Schneller ans Ziel mit digitalen Zwillingen

Automotive-Sektor | Digitalisierung und Industrie 4.0 | Innovationen | Die Entwicklungszeiten in der Automobilindustrie werden immer kürzer. Digitale Zwillinge von Komponenten geben den Ingenieuren neuen Schub.

Die Automobilindustrie gibt Gas. Immer schneller kommen neue Modelle auf den Markt. „Die Entwicklungszeiten für neue Fahrzeugmodelle liegen bei einigen Herstellern bereits unter zwei Jahren. Um konkurrenzfähig zu bleiben, müssen auch wir als Top-Zulieferer schneller werden“, erklärt Dr. Andreas Rohde, Leiter des Bereichs Technologie und Innovation bei thyssenkrupp Bilstein. „Das ist eine große Herausforderung, denn die Anforderungen, die beispielsweise an Feder-/Dämpfersysteme gestellt werden, sind unverändert: Sie müssen mindestens fünfzehn Jahre halten – im Sommer wie im Winter, auf glatten Autobahnen genauso wie auf Schotterpisten.“ Die Lösung: digitale Zwillinge.

Die Anforderungen an Feder- und Dämpfersysteme sind hoch.
Die Anforderungen an Feder- und Dämpfersysteme sind hoch.
Feder- und Dämpfersysteme müssen mindestens 15 Jahre halten - in allen Jahreszeiten und selbst unter härtesten Belastungen. Entsprechend hoch ist der Zeitaufwand für die Entwicklung der Komponenten.
Sie müssen mindestens 15 Jahre halten - in allen Jahreszeiten und selbst unter härtesten Belastungen. Entsprechend hoch ist der Zeitaufwand für die Entwicklung der Komponenten.
Digitale Zwillinge könnten die den Zeitaufwand der Entwicklung von Feder- und Dämpfersystemen um bis zu 50 Prozent verringern.
Digitale Zwillinge könnten ihn um bis zu 50 Prozent verringern.

Digitale Zwillinge für’s Optimum

Seit zwei Jahren setzt thyssenkrupp Bilstein in einem Pilotprojekt auf digitale Zwillinge und ist damit technologisch ganz vorn mit dabei: Parallel zum traditionellen Entwicklungspfad entstehen frühzeitig virtuelle Modelle, mit deren Hilfe die Fahrwerkexperten die technischen Eigenschaften der Dämpfer darstellen und optimieren können. Die so gewonnenen Daten fließen in den parallel verlaufenden, traditionellen Entwicklungsprozess, aber auch in die Produktionsplanung mit ein – Engineering 4.0.

Die digitalen Zwillinge können und sollen die klassischen Tests aber nicht ersetzen, denn diese sind weiterhin erforderlich und gesetzlich vorgeschrieben. Jedes neue Fahrzeugmodell und jede Variante benötigt ein maßgeschneidertes Dämpfungssystem, das entwickelt, appliziert und geprüft werden muss. Zwar bestehen diese Federbeine alle aus einer Stahl- beziehungsweise Luftfeder sowie einem hydraulischen Stoßdämpfer, unterscheiden sich jedoch im Detail. Es gilt, die technischen Eigenschaften auf das jeweilige Fahrzeug, seine Größe, die Motorleistung und die Art des Antriebs abzustimmen und so den optimalen Stand aus Fahrkomfort und Fahrdynamik zu erreichen.

Die digitale Parallelwelt verringert den Testaufwand

Bisher mussten in der Regel alle Dämpfertypen sämtliche Tests von A bis Z durchlaufen. Besonders zeitaufwendig war beispielsweise die Dauerlaufprüfung, bei der die Beanspruchung von 300.000 Kilometern Fahrt in einer Klimakammer nachgebildet wird. Ein anderer Zeitfresser waren die klassischen Winter- und Sommererprobungen der Automobilhersteller sowie die Fahrwerksabstimmungen, bei denen die Techniker von thyssenkrupp Bilstein vor Ort sind, um die Feinabstimmung der Dämpfer vorzunehmen.

„Diese Tests sind nach wie vor unumgänglich, aber wir können sie jetzt dank der digitalen Zwillinge auf ein Minimum beschränken“, erklärt Rohde. Sein Team arbeitet bei der Entwicklung neuer Modelle vom ersten Tag an eng mit den Fahrzeugherstellern – darunter Tesla, Porsche, BMW und Daimler – zusammen und hat Schritt für Schritt eine digitale Parallelwelt aufgebaut: „Während im Prüffeld und auf den Teststrecken die realen Dämpfer auf Herz und Nieren untersucht werden, nutzen wir die virtuellen Prototypen für umfangreiche Belastungssimulationen.“

„Dank der digitalen Zwillinge können wir die Entwicklungszeit auf unter zwei Jahre verkürzen", sagt Dr. Andreas Rohde, Leiter des Bereichs Technologie und Innovation bei thyssenkrupp Bilstein.„Dank der digitalen Zwillinge können wir die Entwicklungszeit auf unter zwei Jahre verkürzen.“ Dr. Andreas Rohde, Leiter des Bereichs Technologie und Innovation bei thyssenkrupp Bilstein

Bis zu 50 Prozent Zeitersparnis

Um sicherzustellen, dass die Ergebnisse 1:1 die Realität wiedergeben, vergleichen die Ingenieure jedes Ergebnis aus dem Computer mit Messungen auf Prüfständen. Auf diese Weise entsteht ein digitaler Zwilling, der als Referenzmodell dient: Mit ihm lassen sich beispielsweise Varianten, die in Automobilderivaten desselben Typus eingesetzt werden sollen, entwickeln und optimieren. Am Ende müssen nur noch die finalen Prototypen gebaut und getestet werden. Ziel ist eine Zeitersparnis im Entwicklungsprozess von bis zu 50 Prozent.

Und das ist noch nicht alles: Die virtuellen Modelle können in Zukunft auch alle wesentlichen Daten zur Planung und Steuerung der Produktionsanlage bei thyssenkrupp Bilstein liefern. Diese kann dank des digitalen Zwillings frühzeitig auf die Fertigung der neuen Dämpfer umgestellt werden und sogar schon die letzten Prototypen liefern. Die Fahrzeughersteller profitieren ebenfalls von der neuen Technik, denn sie bekommen bereits während der Entwicklungsphase die kompletten Daten der Dämpfungssysteme und können sie in ihre Gesamtfahrzeugmodelle integrieren. „Dank der digitalen Zwillinge können wir die Entwicklungszeit auf unter zwei Jahre verkürzen“, resümiert Rohde. „Dies verbessert nicht nur unsere Wettbewerbsfähigkeit, sondern auch die der Automobilhersteller.“

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