So werden Elektroantriebe leiser

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Dabei ergibt sich ein enormes Datenvolumen, das jedoch bereits durch die Transformation von der zeit- zur frequenzbasierten Abbildung durch die Fast-Fourier-Analyse (FFT) stark reduziert wird. Das verringert den Rechenaufwand und vereinfacht die weitere Handhabung, auch wenn die Datenmenge nach der FFT immer noch erheblich ist. Sollte es möglich sein, die elektromagnetische Berechnung zur Aufwandsreduktion auf eine 2D-Simulation zu beschränken, müssen dazu die im zweidimensionalen Raum ermittelten Größen noch auf den dreidimensionalen Raum transferiert werden.

Prozess zur gekoppelten Simulation spart Arbeitsaufwand

Damit sich die ermittelten Kräfte für eine Frequenzganganalyse am Strukturmodell verwenden lassen – was notwendig ist zur Berechnung der Schwingungsanregungen, aus denen wiederum die gesuchte akustische Abstrahlung abgeleitet werden kann –, müssen die Daten zwischen den verschiedenen Berechnungsmodellen übertragen werden. Das von ARRK|P+Z Engineering entwickelte Modul Theseus-FE Transformer übernimmt das Mapping, um den Rechenaufwand in einem vertretbaren Rahmen zu halten. Die Software kann zwischen unterschiedlichsten Ergebnisformaten übersetzen und auch das Mapping von Knoten auf Elemente übernehmen.

Auf diese Weise lassen sich die beiden ansonsten getrennten Simulationsbereiche Elektromagnetismus und Strukturmechanik koppeln, wodurch sich ein einheitlicher und transparenter Simulationsprozess ergibt. Für die Praxis bedeutet das ein hohes Maß an Anwenderfreundlichkeit, da ein Großteil der Arbeit automatisiert ablaufen kann. „Trotz der großen Menge an Daten, die in die Berechnung einfließen, fällt nur wenig Arbeitsaufwand an, was das Verfahren gemessen an den Einsparmöglichkeiten für die Produktentwicklung sehr interessant macht“, erklärt Daniel Jung.

Reduzierung auf Kräfte am Luftspalt verfälscht Ergebnisse

Daneben hat sich auch gezeigt, dass die erhöhte Rechenzeit bei der Betrachtung der gesamten Oberfläche von Stator und Rotor zur Bestimmung der magnetischen Kräfte durch die höhere Qualität der Ergebnisse gerechtfertigt wird: Um zu ermitteln, inwieweit Vereinfachungen vertretbar sind und lokale Kräfte vernachlässigt werden können, verglich Huck am Beispiel einer permanenterregten Synchronmaschine mit einem maximalen Drehmoment von 400 Nm und einer Höchstdrehzahl von 6000 min^-1 zwei unterschiedliche Detailgrade für die Ermittlung der auftretenden magnetischen Kräfte. Im Fall der neu entwickelten Methodik wurde die tatsächliche Geometrie des Stators einschließlich der Nuten zwischen den Zähnen betrachtet. Bei der bisher oft verwendeten Variante wurden dagegen ausschließlich die Kräfte am Luftspalt berücksichtigt, was dem vereinfachten Verfahren aus der Drehmomentenberechnung entspricht.

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