Die Betriebsfestigkeit elektrischer Maschinen im Fahrzeugbau wird mithilfe vordefinierter Schwingungserprobungen abgesichert. Als signifikante Schädigungsursache von Lager und Lagerschild bei der Generatorentwicklung treten sowohl in experimentellen Untersuchungen als auch innerhalb etablierter, virtueller Erprobungskonzepte, basierend auf Mehrkörpersimulation und Finite-Element-Simulationen, tieffrequente, axiale Rotor-Lager-Schwingungen auf. Im Zuge der Übertragung des bestehenden Vorauslegungskonzeptes auf die in der Hybridtechnik eingesetzten Elektromotoren wird ein für Hybridfahrzeuge geeigneter Ansatz zur Beschreibung dieser Schwingungsphänomene außerhalb der etablierten Simulationsumgebung vorgestellt. Der Bericht vermittelt eingangs einen Überblick über den Gegenstand der Betriebsfestigkeitsabsicherung und weist auf die Nutzung von Betriebsfestigkeits-Software, z.B. FEMFAT, hin. Wegen des hohen Vorverarbeitungsaufwandes zur Durchführung einer hybriden Mehrkörpersimulation war die Entwicklung eines neuen Ansatzes erforderlich. In diesem wird das Bauteil abstrahiert dargestellt, wodurch eine Beschreibung über nichtlineare Differentialgleichungen außerhalb der Mehrkörper-Umgebung möglich ist. Der neue Simulationsansatz wird zunächst allgemein formuliert. Die analytische und die numerische Problemlösung werden detailliert vorgestellt und auf die nichtlineare Resonanz als physikalische Schwingungsursache eingegangen. Danach wird die Anpassung des neuen Simulationsansatzes auf die Erprobungsbedingungen für Elektromotoren im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen, speziell für die Analyse von Rotor-Lager-Schwingungen, behandelt. Die Simulationsergebnisse werden anhand der simulierten Schwingbeschleunigung am Lagerschild kurz im Diagramm aufgezeigt. Ihre Validierung mithilfe experimenteller Daten wird erläutert. Zusammenfassend bestätigen die Autoren, daß die neue Methode nicht nur schnell, sondern auch genau ist. Mithilfe der Simulationsergebnisse können die axiale Deformation des Lagerschildes errechnet und daraus in einer statischen Finite-Element-Analyse die Spannungen im Bauteil bestimmt werden. Kritische Stellen können so effizient identifiziert und Gegenmaßnahmen eingeleitet werden.
Virtuelle Erprobung elektrischer Maschinen in der Fahrzeugentwicklung mit einem neuen Ansatz zur Beschreibung axialer Schwingungsphänomene
Virtual testing of electric machines in vehicle development with a new approach to describe axial vibration phenomena
2010
12 Seiten, 8 Bilder, 15 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
Deutsch
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