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E-Antriebe zielgerichtet entwickeln und ganzheitlich auslegen

E-Antriebe zielgerichtet entwickeln und ganzheitlich auslegen

Die Elektrifizierung des Antriebs bringt gänzlich neue Anforderungen auch für die Produktentwicklung mit sich. Porsche verfolgt z.B. ein ganzheitliches Konzept und fasst die verschiedenen Komponenten in einer Gesamtbetrachtung als Digital Powertrain Systems (DPS) zusammen. Was steckt hinter der Strategie?

Im Interview schildert Dr.-Ing. Peter Fietkau, Leiter Strukturmechanik, Digitale Antriebsentwicklung, Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG, Gründe und Perspektiven für das DPS. Im Zuge des Internationalen VDI-Kongresses „Dritev – Getriebe in Fahrzeugen“ am 10. und 11. Juli 2019 in Bonn wird er ebenfalls zur gesamtheitlichen Auslegung von E-Antrieben referieren.

 

Hr. Fietkau, was sind die wesentlichen Herausforderungen bei der gesamtheitlichen Auslegung von E-Antrieben?

Grundsätzlich sehen wir uns in der Triebstrangentwicklung mit einer zunehmenden Variantenvielfalt bei einem gleichzeitigen Wunsch zur Reduzierung von Erprobungsträgern und Entwicklungszeiten konfrontiert. Auf der anderen Seite stehen zunehmend leistungsfähige Berechnungsprogramme sowie steigende Rechenleistung zur Verfügung. Dies fördert die Digitalisierung in der Produktentwicklung zu deutlich erweiterten Simulations- und Berechnungsumfängen sowie zu immer mehr virtuellen statt realen Erprobungen.

Moderne Elektroantriebe vereinen Elektromaschine, Umrichter und Getriebe in einem Aggregat. Dadurch sind viele verschiedene Disziplinen involviert, die miteinander in komplexer Wechselwirkung stehen. Seitens des Gesamtfahrzeugs gibt es äußere Anforderungen an diese Aggregate, z.B. hinsichtlich Crash und Akustik, die sich von denen konventioneller Fahrzeuge unterscheiden. Um diesen Herausforderungen zusammen mit dem gestiegenen Digitalisierungsgrad Herr zu werden, sind gesamtheitliche Ansätze nötig.

 

Dr.-Ing. Peter Fietkau ist Leiter Strukturmechanik, Digitale Antriebsentwicklung bei der Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG.

Welche mechanischen, thermischen oder magnetischen Wechselwirkungen sind dabei zu beachten?

Bei der Auslegung der E-Maschine gibt es einen Zielkonflikt zwischen magnetischen und mechanischen Eigenschaften. So sollten z.B. die Stege des Blechschnittes aus Festigkeitssicht möglichst breit, aber unter magnetischen Gesichtspunkten möglichst schmal sein.

Eine gute magnetische Auslegung zeichnet sich u.a. durch eine hohe Leistungsdichte, geringe Drehmomentschwankungen und einen guten Wirkungsgrad aus. Bei ungünstigem Wirkungsgrad ergibt sich neben einem hohen Energieverbrauch eine große Erwärmung der Maschine. Betrachtet man das gesamte Aggregat, muss diese Erwärmung in Zusammenhang mit dem Kühl- und Schmierkreislauf gesehen werden.

Eine weitere übergreifende Aufgabe ist die Auslegung aller Gehäusebauteile in einem Gesamtmodell, da neben der Festigkeit die gesamte Verformung betrachtet werden muss. Diese hat Auswirkungen auf die Lager- und Verzahnungslebensdauer und vor allem auch auf die Akustik des Getriebes.

 

Wie können in Zukunft systematische Prozesse in der digitalen Entwicklung aussehen?

Die Komponenten und Berechnungsdisziplinen werden nicht mehr einzeln betrachtet, sondern in sogenannten Digital Powertrain Systems (DPS) zusammengefasst. In Summe gibt es in der digitalen Antriebsentwicklung bei Porsche davon dreizehn Stück, wobei für reine batterieelektrische Fahrzeuge (BEV) nicht alle relevant sind. Die DPS bündeln alle relevanten Informationen und wurden in Abstimmung mit den jeweiligen Fachbereichen generisch im Produktentwicklungsprozess (PEP) aufgeplant. Diese Generik wird an das jeweilige Projekt angepasst und dient als Terminplan zur Verfolgung aller virtuellen Aktivitäten. Zusätzlich werden die Datenbereitstellung für die einzelnen DPS, der jeweilige Modellaufbau sowie die Ergebnisse mithilfe von Statusblättern getrackt und in regelmäßigem Rhythmus dem Management berichtet. Aus den DPS werden diejenigen zu einem Digital Prototype (DPT) zusammengefasst, die eine Kernaussage für das Gesamtfahrzeug erzeugen. Auch dessen Status wird verfolgt und zu definierten Meilensteinen im Produktentwicklungsprozess dem Vorstand berichtet. Somit wird der gesamte Entwicklungsprozess von der Konzeptphase bis zum Start of Production (SOP) in der virtuellen Welt abgebildet.

 

Wann erwarten Sie erste Serienanwendungen auf Basis der systematischen Prozesse?

Das erste batterieelektrische Fahrzeug, welches größtenteils nach der neuen Systematik bei uns bearbeitet wurde, ist der Taycan, der dieses Jahr in Serie geht.

 

Mehr zum Thema erfahren Sie auf dem Internationalen VDI-Kongresses „Dritev – Getriebe in Fahrzeugen“ am 10. und 11. Juli 2019 in Bonn:

Quelle: VDI Wissensforum

Foto: Porsche

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