SPH-Simulation von Öl-/Fettströmungen in Getrieben
SPH: Smoothed Particle Hydrodynamics
Gerade in klassischen Bereichen des Maschinenbaus kann durch zielgerichtete Verwendung von Simulationsmethoden ein signifikanter Innovationsschub erreicht werden. Besonders im Bereich der Getriebe erfolgen heute noch sehr häufig aufwändige experimentelle Untersuchungen, um die Verteilung von Schmierstoffen zu bestimmen.
Dabei werden zumeist teilweise verglaste Getriebegehäuse verwendet und es wird durch kamerabasierte Auswertung die Schmierstoffverteilung bewertet. Hierbei ergeben sich allerdings besonders bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten der Zahnräder uneindeutige oder schwer interpretierbare Strömungszustände. Weiterhin müssen diese Versuche für unterschiedliche Einbaulagen wiederholt werden.
Mithilfe von Simulationen mittels der SPH-Methode können diese Versuche digital erfolgen. Dabei bietet die SPH-Methode im Gegensatz zur CFD (Computational Fluid Dynamics) den entscheidenden Vorteil, dass keine Vernetzung des Raums erfolgen muss. SPH-Simulation rechnen somit äußerst schnell und können daher in innerbetriebliche Entwicklungsprozesse sehr gut integriert werden.
Ölbewegung im Gehäuse eines Stirnradgetriebes mit 29,3 Mio.
SPH-Partikeln
Geschwindigkeitsverteilung des Öls im Betrieb
Was sind die Vorteile?
Im Gegensatz zur versuchsbasierten Untersuchung von Ölströmungen in Getrieben, bietet die Simulation u.a. folgende Vorteile:
- eindeutige Bewertung der Schmierung von Lagern
- gezielte Bestimmung der notwendigen Ölmenge zur Betriebssicherheit
- keine aufwändige Fertigung von verglasten Getriebegehäusen notwendig
- signifikante Verringerung der Entwicklungskosten
- kürzer Entwicklungszeiten und somit kürzere time to market
- gezielte Analyse der Wärmeströme und lokalen Öldrücke im Getriebe
- schnelle Bewertung von Designanpassungen
- Aufbau von Strömungswissen mit jeder Simulation
- Berechnung unabhängig von einer Tageszeit oder einem Wochentag möglich
Neben den genannten Vorteilen, kann durch Simulation der Schmierstoffbewegung das Verhalten einsehbar gemacht werden, wodurch ein schneller Wissenstransfer möglich gemacht wird. Es ist somit möglich das betriebliche Know-How nachhaltig und greifbar zu sichern.
Weitere Anwendungen
Neben der Bewegung von Ölen sind darüber hinaus auch Schmierfette abbildbar. Hierbei können unterschiedliche Viskositäten simuliert werden, um u.a. die Homogenität der Schmierung bei variierenden Einbaulagen zu untersuchen.
Durch eine Analyse mittels der SPH-Methode kann besonders bei schwer zu analysierenden Getrieben, wie dem hier dargestellten Schneckengetriebe, signifikant Entwicklungszeit eingespart werden.
Das hier dargestellte Schneckenradgetriebe ist angelehnt an ein CAVEX® planetary der CAVEX GmbH & Co. KG
Fettverteilung in einem Schneckenradgetriebe, angelehnt an ein CAVEX® planetary