gesponsertSimulation Branchenübergreifend effizient entwickeln

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Comsol Multiphysics GmbH

Der Produktentwicklungsprozess kann durch den Einsatz von Einzelphysik-Simulationen, Multiphysik-Simulationen und Simulations-Apps deutlich verbessert werden. Drei Beispiele aus der Praxis zeigen, wie die Integration von Simulation dabei unterstützte, optimierte Endprodukte schneller zu entwickeln.

Modellierung und Simulation helfen Ingenieuren in allen Branchen, ihren Produktentwicklungsprozess nachhaltig zu optimieren. Simulationen können eingesetzt werden, um jeden einzelnen Schritt zu verbessern, darunter Materialauswahl, Geometrieerstellung, Leistungsprognosen, virtuelle Tests und Designvalidierung.

Reale Systeme testen ohne Prototyp

Bereits in frühen Phasen eines Projekts lassen sich durch Simulationen die Machbarkeit eines Designs prüfen, potenzielle Fehlerquellen identifizieren und fundierte Entscheidungen treffen. Durch die einfache Modifikation von Designkennzahlen können Entwickler schneller iterieren und leistungsfähigere Varianten evaluieren. Mithilfe von CAE-Software mit Einzelphysik- und Multiphysik-Funktionen lassen sich reale Systeme modellieren, Wechselwirkungen analysieren und neue Designs präzise testen — ohne physische Prototypen erstellen zu müssen.

Simulation macht Schwieriges möglich

Simulation ermöglicht zudem Untersuchungen unter Bedingungen, die im Realversuch nur schwer oder gar nicht testbar wären. Dadurch lassen sich Risiken frühzeitig erkennen, unerwartete Produktfehler vermeiden und die Qualität der Endprodukte steigern.

Anhand von drei Praxisbeispielen aus unterschiedlichen Branchen zeigen wir, wie Simulation den Produktentwicklungsprozess insbesondere im Hinblick auf Designiterationen, Tests und Leistungsvorhersagen beschleunigt.

Volkswagen Kassel automatisiert Rotortests für E-Motoren mit Simulations-App

In der Produktentwicklung können Ingenieure durch die Automatisierung spezifischer Phasen wertvolle Zeit und Ressourcen sparen. Eine effektive Möglichkeit bietet die Erstellung von Simulations-Apps, die gezielt für bestimmte Aufgaben entwickelt werden.

Das Volkswagenwerk in Kassel, spezialisiert auf Elektroantriebe, nutzte eine solche Simulations-App zur Optimierung der Festigkeitsprüfung von Rotorblechpaketen — ein kritischer, aber ressourcenintensiver Entwicklungsschritt. Die von Volkswagen entwickelte App automatisiert den Belastungstest und erlaubt die Variation wichtiger Parameter wie Geometrie, Interferenz und die Anzahl aktiver Magnete.

Die App erstellt automatisch Ergebnisberichte mit Festigkeitsbewertungen für laminierte Rotorblechabschnitte, standardisiert die Auswertung teamübergreifend und verkürzt die Durchlaufzeiten erheblich. Durch ihre benutzerfreundliche Gestaltung ist sie auch für Nicht-Experten einfach zugänglich. Das Ergebnis: eine schnellere Entwicklung, effizientere Vergleiche verschiedener Designs und eine verkürzte Markteinführungszeit.

Instrumentenhersteller Inficon verbessert Ionisationsmessgerät

Auch beim Benchmarking und der Verfeinerung bestehender Designs spielt Simulation eine wichtige Rolle. Der Instrumentenhersteller Inficon entwickelte gemeinsam mit Partnern ein neues Ionisationsmessgerät zur Druckmessung in Hoch- und Ultrahochvakuumumgebungen.

Inficon nutzte multiphysikalische Simulationen, um ein Modell zu erstellen, das die thermischen und elektrischen Bedingungen präzise abbildete. Dabei wurde zunächst die Filamenttemperatur simuliert und im Anschluss mithilfe einer Raytracing-Simulation die Bewegung von Elektronen und Ionen untersucht. Diese Simulationsergebnisse dienten zur Optimierung des Designs: Das ursprünglich verwendete dünne Drahtfilament wurde durch eine massive, aufgehängte Scheibe ersetzt, für das Gitter wurden robustere Metallteile eingesetzt.

Das neue Design reduzierte die Messunsicherheit auf unter 1 Prozent, steigerte die Empfindlichkeit um das Achtfache und verbesserte die Wiederholgenauigkeit der Messungen um den Faktor 13 im Vergleich zum Benchmark-Prototyp.

Dolby Laboratories prognostiziert Lautsprecherleistung virtuell

Die virtuelle Leistungsprognose spart Zeit und Ressourcen in der Produktentwicklung. Das Unternehmen Dolby Laboratories setzte Simulationen ein, um die akustische Performance eines ultradünnen Dolby-Atmos-Lautsprechersystems zu optimieren. Ziel war die Entwicklung eines nach oben abstrahlenden Lautsprechers (DAES-Technologie), der trotz kompakter Bauweise eine breite Klangabdeckung ermöglicht. Verschiedene Designkonzepte wurden simuliert und verglichen. Die Integration eines akustischen Reflektors zeigte eine erhebliche Verbesserung der Klangverteilung gegenüber Designs ohne Reflektor.

Dolby nutzte eine Kombination aus Finite-Elemente-Methoden (FEM) und Randelement-Methoden (BEM) für die Simulation, wobei auch Randbedingungen wie beispielsweise die Deckenhöhe berücksichtigt wurden. Anschließend entwickelten die Ingenieure Prototypen basierend auf den Simulationsergebnissen. Reale Tests bestätigten die Optimierung: Die Integration des Reflektors ermöglichte schließlich ein intensiveres und realistischeres Heimkinoerlebnis.

Simulation ist strategischer Baustein der Produktentwicklung

Wie diese drei Beispiele eindrucksvoll zeigen, beschleunigt Simulation den gesamten Produktentwicklungsprozess – und zwar von der ersten Konzeptidee bis zur fertigen Lösung.

• Einzelphysik-Simulationen,

• komplexe Multiphysik-Analysen und

• nutzerfreundliche Simulations-Apps

helfen Konstrukteuren und Entwicklern dabei, die Entwicklungszeiten zu verkürzen, die Produktqualität zu steigern und Innovationspotenziale voll auszuschöpfen. Unternehmen senken damit nicht nur Kosten und Risiken, sondern setzen zugleich neue Maßstäbe in ihren jeweiligen Branchen.

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