Was VR-Brillen dem Elektronikentwickler bringen

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Die CFD-Berechnung für den virtuellen Raum

Für eine 3D CFD-Berechnung ist es notwendig, die virtuellen Aufbauten und deren Energiewege für den Berechnungsalgorithmus zu übersetzen. Für diese Übersetzung nutzt man eine sogenannte Vernetzung. Dieses „Netz“ unterteilt den Simulationsraum, in welchem sich das Objekt befindet, in viele kleine Zellen ähnlich eines Eierschneiders, der ein Ei bei Nutzung aller drei Achsrichtungen in viele kleine Würfel schneiden würde. Stellt man sich das Ei schwebend in einem Raum vor, so kann man die Position jedes geschnittenen Würfels durch Koordinaten in x-,y- und z-Ebene und seine Füllung (Luft, Eiweiß oder Eigelb) beschreiben.

Dies macht im Prinzip der Netzgenerator in 6SigmaET oder 6SigmaROOM. Er beschreibt, welches Material oder Fluid sich in welcher Zelle befindet und welche Zellen eine Energie beinhalten. Als Energie versteht man hier eine Verlustleistung oder den Impuls eines Lüfters, welcher eine Luftbewegung erzwingt. Erreicht die Konvergenzgleichung ein Niveau, auf dem die im Simulationsraum erzeugte Energie gleich der austretenden Energie ist, spricht man von einem „eingeschwungenen Zustand“.

VR-Visualisierung einer 3D CFD-Berechnung

Der übliche Weg CFD-Ergebnisse zu visualisieren und auszuwerten, ist die Darstellung von Schnittflächen mit aufprojektierten Variablen wie Temperatur, Druck oder Luftgeschwindigkeiten. In der Einfärbung zwischen blau (kalt, langsam oder niedrig) und rot (heiß, schnell oder hoch) findet sich jeder Ingenieur zurecht und greift parallel über Tabellenausgaben spezifische Werte an Verlustleistungskomponenten, Kühlsystemen oder anderen POIs (Point of Interest) ab.

Durch den Einsatz einer VR-Brille wie der Oculus Rift kann man nun selbst in sein Projekt eintauchen. Das Erlebnis ist ähnlich einem virtuellen Spaziergang durch ein Gerät. Man kann sich in der Software 6SigmaET so beispielsweise direkt neben den Prozessor stellen und die Wärmeausbreitung in der Platine sowie die Luftbewegungen im Sichtbereich des Betrachters analysieren. Durch diesen neuen „Blickwinkel“ erhält der Anwender ein besseres Verständnis für lokale Gegebenheiten.

Noch verständlicher ist dies im Makrobereich in der Software 6SigmaROOM. Einen Raum eines Rechenzentrums kann man sich als übergroßen PC vorstellen. Alle technischen Gegebenheiten, sei es die Unterbodenkonstruktion, die Raumaufteilung, die Position der Klimaanlagen, sollen die Kühlluft an die richtige Stelle leiten um Elektronik zu kühlen.

Ist so ein Raum virtuell aufgebaut und ist mit einem Simulationswerkzeug die Luftbewegung berechnet, kann man durch den Einsatz der Oculus Rift virtuell durch den Raum schreiten (Bild 1) und die eingefärbten Luftwege verfolgen. Es besteht ebenfalls die Möglichkeit, den Kopf wie in ein Rack zu stecken oder in den Unterboden abzusinken, um die Luft- und Wärmewege hinter diesen Barrieren zu betrachten.

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Systemvoraussetzung für „VR Ready“

Es gibt viele Grafikkartenhersteller, welche „VR Ready“-Grafikkarten anbieten. Direkte Erfahrungen haben wir nur mit Grafikkarten des Unternehmens nVidia gemacht. Hier nutzen wir die P4000 mit einem Speicher von 8 GByte sowie die nVidia GTX 1080 mit 8-GByte-Speicher. Neben der ein bisschen schwächeren Leistung der P4000 haben IT-Hersteller sogar Laptops im Angebot, welche diese Grafikkarte beinhalten. Die GTX1080 ist bisher nur in PC-Towern integriert, ist aber ein Genuss bei der Leistungsfähigkeit und kommt selbst mit schnellen Kopfbewegungen im Raum klar.

PCs mit solchen Grafikkarten kann man ab einem Nettopreis von 1700 € erwerben und sofort einsetzen. Die Brille schlägt aber hier nochmals mit netto ca. 500 € zu Buche. Ingenieure, die schon einen leistungsfähigen PC am Arbeitsplatz besitzen, können eine VR-Grafikkarte für ca. 600 € netto nachrüsten.

Wer diese virtuelle Realität erleben möchte, ist herzlich eingeladen, die deutsche Vertretung der FutureFaclities, ALPHA-Numerics, auf den nächsten Messen und Konferenzen zu besuchen. Am 22. März 2018 um 14:10 Uhr wird diese Technik von ALPHA-Numerics erstmalig auf dem Praxisforum für Antriebstechnik in Würzburg präsentiert. Danach können Sie das Tool auf der PCIM in Nürnberg (Mitaussteller auf den Stand des Unternehmens Constellium, Halle 9/Stand 248) erleben. Hier können Sie die VR-Brille aufsetzen und in die neue Welt der virtuellen Realität eintauchen.

Bild 1: Das Testboard mit Blick von Top. Die Zahlen links sind die Leiterbreiten in mils. (Bild: Adam Research)

Klima-Tipp: Je nach Verlustleistung und Größe des Schaltschranks ist auch eine passive Entwärmung ohne aktive Klimatisierungskomponenten wie Kühlgeräte möglich. (Rittal)

Praxisforum Elektrische Antriebstechnik

* Tobias Best ist Geschäftsführer von ALPHA Numerics in Nastätten.

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