Multiphysikprüfstände

Multiphysikprüfstände sind integrierte experimentelle Plattformen, die es ermöglichen, mehrere physikalische Domänen gleichzeitig zu erzeugen, zu messen und zu kontrollieren, um gekoppelte Phänomene zu untersuchen. Typische Domänen sind Mechanik, Thermik, Elektrik, Magnetik, Strömung und Akustik. Der Aufbau vereint eine tragende Struktur, Antriebe oder Aktuatoren (elektromechanisch, hydraulisch, pneumatisch), Thermalmanagement, Sensorik (Dehnung, Temperatur, Druck, Strömung, Beschleunigung), Datenaufnahme, Steuerelektronik und Software. Oft kommen real-time rechnerische Modelle und Hardware-in-the-Loop zum Einsatz, um Simulation und Messdaten in Echtzeit zu koppeln.

Anwendungsgebiete umfassen Automobil- und Antriebsstrangentwicklung, Batterie- und Thermomanagement, Luft- und Raumfahrt, Energieerzeugung und Windkraft, Elektronik-Kühlung sowie Forschungseinrichtungen. Durch die Abbildung von Kopplungen wie thermo-mechanische, fluid-struktur- oder elektromagnetisch-thermischen Effekten ermöglichen Multiphysikprüfstände realistische Betriebsbedingungen und helfen, frühzeitig Zuverlässigkeit und Verhalten zu bewerten.

Vorteile bestehen in einer realistischen Abbildung multiphysikalischer Kopplungen, einer besseren Vorhersage von Verhalten und Zuverlässigkeit sowie einer Reduktion teurer Prototypen und Testzyklen. Herausforderungen umfassen hohe Investitions- und Betriebskosten, komplexe Kalibrierung und Validierung der Kopplungen, Sicherheitsaspekte sowie Datenmanagement und die Beherrschung unterschiedlicher zeitlicher Skalen.

Typischer Ablauf ist Zielsetzung der Kopplung, Konzeption und Aufbau des Prüfstands, Integration von Mechanik, Wärme und Elektrik, Kalibrierung, Durchführung von Tests, Auswertung und Validierung gegen Simulationen sowie iterative Optimierung. Zukünftig spielen digitale Zwillinge, fortgeschrittene co-simulation und standardisierte Schnittstellen eine zunehmende Rolle.