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Dyson: "Simulationen sind das beste Werkzeug"

Stefan Koch, aufgewachsen im schweizerischen Romanshorn, war von Anfang an vom Unternehmen Dyson begeistert. Schon beim Vorstellungstermin 2016, als er sich um eine Stelle als Berechnungsingenieur bewarb, spürte er die faszinierende Atmosphäre im Unternehmen.

„Alle Leute waren sehr motiviert und engagiert, um mit ihrem Know-how die hohen Ansprüche an die neu zu entwickelnden Dyson-Produkte zu erfüllen“, berichtet Stefan Koch. „Sie haben mich durch die Labore geführt und mir ihre Herangehensweise an die Grundlagenforschung und die Produktentwicklung erklärt. Ich war begeistert vom Dyson-Campus im englischen Malmesbury und mir war sofort klar: Hier will ich arbeiten!“

 

Der Schweizer hat nach dem Maschinenbau-Bachelor in Winterthur ein Masterstudium in Aerodynamik in Southampton absolviert. Heute ist er Senior Aerodynamics Engineer in der Forschung von Dyson und hauptsächlich für den Bereich der Bodenpflege zuständig. Dort leitet er ein fünfköpfiges Simulationsteam.

 

„Bei uns wird extrem viel in die Forschung investiert, um die produktrelevanten Fragestellungen grundsätzlich anzugehen“, betont Stefan Koch. „Denn bei uns werden nicht nur – wie sonst meist üblich – hier und da kleine Optimierungen durchgeführt. Wir haben den Anspruch, echte Probleme zu lösen und unseren Kunden die bestmöglichen Produkte für den jeweiligen Anwendungsbereich zu liefern.“ Mit konstant hoher Saugkraft bei maximaler Flexibilität können die neusten kabellosen Staubsauger von Dyson den herkömmlichen Bodenstaubsauger komplett ersetzen. Beispielsweise wurde die Saugkraft des Dyson Cyclone V10 gegenüber dem Vorgänger V8 um rund 20 Prozent erhöht. Jetzt, im März 2019, nach dem V10, wurde der V11 vorgestellt, mit nochmals 15 Prozent mehr Saugkraft als der V10 hat.

 

Dyson war schon immer sehr experimentorientiert aufgestellt. Das Experimentieren und Ausprobieren war und ist ein wichtiger Bestandteil im kreativen Prozess der Ideenfindung und-bewertung innerhalb der Forschungs- und Entwicklungstätigkeit. Deshalb wurden immer wieder neue Prototypen gebaut und getestet, dann verbessert und wieder ausprobiert. Dieses Herangehen wurde vom Firmengründer James Dyson selbst geprägt, der für den ersten beutellosen Stabsauger 5.127 Prototypen baute.

 

„Das Tüfteln und Ausprobieren steckt in unserer Firmen-DNA“, erklärt der Berechnungsingenieur. „Zwar stehen Simulationen heute im Mittelpunkt unserer Entwicklungen, aber trotzdem nehmen Prototypen weiterhin eine sehr wichtige Rolle ein. Denn wir müssen unsere Entwürfe immer wieder validieren und testen, um ein reales Gefühl für die Handhabung unserer Produkte zu erhalten.“

 

Die Art der effizienten Weiterentwicklung – wie bei den oben beschriebenen Modellen V8 bis V11 – ist nur durch den umfassenden Einsatz von Ansys-Simulationssoftware möglich. Denn das jetzt noch vorhandene Optimierungspotential kann allein durch Versuche und Tests nicht mehr vollständig erschlossen werden. Simulationen sind, nach Meinung von Stefan Koch, dafür das beste Werkzeug. Sie liefern nicht nur umfassende Kenntnisse über das physikalische Verhalten des Produktes, sondern ermöglichen es, ins Innerste hineinzusehen, um zu erkennen, was dort passiert.

 

Bei Staubsaugern geht es hauptsächlich um die Minimierung von Verlusten in der Strömung. Deshalb muss analysiert werden, wo Strömungsenergie verloren geht, wo der Druckverlust am größten ist und so die Saugleistung reduziert wird. „Anhand der Simulationsergebnisse, mit denen wir direkt in die Luftströmung hineinsehen können, modifizieren wir die geometrische Auslegung, um den Druckverlust zu minimieren“, erläutert Stefan Koch. „Beim V10 haben wir im Vergleich zum V8 nicht nur einen besseren Motor und eine effizientere Turbine entwickelt, sondern auch den Weg der Luftströmung analysiert und erheblich optimiert. Beim V10 konnten wir durch grundlegende konstruktive Änderungen erreichen, dass der Luftstrom direkt gradlinig durch das Gerät geführt wird, ohne verlustbringende Krümmungen und Kurven. Das hat die Saugkraft enorm erhöht.“

 

Ebenso wurde mit Simulationen die Auslegung der Magnete für den V10-Elektromotor unterstützt. Der Motor arbeitet mit bis zu 125.000 Umdrehungen pro Minute und dreht sich damit viel schneller als eine Jet-Turbine. Da die hohen Drehzahlen eine starke Wärmeentwicklung zur Folge haben, wurden viele thermodynamische Simulationen durchgeführt, um die Temperaturen im gewünschten Bereich zu halten.

 

Weiterhin konnte mit vielfältigen Simulationen eine verbesserte Akustik realisiert werden. Beispielsweise reguliert ein aerodynamisch optimiertes Motorgehäuse die Luftströme um den Motor, sodass geräuschintensive Turbulenzen minimiert werden. Zusätzlich verhindert schalldämpfendes Material Vibrationen und die Neuausrichtung einer akustischen Abschirmung sowie ein weiterer Filter hinter dem Motor verringern die Geräusche, die nach außen dringen. Außerdem kümmert sich schlussendlich ein ganzes Team von Akustikingenieuren um die Minimierung der Geräuschentwicklung und der Generierung eines möglichst angenehmen Klanges. Diese validieren dann die Simulationsergebnisse durch Versuche in den Akustikkammern.

 

In der Forschung von Dyson ist der Berechnungsingenieur gleichzeitig auch Versuchsingenieur. Speziell in der frühen Phase der Umsetzung einer neuen Idee ist es den Verantwortlichen extrem wichtig, dieses so zu organisieren, um ein sehr gutes Verständnis über das Verhalten der Bauteile und -gruppen zu erhalten. Zum späteren Zeitpunkt der Entwicklung kommen dann noch spezielle Testingenieur zum Projektteam dazu und führen umfassendere und weitergehende praktische Untersuchungen durch. Das Team besteht dann meist aus Berechnungs- und Testingenieuren sowie Konstrukteuren, die dann mehrere Monate oder sogar Jahre zusammenarbeiten.

Gestern modelliert und über Nacht gefertigt

 

Im Dyson-Campus in Malmesbury steht auch die gesamte Additive Fertigung vor Ort zur Verfügung. So können sehr schnell spezielle Teile gefertigt, eingebaut ausprobiert und bewertet werden. „Wenn ich heute eine neue gute Idee habe, kann ich das erforderliche Bauteil direkt modellieren und über Nacht ausdrucken lassen, um es schon am nächsten Morgen zu testen“, berichtet Stefan Koch begeistert. „Für mich als Aerodynamik-Ingenieur ist es fantastisch, dass wir dadurch viele verschiedene Optionen in der Realität betrachten können. Haben wir uns dann für die beste Variante entschieden, werden dazu umfassende Simulationen mit Ansys Fluent durchgeführt, um die gewählte Option weiter zu optimieren.“

 

dyson.ch

 

cadfem.ch