Material-, Prozess- und Anwendungssimulation

Die SGL Group bietet langjährige Erfahrung in der Modellentwicklung und Simulation von Produktionsprozessen und Anwendungen im Bereich Kohlenstoff- und Keramikprodukte sowie Verbundwerkstoffe. Wir lösen Probleme, die bei der Herstellung dieser Materialien auftreten (Prozessmodellierung) und beantworten Fragestellungen zum Einsatz von Kohlenstoff, Graphit, Verbundwerkstoffen oder Keramiken in der Anwendung beim Kunden (Anwendungsmodellierung). Darüber hinaus berechnen wir Materialeigenschaften ausgehend von der Beschaffenheit der eingesetzten Rohstoffe (Materialmodellierung) und lösen Optimierungsprobleme. 

Basierend auf diesen Tätigkeiten bieten wir fundierte Kenntnisse in folgenden Bereichen:

Auslegung von Druckgeräten

Hintergrund:

Probleme bei der manuellen Auslegung komplexer Anlagen nach der Druckgeräterichtlinie

Vorgehensweise:

Berechnung und Auswertung von mechanischen Spannungen durch FEM auf Grundlage des AD Merkblatt

Ergebnis:

Auf Basis der Simulationsergebnisse wurden materialgerechte Auslegungskriterien entwickelt.

Konstruktion eines Mundstücks zur Extrusion keramischer Massen

Hintergrund:

Deutlich erhöhter Ausschuss im Extrusionsprozess bei Verwendung eines bestimmten Mundstücks

Vorgehensweise:

Simulation des Extrusionsvorgangs mit der auffälligen Form mittels CFD und Optimierung der Mundstückskonstruktion

Ergebnis:

Ein neues Mundstück wurde auf Basis der Simulationsergebnisse gefertigt, der Ausschuss konnte signifikant verringert werden.

Simulation der Viskosität einer keramischen Masse im Extrusionsprozess

Thermomechanische Auslegung von keramikbeschichteten
Graphit­bauteilen

Hintergrund:

Verlängerung der Standzeit eines beschichteten Graphitbauteils, das starken Temperaturwechseln ausgesetzt ist

Vorgehensweise:

Überarbeitung der Bauteilauslegung mit Hilfe eines thermomechanischen Modells

Ergebnis:

Das Modell sagt die Bereiche der größten Versagenswahrscheinlichkeit richtig voraus und ermöglicht so die Optimierung der Bauteilgeometrie.

Temperaturverteilung (links) und Spannungsverteilung (rechts) in einem keramikbeschichteten Graphitbauteil im Einsatz

Optimierung einer HCl-Syntheseanlage

Hintergrund:

Qualitätssteigerung bei der Produktion von HCl-Gas

Vorgehensweise:

Optimierung von Gasfluss und Wärmeübertragung durch fluiddynamische Simulation

Ergebnis:

Das neu entwickelte Brennerdesign mit optimierter Reaktionszone liefert eine höhere Produktqualität.

Anlage zur HCl-Synthese und HCl-Absorption

Hintergrund:

Ein mechanisch belastetes Bauteil soll eine möglichst hohe Steifigkeit bei möglichst geringem Gewicht aufweisen. Die äußeren Abmessungen des Bauteils sind vorgegeben.

Vorgehensweise:

Über einen Optimierungsalgorithmus wird Material an den Stellen aus der Konstruktion entfernt, an denen es nicht zur Steifigkeit des Bauteils beiträgt.

Ergebnis:

Die spezifische Steifigkeit des Bauteils wurde verdoppelt im Vergleich zu einem aus Vollmaterial gefertigten Bauteil.

Topologieoptimierter Cantilever aus Carboprint mit Spannungsverteilung unter Biegung

Hintergrund:

Aufwändige Planung von:

  • Verteilung von Rohstoffen
  • Transport von Halbzeug
  • Auslastung von Anlagen

Vorgehensweise:

Entwicklung und Programmierung von Optimierern mit Hilfe der sogenannten „Bin Packing“ Methode

Ergebnis:

Die computergestützte Planung ermöglicht Kosteneinsparungen durch reduzierten Arbeitsaufwand, geringeren Zeitaufwand oder eine höhere Ausbeute.

Visualisierung der mathematischen Optimierung (hier Maximierung)

Bestimmung der Reaktionskinetik bei der thermochemischen Reinigung

Hintergrund:

Optimierung der Prozessführung bei der thermochemischen Reinigung von Graphit

Vorgehensweise:

Bestimmung der Reaktionskinetik in Laborversuchen und Übertragung in ein thermochemisches Modell des Produktionsprozesses

Ergebnis:

Durch optimierte Temperatur- und Prozessgassteuerung konnte die Umweltbelastung reduziert werden.

Visualisierung der Vorgehensweise bei der Bestimmung der Reaktionskinetik mittels Laborversuchen und modellgestützter Auswertung


Der gezielte Einsatz der Modellierung bringt viele Vorteile:

  • Reduktion von Entwicklungs- und Produktionskosten
  • Beschleunigung der Entwicklung von neuen Produkten und Dienstleistungen
  • Optimale Nutzung bestehender und Optimierung neuer Anlagen
  • Effizienteste Lösungen durch tiefgreifende Untersuchung physikalischer und wirtschaftlicher Zusammenhänge

Durch hauseigene Messeinrichtungen und Technikumsanlagen sind wir in der Lage, die für die Modellierung benötigten Materialeigenschaften selbst zu bestimmen. Zusätzlich können wir durch die experimentelle Validierung von Simulationsergebnissen, Komplettlösungen aus Simulation und Versuch anbieten.

Ablauf des Modellierungsprozesses von der Kundenanfrage bis zur Präsentation der Lösung


Mit unserer Erfahrung und unseren interdisziplinären Kompetenzen sowie unserem Verständnis von Industrie- und Geschäftsprozessen stehen wir Ihnen gerne als Ansprechpartner zur Verfügung.

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