an der gesamten Getriebeverlustleistung dar. Bestehende analytische Berechnungsgleichungen für die Ventilationsverlustleistung wurden weitestgehend aus Versuchen an einstufigen außenverzahnten Stirnradgetrieben abgeleitet und weisen nur eine eingeschränkte Ergebnisgüte für schnelllaufende Planetengetrieben auf. In diesem Forschungsvorhaben wird die numerische Strömungsmechanik (engl. Computational Fluid Dynamics, CFD) zur Berechnung der Fluidströmung (s. Abbildung 1) und der Ventilationsverlustleistung eingesetzt.
Als Ergebnis des Forschungsvorhabens wird eine praxistaugliche analytische Berechnungsgleichung für die Ventilationsverlustleistung von schnelllaufenden Planetengetrieben entwickelt. Dazu werden zunächst Daten aus der Literatur mit verschiedenen Berechnungsansätzen nachgerechnet, um bestehende Ansätze zu evaluieren. Parallel dazu werden Daten aus der Literatur mittels numerischer Strömungssimulation nachgerechnet, um ein CFD-Simulationssetup zur Berechnung der Ventilationsverlustleistung zu validieren. Dabei kommen die Finite Volumen Methode (FVM) (s. Abbildung 2) und die Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) Methode zum Einsatz. Anschließend werden die Ventilationsströmungen und -verlustleistungen schnelllaufender Planetengetriebe mit der vielversprechenderen CFD-Methode vorausberechnet und mit Praxisdaten gegenübergestellt. Auf diese Weise können relevante Größen für die Ventilationsverlustleistung abgeleitet und in ein analytisches Berechnungsmodell überführt werden, wodurch eine gesteigerte Vorhersagegenauigkeit erreicht werden kann.
Insbesondere für kleinere und mittlere Unternehmen (KMU) im Bereich der Entwicklung schnelllaufender Planetengetriebe sind treffsichere analytische Berechnungsansätze relevant. Die Ergebnisse des Projekts ermöglichen eine Verkürzung der Entwicklungsabläufe für konkrete neue Anwendungen, eine Reduzierung der Entwicklungsrisiken sowie eine Kostenreduktion. Dies kann die Wettbewerbsfähigkeit der beteiligten KMU steigern. Ein besseres Verständnis der Ventilationsströmung und -verlustleistung trägt auch zur Entwicklung effizienterer Getriebe bei.
Literatur
[Liu18a] Liu, H.; Jurkschat, T.; Lohner, T.; Stahl, K.: Detailed Investigations on the Oil Flow in Dip-Lubricated Gearboxes by the Finite Volume CFD Method. Lubricants 6. Heft: 2, S. 47 (2018).
[Liu18b] Liu, H.; Standl, P.; Sedlmair, M.; Lohner, T.; Stahl, K.: Efficient CFD Simulation Model for a Planetary Gearbox. Forschung im Ingenieurwesen 82. Heft: 4, S. 319– 330 (2018).