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antriebstechnik 9/2017

antriebstechnik 9/2017

KOMPONENTEN UND SOFTWARE

KOMPONENTEN UND SOFTWARE Ein Grund zum „Abheben“ Zukunftsweisende Entwicklungen im Bereich der technischen Simulation Veränderte Klimaziele, Nachhaltigkeitserwartungen der Kunden und der Zwang zur Reduzierung der Abfallmengen fordern die Industrie, zukunftsweisende energieeffiziente Innovationen zu realisieren. Weitermachen mit der vorhandenen Technologie ist hierbei keine Option. Deshalb nutzt die Industrie – vom Startup bis zum multinationalen Unternehmen – die technische Simulation, um die erhöhte Komplexität in den Griff zu bekommen. Außerdem werden wichtige technische Anwendungen in den Bereichen Elektrifizierung, Maschinen- und Treibstoffeffizienz, Aerodynamikdesign, Leichtbauweise sowie thermische Optimierung angegangen. Lesen Sie mehr. Nachhaltigkeitsinitiativen mit dem Ziel, die Mission und die Werte eines Unternehmens in Einklang zu bringen, sind gut für das Geschäft. Branchenführer streben heute ganzheitlich nach Wachstum durch Produktinnovation zur Erfüllung gesetzlicher Anforderungen und den „grünen“ Erwartungen der Kunden. Prozessinnovation minimiert zudem die Abfallmengen und beschleunigt die Markteinführung. Die technische Simulation ist die einzige praktikable Möglichkeit, den hohen Zeit- und Kostenaufwand für physische Tests der immer komplexeren und zunehmend softwarebasierten Systeme zu reduzieren und die erforderlichen Innovationen zu realisieren. Unternehmen setzen in diesem Zuge auf die Unterstützung durch eine Simulationsplattform, die komplette virtuelle Prototypen und ein erweiterbares Ökosystem ermöglicht. Denn die Anwender haben steigende Erwartungen an „umweltfreundliche“ Produkte. Diese Bewegung, ehemals eine Nischenerscheinung, entwickelt sich schnell zum Mainstream. Außerdem sind Investoren eher bereit in Unternehmen zu investieren, bei denen Nachhaltigkeit Bestandteil der Geschäftsstrategie ist. Unternehmen, in denen die technische Simulation bereits genutzt wird, können das Verhalten eines Produktes – z. B. das Zusammenwirken verschiedener physikalischer Effekte oder das Verhalten eines softwaregesteuerten Systems – in einer einzigen Simulation auf einer gemeinsamen Plattform umfassender beurteilen. Außerdem sind sie besser in der Lage, die Herausforderungen der Produktkomplexität und Systemabhängigkeiten zu meistern. Der verstärkte Einsatz der technischen Simulation verringert die Zahl der erforderlichen physischen Prototypen sowie Abfall und Kosten und verkürzt den Produktentwicklungszyklus insgesamt. Für Anbieter von zukunftsweisenden energieeffizienten 76 antriebstechnik 9/2017

KOMPONENTEN UND SOFTWARE 02 Die Erwartungen der Kunden und des Marktes an Leistung und Robustheit steigen weiter, während Nachhaltigkeitsinitiativen die Marge für „Überdesign“ senken 01 Unternehmer erzielen Wertschöpfung durch Produkt- und Prozessinnovationen in drei Dimensionen Innovationen ist die Integration der technischen Simulation von der Bauteil- bis zur Systemebene eines der wichtigsten Mittel für die Wertschöpfung. Hochentwickelte Elektrifizierung Die Bestrebungen für eine hochentwickelte Elektrifizierung zur Ablösung herkömmlicher mechanischer Steuerungsfunktionen durch elektromechanische Systeme werden durch die weltweite Nachfrage nach höherer Treibstoffeffizienz und durch die Suche nach leistungsfähigeren Produkten forciert. Elektrisch angetriebene Produkte sind komfortabler, einfacher zu warten, leichter und kompakter. In der Automobilindustrie erleben wir die Zunahme von Hybrid- und Elektrofahrzeugen und in der Luftfahrtindustrie die Entstehung stärker elektrifizierter Flugzeuge. Maschinen- und Kraftstoffeffizienz Zur Verbesserung der Maschinen- und Treibstoffeffizienz müssen die Entwickler nicht nur die Leistung jeder Komponente für sich gesehen optimieren, sondern auch, wie die Komponenten mit vielen anderen im System zusammenarbeiten. So müssen die Pumpe, der Motor und die Last aufeinander abgestimmt sein, um beim Starten und im kompletten Betriebszyklus mit maximaler Effizienz zu arbeiten. Die technische He-rausforderung besteht darin, die sich hieraus ergebenden komplexen – und oft kollidierenden – Alternativen miteinander in Einklang zu bringen. So steigern z. B. höhere Zündtemperaturen für Verbrennungsturbomaschinen oder Motoren die Effizienz, führen jedoch auch zu Emissionsproblemen, die gelöst werden müssen. Es gibt viele weitere Möglichkeiten zur Verbesserung der Effizienz. Die Schwierigkeit dabei ist, dies zu erreichen, ohne Eigenschaften des Gesamtsystems zu gefährden, wie z. B. Haltbarkeit, Zuverlässigkeit, Sicherheit, Kosten, Nachhaltigkeit oder Performance. CO 2 -Emissionen verringert Das Pure-Power-Triebwerksdesign von Pratt and Whitney verkörpert einen der größten Fortschritte, der in den vergangenen 50 Jahren bei Strahltriebwerken erzielt wurde. Durch die Einführung eines Technische Anwendungen als Schlüssel für zukunftsweisende Innovationen In den vergangenen Jahren sind bahnbrechende Fortschritte bei der Treibstoffeffizienz von Flugzeugen und bei den daraus folgenden Umwelteinwirkungen in der Flugzeugindustrie erreicht worden. Beispielsweise wurden für den Airbus A350 und den Boeing 787 Dreamliner Verbesserungen beim Kraftstoffverbrauch zwischen 20 und 25 % gegenüber vergleichbaren Flugzeugen dieser Größe erzielt. Diese bahnbrechenden Fortschritte lassen sich in fünf Anwendungsbereichen zusammenfassen: Hochentwickelte Elektrifizierung der Systeme zur Gewichtsreduzierung, Verbesserung der Leistung und Zuverlässigkeit sowie Reduzierung der Abhängigkeit auf die Energieerzeugung mit Kraftstoff. Maschinenund Treibstoffeffizienz des Antriebssystems, Verbesserungen der aerodynamischen Gestaltung wie Winglets und anderer Technologien zur Verringerung des Luftwiderstands. Effektive Leichtbauweise durch Integration eines hohen Prozentsatzes von Verbundmaterialien im Flugzeugbau. Thermische Optimierung der nicht antriebsrelevanten Energieverbraucher wie Umweltkontrollsysteme, Hilfsaggregate, Kühlsysteme für die Elektronik und Enteisungssysteme. Nicht alle Produkte, die zukunftsweisende Innovationen realisieren können, sind so komplex wie Passagierflugzeuge der jüngsten Generation. Jedoch erfordert eine Produktentwicklung in jeder Industrie, mit der zukunftweisende energieeffiziente Innovationen realisiert werden sollen, mindestens eine dieser fünf gebräuchlichen Anwendungen. Geared Turbofan (GTF)-Triebwerks konnte das Unternehmen Verbesserungen von über 15 % beim Treibstoffverbrauch erzielen und die jährlichen CO 2 -Emissionen um über 3 000 Tonnen pro Flugzeug verringern. Nach Angaben von Al Brockett, des früheren Vice President of Engineering Module Centers, hätte das Unternehmen dieses Produkt ohne die Einbeziehung der technischen Simulation nicht entwickeln können. Die Simulation stellt sicher, dass Tausende von Ingenieuren und Mitarbeitern in aller Welt effizient antriebstechnik 9/2017 77

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