Multiphysik-Simulationen helfen Entwicklern von Elektromotoren beim Design von Mechanik und Elektromagnetik. (Bild: Comsol, VW)
Als Reaktion auf die wachsende Nachfrage nach Elektrofahrzeugen (EV) treiben die Automobilhersteller die Entwicklung von E-Antrieben stark voran. Volkswagen begann beispielsweise bereits 2015 mit der Entwicklung eines modularen Systems zur Optimierung des EV-Designs und zur effizienteren Gestaltung des Fertigungsprozesses, dem Modular Electrification Toolkit (MEB). Durch den Aufbau von Simulationsanwendungen mit der Software Comsol Multiphysics konnte der Hersteller den Testprozess für Rotoren vereinfachen, Entwicklungskosten senken und die Produktqualität erhöhen.
Anforderungen an Elektroantriebe meistern
Neben Anforderungen an die Übersetzungen für die Achsen, an Antriebseinheiten, Gewicht und Radstände spielt die Auslegung und Platzierung der Hochvolt-Antriebsbatterie eine große Rolle im Gesamtkonzept. Während MEB zur Optimierung einzelner Komponenten und des Gesamtsystems beiträgt, erfordert die Ausbalancierung dieser Anforderungen sorgfältige Überlegungen seitens des Konstrukteurs, insbesondere bei der Berücksichtigung neuer Technologien wie Digitalisierung, autonomes Fahren und elektrische Antriebe.
WEbinar
Das Webinar „Elektromotoren durch Multiphysik-Simulation besser verstehen“ findet zum neuen Termin am 23. Juni 2020 von 14 bis 15 Uhr statt. Christoph Gordalla erläutert, wie sich ein mit experimentellen Messungen validiertes Modell für völlig neue Designs und Ideen einsetzen lässt. Anhand von zwei Praxisbeispielen zeigt das Webinar, welche Auswirkungen durch Wirbelströme erzeugte hohe Temperaturen auf Permanentmagnetmotoren haben und wie Simulation auch über den elektromagnetischen Tellerrand hinaus hilfreich ist, zum Beispiel bei der Multiphysik-Simulation mechanischer Vibrationen in einem Induktionsmotor.
Seit Beginn des Entwicklungsprozesses von Elektroantrieben gibt es eine enge Zusammenarbeit zwischen den Mitarbeitern, die bei VW Kassel in den Bereichen Konstruktion, Simulation und Versuch tätig sind. Diese Zusammenarbeit ist essenziell und für alle von Vorteil, da die Simulation nicht alle Probleme der realen Welt abdecken kann. Daher spielt der Testprozess eine wichtige Rolle. Darüber hinaus trägt das experimentelle Testverfahren zur Verbesserung der Simulationsmodelle bei. Einerseits muss die Maschine die elektrischen Anforderungen an das Drehmoment und die Leistung erfüllen. Auf der anderen Seite muss der Rotor eine gewisse Haltbarkeit aufweisen, wobei die Zentrifugalkraft die Hauptbelastung für den Rotor darstellt.
Transparente Simulationsplattform
Viele industrielle Simulationsprogramme sind als Black Box konzipiert, während Comsol Multiphysics mit seiner Transparenz punkten kann. Es ermöglicht den Anwendern, die implementierten Gleichungen anzusehen und zu modifizieren oder sogar eigene hinzuzufügen. Darüber hinaus ist die Software von Anfang an als Multiphysik-Werkzeug konzipiert und erlaubt es den Benutzern, verschiedene physikalische Felder gleichzeitig zu simulieren. Somit kann der Benutzer verschiedene physikalische Felder kombinieren, um etwas völlig Neues zu tun.
Die Analyse komplexer physikalischer Probleme wie dieser kann jedoch selbst für einen Simulationsexperten eine Herausforderung darstellen. Das Team benötigte eine Möglichkeit, mit Kollegen zu kommunizieren und Nicht-Experten für mechanische Simulationen in die Lage zu versetzen, bestimmte Parameter zu testen. Die Konstrukteure waren in der Lage, diese Anforderungen zu erfüllen, indem sie den Application Builder, ein in Comsol Multiphysics integriertes Werkzeug, verwendeten, um Simulationsanwendungen zu erstellen, die die Spannungen in einem Rotor vorhersagen.
(na)
