Pneumatikventil

Vorgabe war ein 3/2-Wegeventil für Nutzfahrzeuge: 10 bar Druckfestigkeit, thermische Stabilität bis 175 °C, 9–16 V bei −40 bis 80 °C Umgebungstemperatur — Zielgröße war der Materialpreis, nicht die Leistung. Die Architektur stand schnell fest. Parallel entstand ein Excel-VBA-Tool zur Grobauslegung, das den magnetischen Kreis löst, Wicklung und Drahtdurchmesser bestimmt und den Parameterraum nach dem Kostenminimum absucht.

Der Realitätscheck in FEMM sagte nein: Der Anker lieferte nur 8,43 N statt der geforderten 14,77 N, weil am Luftspalt Streufluss entsteht, den die analytische Rechnung nicht erfasst. Thermisch war sie das Gegenteil: Der Hotspot in der Spule lag bei 134 °C, weit unter den zulässigen 175 °C — das Bauteil war entsprechend zu groß und verschwendete Material.

Trial-and-Error reicht bei diesem Zielkonflikt nicht, also tastete das VBA-Skript systematisch über 65.000 Parameterkombinationen ab. Das Dashboard macht die Kostentreiber sofort greifbar, etwa wie die Kosten mit der Spulenbreite laufen — die dort gefundenen Idealparameter wurden die Basis für Version 2. Version 2 reizt die thermische Reserve bis 161 °C aus, erreicht die geforderte Kraft und senkt die Materialkosten um 64 % auf 1,19 € gegenüber 3,33 € in Version 1 — mit weniger Material, kleinerem Bauvolumen und höherer Stromdichte.

Um die Herstellkosten niedrig zu halten, verzichtet sie auf enge Fertigungstoleranzen; der kritische Luftspalt wird stattdessen erst bei der Endmontage passgenau eingestellt, kurz vor dem Verschweißen. Eine Version 3 mit quadratischem statt rundem Gehäuse könnte die Kosten unter 1,00 € drücken — gebaut ist nichts davon, alle Zahlen stammen aus der Simulation, nächster Schritt wäre ein Kraft-Hub-Prüfstand.