Kundenbericht: Fuji

Fuji Heavy Industries Ltd. hat sich auf die Herstellung von wirtschaftlichen Hochleistungsmotoren mit hohem Wirkungsgrad und geringen Abmessungen für Generatoren, landwirtschaftliche Maschinen, Industrieanlagen und Spezialfahrzeuge, wie z. B. Strandfahrzeuge und Schneemobile, spezialisiert. Das Unternehmen verfolgt den Upfront-CFD-Ansatz bei der Produktentwicklung und setzt die Strömungs- und Wärmeübertragungs-Analyse-Software CFdesign in der Frühphase des Konstruktionsprozesses ein.

Wahl des richtigen Tools
„Wir hatten erkannt, dass für die Motorentwicklung ein Strömungsanalyse-Tool unerlässlich war, wir sahen aber viele Hindernisse, die einer Einführung bei FHI entgegen standen“, sagte Masanori Noguchi, ein Ingenieur der Entwicklungsabteilung. Noguchi befürchtete, dass die Einführung von CFD schwierig sein würde, da Standard-CFD-Tools teuer sind und besondere Kenntnisse erfordern, obwohl CFD natürlich wichtig bei der Auslegung von Ansaug-/Abgassystemen und der Größenbemessung von Kühlrippen und Lüftern ist. Da man vorher ohne CFD auskommen musste, konnte man sich nur auf die Erfahrung von Motorentwicklern und ähnliche ältere Konstruktionen stützen, wobei solches Know-how niemals in Zahlen erfasst wurde.

Noguchi begann die Suche nach einem Tool, das für sein Team und die Entwicklungsaufgaben geeignet sein würde. „Als ich CFdesign ausprobierte, gefiel es mir auf Anhieb. Da die Betriebskosten von CFdesign niedriger als bei anderen Tools und die Daten kompatibel zu I-DEAS sind, fiel die Entscheidung für CFdesign sehr leicht. Dieses Tool fördert die Inspiration unserer Ingenieure,“

Ein Tool, das Kompromisse zwischen Entwicklungszielen ermöglicht
Noguchi und sein Team haben kürzlich die Miniaturisierung eines Motorkühlungslüfters und die Optimierung des Luftstromwegs für diesen Lüfter abgeschlossen. „Bei der Entwicklung eines Motors müssen viele Faktoren berücksichtigt werden, und am Ende müssen meistens Kompromisse eingegangen werden. Die Analyse der Konstruktion mit CFdesign und die visuelle Darstellung der Auswirkungen auf die Leistung aufgrund der einzelnen Kompromisse ist eine große Hilfe für den Konstrukteur, der oft gleichzeitig auch als Koordinator des Projekts fungiert.“

Bei der Konstruktion eines Motors gibt es häufig „Konflikte“", wie Noguchi sie nennt, die beim Design des Gehäuses oder Chassis der Fahrzeuge oder Anlagen, in denen der Motor eingebaut wird, beseitigt werden müssen. Die Frage dabei ist, sollte die Konstruktion insgesamt oder die Motorleistung Priorität haben? Die Auslegung des Chassis und/oder Gehäuses kann Auswirkungen auf das Ansaug- und Abgassystem des Motors haben. Durch die Form des Gehäuses müssen unter Umständen nicht ganz optimale Positionen für die Ein- und Auslässe akzeptiert werden, was zu Einbußen bei der Motorleistung führen kann.

„In solchen Fällen“, sagte Noguchi, „hilft es oft, wenn den Konstrukteuren, die für das Gehäuse verantwortlich sind, die Ergebnisse einer Strömungs- und Wärmeübertragungssimulation gezeigt werden, um sie von der Notwendigkeit von Änderungen zu überzeugen. CFdesign liefert den Motorkonstrukteuren also sozusagen die Munition, um für ihre Entwürfe zu kämpfen.“

Mithilfe von CFdesign können Benutzer immer dann, wenn es während des Entwicklungsprozesses angebracht und notwendig ist, Simulationen durchführen, um rationale Bewertungen vorzunehmen und die maximale Motorleistung herauszuholen. CFdesign sorgt auch dafür, dass nicht mehr Material als notwendig verwendet wird und dass die Kosten im vorgegebenen Rahmen bleiben.

Wichtig für innovative und wettbewerbsfähige Motoren
An der Entwicklung eines Universalmotors sind, anders als bei einem KFZ-Motor, nur wenige Ingenieure bzw. Techniker beteiligt. „Es kann vorkommen, dass nur ein einziger Entwickler einen Universalmotor von Grund auf neu entwerfen muss“, sagte Noguchi, und dieser Entwickler muss viele Fähigkeiten haben, dazu zählt selbstverständlich auch der Umgang mit CAD-Software. „Ein Tool wie CFdesign ist notwendig, um die Fähigkeiten des Entwicklers oder Konstrukteurs voll zum Tragen zu bringen. Durch die Beherrschung von CFdesign wird der Entwickler in die Lage versetzt, Designanalysen durchzuführen, die höchsten Ansprüchen genügen. Dies macht den Weg frei für Eigenständigkeit und neue Ideen, und die wiederholten Analysen tragen außerdem zur Verbesserung der Fachkenntnisse bei. Neue Ideen führen zu einem einzigartigen, herausragenden Produkt. Gleichzeitig ist ein geeignetes Konzept zum Kostenmanagement erforderlich, damit am Ende des Entwicklungsprozesses ein wettbewerbsfähiges Produkt steht.“

Dank der Einführung von CFdesign wurde das Entwicklungsteam für Universalmotoren bei Fuji Heavy Industries in die Lage versetzt, sowohl hervorragende Produkte zu entwickeln als auch die Kosten zu senken.