Ausgangslage
Die ELEKTRON AG löst unter anderem thermische Herausforderungen. Im Geschäftsbereich «Industrial Solutions» berät das Unternehmen mit Sitz in Wädenswil am Zürichsee Betreiber von Komponenten der Leistungselektronik bei der Auswahl und Entwicklung von Kühlkörpern. Um zum optimalen Design zu gelangen, müssen die Ingenieure das komplexe Zusammenspiel der Faktoren Kühlleistung, Druckverlust, Material, Gewicht und Kosten berücksichtigen.
Dieses Optimierungsproblem bedeutete bisher langes Tüfteln: Es wurden verschiedene Design-Varianten erstellt, die mithilfe thermischer Simulationen evaluiert wurden. Ausgehend von den Resultaten optimierten die Ingenieure das Design und überführten es in Prototypen, die anschliessend aufwändigen Tests unterzogen wurden. Durch die zahlreichen Optimierungsschlaufen und den Bau mehrerer Prototypen war der Entwicklungsprozess zeit- und kostenintensiv.
Umsetzung
Um die Time-to-Market zu verkürzen, wollte die ELEKTRON AG den Simulationsprozess durch Virtual Prototyping effizienter gestalten. Anstatt einfache thermische Simulationen sollen nun hochgenaue Strömungssimulationen verbesserte Erkenntnisse liefern. Mit diesen Ansprüchen kam ELEKTRON auf CADFEM zu. Die Simulationsspezialisten von CADFEM entwickelten daraufhin einen massgeschneiderten, automatisierten Workflow. Die Automationslösung übernimmt den Aufbau der 3D-Modelle, die Vernetzung des Rechengitters für die CFD-Strömungssimulation, die Durchführung der Simulation mit der Software Ansys Fluent und das Erstellen von HTML-Reports mit 3D-Abbildungen.
Heute können die Ingenieure der ELEKTRON AG die virtuellen Prototypen einfach in einer Excel-Oberfläche designen: Sie legen die Anzahl Kühlrippen fest und definieren die Abstände dazwischen, wählen das Baumaterial, geben die Wärmeleistung der Elektronikkomponenten an und legen die Einlasstemperatur sowie die Geschwindigkeit der Kühlung fest. Die ganze Simulation läuft daraufhin automatisch ab. Ist diese abgeschlossen, erhalten die Ingenieure interaktive 3D-Visualisierungen, die sie bei der Optimierung des Designs unterstützen.
Ein erstes Kundenprojekt zeigte, dass die neue Lösung nicht nur effizient ist, sondern auch effektiv. Es galt, den thermischen Widerstand eines bestehenden Kühlkörpers um 10 Prozent zu verbessern. Dank der Automationslösung konnten die Ingenieure der ELEKTRON AG das Design rasch optimieren. Statt wie bis anhin über zehn Stunden waren dafür lediglich fünf Stunden nötig. Mit einer Optimierung des thermischen Widerstands um 14 Prozent wurden die Kundenanforderungen gar noch übertroffen.
Nutzen
- Automatisierter Workflow
- Halbierung der Time-to-Market
- Reduktion der Entwicklungskosten
- Minimierung der Anzahl Prototypen
- Optimierung der Resultate
