CFD-Simulation eines Radkastens mit parametrisierter Reifenposition als Grundlage zur Entwicklung einer Sensoreinheit für die Erfassung von non-exhaust Emissionen

Abstract

Diese Arbeit befasst sich mit der CFD-Simulation eines Radkastens, der Konstruktion und anschließender additiven Fertigung einer Messstrecke und einer Sensorbox für die Partikelmessung des Reifenabriebs. Die Arbeit ist in zwei Arbeitspakete geteilt, Arbeitspaket 1 beinhaltet die Simulation, Arbeitspaket 2 die Konstruktion und Fertigung. Zu Beginn wird eine Literaturrecherche betrieben, um ein generelles Verständnis zu CFDSimulation und Strömungsphänomene zu erhalten. Mit den erlangten Kenntnissen soll mittels ANSYS 2021 R2 ein Radkasten simuliert werden, um die entstehenden Druckgebiete und Stromlinien darzustellen. Als Grundlage der Simulation dient der generische Prinzipkörper DrivAer. Das Rad wurde parametrisiert, um verschiedene Lenkwinkel bei verschiedenen Geschwindigkeiten simulieren zu können. Mithilfe dieser Daten soll die optimale Position einer Messstrecke eruiert werden, um die entstehenden Emissionen des Reifenabriebs zu messen. Die Messstrecke und die Sensorbox werden jeweils in einem iterativen Verfahren in Catia V5 entwickelt. Bei der Messstrecke wird auf einen modularen Aufbau geachtet, um auf auftretende Eventualitäten bestmöglich reagieren zu können. Die Sensorbox beinhaltet Platz für drei Sensoren und ist in zwei Hälften geteilt. In die Sensorbox ist eine Mischkammer konstruiert, um der Sättigung der Sensoren vorzubeugen. Die Messstrecke und die Sensorbox werden mittels FFF 3D-Druck gefertigt. Dafür sind die richtigen Einstellungen für das verwendete konduktive PLA-Filament zu finden. Der Druck der Sensorbox wird mithilfe eines Multimaterialdrucks durchgeführt, um eine Dichtung aus TPU einzudrucken. Abschließend wird die Funktionalität der Messstrecke und der Sensorbox validiert und ein Ausblick auf das weitere Vorgehen gegeben.