Effiziente CFD-Simulationen zur Berechnung des Schleppmoments nasslaufender Lamellenkupplungen im Abgleich mit Prüfstandmessungen

Nasslaufende Lamellenkupplungen und -bremsen stellen eine wichtige Baugruppe von modernen lastschaltbaren Getrieben, Schlepper-Bremsen sowie Industrie-Antriebssträngen dar. Im geöffneten Zustand treten durch Fluidscherung Schleppverluste auf, die zu den lastunabhängigen Verlusten zählen. Ziel der Entwicklung ist eine Reduktion dieser Verluste. Hierfür ist eine detaillierte Kenntnis der Strömungsverhältnisse in der Kupplung erforderlich, um Entstehung und Einflussfaktoren der Verluste zu identifizieren und in einem weiteren Schritt das Design künftiger Kupplungen verlustärmer zu gestalten.

Es wird in diesem Beitrag eine Auswertemethodik für Schleppmomente am FZG-Schleppmomentenprüfstand LK-4 vorgestellt. Weiterhin wird ein stationäres, isothermes Simulationsmodell eines vollständigen Lüftspalts zur Berechnung von Schleppmomenten vorgestellt. Umgesetzt wird das Modell in der CFD-Software SimericsMP+. Dabei wird zunächst mittels einer einphasigen Strömungssimulation das Ölfördervermögen der offenen Kupplung und das Schleppmoment im linearen Bereich berechnet. Das Schleppmoment von Betriebspunkten im anschließenden nichtlinearen Bereich wird mithilfe eines Kavitationsmodells berechnet. Das vorgestellte 3D-Simulationsmodell zur Vorhersage des Schleppmoments einer nasslaufenden Lamellenkupplung zeigt im Vergleich mit Messungen am Komponentenprüfstand LK-4 vielversprechende Ergebnisse. Der Verlauf des berechneten Schleppmoments wird qualitativ und quantitativ gut wiedergegeben. Die Einflüsse veränderter Betriebsbedingungen, Öleinspritztemperatur, und des Volumenstroms werden sowohl in Messung als auch Simulationsergebnissen dargestellt

Das Simulationsmodell stellt insbesondere aufgrund der geringen Rechenzeiten eine gute Möglichkeit dar, das Schleppmoment einer Kupplung bereits im frühen Entwicklungsstadium abzuschätzen. Weiterhin helfen die kurzen Berechnungszeiten bei der ganzheitlichen Weiterentwicklung des Modells. Die Auswirkungen von Modelländerungen können schnell anhand einer vollständigen Differenzdrehzahl-Schleppmomentenkurve beurteilt werden.