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Strömender Erfolg
Strömungssimulation im industriellen Einsatz
NIKA, das deutsche Softwareunter-
nehmen, hat einen Trend etabliert: Strömungssimulation im Konstruktions-
alltag. Der Entwickler und Konstrukteur
kann das strömungsmechanische Verhalten von beispielsweise Flüssigkeiten bereits während der Produktentwicklung beobachten. Das Beispiel BOLL & KIRCH Filterbau
soll zeigen, wie das funktioniert.
Dipl.-Ing. Ullrich Höltkemeier, Chefredaktion konstruktionspraxis
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Effiziente Strömung: Strömungssimulation mit EFD.Lab des dargestellten Filters.
Bild: Boll & Kirch Filterbau
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Seit etwa einem halben Jahr arbeitet die Forschungs- und Entwicklungsabteilung bei BOLL & KIRCH Filterbau in Kerpen mit der Strömungssimulationssoftware
EFD.Lab. Dipl.-Ing. (FH) Karsten Cartarius, Teamleiter Forschung und Entwicklung, lobt vor allem die Genauigkeit und die Schnelligkeit, mit der nun die
erforderlichen Berechnungen durchgeführt werden können.
„Das war genau das richtige Softwareangebot zur richtigen Zeit“, meinte Cartarius, als er über den Einsatz von EFD.Lab in der
Entwicklungsabteilung berichtete.
Maßgeschneidert nach Kundenwunsch
„Alles fließt“, das wussten schon die alten Griechen. Wenn sich dabei feste und flüssige Stoffe vermischen, gilt es, die nicht
erwünschten Verunreinigungen aus den unterschiedlichsten Medien herauszufiltern. Diesen Prozess wirkungsvoll durchzuführen ist die
Aufgabe der Filtertechnik.
Je komplexer, leistungsfähiger und kapitalintensiver die Maschinen, Anlagen, Motoren und Schiffe werden, desto wichtiger ist der Einsatz des
richtigen Filtersystems. Filter von BOLL & KIRCH (Boll-Filter) schützen die Investitionsgüter vor zu schnellem Verschleiß,
indem sie den Schmutz konsequent aus dem Fluid herausfiltern und das gereinigte Fluid wieder dem Prozess zuführen. Das hilft, die
Betriebssicherheit der Anlagen kontinuierlich und langfristig zu sichern.
Dipl.-Ing. (FH) Karsten Cartarius: „Die Gründung des Unternehmens erfolgte 1950 in Köln durch die Herren Boll und Kirch, 1974 der Umzug
nach Kerpen. Heute haben wir uns unter anderem auf die Filtrations-
technologie für den Schiffs- und Motorenbau spezialisiert. Hier gilt BOLL & KIRCH,
insbesondere mit seinen äußerst zuverlässigen Automatikfiltern, als Branchenführer. In der Industrie spielen neben den Automatikfiltern
Einfach- und Doppelfilter eine sehr große Rolle. Dort ist es eher klassisch: Filtergehäuse mit Einsätzen. Aber auch hier steigen die
Anforderungen an die Filtration ständig – wir haben es mit den unterschiedlichsten Medien zu tun, wie zum Beispiel Schmieröl, Wasser, Gase,
Brennstoffe und vieles mehr – und unsere Auslegungen müssen auf den Punkt stimmen. Speziell unsere Filter für Gasanwendungen
(welche wir seit etwa zwei Jahren bauen) sind echte High-End Produkte.“
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Der richtige Filter hilft, die Betriebssicherheit der Anlagen kontinuierlich und langfristig zu sichern.
Bild: Boll & Kirch Filterbau
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Früher probieren, jetzt simulieren.
Eine der wichtigsten Auslegungsfragen, wenn bei BOLL & KIRCH Filter angeboten werden, ist der Druckverlust. Der Teamleiter F+E Cartarius:
„Es gibt eine amerikanische Norm, an die wir uns anlehnen, welche festlegt, dass beispielsweise ein Ölfilter im sauberen Zustand
0,35 bar Druckverlust erzeugen darf. Im Gasbereich sind es sogar nur 0,05 bar, also ein äußerst geringer Druckverlust.
In der Vergangenheit kam es nicht immer so genau auf diese Werte an, weil die Anlagen generell eher größer dimensioniert waren als heute.
So wurden zum Beispiel auch eher etwas größere Pumpen eingesetzt. Es war auch oftmals sehr schwer nachzumessen, ob ein Filter wirklich
0,35 bar erzeugt oder doch 0,5 bar. Der Trend geht dahin, dass man kompakter, kleiner und preisgünstiger baut. Deswegen müssen wir uns
mittlerweile wirklich festlegen. Wenn wir sagen 0,35 bar, dann muss das auch nachweisbar sein. Bisher hatten wir das zuerst theoretisch ermittelt,
um dann diese Werte im Versuch zu testen. Es hat sich aber gezeigt, dass wir nicht mehr die Kapazitäten haben, das alles nachzumessen. Mittlerweile
kann man so etwas simulieren und das auch erstaunlich genau und schnell. Trotzdem müssen wir genaue Aussagen treffen. Und das geht heute nur
durch die Strömungssimulation, zumal diese Aussagen schon zu einem sehr frühen Zeitpunkt im Entwicklungsprozess wichtig sind, wenn es
nicht nur genau, sondern auch schnell gehen soll.“
Um diesen hohen Anforderungen gerecht zu werden, hat man sich umgeschaut und ist dabei auf NIKA und das Produkt EFD.Lab gestoßen.
Die Möglichkeiten, die sich mit der neuen Software boten, weckten das Interesse des Unternehmens.
Simulieren jetzt ganz einfach
Für die Entscheidung EFD.Lab einzusetzen, hat man ein Jahr gebraucht.
Cartarius: „Als wir uns dann entschlossen hatten EFD.Lab zu nehmen, ging alles recht schnell. Innerhalb von knapp zwei Wochen hatten wir erste Ergebnisse.
Zuerst haben wir das alles nochmals auf unsere Anwendungen bezogen verifiziert, das heißt wir haben wirklich Messkurven genommen und diese Kurven mit
der Simulation nachgefahren und verglichen.“
„Schon nach kurzer Zeit stellte sich heraus, dass diese Software für unsere Zwecke bestens
geeignet ist“, resümiert Cartarius.
„Die Ergebnisse waren sehr zufrieden stellend.“
Karsten Cartarius war vor allem zufrieden mit der kurzen
Einarbeitungszeit: „Für eine solche Software war das extrem schnell. Wer ein wenig die Grundlagen kennt, kommt sehr schnell zu realistischen Simulationen.
Was uns besonders gefallen hat, war die hohe Genauigkeit der aus der Simulation erzielten Werte. Sind die Strömungssimulation und –berechnung
durchgeführt, können die Werte in die Konstruktion und in das Angebot einfließen.“
Ein weiterer Pluspunkt war, dass EFD.Lab noch
auf relativ normaler PC-Technik läuft, auch wenn man hohe Leistung und viel Speicher braucht. Man arbeitet mit 3,2-GHz-Intel Pentium-4-
Prozessor und
hochgerüstetem Arbeitsspeicher.
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Simulieren vor Ort: Karsten Cartarius lässt die Strömungssimulation mit EFD.Lab auf seinem normalen PC laufen.
Bild: Boll & Kirch Filterbau
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EFD.Lab ist ein offenes System , ...
... das über Schnittstellen mit allen gängigen CAD-Programmen kommuniziert.
Über den parametrischen Volumenmodellierer können Daten jedoch auch in EFD.Lab selbst erzeugt werden. Das Software-Tool von NIKA findet
hauptsächlich Einsatz als Berechnungsprogramm für strömungstechnische und thermodynamische Vorgänge.
Bei BOLL & KIRCH wird EFD.Lab
jetzt seit etwa einem halben Jahr eingesetzt. Karsten Cartarius: „Weil es so schnell geht und so genaue Werte ergibt, haben wir derzeit schon recht
viel simuliert. Alle sind davon begeistert, wie einfach man damit arbeiten kann.
Da die Strömungssimulation mittlerweile erstaunlich unkompliziert
zu nutzen und somit auch für Nicht-Spezialisten zugänglich ist, unterziehen wir jedes mit der Simulation ermittelte Ergebnis einer internen
Prüfung durch einen erfahrenen Anwender, um Flops auszuschließen.“
Cartarius weiter: „Der größte Vorteil für uns
sind die jetzt erhältlichen, genauen Ergebnisse zu einem frühen Zeitpunkt. Es wird von uns erwartet, dass wir in einem bestimmten Zeitraum
Konstruktionen und Entwicklungen abschließen. Unser Risiko als Entwickler ist letztendlich, dass das Ergebnis auch wirklich dem Lastenheft
entspricht, ohne jedoch großzügige Reserven einbauen zu können. Das ist eben manchmal eine Gratwanderung. Die Möglichkeit,
die wir jetzt mit EFD.Lab haben, ist für uns eine enorme Erhöhung der Sicherheit im Entwicklungsstadium.“
Vor allem aber ist man
bei BOLL & KIRCH auch sehr zufrieden, was den Service und die Betreuung von NIKA betrifft. Dipl.-Ing. Karsten Cartarius: „Ich würde
wiederum EFD.Lab kaufen. Unsere Erfahrungen sind damit sehr gut. Für uns ist es das passende Produkt, auch von der Betreuung her. Das Frankfurter
Softwareunternehmen NIKA bietet nicht nur das Programm, sondern unterstützt seine Kunden auch optimal bei Fragen und Problemen zur Anwendung der
Strömungssimulationsprogramme.“
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» Sonderdruck aus Konstruktionspraxis 6/2005 als PDF, 456KB
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