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Erzeugnis- und Technologieentwicklung durch numerische Simulation

Innerhalb der Erzeugnis- und Technologieentwicklung rückt die frühzeitige Nutzung geeigneter Software-Werkzeuge zur Simulation entsprechenden Aufgabenstellungen immer mehr in den Vordergrund. Ein Beispiel ist die zunehmende Einbindung von Software zur Berechnung mechanischer und thermischer Belastungen auf Basis der Finite-Element-Methode (FEM) in 3D-CAD-Systeme. Auch auf dem Gebiet der Strömungssimulation (CFD) ist eine vergleichbare Entwicklung zu verzeichnen.

Strömungsberechnung: Druckverhältnisse in einem
19-Kanal-Filterelement

Spannung in einem Keramikgehäuse bei Innendruck-
belastung (Viertelmodell)

Neben der Bewertung des Verhaltens von Erzeugnissen unter Einsatzbedingungen kommt der Optimierung technologischer Abläufe zur Verbesserung der Produkteigenschaften oder der Verringerung von Herstellungskosten speziell auf dem Gebiet der technischen Keramik wachsende Bedeutung zu.

Unsere Dienstleistung

Grundlage sind die langjährigen Erfahrungen bei der Entwicklung und Konstruktion von Erzeugnissen aus technischer Keramik und deren Einbindung in entsprechende Baugruppen in Verbindung mit speziellen Festigkeitsberechnungen unter Verwendung von FEM-Analysen. Darüber hinaus werden in unserem Haus wärme- und strömungstechnische Berechnungen mit entsprechenden Software (FEM, CFD) durchgeführt.
Es können sowohl technologische Prozesse während der Herstellung als auch bei der Weiterverarbeitung in Baugruppen (z.B. durch Löten) simuliert werden. Für die Berechnung der Strömungsverhältnisse im Zusammenhang mit porösen Körpern liegen entsprechende Erfahrungen im Zusammenhang mit dem Einsatz poröser Keramik für die Trennung von Stoffströmen vor.

Ein umfassender und realitätsnaher Aufbau der entsprechenden FEM-Modelle ist unter anderem gegeben durch:

Definition von zeit- und/oder temperaturabhängigen Randbedingungen, Belastungen und Materialeigenschaften
Thermoelektrische Kopplung, d.h. Erwärmung von stromdurchflossenen Leitern
Berücksichtigung der möglichen Wärmetransportvorgänge (Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung) bei gleichzeitiger Berechnung der Wärmeleitung im Festkörper
Verschiedene Lösungsansätze zur Berücksichtigung von Strömungs- und Materialgesetzen, z.B. Viskosität, Porosität

Je nach Problemstellung können zur Veranschaulichung die Spannungs-, Druck-, Geschwindigkeits- oder Temperaturverteilungen sowie Massen- oder Wärmeströme grafisch dargestellt werden. Für kritische thermische Zustände Temperaturverteilungen können zur Ermittlung der thermischen Spannungen in die statische Berechnung übernommen werden.

Wir bieten:

Berechnung des mechanischen und thermischen Verhaltens von Teilen und Baugruppen aus technischer Keramik und nichtkeramischen Materialien unter Einsatzbedingungen
Optimierung von technologischen Abläufen durch Simulation von Strömungs- und/oder Wärmetransportvorgängen
Keramikgerechte Auslegung von Bauteilen anhand der vorhergegangenen Berechnung der thermischen und mechanischen Belastung
Begleitende Werkstoff- und Erzeugnisprüfungen im Mechanikprüffeld, dem Labor für Qualität und Zuverlässigkeit und der Werkstoffanalytik