Simulation statt Prototypenschleife

Simulation verändert die Art und Weise, wie in der Fluidtechnik entwickelt wird – vom Ventil bis zum Durchflussmesser. Dr. Phillip Oberdorfer erklärt, wie Konstrukteure mit digitaler Entwicklung ihre Produkte schneller, kostengünstiger und präziser gestalten können und wie Comsol das ermöglicht.

Herr Dr. Oberdorfer, Sie sind seit vielen Jahren bei Comsol tätig. Können Sie uns kurz schildern, wie Ihr Weg dorthin verlief?

Dr. Phillip Oberdorfer: Gerne. Ich habe Physik studiert, promovierte anschließend im Bereich Geothermie und kam dabei früh mit Simulationen in Berührung. Während meiner Doktorarbeit habe ich intensiv mit Comsol gearbeitet – zunächst als Anwender. Vor rund elf Jahren bin ich dann ins Unternehmen eingestiegen, anfangs im technischen Support. Heute bin ich bei Comsol in Deutschland für Technologiekommunika­tion zuständig, also Webinare, Fachartikel, Blogbeiträge und den Austausch mit unseren Anwendern in Deutschland und Österreich. Ich möchte dazu beitragen, dass Simulation als Schlüsseltechnologie immer breiter eingesetzt wird und so unsere Forschung und Industrie nachhaltig voranbringt.

Simulation transformiert die Dichtungsentwicklung

Die erste Druckdichtung aus einer vollständig simulationsbasierten Produktentwicklung: Das ist das Ergebnis einer Zusammenarbeit von Freudenberg Sealing Technologies mit der zentralen Konzernforschung Freudenberg Technology Innovation. Die neue Methode erlaubt es, Simmerringe in entscheidenden Details besser auszulegen als bisherige, konventionell entwickelte Ausführungen.

Was ist das Besondere an Comsol Multiphysics?

Dr. Oberdorfer: Comsol ist ein wirklich universelles Simulationswerkzeug. Es basiert auf der Lösung partieller Differentialgleichungen, welche den Großteil der physikalischen Abläufe in unserer Welt beschreiben. Ob Strömungen mit Navier-Stokes, elektromagnetische Felder nach Maxwell oder Wärmetransport – alles lässt sich darstellen. Unser Ansatz ist unbeschränkte Multiphysik: Man kann verschiedene Effekte beliebig kombinieren. Das unterscheidet uns stark von spezialisierten Tools. Ein Beispiel verdeutlicht das: Ein Konstrukteur möchte ein Ventil untersuchen. Klassische CFD-Software bildet die Strömung ab – Comsol kann zusätzlich berücksichtigen, dass sich bei Erwärmung die Viskosität des Fluids verändert, was wiederum die Strömung beeinflusst. Oder man ergänzt gleich noch ein elektromagnetisches Feld, wenn es sich um einen Durchflusssensor handelt.

Welche Rolle spielt Simulation konkret in der Fluidtechnik?

Dr. Oberdorfer: Ein sehr schönes Beispiel kommt von ABB. Dort wurden elektromagnetische Durchflussmesser entwickelt. Hier spielt nicht nur die Strömung, sondern auch das elektromagnetische Feld eine Rolle. Comsol macht es möglich, die Genauigkeit solcher Sensoren schon digital zu optimieren, bevor der erste Prototyp gebaut wird. Auch Endress+Hauser setzt auf Comsol, etwa bei der Entwicklung von Coriolis-Durchflussmessern. Diese Sensoren arbeiten mit Schwingungen und Phasenverschiebungen. Das Verhalten hängt stark vom Fluid ab – ideal für eine multiphysikalische Simulation.

Viele Konstrukteure arbeiten mit CAD-­Systemen. Wie fügt sich Comsol dort ein?

Dr. Oberdorfer: Neben der Möglichkeit zum direkten Import von CAD-Dateien bieten wir sogenannte LiveLinks, etwa zu AutoCAD. Das heißt: Änderungen an der Geometrie werden automatisch synchronisiert, Ergebnisse können ins CAD zurückgespielt werden. So entsteht ein durchgängiger Workflow – die klassische Trennung zwischen CAD und ­Simulation verschwindet zunehmend. Wenn ein Unternehmen möchte, dass sich Geometrien automatisch aus einer Teilenummer abrufen lassen – auch das ist durchaus technisch machbar. Comsol ist extrem flexibel, auch wenn es um Schnittstellen geht.

Muss man als Konstrukteur erst ein IT-Experte werden, um mit Comsol zu arbeiten?

Dr. Oberdorfer: Nein – aber man muss verstehen, was man tut. Ergebnisse zu produzieren ist leicht. Aber nur, wenn die Randbedingungen und Materialdaten korrekt gesetzt sind, entsteht ein physikalisch valides Modell. Deshalb bieten wir Schulungen und eine große Lernbibliothek an. Für Unternehmen ohne Simulationsabteilung gibt es einen pragmatischen Weg: Simulations-Apps. Solche Apps sind mit ‚Bordmitteln‘ direkt in Comsol mit wenigen Klicks erstellbar. Unternehmen können somit ihre eigenen maßgeschneiderten Simulations-Apps erstellen oder erstellen lassen und so die Vorteile der Simulation in allen Abteilungen verfügbar machen, ohne dass die Anwender irgendwelche Vorkenntnisse dafür benötigen. Das ist es, was wir unter ‚Demokratisierung der Simulation‘ verstehen.

Sind die Begriffe ‚Simulation‘ und ‚digitaler Zwilling‘ Synonyme?

Dr. Oberdorfer: Nein. Simulation beschreibt ein allgemeines Modell, mit dem man Parameter variieren kann. Ein digitaler Zwilling dagegen ist das digitale Abbild eines spezifischen realen Bauteils , das über seinen gesamten Lebenszyklus mitläuft – inklusive Betriebsdaten. Beide Konzepte ergänzen sich, werden aber oft verwechselt.

Lässt sich der Nutzen von Simulation quantifizieren?

Dr. Oberdorfer: Nicht pauschal, dafür ist die Spanne dabei zu groß. Unsere Anwender haben Projekte, bei denen die Entwicklungskosten halbiert wurden. In anderen Fällen waren es bis zu 98 % weniger. Pauschale Zahlen sind schwierig – aber eines gilt immer: Noch nie war es aufwendiger, nachdem Simulation eingeführt wurde. Statt 50 Prototypen braucht man mit Simulationen oft nur noch drei oder vier. Der vierte sitzt dann. Das spart nicht nur Geld, sondern auch wertvolle Zeit.

Welche Rolle spielt künstliche Intelligenz in Ihrem Bereich?

Dr. Oberdorfer: Eine zunehmend Große. Unsere Anwender trainieren neuronale Netze auf Basis klassischer Simulationen. Die KI lernt, wie sich das Modell verhält – und kann dann Ergebnisse in Sekundenbruchteilen liefern. Das ist besonders für digitale Zwillinge wichtig, die in Echtzeit reagieren müssen, etwa in der Betriebsüberwachung. Wir sind immer wieder verblüfft, wie präzise die KI auch komplexe Multiphysik-Modelle abbilden kann. Ohne Rechenzeit – und doch mit sehr hoher Genauigkeit.

Wie die App-Erstellung ist auch dieses Feature übrigens direkt in Comsol integriert und immer verfügbar.

Neue Chancen durch künstliche Intelligenz

Der Einsatz künstlicher Intelligenz (KI) eröffnet in der Fluidtechnik ungeahnte Perspektiven und Wachstumspotenziale. Ein Praxisbericht zeigt, was bereits möglich ist.

Manche Mittelständler sagen, sie kämen auch ohne digitale Simulation aus. Was entgegnen Sie?

Dr. Oberdorfer: Ich glaube, die Schwelle vom Nice-to-have ist längst überschritten. Wer schneller, günstiger und präziser entwickeln möchte, kommt nicht daran vorbei.

Die Beispiele von ABB und Endress+Hauser machen es greifbar: Simulation verkürzt Entwicklungszeiten, reduziert Kosten und erhöht die Qualität. Das sind belegbare Effekte, die heute wichtig für die Wettbewerbsfähigkeit sind. Erfahrung bleibt wichtig – aber Erfahrung kann das Unternehmen verlassen, wenn Mitarbeiter gehen. Ein digitaler Entwicklungsprozess dagegen bleibt und macht Wissen dauerhaft nutzbar.

Außerdem – die Konkurrenz schläft nicht. Wenn jemand Bauteile mit einem Bruchteil des Aufwands entwickelt und die Produkte am Ende auch noch besser performt – dann ist das ein klarer Wettbewerbsvorteil.

Die Fragen stellte Ragna Sonderleittner