Am Ende einer Entwicklungsphase folgen die physikalischen Laborprüfungen einer Reihenklemme. Werden im Zuge dieser Prüfungen geforderte Werte nicht erreicht oder auch überschritten, folgt eine weitere Entwicklungsschleife zur Optimierung des Produktes. Folglich müssen die zum Teil zeitaufwändigen Prüfungen im Labor wiederholt werden.
Um die Entwicklungszeiten zu reduzieren und eine schnellere Marktreife der Produkte zu erreichen, simuliert das Weidmüller Labor, unter zur Hilfenahme komplexer Simulationssoftware, einige dieser Prüfungen. Diese werden am Ende der Entwicklungsphase durch die physikalischen und normativ geforderten Laborprüfungen bestätigt und dokumentiert.
Ein elektrischer Stromfluss bringt stets eine Erwärmung des stromführenden Bauteiles mit sich. Diesbezüglich existieren normative Anforderungen hinsichtlich der zulässigen Temperaturen von elektrontechnischen- und elektromechanischen Bauteilen und der Vorgehensweise für deren Ermittlung. Diese haben mitunter lange Prüfdauern als auch aufwändige Prüfaufbauten und -vorbereitungen sowie zusätzliche Voruntersuchungen zur Folge. In unserem Labor erfolgt die Umsetzung der Anforderungen in zwei grundsätzlichen Schritten.
Zuerst werden bei einer Thermografie hinsichtlich der Erwärmung kritische Stellen sowie Lastfälle ermittelt und im Anschluss daran im Rahmen der Erwärmungsprüfung quantitativ die Temperaturen gemessen, die sich in den kritischen Lastfällen im stationären Zustand einstellen. Zur Reduktion des Prüfaufwands können mit unter zur Hilfenahme einer komplexen Simulationssoftware die Thermografie als auch die Erwärmungsprüfung am Computer nachgestellt werden. Auf Grundlage eines CAD-Modells basiert das Prinzip der Simulation auf den folgenden Methodiken:
Simulation physikalischer Vorgänge, die mithilfe von Differentialgleichungen beschrieben werden können.
Finite Elemente Methode -> Darstellung der realen Geometrie mithilfe von einfachen geometrischen Formen.
Multiphysikalischen Kopplungen -> simultane Berechnung sich gegenseitig beeinflussender physikalischer Effekte, die aus verschiedenen Mechanismen resultieren möglich
Für eine hinreichend genaue Simulation bedarf es verschiedener Einflussfaktoren und Definitionen innerhalb der Software. Als Basis wird der digitale Zwilling in Form eines CAD-Modells in die Software geladen. Hier können im Anschluss komponentenbezogene Objekte wie beispielsweise Variablen, Funktionen oder „Untersuchungs-Sonden“ (Probes) definiert werden. Im nächsten Schritt kommt es zur Zuweisung der Materialien und deren spezifischen Eigenschaften. Welche Leiterart wird verwendet, welche Kunststoffe und welche mechanischen und elektrischen Eigenschaften weisen diese auf. Im Anschluss an die Definition der Materialien werden die physikalischen Gesetzmäßigkeiten definiert und zugewiesen.
Letztlich erfolgt eine Vernetzung der Geometrie, die engmaschiges Netz aus Datenpunkten über das gesamte Modell legt. Diese Datenpunkte beinhalten die zuvor eingegebenen Eigenschaften, physikalischen Gesetzmäßigkeiten und mathematische Funktionen, die zur Berechnung notwendig sind. Je nach eingestellter Komplexität der Datenstruktur kann eine Simulationsberechnung zwischen wenigen Sekunden und mehreren Stunden dauern und liefert eine Genauigkeit von 87 % bis 99 %. -> Auf Basis des digitalen Zwillings angereichert mit den beschriebenen physikalischen und mathematischen Einflussfaktoren können sich in Zukunft auch weitere Laborprüfungen am Computer simulieren lassen.
