Lebensdauervorhersage für die effiziente Auslegung von Elektronikkomponenten
Branche: Konsumgüter/Gebrauchsgüter, Elektrotechnik/ElektronikFachgebiet: StrukturmechanikBJB ist im Bereich Beleuchtungslösungen für Industrie und Haushalt ein Spezialist und steht seit 150 Jahren als Garant für Zuverlässigkeit und Innovationen. Mit modernsten technischen Lösungen werden Leuchten-Komponenten entwickelt und produziert. Simulation spielt hier eine entscheidende Rolle, um im Vorfeld Designideen und Realisierungsvorschläge plausibel gegenüberzustellen.
Zusammenfassung
Aufgabe
Für eine neue LED-Leuchte nach dem COB-Prinzip (Chip-On-Board) wollte BJB die Kontaktierung mit einem neuartigen Ansatz testen. Nach der altbewährten Methode müssten für die Bewertung der Belastbarkeit und der Lebensdauer der Kontaktierung diese entweder Wochen auf dem Versuchsstand getestet oder mehrere Tage mit klassischer FEM-Simulation analysiert werden. BJB entschied sich jedoch für die Erprobung eines neuartigen Ansatzes mit Ansys Sherlock und konnte so mithilfe von CADFEM den Aufwand auf etwa einen Arbeitstag reduzieren.
Lösung
Der revolutionäre Ansatz von Ansys Sherlock liefert eine gute Genauigkeit und Aussagekraft bei deutlich reduziertem Modellierungs- und Rechenaufwand im Vergleich zu einem klassischen FEM-Ansatz. Dabei wird für die Standard-Elektronikkomponenten ein Algorithmus zur Schadens- bzw. Ausfallberechnung verwendet, der eine Bewertung in die Kategorien „gut“ oder „schlecht“ relativ einfach durchführt.
Kundennutzen
BJB konnte die effiziente Auslegung der Elektronikkomponenten innerhalb eines Tages durchführen, was mit einem klassischen FEM-Tool mindestens eine Woche gedauert hätte. Somit können viele Varianten auch schon im Designstadium überprüft und die time-to-market Zeit deutlich reduziert werden.
Für die Designerstellung einer Chip-On-Board (COB) LED-Leuchte soll eine Aussage über die Lebensdauer des Kontaktierungssystems getroffen werden.
Im vorliegenden Fall wird eine direkte Lötstellenkontaktierung verwendet, für die bei BJB noch keine Erfahrungen in Bezug auf Belastbarkeit und Lebensdauerprognose der Lötverbindung vorliegen. Zeitaufwändige Versuchsreihen wären teuer und ineffizient. Es wurde daher eine einfache und schnelle Lösung gesucht, mit der die Direktkontaktierung in der Entwicklungsphase bewertet werden kann.
Mit Ansys Sherlock konnte die Aufgabenstellung innerhalb eines Tages gelöst werden. Die gewonnene Zeit gegenüber Versuch (mehrere Wochen) und klassischer FEM (mehrere Tage) konnte dazu genutzt werden, um über eine Parametervariation das Design zu optimieren, da ein Design in wenigen Minuten Ergebnisse liefert.
Mit Ansys Sherlock konnte eine schnelle und effiziente Auslegung der elektronischen Komponenten bei BJB im Vorfeld durchgeführt werden. Die Lebensdauervorhersage der zyklischen Belastung zeigt eine gute Übereinstimmung zu Ansys Mechanical.
Durch eine einfache Bedienung (Verwendung von vorgefertigten Elementen), schnelle Rechenzeiten und hoher Ergebnisqualität eignet sich Ansys Sherlock gerade in der Designphase für die Auslegung von Elektronikbaugruppen. Auch die Bewertung der gesamten Baugruppe vor Produktionsstart kann noch Erkenntnisse aufzeigen, die die Qualität verbessern können.
