Wie angekündigt, kommen jetzt endlich die ersten CFD-Auswertungen.
Die Ergebnisse liegen tatsächlich schon etwas länger vor und waren für uns letztendlich auch der ausschlaggebende Punkt, den ersten Prototypen zu fertigen. Da ich beruflich die letzten Wochen ziemlich eingespannt war, bin ich leider erst jetzt dazu gekommen, sie hier vernünftig aufzubereiten.
Die Simulationen wurden jeweils unter identischen Randbedingungen mit einer Luftmasse von 500 g/s durchgeführt. Damit legen wir den Luftfilterkasten bewusst oberhalb der größten Serienleistungsstufe aus, sodass auch Fahrzeuge mit höheren Leistungsstufen ausreichend Reserven haben.
Das wichtigste Ergebnis vorweg:
Wir konnten den Druckverlust gegenüber dem OEM-Luftfilterkasten um rund 20 % reduzieren.
Zusätzlich verfügt unser Luftfilterkasten über rund 20 % mehr internes Fluidvolumen. Dadurch schaffen wir mehr Reserven für höhere Massenströme, was insbesondere bei späteren Leistungssteigerungen interessant ist. Gleichzeitig profitieren nach unseren bisherigen Erfahrungen auch Serienfahrzeuge, da eine effizientere Strömungsführung unabhängig von der Motorleistung die Verluste im Ansaugtrakt reduziert.
An dieser Stelle möchte ich aber auch ganz klar sagen, dass der OEM-Luftfilterkasten bereits auf einem sehr hohen Entwicklungsniveau ist. BMW muss bei einem Großserienbauteil viele Randbedingungen berücksichtigen, die wir nicht haben – beispielsweise Spritzgusswerkzeuge, Entformungsrichtungen, Hinterschneidungen, Zykluszeiten und wirtschaftliche Serienfertigung.
Genau hier liegt unser Vorteil. Durch den eigenen Formenbau und das RIM-Verfahren haben wir wesentlich mehr Gestaltungsfreiheit und können Geometrien umsetzen, die sich stärker an der optimalen Strömung orientieren. Das harmoniert perfekt mit unserem bionischen Entwicklungsansatz.
Vergleich Strömungssimulation Druck LK G2x.jpg
Zum ersten Bild – Druckverteilung:
Hier erkennt man sehr gut, dass sich der statische Druck in unserem Luftfilterkasten deutlich homogener verteilt. Hohe lokale Druckgradienten wurden reduziert und der Luftstrom wird gleichmäßiger bis zum Auslass geführt.
Das bedeutet letztendlich, dass entlang des gesamten Luftwegs weniger Energie verloren geht. Der Turbolader muss also weniger Arbeit verrichten, um die gleiche Luftmasse bereitzustellen. Genau diese Reduzierung der Verlustleistung im Ladungswechsel ist einer der Hauptansätze unserer Entwicklung.
Vergleich Strömungssimulation Geschwindigkeit LK G2x.jpg
Zum zweiten Bild – Strömungsgeschwindigkeit:
Hier wird besonders deutlich, wie sich die Luft innerhalb des Luftfilterkastens bewegt.
Im OEM-Kasten entstehen an einigen Stellen relativ hohe lokale Strömungsgeschwindigkeiten. Diese entstehen häufig durch abrupte Querschnittsänderungen oder Richtungswechsel und führen zwangsläufig zu stärkeren Verwirbelungen sowie lokalen Druckverlusten.
Unser Ziel war es deshalb nicht, die Luft einfach nur schneller durch den Kasten zu schicken, sondern die Geschwindigkeit möglichst gleichmäßig zu verteilen.
Man erkennt, dass die Luft bereits am Einlass deutlich sauberer in den Luftfilterkasten einströmt und sich anschließend wesentlich homogener über die gesamte Filterfläche verteilt. Dadurch wird die Filterfläche gleichmäßiger genutzt und es entstehen weniger Bereiche mit hohen lokalen Geschwindigkeiten.
Besonders zufrieden sind wir mit dem Bereich direkt vor dem Auslasstrichter. Dort konnten wir die lokalen Verwirbelungen deutlich reduzieren. Die Luft strömt wesentlich ruhiger in Richtung Luftmassenmesser aus, wodurch dieser gleichmäßiger angeströmt wird. Gerade für eine saubere Messung des Luftmassenstroms ist das aus unserer Sicht ein wichtiger Punkt.
Genau diese Details sieht man von außen später überhaupt nicht – sie machen aber am Ende den Unterschied aus. Die bionischen Formen entstehen also nicht aus optischen Gründen, sondern weil sie sich aus der Topologieoptimierung und den anschließenden CFD-Iterationen ergeben haben.
Für uns waren diese Ergebnisse letztendlich der Punkt, an dem wir gesagt haben: Jetzt lohnt sich der erste Prototyp. Der ist inzwischen bereits gefertigt und im Fahrzeug verbaut. Den zeige ich euch als Nächstes.
Außerdem werden wir den Prototypen am kommenden Wochenende auf dem BMW Syndikat ausstellen. Wer dort ist, kann sich das Teil gerne einmal live anschauen.
Danach geht es mit dem nächsten spannenden Thema weiter: Wie entsteht aus dieser Konstruktion eigentlich ein Serienteil? Dann zeige ich euch unseren Formenbau sowie die Fertigung im RIM-Verfahren. Ich denke, genau dieser Teil dürfte für viele ebenfalls interessant sein, weil man so etwas normalerweise kaum zu sehen bekommt.
Grüße
Robin
