Elektromagnetische Berechnungen sind längst nicht mehr nur Entwicklungsteams mit eigener Simulationsabteilung vorbehalten. In vielen Unternehmen gehören sie heute zur normalen Konstruktionsarbeit – vor allem dort, wo Verluste, Erwärmung, Kräfte, Induktivität, Impedanz oder das Verhalten bei hohen Frequenzen über das Ergebnis entscheiden. Muss ein Entwurf geprüft werden, bevor der Prototyp gebaut wird, spart ein gutes Simulationswerkzeug Zeit und Budget.
Genau hier setzt die Plattform EMWORKS an. Interessant ist sie, weil sie nicht nur eine schmale Disziplin abdeckt, sondern mehrere Arten elektromagnetischer Aufgaben innerhalb einer Produktfamilie. In der Praxis kann so ein Team an einem Hubmagneten arbeiten, ein anderes an einer Antenne und ein drittes an einem Elektromotor – und alle bleiben bei einer ähnlichen Logik für Modellierung und Auswertung.
Für Konstruktions- und Entwicklungsunternehmen zählt noch etwas: Elektromagnetische Simulation ist keine isolierte Insel. Sie muss an das CAD-Modell, die Materialien, die thermische Belastung, die Bewegung und manchmal auch an das mechanische Verhalten anknüpfen. Gerade diese Verzahnung ist einer der Hauptgründe, warum EMWORKS immer häufiger im Gespräch ist.
Was EMWORKS für den CAD-Workflow und die Simulationspraxis bringt
EMAG ist eine Software für elektromagnetische Simulation, die mehrere Aufgabenkategorien abdeckt – von niedrigen und mittleren Frequenzen bis zu Hochfrequenzanwendungen und der Auslegung elektrischer Maschinen. Laut den verfügbaren Produktinformationen reicht das Spektrum von Gleichstrom- und Niederfrequenzphänomenen bis zu hohen Frequenzen in Bändern um 300 GHz und darüber, je nach gewähltem Modul und Aufgabentyp.
Aus Sicht der Praxis ist wertvoll, dass die Software eng an die Konstruktionsumgebung angebunden ist. Anwender müssen nicht bei jeder kleinen Geometrieänderung zwischen einer getrennten CAD- und einer getrennten Simulationswelt wechseln. Bei einigen Varianten und Modulen wird direkt in einer CAD-gebundenen Umgebung gearbeitet, was Iterationen verkürzt und die Modellverwaltung vereinfacht. Für 2D-Elektromagnetikaufgaben gibt es zudem eine in SOLIDWORKS eingebettete Lösung, während andere Teile des Portfolios üblicherweise mit Autodesk Inventor kombiniert werden.
Das ist vor allem eine gute Nachricht für Teams, die Simulationsberechnungen in den normalen Konstruktionsprozess einbinden wollen – und nicht erst als abschließende Kontrolle. Eine Übersicht der Module bietet die Seite von 4CAD solution, den breiteren Kontext von CAD-Workflows und angrenzenden Werkzeugen finden Sie auch auf Techcad.cz.
Die Module EMAG, RF & Microwave und Motors im Überblick
Die Grundorientierung ist einfach: eine Plattform, drei unterschiedliche Einsatzrichtungen. Entscheidend sind Frequenzbereich, physikalischer Charakter der Aufgabe und die erwarteten Ergebnisse.
| Modul | Aufgabentyp | Typische Anwendung | Übliche Ergebnisse |
|---|---|---|---|
| EMAG | niedrige und mittlere Frequenzen | Hubmagnete, Transformatoren, Stromschienen, Sicherungen, Aktoren | magnetische Flussdichte, Kräfte, Induktivität, Verluste, Erwärmung |
| RF & Microwave | hohe Frequenzen | Antennen, Filter, Steckverbinder, HF- und Mikrowellenkomponenten, Hochgeschwindigkeitsverbindungen | S-Parameter, Felder, Resonanzen, Impedanz, Anpassung |
| Motors | elektrische Maschinen | BLDC, PMSM und weitere Motor- und Generatortypen | Drehmoment, Gegen-EMK, Verluste, Induktivität, Flussdichte |
Diese Aufteilung ist auch für Entscheidungen im Team praktisch. Man muss keinen universellen Solver für absolut alles suchen. Viel besser ist es, zum Modul zu greifen, das zur konkreten Aufgabe passt und die richtigen Ergebnisse ohne unnötige Kompromisse liefert.
Das Modul EMAG für niedrige und mittlere Frequenzen in der Konstruktionspraxis
EMAG zielt auf Aufgaben, bei denen elektromagnetische Felder bei niedrigen und mittleren Frequenzen gelöst werden. Das umfasst ein breites Spektrum an Geräten – von klassischen Hubmagneten und Relais bis zu Transformatoren, Sicherungen, Stromschienen und verschiedensten Industrieaktoren. Hier treffen elektrische Auslegung und mechanische Funktion eines Produkts häufig aufeinander.
Der große Vorteil dieser Art von Simulation: Der Konstrukteur sieht nicht nur ein hübsches farbiges Feldbild, sondern erhält Daten für Entscheidungen. Welche Kraft entwickelt der Aktor? Wo entstehen die höchsten Verluste? Überhitzt eine kritische Stelle? Wie wirkt sich ein anderes Kernmaterial oder ein geänderter Luftspalt aus? Genau diese Fragen sind in der realen Entwicklung oft wertvoller als die Berechnung selbst.
Bei EMAG spielt außerdem häufig die Bewegungskopplung für Geräte mit beweglichen Teilen eine Rolle. Das ist entscheidend bei Motoren, Aktoren und Systemen, in denen die Lage eines Bauteils den Magnetkreis stark verändert. Kommt die thermische und strukturmechanische Kopplung hinzu, lassen sich auch Folgeeffekte verfolgen – mechanische Spannungen, Verformungen oder die Wärmeabfuhr.
Typische Einsatzbereiche sind:
- Hubmagnete
- Stromschienen
- Transformatoren
- Sicherungen
- Relais und Aktoren
Gerade bei diesen Aufgaben lässt sich der Nutzen der Simulation sehr schnell messen: weniger physische Prototypen, weniger Änderungen ins Blaue und bessere Kontrolle darüber, was im Gerät tatsächlich passiert.
Das Modul RF & Microwave für Antennen, Mikrowellenkomponenten und hohe Frequenzen
Sobald sich der Entwurf in den Hochfrequenzbereich verlagert, ändern sich die Spielregeln. Es reicht nicht mehr, nur die Stromverteilung oder die magnetische Kraft zu betrachten. Wichtig werden Reflexionen, Kopplungen, Resonanzen, Abstrahlung und Übertragungsparameter. Hier kommt RF & Microwave ins Spiel – eine Full-Wave-3D-Lösung für hochfrequente elektronische Strukturen.
Das Modul eignet sich für Antennen, HF- und Mikrowellenkomponenten, Filter, Steckverbinder, Übergänge, mm-Wave-Bauteile und Hochgeschwindigkeitsverbindungen. Statt einer einfachen Ja-Nein-Antwort liefert es einen detaillierten Blick auf das Verhalten der Struktur im Arbeitsband. Konstrukteur oder HF-Spezialist können S-Parameter, Anpassung, das Feld in der Umgebung des Bauteils und die Empfindlichkeit des Entwurfs gegenüber Geometrieänderungen auswerten.
Gut zu sehen ist das an Antennen und Steckverbindern. Schon eine kleine Änderung von Form, Dielektrikum oder Abmessung kann das Verhalten des gesamten Systems deutlich verschieben. Die Simulation hilft deshalb nicht nur bei der abschließenden Prüfung, sondern ist schon in der frühen Phase sehr wertvoll, wenn die passende Topologie gesucht wird.
Praktisch ist auch, dass die Hochfrequenzanalyse nicht beim elektromagnetischen Ergebnis enden muss. Bei ausgewählten Lösungen stehen auch eine elektrothermische Kopplung oder Hilfswerkzeuge für die Auslegung von Übertragungsleitungen zur Verfügung. Das ist vor allem dort sinnvoll, wo hohe Frequenzen, dichte Bestückung und Anforderungen an die thermische Stabilität zusammenkommen.
Kurz gesagt: Bei RF & Microwave geht es nicht nur um Antennensimulation. Es ist ein Werkzeug, um das funktionale Hochfrequenzverhalten der gesamten Struktur auszulegen.
Das Modul Motors für die Auslegung von Elektromotoren und elektrischen Maschinen
Die Auslegung eines Elektromotors ist eine eigene Disziplin. Es genügt nicht, das Feld in einem einzigen Schnitt zu berechnen. Drehmoment, Verluste, Gegen-EMK, Induktivität, der Verlauf im Luftspalt und das zeitliche Verhalten müssen verfolgt werden. Genau für diese Art von Aufgaben ist das Modul Motors gedacht.
Seine Stärke liegt darin, analytische Ansätze und die Finite-Elemente-Methode zu kombinieren – je nachdem, was in der jeweiligen Entwurfsphase am besten passt. In der Praxis ist das äußerst nützlich: Zu Beginn der Entwicklung muss das Team Varianten schnell vergleichen. Später folgen detailliertere Validierung, feineres Abstimmen der Geometrie und die Prüfung der Betriebszustände. Ein einziger Solvertyp reicht dafür oft nicht aus.
Anwender schätzen auch den Auslegungsassistenten MotorWizard, der bei der Berechnung der für die Maschinenauslegung wichtigen Parameter hilft. Dazu gehören Drehmomentverlauf, Flussdichte im Luftspalt, Gegen-EMK (Back-EMF) und Phaseninduktivität. Das sind keine akademischen Werte, sondern Daten, auf deren Grundlage über Geometrie, Wicklung, Material und Betriebsstrategie entschieden wird.
Bei der Wahl eines Moduls für elektrische Maschinen lohnt es sich, einige Punkte zu beachten:
- Maschinentyp: BLDC, PMSM, Generator, Aktor oder spezielles rotierendes Gerät
- Benötigte Ergebnisse: Drehmoment, Verluste, Wirkungsgrad, Gegen-EMK, Induktivität, thermisches Verhalten
- Entwicklungsphase: schneller Variantenvergleich, detaillierte FEA-Validierung oder eine Kombination aus beidem
- Kopplung mit der Mechanik: Rotor, Luftspalt, Bewegung, Schwingungen und Bezug zur realen Belastung
Wird ein Motor ohne diese Analyseebene entwickelt, werden oft nur Prototypen wiederholt. Mit einem richtig aufgesetzten Simulationsablauf lässt sich ein Teil dieser Iterationen in den virtuellen Raum verlagern – physische Tests bleiben dann der wirklich entscheidenden Prüfung vorbehalten.
Multiphysik-Kopplungen: Wärme, Bewegung und mechanisches Verhalten
Bei elektromagnetischen Berechnungen ist es ein großer Fehler, beim Feld allein aufzuhören. Ein reales Produkt verhält sich nicht isoliert. Verluste werden zu Wärme, Wärme verändert Materialeigenschaften, Bewegung verändert den Magnetkreis, und mechanische Belastung kann Zuverlässigkeit und Lebensdauer beeinflussen.
Deshalb ist es wertvoll, dass EMWORKS in der Praxis auch mit Multiphysik-Kopplungen verbunden wird. Bei Niederfrequenzaufgaben kann das die Verknüpfung mit thermischen Verlusten, Kinematik oder Verformungen bedeuten. Bei Hochfrequenzanwendungen ist eine elektrothermische Prüfung sinnvoll. Und bei Motoren liegt es nahe, die elektromagnetische Auslegung zusammen mit Mechanik und Kühlung zu betrachten.
Wer einen sinnvollen Workflow aufbaut, geht häufig so vor:
- eine kritische Aufgabe mit messbarem Nutzen auswählen
- saubere Geometrie und korrekte Materialmodelle vorbereiten
- die Simulation mit einer Referenzmessung oder einem bekannten Zustand vergleichen
- eine wiederverwendbare Vorlage für weitere Projekte erstellen
So wird die Simulation nicht zum einmaligen Experiment, sondern zu einem festen Bestandteil der Entwicklung.
So wählen Sie das passende EMWORKS-Modul für Ihr Projekt
Die beste Wahl beginnt nicht beim Modulnamen, sondern bei der Frage, was genau Sie berechnen müssen. Geht es um magnetische Kräfte, Induktivität, Verluste und das Verhalten von Geräten bei niedrigen bis mittleren Frequenzen, ist EMAG sinnvoll. Interessieren Sie Antennen, Abstrahlung, Übertragungseigenschaften und S-Parameter, ist RF & Microwave die richtige Wahl. Steht eine elektrische Maschine im Mittelpunkt des Entwurfs, ist Motors die beste Wahl.
Es lohnt sich auch zu überlegen, wie die Ergebnisse weiterverwendet werden. Manchmal genügt eine einmalige Validierung. In anderen Fällen ist das Ziel regelmäßiges parametrisches Arbeiten mit Varianten. Und manchmal wird die Simulation zu einem festen Schritt vor jeder Konstruktionsfreigabe. Genau hier zeigt sich, ob die Software gut in den normalen CAD-Workflow passt und schnelle Iterationen ohne unnötig aufwendige Vorbereitung ermöglicht.
Für eine Pilotanwendung ist es ideal, ein repräsentatives Projekt auszuwählen – etwa eine Stromschiene unter Last, einen HF-Steckverbinder oder einen kleinen Motor, für den bereits Messungen vorliegen. An dieser Art von Aufgabe lassen sich Genauigkeit, Arbeitstempo und die Fähigkeit des Teams, Ergebnisse zu interpretieren, am besten prüfen.
Eine ausführlichere Übersicht der Produktreihe finden Sie auf 4-cad.cz, technische Unterlagen zu den Hochfrequenz- und 2D-Lösungen bietet auch die offizielle Website von EMWorks. Arbeitet Ihr Unternehmen bereits mit Autodesk Inventor oder SOLIDWORKS und soll die elektromagnetische Analyse Teil der normalen Entwicklung werden, ist genau das ein Werkzeug, das sich an einem realen Modell zu prüfen lohnt – nicht nur an einer Musterdemonstration.
