Modulare thermische Modellierung und Unsicherheitsanalyse von Getriebemotor-Baukästen

Antriebssysteme sind im Betrieb stark durch thermische Randbedingungen, insbesondere Temperaturgrenzwerte, eingeschränkt. In der Projektierung werden thermische Betrachtungen meist durch die separate Analyse einzelner Antriebskomponenten durchgeführt. Eine ganzheitliche thermische Modellierung des Gesamtsystems ermöglicht umfassendere und präzisere Aussagen über das Systemverhalten.
In dieser Arbeit wird ein Baukastensystem entwickelt, das den modularen Aufbau des Gesamtsystems aus einzelnen Komponenten ermöglicht. Es werden Modelle für die verschiedenen Antriebskomponenten erstellt und ein Algorithmus entwickelt, der diese Einzelkomponenten automatisiert zu einem Gesamtsystem zusammenführt. ... mehrDer Fokus der Modellbildung liegt auf der präzisen Abbildung des makroskopischen Systemverhaltens, wobei Unsicherheiten durch Fertigungsschwankungen, Messfehler und physikalisch vereinfachte Modelle berücksichtigt werden.
Um die Verluste von Modellen in verschiedenen Betriebsbereichen genau zu bestimmen, wird eine automatisierte Methode zur Messung von Wirkungsgraden entwickelt. Diese Methode ermöglicht eine präzise Aufteilung in einzelne Verlustkomponenten und deren Unsicherheiten, indem die Temperaturen während des Messvorgangs in einem engen Temperaturband gehalten werden. Der entwickelte Messablauf gewährleistet eine stabile Temperatur, was zu genaueren und zuverlässigeren Ergebnissen führt.
Zur Validierung der Modelle werden Messungen unterschiedlicher Lastprofile für einen Solomotor und einen Getriebemotor durchgeführt. Ein Vergleich der Messergebnisse mit den Vorhersagen des thermischen Modells, einschließlich der berechneten Unsicherheiten im Temperaturverlauf, zeigt, dass die Messergebnisse innerhalb des berechneten Konfidenzintervalls liegen.

Drive systems in operation are severely limited by thermal boundary conditions, particularly temperature limits. In the engineering design phase, thermal considerations are usually handled by separately analyzing individual drive components. A holistic thermal modeling of the overall system allows for more comprehensive and precise statements about the system behavior. In this thesis, a modular system (a ’building block system’) is developed, which enables the modular assembly of the overall system from individual components. Models for the various drive components are created, and an algorithm is developed that automatically merges these individual components into a complete system. ... mehrThe focus of the modeling lies in precisely mapping the macroscopic system behavior, taking into account uncertainties due to manufacturing variations, measurement errors, and physically simplified models. To accurately determine the losses of models in different operating ranges, an automated method for measuring efficiencies is developed. This method allows for a precise breakdown into individual loss components and their uncertainties by keeping the temperatures within a narrow temperature band during the measurement process. The developed measurement procedure ensures a stable temperature, which leads to more accurate and reliable results. To validate the models, measurements of different load profiles are carried out for a solo motor and a geared motor. A comparison of the measurement results with the predictions of the thermal model, including the calculated uncertainties in the temperature profile, shows that the measurement results lie within the calculated confidence interval.