2009 - FE und CFD-Simulationen zur Designoptimiertung und Up-Scale von Ziehwerkzeugen für die Herstellung von hochschmelzenden Endlosfasern aus vulkanischen Gesteinen


Mit einem Projektpartner aus der Industrie wurden gemeinsam neue Ziehwerkzeuge für hochschmelzende, mineralische, amorphe Endlosfasern entwickelt.
Motivation der CFD/FE-Simulationen:

  • Untersuchung experimentell schwer erfassbarer Vorgänge im Inneren des Ziehwerkzeuges
  • Modellkalibrierung mit dem Ist-Design einer Produktionsanlage
  • Verlängerung der Lebensdauer bestehender Designs
  • Verringerung mechanischer Belastungen (Spannungen) im Edelmetall der verwendeten Ziehwerkzeuge
  • Lösungsvorschläge für neue, innovative Designs
  • Modellentwicklung und begleitende Prozessintegration.
  • Simulationen und Erstellung von Designvorschlägen zum Scale-up auf hohe Tip-Zahlen

Für die CFD-Simulation der direkten, elektrischen Beheizung des Ziehwerkzeuges konnte auf das bereits 2006 und 2007 in der Forschungsgruppe „Thermische Verfahrenstechnik und Simulation“ entwickelte Modell für die Berechnung der Stromdichte in beliebig geformten, direkt beheizten Werkstücken zurückgegriffen werden. Folgende Abbildung erläutert kurz die Vorgangsweise der in Ansys Fluent Version 6 implementierten UDF (User Defined Function).

     

Abbildung 1 und 2: Links: Prinzip der UDF in Fluent zur elektrischen Beheizung des Ziehwerkzeuges / Rechts: Detail eines Ziehversuches an der Monofilamentanlage im Technikum des Institutes für Verfahrenstechnik. Austrittstemperatur: 1350°C. Kerntemperatur: 1400°C. Abzugsgeschwindigkeit: 20 m/s.

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