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Solidworks Professional und Flow Simulation

Entwicklung eines Messsystems zur wärmetechnischen Untersuchung von neuartigen Materialien für die Elektromobilität


Bereits im Jahre 1965 postulierte Gordon Moore von Intel: „Die Anzahl an Transistoren, die in einen integrierten Schaltkreis festgelegter Größe passen, verdoppelt sich etwa alle zwei Jahre.“ Diese, für die Halbleiterbranche wegweisende Aussage ist gegenwärtig nicht mehr einzuhalten, die Folgen hingegen sind aktueller denn je.


Denn: Die Steigerung der systemspezifischen Energiedichte ist zum Must-do der Elektromobilitätsanbieter geworden. Dies stellt besondere Anforderungen an das zugrundeliegende Wärmemanagement, im Speziellen an die konstruktiv und wärmetechnisch „ideale“ Integration von Wärmequelle und erforderlichem Kühlsystem. Insbesondere leistungsfähige Materialkombinationen zur mechanischen und gleichzeitig thermisch geeigneten Anbindung sind hier gefordert.


Abbildung 1: Messsystem zur wärmetechnischen Untersuchung neuartiger Materialien Foto: ©Peter Winandy / en2Aix - energy engineering Aachen GmbH
Abbildung 1: Messsystem zur wärmetechnischen Untersuchung neuartiger Materialien Foto: ©Peter Winandy / en2Aix - energy engineering Aachen GmbH

Messsystem für die Charakterisierung neuartiger Materialien


Initiiert durch industriellen Wunsch und in enger Kooperation mit dem Lehrstuhl für Wärme- und Stoffübertragung (WSA) der RWTH Aachen University, wurde hierzu durch das Ingenieur-Unternehmen en2Aix - energy engineering Aachen GmbH ein Messsystem für die Charakterisierung neuartiger Materialien entwickelt (siehe Abbildung 1). In Anlehnung an die durch die American Society for Testing and Materials (ASTM) veröffentlichte Norm ASTM-D5470 ermöglicht dieses Messsystem die Ermittlung des thermischen Widerstandes, beispielsweise von pastösen Gapfillern, sowie von inhomogenen und strukturierten Materialien unter realitätsnahen Bedingungen.


In der gesamten Konzeptionierungsphase des Messsystems, welche sowohl konstruktive als auch komplexe wärmetechnische und strömungsmechanische Problemstellungen umfasste, führte der kombinierte Einsatz von Solidworks Professional und Solidworks Flow Simulation zu einer signifikanten Beschleunigung der Entwicklung von individuellen und innovativen Lösungen.


Spezifische Problematik


Eine besondere Herausforderung war die Entwicklung eines Kühlsystems mit der Zielstellung, hohe Wärmeströme von einer Oberfläche abzuführen und gleichzeitig eine möglichst homogene Temperaturverteilung zu erzielen.

Diese Problemstellung umfasste sowohl die Modellierung als auch die konstruktive Auslegung des Kühlsystems unter Berücksichtigung der wärmetechnischen und strömungsmechanischen Eigenschaften des Systems.

Um dies zu erreichen, haben die Fachleute in Aachen das Softwaresystem Solidworks Flow Simulation eingesetzt, betreut von DPS Software. Dazu Wolfgang Müller, Leiter Competence Center Simulation bei DPS Software GmbH: „Um bei minimalem Bauraum eine optimale Temperaturverteilung zu erzielen, hat für en2Aix die CAD-integrierte Solidworks Flow Simulation Lösung für die Konzeptfindung und -optimierung perfekt gepasst.“



Abbildung 2: Variante des Kühlsystems während der Konzeptionierungsphase | Foto: ©en2Aix - energy engineering Aachen GmbH
Abbildung 2: Variante des Kühlsystems während der Konzeptionierungsphase | Foto: ©en2Aix - energy engineering Aachen GmbH


Abbildung 2 zeigt eine Varianten des Kühlsystems während der Konzeptionierungsphase. Der Flüssigkeitsstrahl wird mittig auf die zu kühlende Oberfläche gerichtet. Unterschiedliche Varianten konnten mit den eingesetzten Softwarewerkzeugen schnell und zielgerichtet auf die geforderten Eigenschaften hin optimiert werden.

Die final konzipierte Messeinheit wird aktuell im Gesamtmesssystem integriert betrieben. Volle Kundenzufriedenheit, ein übertroffenes Lastenheft und die erfolgreiche Prototypen-entwicklung legen den Grundstein für zukünftige Entwicklungsprojekte. Dr.-Ing. Manuel Rietz, Projektingenieur bei en2Aix fasst zusammen: „Schlussendlich können wir sagen, an der engen Zusammenarbeit mit DPS schätzen wir die jederzeit sehr persönliche und individuelle Beratung.“



 


Über en2Aix - energy engineering Aachen GmbH

Das Unternehmen en2Aix - energy engineering Aachen GmbH wurde im August 2006 von den beiden Ingenieuren Dr. Bernd Hillemacher und Univ.-Prof. Dr. Reinhold Kneer auf verstärkte industrielle Nachfrage hin als Spin-off des Lehrstuhls für Wärme- und Stoffübertragung (WSA) der RWTH Aachen University gegründet.

„Seither offerieren wir unseren Kunden kompetente, innovative und problemorientierte Dienstleistungen für unterschiedliche Aufgabenstellungen auf vielfältigen Gebieten der Energie- und Verfahrenstechnik", so Geschäftsführer Dr.-Ing. B. Hillemacher. „Ein sich stetig erweiterndes Tätigkeitsspektrum reicht von der grundlagennahen experimentellen Modell-Untersuchung über die Durchführung von analytischen und/oder theoretisch/numerischen CFD-Berechnungen bis hin zur anwendungsorientierten Bewertung und Optimierung unterschiedlicher wärme- und/oder verfahrenstechnischer Prozesse.“


www.en2Aix.de



Über die DPS Software

1997 gegründet, unterstützt DPS die komplette Wertschöpfungskette seiner Kunden. Von der Konstruktion, über die Berechnung und Fertigung bis hin zur Datenverwaltung und der Abbildung der damit verbundenen kaufmännischen Prozesse. Das Software-, Beratungs- und Serviceangebot der DPS beruht auf den Produkten weltweit führender Softwareunternehmen: SOLIDWORKS von Dassault Systèmes, die CAM-Produkte von SolidCAM sowie SWOOD von EfiCAD. Mit der 3DEXPERIENCE Plattform von SOLIDWORKS bietet DPS zudem eine Cloud-Lösung, die höchste Flexibilität für zukünftige Entwicklungen bietet. Darüber hinaus werden eigene DPS Module und Applikationen vertrieben. Eine starke Kompetenz für ERP-Anbindungen rundet das Angebot von DPS ab. Mit über 190 Mitarbeitern an 14 Standorten in Deutschland unterstützt DPS über 7.500 Kunden – immer in dem Bestreben Mehrwerte wie Reduzierung der Kosten, Verkürzung der Markteinführungszeiten und Verbesserung der Produktqualität für seine Kunden zu erzielen.


www.dps-software.de