Fraunhofer ISC, Zentrum für Hochtemperatur-Leichtbau HTL, Bayreuth
Projektcluster DiMaWert
Digitalisierung der Materialentwicklung entlang der Wertschöpfungsketten
Abgeschlossenes Förderprojekt
Motivation
Tunnelofen für den Brand von Sanitärkeramik
Die Notwendigkeit, CO2-Emissionen zu reduzieren, und das zunehmend fluktuierende Energieangebot regenerativer Quellen sind sowohl für den Industrieofenbau als auch für die Betreiber von Hochtemperaturprozessen eine Herausforderung. Um schon bei der Konstruktion neuer Ofenanlagen, aber auch bei der Steuerung und Kontrolle von Produktionsprozessen in Öfen eine optimale Energieeffizienz und gleichbleibend hohe Produktqualität gewährleisten zu können, sind vernetzte Computermodelle und präzise Messdaten als Grundlage für die Modellrechnungen unerlässlich. Im Projekt sollen entsprechende digitale Werkzeuge für den künftigen Bedarf von Ofenbauern und -anwendern entwickelt werden.
Zielsetzung
Schematische Darstellung des Multiskalenkonzeptes zur Simulation von Thermoprozessen in Industrieöfen: Ofensegment – Brennstapel 2-stufig – Produkt mit Kopplung an Materialmodell
Ziel dieses Teilprojektes war es, Konzepte und Methoden zu entwickeln, die eine virtuelle Entwicklung von Thermoprozessanlagen mit Hilfe digitaler Ofenzwillinge ermöglichen. Dazu gehören im Bereich der Ofensimulation insbesondere die Auswahl und Validierung von Submodellen für die effiziente Modellierung großer Industrieöfen und die Kopplung von Material- und thermischen Modellen auf den verschiedenen betrachteten Skalen. Ebenso wichtig sind Methoden zur Beschaffung und qualitätsgesicherten internen Bereitstellung präziser Materialdaten aus Datenbanken, Literatur und eigenen Messungen.
Ergebnisse
Beispiele für Ofensimulationen: Modell eines Herdwagens mit Beladung (Waschbecken) im Tunnelofen (links), zugehöriger Querschnitt mit Temperaturverteilung (rechts)
- Auswahl und Beschaffung geeigneter Datenbanken
- Skripte zur Materialdatensuche und -parametrisierung
- Entwicklung von Methoden zur Topologieoptimierung von Ofenbestandteilen:
• App zum Design von Ofenisolierungen
• Methoden zum Topologie-optimierten Design von Brennhilfsmitteln - Entwicklung eines Submodell-Konzeptes für große Industrieöfen
- Auswahl, Test und experimentelle Validierung wichtiger Simulationsverfahren (FE, CFD)
- Vernetzung, Weiterentwicklung und Ergänzung der am HTL vorhandenen Simulationsmethoden im Sinne des ICME (Integrated Computational Materials Engineering)