„Es ist, als wäre man ein Koch“: Custom Magnetics Maker bleibt mit KI den Designtrends der Branche einen Schritt voraus

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Dieser Artikel wird von Triad Magnetics gesponsert, einem Unternehmen, das seit mehr als 75 Jahren Elektronik in den Verbraucher-, Gewerbe- und Industriemärkten mit innovativer Magnettechnologie versorgt.

Beim Kauf magnetischer Komponenten stehen Ihnen Tausende von Standardprodukten zur Verfügung. Was aber, wenn ein Kunde eine spezifische Anforderung benötigt, die ein individuelles Design erfordert? Das Durchlaufen mehrerer Iterationen eines Prototyps mit so vielen Optionen, Entscheidungen und Berechnungen kann dazu führen, dass sich der Designprozess oft überwältigend und zeitaufwändig anfühlt.

„Ich betrachte es als eine Art Koch“, sagt Lazaro Rodriguez, technischer Leiter bei Triad Magnetics. „Sie versuchen, ein Standardrezept zu entwickeln, aber es stehen die unterschiedlichsten Zutaten zur Verfügung, um es zuzubereiten. Sie stellen sich Magnete vielleicht nur als Draht und Kern vor, aber es gibt so viele verschiedene Arten. Es liegt an den.“ Der Konstrukteur muss aus den verfügbaren Materialien auswählen und die beste Lösung für den Kunden finden. Das ist eine Art Kunst.“

Fast alles, was Elektrizität verbraucht, erfordert eine Art magnetischen Transformator oder Induktor, erklärt Triad-Präsident Bill Dull. Dies gilt für eine Vielzahl von Branchen, darunter Medizin, Lebensmittelverarbeitung, Kommunikation und Avionik. „Jede Anwendung hat unterschiedliche Anforderungen an Größe, Leistung, Umgebung und Sicherheit“, sagt Dull. „Und jeder Hersteller geht anders an sein Projekt heran, um etwas zu entwerfen, das noch nie zuvor gebaut wurde und unendlich viele Möglichkeiten zur Lösung eines bestimmten Problems bietet. Wir sind ständig auf der Suche nach Möglichkeiten, unseren Ingenieuren dabei zu helfen, ihre ‚Rezepte‘ zu verbessern und die Kunst des kundenspezifischen Designs zu perfektionieren.“

Triad Magnetics ist auf Transformatoren und Induktivitäten für die Elektronikindustrie spezialisiert. Die Dienstleistungen reichen von kundenspezifischem Design und Prototyping bis hin zu Tests. Vor kurzem hat Triad eine Partnerschaft mit Frenetic geschlossen, einem in Europa ansässigen Unternehmen, das künstliche Intelligenz (KI) nutzt, um veraltete technische Verfahren zu optimieren. Ziel ist es, den Designtrends der Branche einen Schritt voraus zu sein, indem der anfängliche Weg zu einem individuellen Design optimiert wird.

Bill Dull (BD): Wir versuchen immer, Kosten, Herstellbarkeit und Effizienz in Einklang zu bringen. Mit magnetischen Materialien können Menschen nicht einfach das verwenden, was sich im Ladenregal befindet, sondern sie benötigen neue oder modifizierte bestehende Produkte mit Materialien, die den Anforderungen der Anwendung entsprechen. Aber es gibt kein Lehrbuch, das einem sagt, was zu tun ist, und es gibt keine standardisierten Materialien. Das meiste, was unsere Ingenieure wissen, haben sie durch praktische Ausbildung und jahrelange Erfahrung gelernt.

Lazaro Rodríguez (LR): Unsere leitenden Konstrukteure führen ausführliche Gespräche mit Kunden, um besser zu verstehen, was sie brauchen. Von dort aus werden wir einen Prototyp erstellen, um unsere Ausgabe zu testen. Dieser erste Versuch ist vielleicht immer noch nicht genau das, was sie brauchen, aber jetzt haben wir einen Benchmark erstellt, sodass es einfacher ist, Anpassungen vorzunehmen, die uns der endgültigen Lösung näher bringen.

In der Vergangenheit gab es kein einfaches Programm oder eine unendliche Datenbank, in die man einfach ein paar Zahlen eintippen konnte und die einem sagte: „Hier ist die optimale Lösung.“ Es ist immer eine Menge Versuch und Irrtum, basierend auf der Erfahrung, um annähernd an den gewünschten Punkt zu gelangen, bevor man ein oder zwei weitere Iterationen durchläuft, um das Ziel perfekt zu erreichen. Die Effizienz des Designprozesses hängt davon ab, wie nah man im ersten Durchgang kommt.

BD : Vor einem Jahr haben wir begonnen, die magnetische Modellierungssoftware von Frenetic zu verwenden. Mithilfe unseres Designwissens und unserer Fachkompetenz berücksichtigen wir die unterschiedlichen Anforderungen der Kunden und integrieren spezifische Daten in die Software. Es wird dann fast augenblicklich eine Standardlösung gefunden.

Beispielsweise kann die Software ermitteln, wie viel Draht eine Spule benötigt und wie viele Windungen auf diese Spule passen, und eine Designlösung auf der Grundlage all dieser verschiedenen Faktoren erstellen. Die Idee besteht darin, die Technik effizienter zu gestalten, da sie den teuersten Teil des Magnetdesigns darstellt.

LR: Frenetic ermöglicht es uns, das Design zu entwickeln und es dann schneller zu iterieren. Jedes Mal, wenn jemand Informationen eingibt, ist die KI-Plattform von Frenetic in der Lage, mit unterschiedlichen Variationen von Drähten, Adern, Isoliermaterialien und anderen Parametern mehr Möglichkeiten zu schaffen. Mit der weiteren Nutzung der Software erhalten Sie bessere Entwürfe und Berechnungen.

BD: Unsere Konkurrenten, die die Software nicht nutzen, müssen diese Berechnungen manuell durchführen, während uns die Frenetic-Software alle diese Faktoren liefert. Wir können nicht nur schneller und effizienter nach Kundenspezifikationen entwerfen, sondern verfügen auch über die Mitarbeiter und Maschinen, um durch die Schaffung kleinerer, effizienterer Einheiten wettbewerbsfähig zu bleiben. Wir bereiten uns auf die Zukunft vor: Hochleistungs-Hochfrequenzanwendungen mit 500 Kilohertz (kHz) oder mehr.

BD: Wir hatten einen Kunden, der einen LLC-Resonanztransformator für Elektrofahrzeuge (EVs) benötigte. Die Frenetic-Software eignet sich besonders gut für das Hochfrequenz-LLC-Design, sodass wir durch ihren Einsatz die Anforderungen des Kunden effizienter erfüllen können.

LR: Wir haben zunächst einen Prototyp erstellt und diesen dann dann überarbeitet, um den Anforderungen des Kunden an die Streuinduktivität gerecht zu werden. LLC-Transformatoren helfen bei der Entwicklung von Wechselrichtersystemen, die derzeit in Ladesystemen für Elektrofahrzeuge zum Einsatz kommen. Normalerweise benötigen diese Anwendungen mehr Strom als Verbraucher- und Industrieelektronik. Die LLC-Topologie ermöglicht eine höhere Effizienz bei diesen höheren Leistungen.

BD: Bei Hochleistungsanwendungen wie dem Laden von Batterien kann eine minimale Ineffizienz immer noch zu einem hohen Leistungsverlust führen, da die erforderliche Energiemenge erheblich ist. Die Welt bewegt sich in Richtung leistungsstärkerer Batterien, Elektrofahrzeuge und alternativer Energieanwendungen. Hier legt Frenetic den Schwerpunkt seiner Softwaremodellierung fest. Der Versuch, Dinge kleiner und effizienter zu machen, erfordert den Betrieb mit einer höheren Frequenz, und da sich die Geräte in diese Richtung bewegen, bewegt sich auch Triad Magnetics in diese Richtung.

BD: Die Menschen kennen uns aufgrund unserer Tradition handelsüblicher Katalogprodukte, die im 50- bis 60-Hertz-Standard-Leistungstransformatorbereich betrieben werden. Sie wissen nicht, dass der Großteil unseres Geschäfts in kundenspezifischen Designarbeiten im Bereich der Hochfrequenzmagnetik besteht.

Bei Magneten auf Ferritbasis gibt es im Allgemeinen nicht viele Drahtwindungen um die Spule. Es handelt sich um einen sehr arbeitsintensiven Prozess, da es sich um ein paar Windungen dicken Drahtes, etwas Isolierung, einen kleineren Draht, vielleicht mehr Isolierung und dann um Klebeband handelt, um aus Sicherheitsgründen Abstand zu schaffen. Es erfordert viel Geschick und es ist eine Herausforderung, Hochfrequenzmagnetik für Hochleistungsanwendungen zu automatisieren.

Allerdings ist unsere Betriebsausrüstung für diese Art der Wicklung gut geeignet. Unsere CNC-Maschinen unterstützen den Prozess, sorgen für eine gleichbleibende Qualität und beschleunigen die Produktion. Wir verfügen auch über Ferritkern-Abstandsgeräte, in die wir verschiedene Abstände einbauen können, um die Induktivität und Leistung eines Teils zu ändern. Diese Maschinen ermöglichen es uns, bestimmte Kerne und Materialien zu standardisieren und dann bei Bedarf interne Anpassungen für verschiedene Anwendungen vorzunehmen.

Bildquelle: Triad Magnetics