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Management Statement „Wir sind das Schweizer Taschenmesser für Simulationsaufgaben im Mobilitätssektor!“

In Göttingen sitzt der Simulationsspezialist COMSOL Multiphysics GmbH. Welchen Beitrag die Niedersachsen für die Mobilität von morgen leisten und weshalb eine „Demokratisierung der Simulation“ notwendig ist, erklärt Geschäftsführer Dr. Thorsten Koch im Interview.

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Thorsten Koch ist Geschäftsführer der Comsol Multiphysics GmbH. Dort arbeitete er bereits zuvor als Applikationsingenieur und in der Entwicklung.
Thorsten Koch ist Geschäftsführer der Comsol Multiphysics GmbH. Dort arbeitete er bereits zuvor als Applikationsingenieur und in der Entwicklung.
(Bild: Comsol)

Herr Dr. Koch, einen Simulationsspezialisten verbinden wohl nicht alle unserer Leser*innen sofort mit einem Gestalter der Mobilität von morgen. Können Sie kurz die Rolle Ihres Unternehmens skizzieren?

COMSOL stellt dem Mobilitätssektor eine hochgenaue und sehr flexible FEM-Simulationssoftware zur Verfügung. Diese ermöglicht es den OEMs, Zulieferern und Forschungseinrichtungen, ihre Produkte besser zu verstehen, zu optimieren und neue Technologien zu entwickeln. Und das auf allen Ebenen, von der Grundlagenforschung bis zum verbauten Teil. Wir liefern so etwas wie ein Schweizer Taschenmesser für virtuelle Aufgaben, mit Modulen für alle Anwendungsbereiche vom Antriebstrang bis zur Energiequelle. Sogar für Dinge wie die Optimierung des Hi-Fi-Sounds im Fahrzeug wird COMSOL erfolgreich eingesetzt. Unsere Kunden treiben die Innovation voran!

Wie haben sich durch den Wandel der Antriebstechnologien die Anforderungen an Ihr Unternehmen verändert?

Wir spüren den Wandel hauptsächlich anhand der sich verändernden Anfragen unserer Anwender. Ging es früher beispielsweise oft um die akustische Analyse von Abgassystemen oder die Optimierung von Verbrennungsprozessen, so liegt heute das Interesse immer öfter auf Bereichen wie Batterieforschung, E-Motoren, Kabelstränge, oder NVH. Auffällig ist, dass gerade diese neueren Themen meistens multiphysikalischer Natur sind. Nehmen wir das Beispiel Batterie: Um ein Akku-System realistisch virtuell abzubilden und Vorhersagen über die Performance treffen zu können, reicht nicht nur die Elektrochemie. Es müssen Dinge wie interne und externe Temperaturänderungen, mechanische Einwirkungen, vielleicht auch Korrosion, Verschleiß oder EMV-Vorgaben einbezogen werden können. Somit spüren wir den Wandel auch in einer erhöhten Nachfrage nach Multiphysik.

Die Lithium Battery Designer Demo-App basiert auf einem COMSOL-Akkumodell, hat eine einfach bedienbare Benutzeroberfläche und läuft autark oder über einen Server. Sie berechnet die Kapazität, die Energieeffizienz, die Wärmeentwicklung und die Kapazitätsverluste aufgrund von parasitären Reaktionen eines Akkus für einen bestimmten Lastzyklus.
Die Lithium Battery Designer Demo-App basiert auf einem COMSOL-Akkumodell, hat eine einfach bedienbare Benutzeroberfläche und läuft autark oder über einen Server. Sie berechnet die Kapazität, die Energieeffizienz, die Wärmeentwicklung und die Kapazitätsverluste aufgrund von parasitären Reaktionen eines Akkus für einen bestimmten Lastzyklus.
(Bild: Comsol)

Wird sich die batterieelektrische Mobilität überwiegend durchsetzen oder bleibt es bei einer gewissen Technologieoffenheit?

Schaut man sich das aktuelle Angebot an, stellt man eine klare Dominanz batteriebetriebener Fahrzeuge fest. Und es erfolgen regelmäßige Meldungen über noch bessere alternative Batterietechnologien, wie beispielsweise SALD von den deutschen Fraunhofer-Instituten, die diesen Trend unterstützen. Aber auch die klassische Lithium-Ionentechnologie hat noch Verbesserungspotential, wie unsere Kunden von Murata gezeigt haben, indem sie durch gepulstes Laden der Zellen deren Lebenszeit verdreifachen konnten.

Aber natürlich gibt es auch den rasant wachsenden Brennstoffzellen-Markt mit einer Technologie, die ebenfalls noch viel Potential aufweist und die heute schon im Schienenverkehr und in der Raumfahrt erfolgreich ist. Vielleicht werden sich die Einsatzgebiete für beide Technologien weiter ausdifferenzieren, aber sowohl die Akkus als auch die Brennstoffzellen werden uns mittelfristig begleiten. Es bleibt wohl ein spannendes Rennen, von dem ja auch viele profitieren – nicht zuletzt das Klima, und das ist aus meiner Sicht der mit Abstand wichtigste Aspekt. Und wir als Unternehmen bieten Simulationslösungen für beide Technologien gleichermaßen.

Welche neuen Bereiche werden in der Simulation perspektivisch hinzukommen?

Schon heute ermöglicht unsere Technologie bereits viel mehr als das, was man unserer Produktpalette an Modulen entnehmen kann. Denn grundsätzlich kann man mit COMSOL praktisch alles simulieren, was sich durch sogenannte partielle Differentialgleichungen (PDEs) beschreiben lässt. Das sind die Gleichungen, die unsere Welt beschreiben. Unsere Module beinhalten die richtigen Voreinstellungen, Randbedingungen usw. für die wichtigsten PDEs, z. B. die Maxwell Gleichungen zur Beschreibung elektromagnetischer Felder. Wir verfolgen aufmerksam die Bedürfnisse der Industrie, daher haben wir mit dem letzten Release 5.6 der Software das Batteries & Fuel Cells Module aufgeteilt in das Battery Design Module und das Fuel Cell & Electrolyzer Module. Damit können wir beide Technologien noch passgenauer abbilden.

Es sind neben neuen Bereichen vor allem auch neue Simulationstechnologien, die noch genauere und schnellere Berechnungen ermöglichen. Beispielsweise ermöglicht die Layered Shell-Technologie die Vereinfachung einer oder vieler dünner Schichten zu einer einzigen 2D-Ebene, was die Vernetzung unheimlich vereinfacht. Dies kommt in den verschiedensten physikalischen Bereichen zum Einsatz und trägt erheblich zur Effizienzsteigerung bei.

Simulation verkürzt nachweislich die Entwicklungszeiten. Können Sie das an einem konkreten Beispiel veranschaulichen?

Besonders aussagekräftig finde ich ein Beispiel aus der Raumfahrt, von der Firma ITRI. Diese hat ein additives Laser-Pulverbettfusionsverfahren für Taiwan Innovative Space simuliert, und zwar den gesamten 3D-Druckprozess einer Raketentriebwerkskomponente. Es gab das Problem, dass die hohen Temperaturänderungen das Teil so stark verformten, dass der Prozess immer wieder abgebrochen werden musste. Trial-and-Error ist ein müßiges Verfahren, wenn ein einziger 3D-Druckvorgang eine volle Woche dauert! Durch Simulation konnte man die Verformungen präzise vorhersagen, einbeziehen und so Abweichungen verhindern, in etwa 1% der Zeit. Insgesamt ergibt sich durch die Simulation eine Verringerung der Entwicklungszeit um 75% und eine Kostenersparnis von über 80%. Das finde ich überaus beeindruckend!

Schnellere Entwicklungszeiten werden hierzulande von der gesamten Mobilitätsindustrie eingefordert, um mit der Konkurrenz aus den USA und Asien mithalten zu können. Wie kann der Anschluss gelingen?

Zumindest was die Simulation betrifft, kann ich dazu einen guten Rat geben: Wir sollten den nächsten logischen Schritt zur „Demokratisierung der Simulation“ schneller gehen als die anderen.

Können Sie das näher erklären?

Dass Simulation die Entwicklungszeiten enorm verkürzen kann, ist längst kein Geheimnis mehr. Der Flaschenhals in der Entwicklung liegt dann aber woanders. Die Kapazitäten von Simulationsingenieur*innen sind begrenzt. Nachdem sie ein Simulationsmodell aufgesetzt haben, müssen sie in der Regel hunderte, oder tausende Konfigurationen durchrechnen, Parameter verändern oder Geometrien anpassen. Und nur sie selbst sind aufgrund ihrer Erfahrung mit ihren Modellen, der Simulationssoftware und ihrer Ausbildung dazu in der Lage, diese Folgeaufgaben durchzuführen. Der Schlüssel für einen Quantensprung an Effizienz besteht darin, die Simulation nach der Modellfertigstellung weg von den wenigen Simulationsexpert*innen hin zu den vielen Produktexpert*innen zu bringen. Wenn alle simulieren können, verteilt sich die Arbeit auf alle relevanten Abteilungen, wo zudem das Produkt-Know-How am größten ist.

Wie gelingt das?

Möglich wird dies durch Simulations-Apps. Einfach ausgedrückt sind das fertige Simulationsmodelle, denen die Berechner*in noch eine eigene Benutzeroberfläche hinzugefügt hat. Diese Oberfläche erlaubt einfache Änderungen von Parametern und Ausgaben von Ergebnisplots und Berichten ohne dass Kenntnisse der Simulationssoftware nötig sind. Eine einfache App aus einem fertigen Modell ist in einer Minute erstellt und so werden die freigewordenen Ressourcen der Berechner*innen auch nicht durch die App-Entwicklung vollständig gebunden. So eine Simulations-App läuft dann entweder vollkommen autonom auf dem eigenen Rechner oder auf einem Server, ist ohne Lizenz nutzbar - und jeder kann sie bedienen, überall. Den Schritt zur App haben die Kolleg*innen von ITRI übrigens auch mit Ihrem 3D-Druck-Modell gemacht, aber auch Volkswagen, ABB, oder Samsung entwickeln längst ihre eigenen COMSOL Simulations-Apps. Unser Beitrag zum Anschluss unserer Mobilitätsindustrie heißt also: Simulations-Apps für schnellere Entwicklungszeiten.

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