Wir machen Strömung und Wärme sichtbar.
Unsere Simulationen ermöglichen:
Eingesetzte Tools:
Vor, zwischen und nach Tauchbecken von Beschichtungsprozessen werden Bauteile oder Karosserien in Spritzzonen gereinigt. Durch den Spritzvorgang kann zusätzlich Flüssigkeit ins Innere der Bauteile gelangen. Da in dieser Phase oft die Ausrichtung der Fördertechnik konstant bleibt, kann ein Ablaufen in der Simulation untersucht und abgesichert werden.
Durch Verschmutzungssimulationen lässt sich das Partikelverhalten basierend auf Strömungsfeldern präzise vorhersagen. Dabei werden sowohl feine Schmutzpartikel (Lagrange) als auch gröbere Partikel (Discrete Element Method) analysiert. Besonderes Augenmerk liegt auf der Auftreffwahrscheinlichkeit und dem Verblockungsverhalten der Partikel. Für maximale Flexibilität können vielfältige physikalische Einflüsse wie Partikelform, -größe und Haftkräfte berücksichtigt werden.
Um einen optimalen Korrosionsschutz zu gewährleisten und Problemstellen präzise zu identifizieren, werden Lackierprozesse wie die Kathodische Tauchlackierung (KTL) simulativ unterstützt. Durch Mehrphasensimulation (VOF) sowie Modellierung des Lackiervorgangs (E-Coating) können sowohl resultierende Schichtdicken und Lufteinschlüsse als auch deren Wechselwirkung bestimmt werden, während der Overset-Mesh-Ansatz das Abbilden der exakten Tauchbewegung im Becken ermöglicht.
Mithilfe von Kalibrierungszyklen wird ein hohes Maß an Genauigkeit in Bezug auf Schichtdicken gewährleistet. Effiziente Vernetzungsprozesse ermöglichen hoch automatisierte Arbeitsweisen, sodass in vergleichsweise kurzer Zeit komplexeste Geometrien millimetergenau aufbereitet und berechnet werden können.
Vor allem im Bereich von Wasserstoffantrieben sind Phasenübergänge von großer Bedeutung, die durch geeignete Kondensations- und/oder Siedemodelle abgebildet werden können. In Kombination mit der Fluid-Film-Modellierung kann außerdem ein komplexes Mehrphasenproblem einphasig und damit vergleichsweise schnell und kosteneffizient bewertet werden. Zusätzlich ermöglicht die Bestimmung von kritischen Temperaturbereichen Aussagen in Hinblick auf mögliche Vereisung.
Bei der Durchführung von Tauchprozessen werden verschiedene Fragestellungen mithilfe von CFD- und FE-Berechnungen bewertet. Beispielsweise werden beim Ein- und Austauchen von Bauteilen die entstandenen Druckunterschiede untersucht, die dazu führen, dass außen- und innenliegende Teile zusammen- oder auseinander gedrückt werden. Dies birgt die Gefahr von plastischen Verformungen und Kleberversagen. Es können Drücke, Kräfte, Bauteilbewegungen und -verformungen analysiert und optimiert werden, um mögliche Risiken zu minimieren.
Nach dem Tauchprozess verbleiben oft Restflüssigkeiten in den getauchten Bauteilen. Um zu verhindern, dass diese Restflüssigkeiten in nachfolgende Becken verschleppt werden oder im Trockner einbrennen, wird eine VOF-Simulation eingesetzt. Diese ermittelt die verbleibenden Flüssigkeiten, die anschließend durch geeignete Öffnungen oder Bewegungen der Fördertechnik entleert werden können.
Die Simulation bietet zudem wertvolle Einblicke in die Strömungssituation im Becken. Basierend auf den vorherrschenden Prozessbedingungen können zielgerichtete Maßnahmen zur optimierten Umströmung der Bauteile getroffen werden, um den gesamten Prozess effizienter und zuverlässiger zu gestalten.
Bei Berechnungsverfahren, bei denen in einer Simulation die Kopplung zwischen zwei Kontinua mit unterschiedlichen Zeitskalen bewertet werden muss, kommt unsere eigens dafür entwickelte Co-Simulation zum Einsatz. Durch diesen Ansatz kann die Berechnungszeit deutlich reduziert werden, bei gleichbleibender Ergebnisgüte. Beispiele sind dabei Kopplungen zwischen transienten Luftströmungen und Solid-Bauteilen, die ein sehr träges thermisches Verhalten aufweisen. Abkühl- und Aufheizvorgänge können mit diesem Ansatz ebenfalls kostengünstig bewertet werden.
Im Zuge der E-Mobilität werden Berechnungsmethoden benötigt, um die Kühlleistung auf den Wicklungen von Elektromotoren zu berechnen. Aufgrund der unterschiedlichen Zustandsgrößen des Öls handelt es sich hierbei um höchst komplexe Berechnungen. Rotierende Ölstrahlen zerfallen aufgrund der Rotationsgeschwindigkeit und dem Auftreffen auf die Wicklungen in immer kleiner werdende Tröpfchen, die Öl-Wolken bilden. Auf den Wicklungen und den Wänden bildet sich ein Ölfilm, der sich letztendlich an verschiedenen Stellen sammelt.
Durch die Möglichkeit der Kombination verschiedener hybrider Mehrphasenmodelle wird eine effiziente Bewertung innerhalb einer einzigen Simulation erreicht. Optional können Wärmeübertragung und Elektromagnetismus dazugeschaltet werden.
Die Beölung von Zahnrädern in Getrieben als auch die Spritzschmierung im Bereich der zerspanenden Bearbeitung sind typische Anwendungsfälle für komplexe Mehrphasensimulationen mit bewegten Teilen. Hierbei können benetzte Flächen, Schleppverluste, Wärmeabfuhr und weitere Parameter bestimmt werden, um Verschleißprobleme zu vermeiden oder existierende Schadensbilder zu verstehen.
Zusammenhängende Ölmengen aus Ölsumpf oder Ölstrahl werden durch rotierende Teile fein zerstäubt und verteilt. Durch präzise numerische Diskretisierung sowie Modellierung von Hafteigenschaften werden selbst kleinste Ölmengen und deren Interaktion erfasst. Darüber hinaus können mittels Mehrphasensimulationen Befüllprozesse, wie sie in Kühlkreisläufen oder Batterien stattfinden, abgebildet werden, um beispielsweise Lufteinschlüsse zu lokalisieren und zu eliminieren.
In einem Trocknungsprozess werden durch den Einsatz thermischer Verfahren Bauteile entfeuchtet. So wird beispielsweise in einem Konvektionstrockner eine Karosserie auf eine Zieltemperatur aufgeheizt, die von der Applikation abhängt. Dies ist notwendig, um Prozessstoffe einzubrennen.
Durch den Einsatz der Co-Simulation kann der Prozess mit unterschiedlichen Zeitskalen abgebildet werden, was die Bewegung durch das Ofensystem und das gleichzeitige Aufheizen der Bauteile ermöglicht. Dabei wird die Bewegung im Fluid (Rechengebiet stationär) gelöst, während die Wärmeleitung im Bauteil (zeitabhängig/transient) in einer zweiten Region (Solid) berechnet wird. Diese Methode ermöglicht eine genaue Bewertung, um Produkt und Anlage hinsichtlich Zielbedingungen und Energieeffizienz wirtschaftlich zu optimieren.
Abschließend können Bauteiltemperaturen mithilfe eines Mapping-Verfahrens auf Finite-Elemente-Netze projiziert werden, die als Randbedingung für eine thermomechanische Verzug-Berechnung dienen.
Der Schlüssel zu einer langen Lebensdauer von Leistungselektronik liegt in ihrer effektiven Kühlung, um die zulässigen Höchsttemperaturen einzuhalten. Zur Entwicklung und Optimierung von Kühlsystemen sind Berechnungsmethoden erforderlich, die sämtliche Wärmeübertragungsmechanismen (Wärmeleitung, freie/erzwungene Konvektion, Wärmestrahlung) sowie aktive Kühlluftströmungen, oft erzeugt durch Lüfterräder, abbilden können. Die Modellierung rotierender Bauteile kann durch einen vereinfachten, stationären und sehr effizienten Moving-Reference-Frame-Ansatz (MRF) erfolgen.
Transiente Methoden sind physikalisch genauer und bieten Vorteile hinsichtlich der Ergebnisgüte, benötigen allerdings mehr Rechenzeit. Durch das tatsächlich rotierende Volumennetz können auch instationäre Effekte aufgelöst werden.
Kühlungsberechnungen ermöglichen Aussagen über Kühlluftmengen, Bauteiltemperaturen und relevante Wärmepfade. So kann ein vollständiges Systemverständnis erlangt und Optimierungspotentiale identifiziert werden.
Bei der Mischung von einphasigen Stoffen setzen wir in unseren Berechnungsmethoden auf die Large Eddy Simulation (LES), um das turbulente Verhalten mit hoher Genauigkeit abzubilden und dabei ein ausgewogenes Verhältnis zu den Simulationskosten zu wahren.
Bei den Turbolader- und Verdichtersimulationen werden sowohl stationäre als auch transiente Berechnungen durchgeführt. Dabei werden Kennfelder durch die Simulation erzeugt. Zusätzlich können die Grenzbereiche definiert werden, in denen die Pump- und Stopfgrenzen erreicht werden. Es ist außerdem möglich, das thermische Verhalten zu bewerten und Versagensschwachstellen zu lokalisieren.
Strahlmischdüsen sind Armaturen, welche gemäß des Prinzips einer Wasserstrahlpumpe die rührwerkfreie Durchmischung von großen Behältern unter anderem in der Lebensmittelindustrie ermöglichen. Ihr Vorteil liegt in der Eignung für den CIP-Process (Cleaning-in-Place), bei dem die Anlage automatisiert, ohne manuelle Arbeit, hygienisch gereinigt werden kann. Für die Auslegung und den Einsatz in der Anlage ist es wichtig, das Wirkungsprinzip der Düse im Behälter sowie ihren Druckverlust im Einsatz zu kennen.
Mit Hilfe einer CFD-Simulationsreihe ist es effizient und vergleichbar kostengünstig möglich die gesamte Baureihe unterschiedlicher Nennweiten bei verschiedenen Lastfällen, in verschiedenen Tanks zu untersuchen. Durch die detaillierte Strömungsvisualisierung kann die Armatur bezüglich Druckverlust und der Sekundärströmung optimiert werden.
Wir bringen Strukturen in Form.
Eingesetzte Tools:
Die Montage der Batteriebaugruppe erzeugt Verformungen im gesamten Rohbau. Insbesondere ungünstige Toleranzfelder der Batterie und des Rohbaus können diese Verformung weiter verstärken. Die Verformung in unterschiedlichen Toleranzlagen gilt es abzusichern. Außerdem können Kräfte in den Schraubverbindungen ermittelt werden, die aus dem Toleranzfeld resultieren.
Beim Fügen von Baugruppen durch thermische und mechanische Fügeverfahren wie zum Beispiel: Punkt- und Laserschweißen, Clinchen oder Rollfalzen entstehen Spannungen sowie plastische Verformungen. Durch die Fügesimulation lassen sich diese Prozesse detailliert analysieren. Sie ermöglicht die Vorhersage von Spannungen und Verformungen, sodass gezielte Optimierungsmaßnahmen für einzelne Bauteile und Betriebsmittel abgeleitet werden können. Auf diese Weise lassen sich bestehende Fertigungsprobleme erkennen und effizient lösen. Begleitend zur digitalen Produktentwicklung trägt die Fügesimulation dazu bei, den Einsatz von Hardware zu minimieren und die Qualität zu steigern.
Die Positionierung und Umsetzung der Fahrzeugkarosserie auf unterschiedlichen Skids erzeugt wechselnde Verformungszustände durch das Eigengewicht.
Anbauteile (Gewichtsvariationen), die im Entstehungsprozesse hinzugefügt werden, können zusätzlich abgesichert werden.
Das einseitige Anheben der Motorhaube erzeugt eine Verdrehung der Baugruppe. Dies zeigt sich an einem kleiner werdenden Spalt zwischen Kotflügel und Motorhaube. Eine Kollision oder Berührung gilt es zu vermeiden.
Das Glasfestdach wird mittels einer Klebeverbindung mit dem Rohbau gefügt. Das Einbringen erfolgt mittels Greifer an definierten Stellen.
Es gilt die Spannungen und absolute Verformungen des Klebers im Montageprozess abzusichern und die Greiferpositionen zu Optimieren. Es wird das Glasdach und auch die Aufnahme am Rohbau untersucht und abgesichert.
Das Verrollen ist ein Umformverfahren, bei dem ein Werkstück durch die Bewegung von Rollen plastisch verformt wird und zur Herstellung von Baugruppen genutzt werden kann. Durch Simulationen wird das Prozessverständnis vertieft und der Einfluss kritischer Prozessparameter auf die Qualität der Baugruppe analysiert. Zudem lassen sich Experimente zur quantitativen Bewertung der Baugruppe simulativ abbilden, sodass eine direkte Validierung möglich ist.
Bei der Massivumformung Drahtwicklung wird der Drahtlegungsprozess einer Wickelmaschine in dem gezeigten Beispiel simulativ dargestellt. Solche Simulationen werden zur CAD-Modellierung der Drähte verwendet, wodurch Fehler bei der manuellen Wicklungserstellung in CAD vermieden werden. Zudem ermöglicht die Simulation, den tatsächlichen Prozess des Fertigungsautomaten digital abzubilden. Dadurch können einerseits Kosten durch eine verkürzte Konstruktionszeit eingespart werden, andererseits wird die Funktionsweise einer Elektromotor-Spulen-Wickelmaschine digital abgebildet.
Die Vielfalt unserer Berechnungsverfahren erfordert flexible und anpassungsfähige Automatisierungslösungen, die auf die individuellen Bedürfnisse unserer Kunden abgestimmt sind. Wir entwickeln eigenständige Programme, die das Pre- und Post-Processing für CAE-Anwendungen automatisieren und für den Endanwender mit einer benutzerfreundlichen grafischen Oberfläche visualisiert werden.
Durch gezielte Prozessautomatisierung steigern wir die Effizienz, senken Kosten und minimieren Fehler. So ermöglichen wir verlässliche Liefertermine und höchste Qualitätsstandards für all unsere Kunden.
Eingesetzte Programmiersprachen:
Die EnSight Toolbox unterstützt Mitarbeitende dabei, Simulationsergebnisse effizienter in Ansys EnSight zu importieren und das Erstellen von Post-Processing-Objekten (wie Schnittebenen, Vektordarstellungen, Isosurfaces und -volumen, etc.) zu automatisieren. Die Datensätze werden verfahrensspezifisch über eine GUI eingelesen, wobei bis zu sechs Simulationsergebnisse miteinander verglichen werden können.
Des Weiteren ermöglicht ein JSON-Importer, Scenes aus Siemens Star-CCM+ in EnSight nachzubilden. Die erstellten Scenes werden in States gespeichert, wodurch sie von den Mitarbeitenden angepasst werden können.
Die ANSA Batch-Mesh Funktion ermöglicht es Mitarbeitenden, den Prozess der Netzgenerierung für Simulationen zu automatisieren und zu optimieren. Mit dieser Funktion können große Mengen an Geometrien effizient und konsistent verarbeitet werden, wodurch die Qualität und Genauigkeit der Simulationsergebnisse verbessert wird.
Über eine benutzerfreundliche GUI können verschiedene Netzparameter und Einstellungen konfiguriert werden, um den spezifischen Anforderungen der jeweiligen Simulation gerecht zu werden. Die Batch-Mesh Funktion unterstützt zudem die parallele Verarbeitung mehrerer Geometrien, was die Gesamtbearbeitungszeit erheblich reduziert.