Der Digitale Zwilling ist dabei das virtuelle Abbild eines spezifischen Produkts, das sein physisches Pendant ein Leben lang begleitet. Dieses Simulationsmodell ist somit einem individuellen Produkt zugeordnet und wird mit dessen realen Lastdaten gefüttert, die sich aus aktuellen Sensordaten ergeben. Damit spiegelt das Simulationsmodell den aktuellen, physischen Anlagenzustand wider, kann jedoch weitergehende Informationen liefern, die reale Sensoren kaum oder nicht wirtschaftlich darstellen können. Diese virtuellen Sensoren ermöglichen einen genaueren Überblick über den Status eines Systems, der für eine Lebensdauer-Prognose und das Verschleißprofil relevant ist
Dadurch können die Wartungsmaßnahmen auf den tatsächlichen Zustand der Anlage abgestimmt werden, um die Wartung von einer vorbeugenden, präventiven Maßnahme auf eine zustandsorientierte, prädiktive Maßnahme umzustellen. Darüber hinaus lassen sich besser auf das Einsatzszenario abgestimmte Betriebsparameter ermitteln, um die Anlage optimal zu betreiben. Außerdem können diese Kenntnisse auch an die Produktentwicklung zurückgeführt werden. Voraussetzung für die technische Umsetzung eines digitalen Zwillings ist die zuverlässige Verbindung des physischen Produktes mit der Simulation und eine geeignete Simulationstechnologie, die die erforderliche Realitätstreue und eine extrem hohe Berechnungsgeschwindigkeit ermöglicht.
Die Lebensdauer eines Relais ist von verschiedenen Einsatzbedingungen abhängig. Die Größe der geschalteten Last, die Schalthäufigkeit und -dauer sowie die Umgebungstemperatur sind einige typische Einflussgrößen. Sie definieren unter anderem die im Lichtbogen anfallende Verlustleistung, die Temperatur der Kontakte und deren Verschleiß.
Detaillierte Simulationen für Magnetkreis, Temperatur und Mechanik
Um bereits vor dem eigentlichen Versagen den Ausfall zu prognostizieren, soll ein Simulationsmodell, das mit realen Lastdaten gespeist wird, den jeweils aktuellen Relaiszustand widerspiegeln und so eine prädiktive Wartung ermöglichen. Detaillierte FEM-Simulationen für den Magnetkreis, Temperatur und Mechanik werden als Verhaltensmodelle (reduced order model – ROM) im Ansys Systemsimulator Simplorer mit konzentrierten Elementen für die Kinematik und die Schaltung kombiniert. Während des Betriebs werden im realen Relais erfasste Sensordaten über ein Netzwerk an eine Cloud-basierte IoT-Plattform gesendet. Diese speist das Simulationsmodell damit, wertet automatisiert die Ergebnisse aus und stellt die verbleibenden Schaltzyklen dar.
Anhand der detaillierten Simulationsergebnisse – hier die Kontakttemperatur und Lichtbogenenergie – lassen sich der reale Verschleißzustand und die verbleibende Lebensdauer individuell bewerten. Der Umstieg von präventiver auf prädiktive Wartung bietet die Chance auf hohe Kosteneinsparungen (laut US Energieministerium 70% kürzere Ausfallzeiten und 25% geringere Kosten), bessere Felddaten für die Produktentwicklung und detaillierte Kenntnis einsatzspezifischer Nutzungsdaten für neue Geschäftsmodelle.
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