Strömender Erfolg

Das deutsche Softwareunternehmen NIKA hat einen Trend etabliert: Strömungssimulation im Konstruktions- alltag. Der Ingenieur kann das strömungsmechanische Verhalten von Gasen oder Flüssigkeiten bereits während der Produktentwicklung am Bildschirm einplanen. Bettina Redepenning

Roland Feldhinkel, Geschäftsführer: »EFD.V5 sehen wir als wichtiges Element im PLM-Gesamtkonzept und gleichzeitig als Meilenstein zur durchgängigen digitalen Produktentwicklung mit CATIA V5.« Bild: NIKA GmbH

Aerodynamische Tests im Windkanal für Raketen, Flugzeuge und Rennwagen – der Begriff Strömungssimulation kann PS-gewaltige Bilder im Kopf auslösen. An Backöfen, Staubsauger oder Mischbatterien denkt in diesem Zusammenhang erst einmal kaum jemand. Die Entwicklung derartiger Alltagsprodukte stellt den Ingenieur aber nicht zuletzt vor strömungsmechanische Fragen: Ist die Temperaturverteilung im Backofen gleichmäßig, wie verläuft der Luftstrom in der Staubsaugerdüse und ist die Wassertemperaturverteilung in der Mischbatterie optimal? Die Ingenieure sind hauptsächlich auf ihre langjährige Erfahrung angewiesen, um diese Fragen zu beantworten. Im besten Fall stehen ihnen zusätzlich die Ergebnisse von Labortests zur Verfügung. Die Strömungsberechnung jedenfalls gilt als kompliziert, aufwändig und teuer, denn traditionelle Strömungssimulations- Programme sind wirkliche High-End-Werkzeuge. Der Umgang mit dieser Software verlangt nach Personal mit numerischem Spezialwissen, das mit teurer Hardware und teurer Software in einer eigenen Berechnungsabteilung arbeitet. Kosten, die die meisten Mittelständler scheuen. In großem Stil haben Ingenieure die komplizierten nichtlinearen Strömungsberechnungen bisher also nicht betreuen können. Die Stand-alone-Lösung für Computational Fluid Dynamics (CFD) ›EFD.Lab‹ von NIKA eröffnet dem Konstrukteur seit Juli 2002 ganz neue Möglichkeiten. Simulation des Wärmemanagements einer elektronischen Baugruppe mit EFD.Lab. Strömungssimulation ganz einfach In der Strömungssimulation geht es unter anderem darum, Verwirbelungen und Mischprozesse zu optimieren sowie Druckverluste zu minimieren. Ein wichtiger Bereich ist die Suche nach dem optimalen Wärmetransport, das heißt, wird genügend Wärme abtransportiert, ist die Temperaturverteilung gleichmäßig oder wird ein Bauteil an einer ungünstigen Stelle zu heiß? Orte des Geschehens sind Gebläse, Ventile, Armaturen, Sauger oder Düsen in Computergehäusen, Elektronikgeräten, Kühl- und Klimatisierungsanlagen und so weiter. Die Vorhersage derartiger Zusammenhänge hilft, die Qualität neuer Produkte zu verbessern und Entwicklungszeiten und -kosten zu senken. Das besondere dabei: NIKA hat die mathematischen Algorithmen, die diese Zusammenhänge beschreiben, in ein User-Interface verpackt, das von einem Ingenieur handhabbar ist. Der Ingenieur kann frei von komplizierter Mathematik und Numerik seine Produkte entwickeln und trotzdem die strömungsmechanischen Eigenheiten seiner Konstruktionen berücksichtigen. Die Software macht intern unbemerkt, was sonst ein erfahrener Anwender tun würde. Das Numerikfachwissen ist in die Software eingebaut, deshalb muss kein Numerik-Spezialist mehr vor dem Bildschirm sitzen. EFD.Lab ist ein offenes System, das über Schnittstellen mit allen gängigen CAD-Produkten am Markt kommuniziert und somit CAD- und Geometriedaten von anderen Systemen importiert. Über den parametrisierten Volumenmodellierer können die Daten jedoch auch in EFD.Lab selbst erzeugt werden. Eine Lizenz von EFD.Lab kostet 19.500 Euro, die Anwender zahlen außerdem 25 Prozent Wartung pro Jahr. EFD.V5 erkennt den Strömungsraum für interne und externe Strömungen automatisch. NIKA spricht Russisch EFD.Lab ist bereits das zweite Produkt aus dem Hause NIKA. Mit dem ersten Produkt ›FloWorks‹ hat das Unternehmen angefangen, seine Mainstream-Story für Strömungssimulation zu schreiben. Knapp 50 Mitarbeiter arbeiten heute für NIKA, 37 davon sind Software-Entwickler in Moskau. Russische Wissenschaftler waren es, die 1996 auf der CeBIT nach Vermarktungsmöglichkeiten im Westen für ihre Software zur Strömungssimulation gesucht haben. Für den Programm-Code, damals noch ohne User-Interface, konnte sich unter anderem Roland Feldhinkel, heute Geschäftsführer von NIKA, schnell begeistern, und der Grundstein für die Zusammenarbeit war gelegt. Der Kern des Produkts ist also russisch, die gesamte Produktphilosophie, die Ideen zur Architektur und die Spezifikationen stammen jedoch alle aus Deutschland. Es hat noch etwa drei Jahre gedauert, bis mit Hilfe von privaten Investoren das deutsche Softwarehaus NIKA GmbH gegründet werden konnte und das erste Strömungssimulationsprogramm für den Konstrukteur 1999 auf den Markt kam. FloWorks basiert auf dem Volumenmodellierer ›SolidWorks‹, das heißt, die Geometrieerstellung wird direkt über dieses zu Grunde liegende CADSystem gesteuert. Der Strömungsraum wird automatisch auf Basis des SolidWorks-Modells erkannt, eine Modellierung der Fluid-Region entfällt so-mit. Von Anfang an war FloWorks zertifiziertes Gold-Partner-Produkt von SolidWorks. Auf Grund des großen Erfolgs übernahm SolidWorks die weltweiten Vertriebsrechte. Unter dem Namen ›COSMOSFloWorks‹ wird das System heute ausschließlich über das weltweite SolidWorks-Händlernetz verkauft. Für EFD.Lab hingegen arbeiten sechs Mitarbeiter in Deutschland im Direkt-Vertrieb, ein weiteres Vertriebsteam arbeitet in Frankreich, und für den Rest der Welt gibt es einzelne Systemhäuser, die im Auftrag von NIKA die Software verkaufen. Strömungsgeschwindigkeiten im Sprüharm einer Spülmaschine. NIKA goes CATIA Für die Vermarktung der Produkte nutzt NIKA auch etablierte Vertriebswege und kann sich deswegen schwerpunktmäßig auf die Weiterentwicklung der Software konzentrieren. Neuestes Produkt dieser Entwicklung ist das weltweit erste Strömungssimulationspaket für CATIA V5. Genau wie bei FloWorks setzt die Simulation von NIKA auch hier auf den originären Daten auf, das heißt, NIKA arbeitet direkt mit den CATIA-Modelldaten. ›EFD.V5‹ ist also nahtlos in CATIA V5 integriert und verwendet direkt die original CATIA-V5-Bauteile und -Baugruppen ohne eine separate Modellierung des Strömungsraumes. NIKA versteht EFD.V5 daher als wichtiges neues Element im PLM-Gesamtkonzept und gleichzeitig als Meilenstein auf dem Weg zur durchgängigen digitalen Produktentwicklung mit CATIA V5. Die Analysemöglichkeiten von EFD.V5 umfassen kompressible und inkompressible Flüssigkeiten und Gase, laminare und turbulente Strömungen, Wärmeübertragung und Stofftransport für stationäre und instationäre Strömungsverhältnisse sowie zahlreiche weitere physikalische Modelle. EFD.V5 eignet sich besonders für die Entwicklung und Optimierung von Fahrzeugkomponenten, elektronischen Geräten und Baugruppen, Komponenten der Luft- und Raumfahrttechnik, Klimatisierungs- anlagen, Hydraulik- und Pneumatikkomponenten sowie medizinischen Geräten. Die Vermarktung hat mit Cenit AG Systemhaus ein Dienstleister übernommen, der im PLM-Bereich über beste Referenzen verfügt.