ALPHA-Numerics GmbH

Einfache CMD-Simulation: Alpha-Numerics zeigt auf Basis eigener Erfahrungen, wie es funktioniert.

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Praxisnahes Tool für Ingenieure (Promotion) Es kann so einfach sein: CFD-Simulation in der Elektronik

28.02.2020

Die täglichen Praxisanforderungen an einem Ingenieursarbeitsplatz treffen bei physikalischen Analysewerkzeugen meist auf wissenschaftliche Detailkomplexität. Profitieren Sie vom Einsatz eines praxisnahen CFD-Simulationswerkzeugs wie 6SigmaET, das der Anbieter Alpha-Numerics im hauseigenen Ingenieursbüro täglich nutzt. Wir sprechen Ihre Sprache!

Die Detailkomplexität an ihrem Arbeitsplatz macht es Ingenieuren meist nicht leicht, die Aufgabenstellung als solche zu analysieren und zu lösen. Man sieht sich auf einmal vor einem Berg hochkomplexer Entscheidungen, um das Werkzeug der Aufgabenstellung entsprechend richtig zu konfigurieren und verlässliche Aussagen erzeugen zu können. Doch:

CFD-Simulation für Elektronik-Equipment kann so einfach ein

Aufgrund der Einsatzbereiche einer CFD-Software in der Elektronik-Geräteentwicklung ist es eigentlich ein Leichtes, die Wissenschaft mit dem Ingenieurwesen zu verbinden und durch smarte Automatismen in der Software viele komplexe Einstellungen vorweg zu nehmen. Hier bedarf es eines „branchenspezifischen“ CFD-Tools wie 6SigmaET (Electronic Thermal).

Die Eingabeoberfläche unterstützt das typische Aufgabenfeld in der Elektronikentwicklung

  • MCAD-Import zum Beispiel via STEP-Daten „ohne“ vorherige Geometrie-Vereinfachungen

  • ECAD-Import zum Beispiel via IDF & Gerber oder direkt über ODB++

  • einfaches Zuweisen von Materialeigenschaften über Bibliotheken

  • intelligente Objekte wie Lüfter, Wärmetauscher, Pumpe für die Fluidbewegung

  • Möglichkeiten zur Vorgabe Ihrer Testumgebung indoor/outdoor

  • Definition von Wärmequellen wie Komponenten, feste Temperaturanbindungen oder Erwärmung durch stromdurchflossene Leiterzüge

„Wir verkaufen nicht nur die Software. Wir nutzen 6SigmaET auch täglich in unserem Ingenieurbüro für Auftragssimulationen“, sagt Tobias Best, Geschäftsführer von Alpha-Numerics. „Wären wir bei jedem Projekt stunden- und tagelang damit beschäftigt, die CAD-Baugruppen zu vereinfachen, damit die CFD-Software mit der Menge an Details und komplexen Geometrien umgehen kann, würden wir am Ende jeden Zeitplan sprengen. Ein Kunde, welcher nach einer Auftragssimulation fragt, benötigt die Ergebnisse meist in zwei bis drei Tagen und nicht in zwei bis drei Wochen.“

Die Übersetzung durch den Vernetzer kann jeder Anwender sicher bewältigen

  • automatisierte Vernetzung für alle importierten oder modellierten Objekte

  • einfache Regeln für das Hinzufügen von lokalen Netzverfeinerungen

  • keine Limitierung durch komplexe Verknüpfung von Fluid- und Solid-Zellen

  • feinste Strukturen in sehr großen Räumen lassen die Netzgröße nicht explodieren

  • bis zu 700 Millionen Zellen sind erlaubt – 80 Millionen können auch mal über Nacht konvergieren

  • keine Konvergenzprobleme bei hohem Gitter-Aspekt-Ratio

Sind die Projektdaten importiert, die Materialattribute vergeben, die Verlustleistungen definiert und die virtuelle Testumgebung umrissen, startet die Vernetzung in 6SigmaET. Unter „Vernetzen“ oder „ein Lösungsgitter generieren“ versteht man die Diskretisierung des Raumes und somit die Übersetzung der Aufgabe für den CFD-Solver.

Der Solver unterteilt den Raum vollautomatisch in kleine Volumenzellen, welche ausgehend von einem Nullpunkt durch XYZ-Koordinaten eine klar definierte Position erhalten. Die Größe der Zelle variiert in diesem Automatismus abhängig von der Komplexität der Oberfläche und der physikalischen Aufgabenstellung des zugehörigen Objektes (Leiterplatinen, Layout, Komponenten oder Kühlkörper unterliegen anderen Vernetzungsregeln als CAD-Parts).

Meist werden zwischen fünf und 15 Minuten zusätzlich investiert, um lokale Bereiche, je nach Aufgabenstellung, manuell weiter zu verfeinern und erwartete Temperatur- oder Geschwindigkeitsgradienten aufzulösen.

Doch dies ist keine Magie – es ist Inhalt der Ein-Tages-Schulung, die von Alpha-Numerics inhouse oder beim Kunden vor Ort angeboten wird.

CFD-Solver speziell für den Anwendungsbereich „Elektronikkühlung“

  • ein Solver für alle Aufgaben – und trotzdem auf ± 1 bis 3 K genau

  • löst Wärmeleitung, Konvektion und Wärmestrahlung gekoppelt

  • schnell und robust, da optimiert für die typischen Temperaturbereiche, Geschwindigkeiten und Druckverhältnisse im Elektroniksektor

  • Multicore-fähig, clusterfähig, Windows- oder Linux-basiert

  • kann auch über Skript gesteuert werden

In der Konzeptphase können mit wenigen Angaben schon Simulationsergebnisse erzeugt werden, welche strategische Designunterstützungen erleichtern und die Weichen für das richtige Kühlkonzept frühzeitig stellen. Liegen in einer späteren Entwicklungsphase Details wie das PCB-Layout, die Komponentenauswahl und die geplanten Werkstoffe vor, ist der einzige Faktor eine falsche Abschätzung der applikationsabhängigen Verlustleistungen, welche größere Ergebnistoleranzen als 1 bis 3 K verursachen könnten. Es sei denn, die zum Vergleich herangezogene Messung wirft selbst einige Fragezeichen auf.

Simulationssoftware kaufen oder Dienstleistungspartner nutzen?

Diese Frage stellt sich jedes Unternehmen, welches über den Einsatz von 3D-CFD-Software nachdenkt. Das wäre Stoff für einen eigenen Artikel, welchen wir schon vor einigen Jahren veröffentlicht hatten. Gerne versenden wir diesen auf Nachfrage.

Doch zusammengefasst können wir aus Erfahrung sagen, dass unsere Software-Kunden meist mehr als drei Projekte pro Jahr Jahr mit 6SigmaET thermisch untersuchen und in Variantenstudien das Kühlkonzept optimieren. Auch legen die Kunden Wert darauf, das erlangte Wissen über das thermische Verhalten ihrer Produkte im Haus zu behalten und flexibel innovative Ideen im Tagesgeschäft jederzeit evaluieren zu können.

Kunden, die die Auftragssimulation und somit uns als kompetenten Berater mit ins Boot holen, haben meist weniger als drei Projekte im Jahr, welche einer thermischen Untersuchung bedürfen. Auch ist es eine gewisse Komfortsituation, wenn der Dienstleister durch seinen täglichen Umgang mit 6SigmaET und den ständig wachsenden Erfahrungen im Kühlungs-Business ein paar neue Tipps in die Entwicklung einfließen lassen kann.

Die Software gibt es als kostenlose Testversion, die Dienstleistung kostet keine Unsummen und ist relativ schnell umgesetzt. Doch die Entscheidung bleibt bei Ihnen. Wir, Alpha-Numerics, beraten Sie gerne.

Bildergalerie

  • Die Eingabeoberfläche von 6SigmaET unterstützt das typische Aufgabenfeld in der Elektronikentwicklung.

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  • 6SigmaET gibt Ingenieuren ein praxisnahes Simulationswerkzeug an die Hand.

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  • Die 6SigmaET-Software gibt es als kostenlose Testversion.

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