Projektbeispiele

Auszüge der Expertise von OptimumOne

Maschinenbau

Erdbebensimulation Grundrahmen Gasturbine


OptimumOne hat mittels FEM-Simulation den Grundrahmen einer Gasturbine berechnet und optimiert.
Erdbebensimulation Grundrahmen

Ein Aggregate-Grundrahmen soll europaweit verwendet werden können und muss daher auch für die Aufstellung in seismisch aktiven Gebieten ausgelegt und nachgewiesen werden. Der Grundrahmen wird auf speziellen Feder-Dämpfer-Elementen gelagert, welche auftretende Beschleunigungen reduzieren und ein Aufschwingen verhindern.

Der Rahmen und die Feder-Dämpfer-Elemente wurden mittels einer gedämpften Modalanalyse untersucht. Anschließend wurde mit der Antwortspektren-Methode eine seismische Analyse der Baugruppe durchgeführt und die Standsicherheit bewertet. Es wurden noch weitere Lastfälle, wie z.B. Anheben und thermische Lasten, simuliert.

Anhand der Ergebnisse konnten sowohl die notwendige Steifigkeit als auch das benötigte Dämpfungsmaß der Feder-Dämpfer-Elemente ermittelt werden. Die Struktur des Grundrahmens wurde in mechanisch hoch belasteten Bereichen optimiert.


Kunden-Mehrwerte:
SICHERHEIT
QUALITÄT


Maschinenbau

Festigkeitsnachweis Lastaufnahmemittel Ladegabel


OptimumOne führt Berechnungen und Festigkeitsnachweise Lastaufnahmemittel nach DIN EN 13001 und DIN EN 13155 durch
FEM Berechnung Lastaufnahmemittel Ladegabel

Die Maschinenrichtlinie 2006/42/EG sieht vor, dass für Lastaufnahmemittel, auch für ausschließlich innerbetrieblich genutzte Sonderbauten, eine Konformitätserklärung ausgestellt und eine CE Kennzeichnung angebracht werden muss.
Hierzu muss ein Nachweis vorhanden sein, dass das Lastaufnahmemittel bei bestimmungsgemäßer Verwendung die Sicherheit von Menschen nicht gefährdet. Dieser Nachweis muss rechnerisch geführt und durch reale Versuche validiert werden.

Die grundlegende Auslegung und Berechnung von Kranen ist in der DIN EN 13001 geregelt. Weiterführende Regelwerke befassen sich mit Sonderformen, wie z.B. die DIN EN 13155 für lose Lastaufnahmemittel.

Die nebenstehend abgebildete Ladegabel wurde normgerecht nachgewiesen, so dass nach dem realen Belastungstest eine CE-Kennzeichnung angebracht und das Lastaufnahmemittel für die Verwendung freigegeben werden konnte.


Kunden-Mehrwerte:
SICHERHEIT
QUALITÄT
ZEITERSPARNIS


Maschinenbau

Simulation Luftlager


Optimierung eines Luftlagers mittels Strömungs- und Schwingungssimulation durch OptimumOne.
Simulation Luftlager

Bei schnell rotierenden Präzisionsmaschinen bietet sich der Einsatz von  Luftlagern an. Diese unterstützen hohe Geschwindigkeiten und durch den reibungsfreien Betrieb entsteht kein Verschleiß. Für einen optimalen Betrieb müssen Luftlager jedoch für jeden Anwendungsfall individuell ausgelegt werden.

OptimumOne hat im Kundenauftrag ein radiales, aerostatisches Luftlager mit Hilfe der numerischen Strömungssimulation berechnet und optimiert. Die CFD Simulation liefert neben der Lagersteifigkeit auch weitere physikalische Größen, wie z.B. die Druck-, Geschwindigkeits- und Temperaturverteilung. Zur Bewertung des dynamischen Verhaltens wurde zusätzlich eine Eigenfrequenzanalyse durchgeführt.

Durch die individuelle, simulationsgestützte Optimierung des Luftlagers konnte die Qualität gesteigert werden. Es wurden Prototypen eingespart und somit Einwicklungszeit und Kosten reduziert.


Kunden-Mehrwerte:
QUALITÄT
ZEITERSPARNIS
KOSTENREDUKTION


Maschinenbau

Erdbebenberechnung Grundrahmen Kühlaggregat


OptimumOne hat mittels FEM-Simulation eine Erdbebenberechnung durchgeführt und einen Standsicherheitsnachweis an einem Grundrahmen von einem Kühlaggregat erstellt
Erdbebenberechnung Grundrahmen Kühlaggregat

Gängige Kühlaggregate (sogenannte „Chiller“) sind Kühlsysteme, die die Hitze eines Prozessmediums aufnehmen und auf ein anderes Medium übertragen. Solche Chiller werden mitsamt der eingebauten Wärmetauscher meist räumlich getrennt von der eigentlichen Hitzequelle installiert, müssen aber natürlich den selben Erdbebenbelastungen stand halten wie die Prozessanlage.

Im Rahmen einer Erdbebenberechnung wurde für ein Chiller-Package, bestehend aus einem Grundrahmen mit drei identischen Kühlaggregaten, die Belastung durch seismische Beschleunigungen simuliert.

Mit Hilfe der FEM-Berechnungen konnte der rechnerische Standsicherheitsnachweis der Kühlanlage für den Erdbebenfall erbracht werden. Der Nachweis ist Teil der Anlagendokumentation und wird dem Betreiber bei der Inbetriebnahme ausgehändigt.


Kunden-Mehrwerte:
SICHERHEIT
QUALITÄT
ZEITERSPARNIS


Maschinenbau

thermische Strömungssimulation Bandofen


OptimumOne berechnet Temperatur- und Strömungsverteilung in Bandofen
thermische Strömungssimulation (CFD) Bandofen

In einem Bandofen wird ein Produktband aus Vlies mit Heißluft getrocknet. Bei dem Trocknungsprozess ist eine möglichst effektive Trocknung und gleichmäßige Temperaturverteilung des Produktes entscheidend.

Mithilfe einer thermischen Strömungssimulation (CFD) wurde die Strömungs- und Temperaturverteilung in dem Bandofen berechnet und visualisiert. Für den Heizprozess wurden verschiedene Heizmethoden wie Brennerbetrieb oder Elektroheizung simuliert und miteinander verglichen.

Durch die Simulation wurde ein Systemverständnis für die Strömungs- und Temperaturverhältnisse in dem Bandofen aufgebaut. Durch eine gezielte Strömungsführung kann dabei Energie eingespart und das Produkt gleichmäßiger erwärmt werden. Weiterhin konnte unser Kunde die Simulationsergebnisse für eigene Marketingzwecke nutzen.


Kunden-Mehrwerte:
QUALITÄT
KOSTENREDUKTION
VISUALISIERUNG/
KOMMUNIKATION


Druckgeräte

Strömungssimulation Ventil


Die OptimumOne GmbH hat im Kundenauftrag den Druckverlust eines Ventils berechnet.
Strömungssimulation Ventil

Bei der Auslegung von Ventilen ist die Ermittlung des Druckverlustes bei  verschiedenen Ventilstellungen ein wichtiges Kriterium. OptimumOne ermöglicht es, mit Hilfe der numerischen Strömungssimulation (CFD) im Vorfeld ein Ventil auszulegen, ohne auf kostspielige Prototypen zurückgreifen zu müssen.

Für ein Ventil wurde eine Strömungssimulation durchgeführt und die Druck- und Geschwindigkeitsverteilung berechnet. Weiterhin wurde der Zeta und kv-Wert des Ventils bestimmt und eine  Kavitationsbewertung durchgeführt. Zudem wurde eine Festigkeitsanalyse  des Gehäuses gemäß Druckgeräterichtline vorgenommen.

Durch die Analyse des Ventils lässt sich im vorherein bereits berechnen, ob das konstruierte Ventil Ihre Anforderungen erfüllt. Falls nicht, können maßgeschneiderte Optimierungen ausgearbeitet werden, sodass Sie für Ihre Zwecke ein optimales Ventil verwenden.


Kunden-Mehrwerte:
QUALITÄT
ZEITERSPARNIS
KOSTENREDUKTION


Druckgeräte

Festigkeitsbewertung Wärmetauscher DIN EN 13445


FEM-Berechnung und Festigkeitsnachweis Druckgeräterichtlinie DIN EN 13445 eines Wärmetauschers durch OptimumOne GmbH
FEM Berechnung Wärmetauscher

Behälter mit einem Überdruck von mehr als 0,5 bar unterliegen den Anforderungen der Druckgeräterichtlinie 2014/68/EU (vormals 97/23/EG). Hierzu zählt der Nachweis der statischen Festigkeit und ggf. der Ermüdungsfestigkeit.

Für den normgerechten Nachweis nach DIN EN 13445 wurde von OptimumOne ein Wärmetauscher mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode analysiert. Dabei konnten auch thermische Spannungen aufgrund der Temperaturänderung berücksichtigt werden. Zusätzlich zum statischen Nachweis wurde auch die Dauerfestigkeit des Wärmetauschers, aufgrund variabler Betriebslasten, nachgewiesen.

Durch die Analyse des Wärmetauschers konnte der Festigkeitsnachweis gemäß der Druckgeräte-richtlinie geführt werden. Dieser wurde im Anschluss von einer Benannten Stelle geprüft und freigegeben.


Kunden-Mehrwerte:
SICHERHEIT
QUALITÄT
ZEITERSPARNIS


Druckgeräte

Festigkeitsnachweis Armatur AD2000


FEM-Simulation und Festigkeitsnachweis gemäß Druckgeräterichtlinie AD2000 einer Armatur durch die OptimumOne GmbH
FEM-Simulation Armatur

Für drucktragende Komponenten muss gemäß der Druckgeräterichtlinie (DGRL) ein Nachweis der Festigkeit erfolgen. Dabei können unterschiedliche Belastungszustände, wie z.B. Betriebs- und Prüflasten oder der Berstdruck, berücksichtigt werden.

Durch die von OptimumOne durchgeführte FEM-Simulation konnte der statische Festigkeitsnachweis einer Armatur nach dem AD2000-Regelwerk geführt werden. Die Berechnung und der zugehörige Nachweis wurden in einem prüffähigen Bericht dokumentiert, so dass dieser zur Abnahme dem TÜV vorgelegt werden kann.

Durch die Simulation der Armatur konnte die statische Festigkeit der Armatur gemäß der Druckgeräterichtlinie validiert werden. Dadurch konnte auf den Bau und die Prüfung von einzelnen Prototypen verzichtet werden.

Darüber hinaus wurden die kritischen Bereiche der Armatur aufgezeigt. Diese Zusatzinformationen können für zukünftige Konstruktionen berücksichtigt werden.


Kunden-Mehrwerte:
SICHERHEIT
KOSTENREDUKTION
VISUALISIERUNG/
KOMMUNIKATION


Apparate- und Anlagenbau

Explosionsdruckstoßfestigkeit DIN EN 14460


Die OptimumOne GmbH berechnet Explosionsdruckstoßfestigkeit nach DIN EN 14460 als FEM-Dienstleister
FE-Analyse Industrieanlage

In Folge einer Explosion im Inneren einer Industrieanlage muss sichergestellt werden, dass keine Gefährdung für die Umgebung besteht. Die zugehörigen Anforderungen an explosionsfeste Geräte sind in der DIN EN 14460 festgelegt.

Von OptimumOne wurde die Explosionsdruckstoßfestigkeit einer Anlage nachgewiesen. Basierend auf einer FEM-Simulation wurden die Folgen des Explosionsdrucks ermittelt und gemäß den Vorgaben der DIN EN 14460 bewertet. Die Vorgehensweise und Auswertemethodik richtete sich dabei nach den Vorgaben der DIN EN 13445 für die Bewertung von Druckbehältern.

Mit der Berechnung konnte nachgewiesen werden, dass die Filteranlage nicht berstet und keine Gefahr für die Umgebung besteht.


Kunden-Mehrwerte:
SICHERHEIT
QUALITÄT
VISUALISIERUNG/
KOMMUNIKATION


Apparate- und Anlagenbau

Erdbebenberechnung & Standsicherheitsnachweis Fermenter


OptimumOne erstellt Erdbebenberechnung und Standsicherheitsnachweis eines Fermenters mittels FEM-Simulation
Erdbebenberechnung Fermenter

Für Biogasanlagen werden große Behälter für den Fermentierungsprozess der Biomasse eingesetzt. Diese sogenannten Fermenter haben einen Durchmesser von bis zu 10 m und eine Länge von bis zu 40 m, um ein entsprechend großes Volumen an Biomasse aufnehmen zu können.

Neben der Belastung durch das Eigengewicht und die Flüssigkeitssäule der Biomasse müssen die Fermenter – abhängig vom jeweiligen Standort – auch Umweltlasten wie Wind-, Schnee- und Erdbebenlasten stand halten können. Durch das hohe Gewicht und den mehr oder weniger flüssigen / viskosen Zustand der Biomasse stellen vor allem die seismischen Beschleunigungen hohe Anforderungen an die Festigkeit der Konstruktion.

Mit Hilfe von Finite-Elemente-Berechnungen von OptimumOne konnten bereits verschiedene Fermenter für unterschiedliche weltweite Standorte rechnerisch nachgewiesen und – sofern notwendig – ertüchtigt werden.


Kunden-Mehrwerte:
SICHERHEIT
QUALITÄT
ZEITERSPARNIS


Apparate- und Anlagenbau

Erdbebenberechnung & Standsicherheitsnachweis Filteranlage


Erdbebenberechnung und Standsicherheitsnachweis einer Filteranlage von OptimumOne
Standsicherheitsnachweis Filteranlage

Industrieanlagen können den unterschiedlichsten Umgebungseinflüssen ausgesetzt sein. Die dargestellte Filteranlage ist zum Beispiel Wind- und Schneelasten, sowie möglichen Erdbebenlasten ausgesetzt. Diese müssen für den Standsicherheitsnachweis der Filteranlage, zusätzlich zu den Betriebslasten, berücksichtigt werden.

Aufgrund der Betriebslasten sind für die Filteranlage produktspezifischen Normen, wie die EN 13445 oder das AD 2000-Regelwerk vorgeschrieben. Erdbebenlasten werden anhand des Eurocode 8 ermittelt.

Durch die Experten von OptimumOne wurde eine geeignete Kombination aus unterschiedlichen Normen hergeleitet. Damit konnte der Standsicherheits- und Stabilitätsnachweis für die Betriebs- und Umgebungslasten normgerecht geführt werden.


Kunden-Mehrwerte:
SICHERHEIT
QUALITÄT
VISUALISIERUNG/
KOMMUNIKATION


Fahrzeugtechnik

FIA Homologation Sicherheitskäfig


FEM-Berechnung eines Sicherheitskäfigs gemäß FIA-Vorgaben von der OptimumOne GmbH
FEM-Berechnung Sicherheitskäfig

Rennfahrzeuge müssen den Reglements der FIA entsprechen. Um höchstmögliche Sicherheit des Fahrers zu gewährleisten, müssen Sicherheitskäfige gemäß der FIA-Vorgaben homologisiert werden. Ziel ist es das Leben und die Gesundheit des Fahrers im Falle eines Crashs bestmöglich zu schützen.

Im Rahmen der Entwicklung eines neuen, gewichtsoptimierten Sicherheitskäfigs wurden die vorgeschriebenen Lastfälle von OptimumOne berechnet und die Festigkeit des Käfigs untersucht.

Mit Hilfe der FEM-Berechnungen konnte ein gewichtsoptimierter Leichtbau Sicherheitskäfig entwickelt werden. Die Berechnungen wurden vom TÜV abgenommen und der Käfig konnte rechtzeitig zum Saisonstart freigegeben und eingesetzt werden.


Kunden-Mehrwerte:
SICHERHEIT
QUALITÄT
ZEITERSPARNIS


Fahrzeugtechnik

Schwingungsanalyse eines Common Rail


OptimumOne GmbH führt mittels FEM-Simulation eine Schwingungsanalyse und Modalanalyse eines Common Rail durch
Schwingungsanalyse Einspritzsystem

Alle am Verbrennungsmotor angebundenen Bauteile sind den Schwingungen durch den Verbrennungstakt ausgesetzt. Wird dabei eine Eigenfrequenz angeregt, so kann es zu einem Aufschwingen dieser Komponente kommen, was im schlimmsten Fall ein Bauteilversagen verursachen kann.

Um dies zu verhindern wurde von OptimumOne das Commonrail mit den zugehörigen Leitungen an einem Dieselmotor näher untersucht. Anhand einer Modalanalyse wurden die Eigenfrequenzen ermittelt und mit den möglichen Anregungsfrequenzen verglichen. Weiterhin wurde mittels Frequenzganganalyse die Sinus-Schwingungen Anregung durch den Motor berechnet.

Für ein genaues Ergebnis wurde in der Simulation die Füllmasse in den Leitungen berücksichtigt. Darüber hinaus wurde eine Methode ausgearbeitet, um die Steifigkeit der zweilagigen Leitungen realitätsnah abzubilden.

Durch die Analyse wurden das Schwingverhalten des Common Rail  mit den dazugehörigen Leitungen bestimmt. Dadurch konnte die Kontur und Lagerung der Rohrleitungen so angepasst werden, dass eine Schwingungsanregung durch den Motor unterbunden wurde.


Kunden-Mehrwerte:
SICHERHEIT
QUALITÄT
ZEITERSPARNIS


Fahrzeugtechnik

FEM-Simulation Tankaufbau Gefahrgut (ADR)


OptimumOne führt FEM-Simulation für Gefahrgut Tankaufbau nach ADR durch
FEM Simulation Gefahrgut Tankaufbau

Für Gefahrguttransportbehälter muss aus Sicherheitsgründen ein entsprechender Festigkeitsnachweis geführt werden. Es gilt das europäische Übereinkommen über die internationale Beförderung gefährlicher Güter auf der Straße (ADR).

OptimumOne hat eine FEM-Simulation von einem Tankaufbau für Gefahrgut durchgeführt. Die Auslegung und Optimierung des Tankaufbaus erfolgte durch eine Spannungsanalyse anhand der Finite-Elemente-Methode gemäß DIN EN 13094. Die Lasten wurden anhand des ADR‘s definiert.

Nach erfolgreicher Optimierung der Konstruktion wurden die Ergebnisse der FEM-Simulation in einem prüffähigen Bericht dokumentiert. Der Bericht und das Rechenmodell wurden vom TÜV geprüft und abgenommen. Für die Zulassung bei der BAM erfolgte ein Abgleich eines gesonderten Lastfalles mit einem realen Versuchsaufbau.

Mit Hilfe der FEM-Simulation wurde ein optimierter Tankaufbau entwickelt, welcher die geforderten Festigkeitsanforderungen erfüllt. Die Prüfung der Berechnung durch den TÜV ist die Grundlage für die Zulassung bei der BAM.


Kunden-Mehrwerte:
SICHERHEIT
QUALITÄT
ZEITERSPARNIS


Medizintechnik

Dauerfestigkeit Prothesenschaft Hüftprothese


Simulation Dauerwechselfestigkeit einer Hüftprothese mit Hilfe einer FEM-Berechnung von der OptimumOne GmbH
FEM-Simulation Prothesenschaft

Die Anforderungen zur Dauerwechselfestigkeit für den Hüftgelenkersatz sind in der ISO 7206 beschrieben. Dabei wird in Hals- und Schaftbereich unterschieden. Für den Halsbereich gilt die ISO 7206-6 und für den Schaftbereich die ISO 7206-4.

Bei beiden Dauerschwingprüfungen wird eine Druckkraft senkrecht auf den Hüftkopf eingeleitet. Es unterscheiden sich jedoch die Lasten sowie die geforderten ertragbaren Lastspiele. Weiterhin sind die Prothesen unterschiedlich in PMMA eingebettet.

Mit Hilfe von FEM-Berechnungen wurden die beiden Dauerschwingprüfungen aus ISO 7206-6 und ISO 7206-4 für einen Prothesenschaft simuliert. Es erfolgte eine Dauerfestigkeitsbewertung für die geforderten Lastspielzahlen.

Durch FEM-Simulation von OptimumOne wurden Dauerschwingprüfungen gemäß ISO 7206-6 und ISO 7206-4 berechnet und Konstruktionsvarianten rechnerisch verglichen. Dadurch konnten kosten- und zeitintensive Test reduziert werden.


Kunden-Mehrwerte:
SICHERHEIT
QUALITÄT
ZEITERSPARNIS


Medizintechnik

Festigkeitsberechnung Toilettensitzerhöhung


FEM-Simulation und Festigkeitsberechnung einer Toilettensitzerhöhung (Medizintechnik) als FEM Dienstleistung von der OptimumOne GmbH
FEM-Simulation Toilettensitzerhöhung

Die gebrauchsübliche Höhe von Toilettenbecken ist für Personen mit Bewegungseinschränkungen häufig zu niedrig und verursacht zusätzliche Beschwerden. Toilettensitzerhöhungen erleichtern ein kontrolliertes Hinsetzen und Aufstehen.

Diese speziellen Toilettensitzerhöhungen müssen unterschiedlichen Belastungen sicher standhalten. Dazu zählen sowohl das Sitzen selbst, als auch Belastungen durch das Abstützen und Aufstehen. Prüfverfahren zur Bestimmung der Festigkeit und Dauerhaltbarkeit sind in der DIN EN 1728 definiert.

Um die Konstruktion in einer frühen Phase zu optimieren, wurde der Belastungstest simuliert. Anhand der CAD-Daten wurden Finite-Elemente Analysen (FEA) durchgeführt, bei denen die auftretenden Verformungen und Spannungen rechnerisch ermittelt und visualisiert wurden.

Durch die während der Produktentwicklung von OptimumOne durchgeführten Simulationen konnten aufwändige und teure Prototypentests vermieden werden. Zusätzlich wurden die hochbelasteten Bereiche identifiziert und die Konstruktion durch geeignete Optimierungsmaßnahmen verbessert.


Kunden-Mehrwerte:
ZEITERSPARNIS
KOSTENREDUKTION
VISUALISIERUNG/
KOMMUNIKATION