L.E.S.S. SA gestaltet Automobilbeleuchtungen mit Ansys-Simulationen

Die Entwicklung von Automobilbeleuchtung erfordert ein interdisziplinäres Verständnis. Nur so können leistungsstarke Produkte entstehen, deren Wärmehaushalt auch in einem engen Bauraum optimal ausgelegt ist. Hinzu kommen ein sehr enger Spielraum im Bereich Optik und anspruchsvollen Anforderungen der Automobilindustrie.

Täglich stellt sich das Team für innovative Produkt- und Technologieentwicklung bei L.E.S.S SA der Herausforderung, zuverlässige Produkte zu schaffen, die die strengen Vorgaben der Automobilindustrie erfüllen und gleichzeitig Höchstleistung und Kompatibilität mit internationalen Standards garantieren. Ein Schlüssel dafür sind Multiphysics-Simulationen im F&E-Prozess mit Ansys. Um die Produkte abzusichern, werden unter anderem CFD-, Temperaturfeld-, Festigkeits- und Optik-Berechnungen durchgeführt.

Die Bedingungen in einem Fahrzeug können sich beispielsweise durch die Außentemperatur oder der vom Fahrzeug abgegebenen Wärme drastisch ändern. Daher müssen die Beleuchtungslösungen in Umgebungen mit Temperaturen im Frostbereich (typ. -45°C) bis hin zu solchen mit extremer Hitze (typ. 105°C) nicht nur standhalten, sondern auch immer die Vorgaben der internationalen Automobilstandards erfüllen. Thermische Ausdehnungen aufgrund von Temperaturänderungen müssen einkalkuliert werden, um sicherzustellen, dass die optische Leistung unabhängig von den Umgebungsbedingungen gewährleistet ist.

Die entsprechenden Simulationen verschaffen L.E.S.S. einen Wettbewerbsvorsprung in Bezug auf die Produktleistung und die Reaktionsfähigkeit auf einem anspruchsvollen Markt – und dies bereits vor der physikalischen Erprobung. Diese Beleuchtungen entsprechen den ECE-Vorschriften und berücksichtigen thermische Verformungen und deren Auswirkungen auf die optische Leistung. Dieser Mehrwert wurde erreicht durch:

• Einsatz von Optimierungswerkzeugen in verschiedenen Phasen der Entwicklung, um die bestmöglichen Produkte in kürzester Zeit zu entwickeln.
• Berücksichtigung unterschiedlicher Bedingungen durch Simulationen, um sicherzustellen, dass die Produkte während des gesamten Produktlebenszyklus wie erwartet funktionieren.
• Verringerung der Anzahl der physischen Prototypen und Tests, was die Anzahl der Design-Iterationen mit dem Kunden reduziert und Zeit spart.
• Untersuchung der Leistungsfähigkeit der Produkte in einem breiten Spektrum von Umweltbedingungen und Leistungsanforderungen; so kann dem Kunden die Produktperformance besser zu vermittelt und sichergestellt werden, dass die kundenspezifischen Anforderungen (CSR) erfüllt werden.

Die Aufgabenstellung erfordert eine multiphysikalische Herangehensweise, nur so lassen sich die thermischen und mechanischen Auswirkungen auf die optische Leistung hin analysieren. Mit Ansys Workbench wurde zunächst eine thermische Analyse durchgeführt, um damit den Temperaturgradienten an einem Tagfahrlichtmodul (DRL) zu bestimmen. Das Temperaturfeld wird dann als Lastfall in einer mechanischen Simulation verwendet, um die thermische Verformung des Bauteils bei Temperaturen zwischen -45°C und 105°C abzuschätzen.  Schließlich wird der verformte Körper in eine optische Simulation in Ansys SPEOS übertragen, um so die Beleuchtungsleistung anhand der Anforderungen der ECE-Regelung R87 für Tagfahrleuchten zu überprüfen. Mit diesem Analyse-Setup steht ein komplettes Werkzeug zur Verfügung, das die Bewertung der Produkte, die Auswahl der Materialien und die Einhaltung der internationalen Normen bereits zu Beginn des Entwurfsprozesses unterstützt.