Referenzen

Auszüge der Expertise von OptimumOne

Haushaltsgeräte

Struktursimulation Geschirrspülmaschine


Geschirrspülmaschinen werden bei der Auslieferung mit einem Stapler geklammert. Dies stellt eine hohe mechanische Belastung für das Gerät dar. Es wurden statische Analysen durchgeführt und die plastischen Dehnungen sowie die Beulsicherheit bewertet.

Um Transportschäden zu vermeiden, muss das Gerät eine Fallprüfung aus einer definierten Höhe überstehen. Die Simulation des Falltests erfolgte mit einer dynamischen Analyse.

Anhand der Simulationsergebnisse konnten Optimierungen für das Gerät und das Verpackungsmaterial abgeleitet werden. Das Risiko eines Transportschadens wurde minimiert und dadurch die Sicherheit gesteigert.

Materialeinsparungen führten zu geringeren Fertigungskosten. Die Kostenreduktion spielt bei der Großserienproduktion des Gerätes eine wichtige Rolle.


Kunden-Mehrwerte:
SICHERHEIT
QUALITÄT
KOSTENREDUKTION


Haushaltsgeräte

Schwingungsanalyse Waschmaschinentrommel


Die Schleuderdrehzahl einer Waschmaschine beträgt bis zu 1600 U/min, dies entspricht 26,7 Hz. Um ein Aufschwingen zu vermeiden, muss die erste Eigenfrequenz der Trommel über dieser Frequenz liegen.

Es wurde eine Modalanalyse durchgeführt. Mit dieser dynamischen Analyse konnten die Eigenfrequenzen und die dazugehörigen Schwingungsformen berechnet werden. Durch eine Sicken-Optimierung entstand eine verbesserte Form der Trommel.

Der Einsatz der Simulation führte zu einer Qualitätssteigerung des Produktes. Zudem konnte durch reduzierte Versuche ein Zeitvorteil bei der Entwicklung erzielt werden.


Kunden-Mehrwerte:
QUALITÄT
ZEITERSPARNIS


Luft- & Raumfahrt

Thermische Analysen Elektronik-Steuergerät


Elektronische Steuergeräte für die Luftfahrt müssen besondere Sicherheitsanforderungen erfüllen. Geräte für sicherheitskritische Anwendungen dürfen in einem Brandfall nicht ausfallen.

Für ein elektronisches Steuergerät wurde eine thermische Analyse durchgeführt. Zunächst erfolgte die Simulation des „Normalbetriebes“ und anschließend die Simulation des Brandfalles.

Ergebnis der Analyse ist das zeitlich veränderliche Temperaturfeld im Brandfall. Diese Information ist zur Bewertung der Ausfallsicherheit relevant. Durch die Simulation konnten die Prototypentests verringert und somit Entwicklungszeit und Kosten reduziert werden.


Kunden-Mehrwerte:
SICHERHEIT
ZEITERSPARNIS
KOSTENREDUKTION


Luft- & Raumfahrt

Simulation Wanderfeldröhre


Wanderfeldröhren werden unter anderem zur Signalverstärkung in Satelliten eingesetzt. Die Röhren sind beim Raketenstart mechanischen Schwingungen ausgesetzt. Zudem liegt im Weltall eine starke Wärmeeinstrahlung durch die Sonne vor. Wärme kann im All nur durch Strahlung abgeführt werden.

Es wurden mehrere dynamische Analysen durchgeführt und mit Hilfe einer Modalanalyse zunächst die Eigenfrequenzen bestimmt. Die beim Raketenstart auftretenden Schwingungen konnten mittels PSD-Analyse berechnet werden. Bei der Simulation des Temperaturfeldes wurden unterschiedliche Stellungen zur Sonne simuliert und Abschattungseffekte durch Strahlungs-Sichtfaktoren berücksichtigt.

Die Ergebnisse aus den verschiedenen Simulationen sind eine wichtige Grundlage zur Optimierung der Konstruktion. Bei der Optimierung wurden verschiedene Konstruktionsvarianten berechnet und vergleichend bewertet.

Durch den Einsatz der Simulation erfolgte eine Optimierung in einem frühen Entwicklungsstadium und kostspielige Tests konnten reduziert werden.


Kunden-Mehrwerte:
QUALITÄT
ZEITERSPARNIS
KOSTENREDUKTION


Fahrzeugtechnik

Struktursimulation Scheibenwischer


Wischanlagen sind unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt. Durch den Antrieb können in bestimmten Stellungen extreme Lasten beim Blockieren auftreten. Eine Blockierung des Wischsystems liegt zum Beispiel im Winter bei Schnee vor. Wird der Scheibenwischer hochgeklappt und dann wieder auf die Scheibe fallen gelassen, so darf weder der Wischer noch das Glas beschädigt werden. Dies wird mit einem Aufpralltest geprüft. Bei unsachgemäßem Wechsel der Wischerblätter, dem sogenannten Misuse-Test, wird der hochgeklappte Wischarm seitlich belastet. Zudem regen die Fahrzeugvibrationen die Wischanlage zum Schwingen an.

Die Blockierlastfälle und der Misuse-Test wurden mit statischen Analysen unter Berücksichtigung der Kinematik und des nichtlinearen Werkstoffverhaltens simuliert. Es erfolgte eine Bewertung der plastischen Dehnungen und der Knicksicherheit.

Dynamische Analysen sind Grundlage für die Simulation des Aufpralltests und der Schwingungsanregung. Der Aufpralltest erfolgte mit einer expliziten Kurzzeitdynamik-Simulation. Die Schwingungsanregung durch die Straßenbedingungen konnte mittels PSD-Analyse simuliert und eine Dauerfestigkeitsbewertung durchgeführt werden.

Bei der Auslegung von Wischanlagen müssen unterschiedliche Disziplinen perfekt zusammenspielen.

Durch den Einsatz moderner Simulationsmethoden können eventuell vorhandene Schwachstellen frühzeitig erkannt und optimiert werden. Die Qualität des Produktes wird verbessert und der Entwicklungsprozess drastisch beschleunigt.


Kunden-Mehrwerte:
QUALITÄT
ZEITERSPARNIS


Fahrzeugtechnik

Aerodynamik Tankfahrzeug


Der aerodynamische Widerstand ist eine maßgebliche Größe für den Kraftstoffverbrauch. Dieser ist durch die zuladungsoptimierte Form bei Nutzfahrzeugen häufig nicht optimal.

Die Umströmung eines Tankfahrzeuges wurde mit einem „virtuellen“ Windkanal simuliert. Anhand der Simulationsergebnisse können Verwirbelungen und Bereiche mit hohem oder niedrigem Druck visualisiert werden.

Zur Bewertung des aerodynamischen Verhaltens wurde die Strömungswiderstandskraft für Fahrzeugfront, Fahrzeugboden, Seiten und Heck ermittelt. Anhand dieser Erkenntnisse konnten strömungsoptimierte Formen abgeleitet werden.

Eine bessere Aerodynamik führte zu einer Effizienzsteigerung und zu einer maßgeblichen Reduzierung des Verbrauchs.


Kunden-Mehrwerte:
QUALITÄT
VISUALISIERUNG/
KOMMUNIKATION


Apparate, Behälter- & Anlagenbau

Festigkeitsbewertung Druckbehälter


Die Anforderungen an Druckgeräte sowie die Regelungen für das Inverkehrbringen von Druckgeräten innerhalb des Europäischen Wirtschaftsraumes sind in der sogenannten Druckgeräterichtlinie (früher: 97/23/EG, jetzt: 2014/68/EU) geregelt.

Die Hersteller von Druckbehältern, welche unter diese Richtlinie fallen, sind verpflichtet, rechnerische oder experimentelle Festigkeitsnachweise ihrer Produkte zu erbringen.

Ein Druckbehälter wurde unter Berücksichtigung des Eigengewichts, des Innendrucks und der an den Stutzen anschließenden Rohrleitungslasten statisch analysiert und gemäß EN 13445 bewertet.

Der statische Nachweis erfolgte für die gleichzeitig maximal auftretenden Lasten als plastischer Tragfähigkeitsnachweis.

Die Bewertung der Dauerfestigkeit der Schweißnähte und des Grundmaterials erfolgte gegen die zyklisch auftretenden Druckschwankungen am linear-elastischen Berechnungsmodell.

Durch die prüfbare Abschlussdokumentation zur Vorlage bei einer benannten Stelle ist der Hersteller dem Prüfer und seinem Endkunden gegenüber in der Lage, seine Produktsicherheit zu belegen.


Kunden-Mehrwerte:
SICHERHEIT


Apparate, Behälter- & Anlagenbau

Standsicherheit Grundrahmen mit Aggregaten


Aggregate und deren Grundrahmen und Halterungen, insbesondere wenn sie als Redundanz für die Hauptsysteme einer Industrieanlage ausgelegt sind, müssen auch unter widrigen Umständen betriebsbereit sein und bleiben. So dürfen beispielsweise in Kraftwerken die Notstromaggregate und Pumpen für Kühlkreisläufe auch im Falle eines Erdbebens nicht ausfallen.

Um eine robuste Auslegung zu gewährleisten, werden für die Grundrahmen und Hauptaggregate solcher Anlagen rechnerische Standsicherheitsnachweise, z.B. gemäß DIN EN 199x (Eurocode) erstellt. Bei einem solchen Nachweis wird sichergestellt, dass tragende Bauteile nicht versagen und gehalterte Bauteile nicht herabfallen. Auch der Nachweis der Fundamentschrauben sowie die Bestimmung der Fundamentlasten ist Teil der Analyse. Bei besonders kritischen Komponenten kann der Nachweis durch zusätzliche Funktionslastfälle (Dichtheit, Wellenversatz, etc.) zum Funktionsfähigkeitsnachweis erweitert werden.

Im Simulationsmodell können z.B. Umweltlasten wie Wind, Schnee und Erdbeben (Antwortspektrenverfahren) oder Betriebslasten wie Innendruck und Stutzenlasten für den Spannungsnachweis berücksichtigt werden.

Durch die rechnerische Überprüfung der Auslegung kann der Betreiber oder Inverkehrbringer einer Anlage den hohen geforderten Ansprüchen an Qualität und Sicherheit gerecht werden.


Kunden-Mehrwerte:
SICHERHEIT
QUALITÄT


Maschinenbau

Strömungssimulation Hydrant


Für die Leistung von Überflurhydranten ist der erzielbare Durchfluss eine wichtige Eigenschaft. Der Durchfluss hängt vom Netzdruck und von dem Strömungswiderstand des Hydranten ab.

Die Durchströmung des Hydranten wurde mittels Strömungsanalyse berechnet. Bei der Ausgangsvariante zeigten sich starke Verwirbelungen und ein hoher Strömungswiderstand.

Durch die Erkenntnisse aus der Simulation, konnte eine strömungsoptimierte Gestaltung der Abgänge realisiert werden. Bei der optimierten Geometrie findet ein fast wirbelfreies Ausströmen statt. Der Strömungswiderstand und die damit verbundenen Druckverluste wurden drastisch minimiert.

Der Durchfluss des Hydranten wird bei der optimierten Konstruktion nicht mehr von dem Druckverlust des Hydranten, sondern durch den Massenstrom des Versorgungsnetzes begrenzt.

Durch den Einsatz der Simulation konnten Bereiche mit schlechten Strömungsverhältnissen visualisiert werden. Anhand der daraus gewonnenen Erkenntnisse konnte ein Optimum für das strömungsmechanische Verhalten des Hydranten und ein technologischer Vorsprung erzielt werden.


Kunden-Mehrwerte:
QUALITÄT
VISUALISIERUNG/
KOMMUNIKATION


Maschinenbau

Temperaturfeld und Festigkeitssimulation Pumpe


Bei vielen Anwendungen in der Technik kommt es zu prozessabhängigen Temperaturschwankungen. Involvierte Bauteile erwärmen sich und kühlen danach wieder ab. Durch solche Temperaturlastwechsel können enorme mechanische Beanspruchungen entstehen.

Für das Gussgehäuse einer Kreiselpumpe wurden die thermomechanischen Belastungen analysiert. Während große Wandstärken sich positiv auf das Drucktragverhalten auswirken, sind sie nachteilig bei Temperaturschwankungen. Mit Hilfe der Simulation konnten die hochbeanspruchten Bereiche identifiziert und ein Optimum für die dortigen Wandstärken gefunden werden.

Anhand des AD 2000 Regelwerkes konnte ein druckgeräterichtlinienkonformer Spannungsnachweis geführt werden, so dass die Pumpe zur Entwurfsprüfung und Zulassung durch den TÜV freigegeben werden konnte.


Kunden-Mehrwerte:
SICHERHEIT
QUALITÄT
KOSTENREDUKTION


Maschinenbau

Temperaturfeldberechnung Gussform


Vortemperierte Formen für die Herstellung von Gussbauteilen müssen neben der Fähigkeit, die hohen Temperaturlasten mechanisch ertragen zu können, auch eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung der Schmelze während des Abkühlvorgangs gewährleisten.

Die transiente Untersuchung des Aufheizprozesses während des Einfüllens sowie des nachfolgenden Abkühlens zeigte Kältebrücken auf. Um diese Kältebrücken herum wurde die Wärme zu schnell an die Unterbaukonstruktion abgeführt, was zu einer inhomogenen Abkühlung der Schmelze und in der Folge zu unsauberen Gefügen und Bauteiloberflächen führte.

Zur Optimierung wurde der thermische Fluss durch gezieltes Einbringen von Bohrungen und Isoliermaterial im Bereich der Kältebrücken unterbrochen. Dies führte zu einer Homogenisierung der Temperatur innerhalb der Schmelze und somit zu einer höheren Gussqualität.


Kunden-Mehrwerte:
QUALITÄT


Maschinenbau

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



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