Simulation

Wie Simulationsexperten Start-ups und Erfinder auf die Zielgerade bringen

| Autor / Redakteur: Achim Ühlin / Monika Zwettler

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Der Weg von der Erfindung zum marktreifen Produkt ist steinig, oft langwierig und kostspielig. Start-ups und Erfinder setzen deshalb auf Berechnungen der Ulmer Wenger Engineering GmbH. Sie sparen sich so Prototypenkosten und kommen schneller ans Ziel.

Als der Anruf der Münchner Heat Cubed kam, konnte Dr. David Wenger es anfangs kaum glauben. „Ein Mikro-Wärmetauscher mit gerade mal 55 mm Kantenlänge und einer Übertragungsleistung von 50 kW?“ Der promovierte Verfahrenstechniker ist Chef und Gründer der Wenger Engineering GmbH und hat sich auf Berechnungen der Thermodynamik und Strömungsmechanik spezialisiert. Seine Kunden sind international, oft Energie– und Autokonzerne. Regelmäßig melden sich bei ihm zudem Erfinder und Start-ups wie Heat Cubed, die mit ihren Innovationen den Markt revolutionieren wollen.

Meist haben sie nicht Millionen Euro für die Entwicklung auf der hohen Kante, scheuen sich aber davor, Investoren zu suchen, die im Gegenzug hohe Firmenanteile oder Patentrechte wollen. Wenger unterstützt ihre Entwicklung auf dem steinigen Weg bis hin zur Marktreife. Und spart viele Testschleifen und Prototypenstufen ein. Denn anstatt auf „Trial and Error“ setzt er auf Berechnungen und Simulationen. Nicht selten gibt er den Produkten dabei noch den letzten Schliff.

Keine Lösung von der Stange

„Wir wollten von Wenger vor allem ein Auslegungstool, mit dem wir unseren Mikro-Wärmetauscher skalieren und die Leistung entsprechend anpassen können“, erzählt Heat Cubed-Geschäftsführer Alexander von Heinz. Eine knifflige Sache – denn der Würfel hat pro Seite mehrere tausend quadratische und strukturierte Mikrokanäle, die gerade einmal einen Durchmesser von 0,4 auf 0,4 mm haben.

„Schnell war klar: Das ist keine Standardberechnung, die man mal eben schnell im VDI-Wärmeatlas nachschlagen kann“, erinnert sich Wenger. Tatsächlich dringen er und sein Team aus Physikern, Mathematikern, Ingenieuren oder Verfahrenstechnikern bei ihren Berechnungen immer wieder in die Randbereiche der bekannten Physik vor.

Formeln basieren auf Testszenarien

Doch Berechnungen ohne Formeln sind kaum möglich. Zunächst entwickelte Wenger deshalb mit einem Münchner Testlabor für den zur Verfügung gestellten Prototypen eine Reihe von Testszenarien. Um zu sehen, wie viel Wärme in dem kleinen Kreuzstromwärmetauscher tatsächlich übertragen wird. Gemessen wurde zudem, wie sich der Druckverlust in Abhängigkeit des Massenstroms der Flüssigkeit und der Temperatur verhält. „Aus diesen Ergebnissen erstellten wir eine Matrix. Mit ihr als Grundlage haben wir dann Formeln für das Auslegungstool entwickelt“, erläutert Wenger das Verfahren.

Deutlich beschleunigte Entwicklung

Alexander von Heinz ist mit Wengers Arbeit sehr zufrieden. Er hat nun nicht nur den „Proof of Concept“ für das kleine „Kraftpaket“ aus Titan in der Tasche. „Durch Wengers Expertise haben wir zudem eine Menge an Kosten und Zeit eingespart.“ Denn anstatt sich in vielen Schleifen aus Versuch und Irrtum schrittweise dem optimalen Produkt allmählich anzunähern, wurde die Entwicklung deutlich abgekürzt.

„Dank Wengers Hinweisen konnten wir unseren Würfel sogar noch weiter optimieren“, so von Heinz. Der Heat Cube 5 bringt inzwischen bei einer Bemessung von rund 165 Kubikzentimetern (ohne Kopfstücke) eine Wärmeübertragungsleistung bis zu 60 kW. „Ein Quantensprung. Denn Mikrowärmetauscher, die in dieser Kompaktheit eine derartige Leistung bringen, gibt es derzeit gar nicht auf dem Markt“, sagt von Heinz. Pro Kubikmeter Apparatevolumen erreiche der bis 400 Grad Celsius hitzebeständige Heat Cube Type 5 eine Austauschfläche von über 1800 Quadratmetern.

Auslegungstool ermöglicht Serienfertigung

Potenzielle Einsatzmöglichkeiten sieht der Münchner beispielsweise in der Kältetechnik. „Kühlmittel lassen sich im Heat Cube dank seiner Leistung und Kompaktheit um über 80 Prozent reduzieren“, unterstreicht der Geschäftsführer. Mit nur einigen hundert Gramm Gewicht dürfte der Heat Cube aus Titan aber auch in mobilen Anwendungen etwa in Fahrzeugen, Schiffen oder der Luft – und Raumfahrt eine Reihe von Anwendungen finden. Das 2013 gegründete Start-up ist mit verschiedenen Unternehmen derzeit im Gespräch. „Denn wir können ihn auch dank Wengers Auslegungstools skalierbar und in Serie herstellen.“ Über das Herstellungsverfahren selbst schweigt sich von Heinz noch aus. Noch laufe hierzu derzeit ein Patentenmeldungsverfahren. „Die ersten Umsätze werden wir aber noch 2014 realisieren“, ist sich der Geschäftsführer sicher.

Erfinder und Start-ups willkommen

Für Wenger selbst war die Zusammenarbeit mit Heat Cubed sehr spannend „Seit 2007 haben wir über 150 Projekte rund um die Themen thermische und CFD-Simulation, numerische Strömungsmechanik und Wärmeübertragung realisiert. An der Optimierung von Innovationen sind wir brennend interessiert“, berichtet der gebürtige Schweizer. Und erinnert an Renaissance-Genie Leonardo da Vinci. Viele seiner Ideen vom Fallschirm bis zum muskelkraftbetriebenen Helikopter seinen seinerzeit nicht über bloße Skizzen hinaus gekommen. Erfinder und Start-ups sind ihm deshalb hoch willkommen.

Alexander von Heinz betont noch einen anderen Aspekt der Zusammenarbeit mit dem Berechnungsexperten. „David Wenger hat sich für unser Produkt begeistert. Er denkt aber auch unternehmerisch und achtet darauf, dass die Kosten gerade in der kritischen Anfangsphase eines Start-ups nicht aus dem Ruder laufen.“ Von Heinz selbst hatte für einen voll ausgestatteten Teststand Kosten von bis zu 100.000 Euro veranschlagt. Gelandet ist man schließlich im sehr niedrigen fünfstelligen Bereich. (mz)

* Achim Ühlin ist freier Journalist in 74081 Heilbronn

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