Mit CFD-Strömungssimulationen die Luftführung in Anlagen optimieren

Eine gleichmäßige und gezielte Luftführung ist für viele industrielle Prozesse entscheidend. Ungleichmäßige Strömungsverhältnisse, Querströmungen oder Verwirbelungen können die Prozessqualität beeinflussen und zu unerwünschten Effekten innerhalb einer Anlage führen.

Mit CFD-Strömungssimulationen (Computational Fluid Dynamics) können wir Luftströmungen bereits während der Entwicklung einer Anlage detailliert untersuchen. Strömungsgeschwindigkeiten und -richtungen werden sichtbar und Bereiche identifiziert, in denen die geplante Konstruktion weiter optimiert werden kann.

Ein konkretes Anwendungsbeispiel aus unserer Forschung und Entwicklung ist die strömungstechnische Optimierung eines Fasersammelbandes für die Glaswolleproduktion.

Fasersammelbänder werden nach der Zerfaserung eingesetzt, um die im Luftstrom transportierten Glasfasern zu sammeln und zu einer kontinuierlichen Fasermatte zu formen. Dafür wird die mit Fasern beladene Luft durch die Sammelfläche gesaugt, während die Fasern auf der Oberfläche zurückgehalten werden.

Die Luftführung innerhalb des Fasersammelbandes spielt dabei eine wichtige Rolle. Neben einer möglichst gleichmäßigen Verteilung der Fasern auf der Sammelfläche soll verhindert werden, dass Luft und damit auch Fasern unkontrolliert am Ein- oder Auslauf der Anlage austreten.

Bei einer bestehenden Anlage zeigte sich eine grundsätzlich gute Faserverteilung auf dem Band. Gleichzeitig traten jedoch Luft und Fasern am Bandein- und -auslauf aus. Im Rahmen der Entwicklung einer neuen Anlage sollten daher die Ursachen untersucht und die Strömungsverhältnisse weiter verbessert werden.

Unsere Forschungs- und Entwicklungsabteilung untersuchte die geplante Konstruktion mithilfe einer CFD-Simulation. Betrachtet wurden insbesondere die Strömungsgeschwindigkeiten und Strömungsrichtungen innerhalb des Fasersammelbandes.

Die Simulation machte Bereiche mit Verwirbelungen sichtbar und half dabei, die Ursachen für unerwünschte Luftströmungen in Richtung des Ein- und Auslaufs zu identifizieren.

Auf dieser Grundlage konnten bereits während der Konstruktion gezielte Änderungen entwickelt und anschließend erneut strömungstechnisch bewertet werden. Ziel war eine gleichmäßigere Luftführung innerhalb der Anlage bei gleichzeitig minimiertem Luft- und Faseraustritt.

Die CFD-Simulation visualisiert Strömungsgeschwindigkeiten und -richtungen und macht Verwirbelungen sowie unerwünschte Luftströmungen innerhalb der Anlage sichtbar.

Nach der konstruktiven Optimierung zeigt die erneute Strömungssimulation die verbesserten Strömungsverhältnisse innerhalb des Fasersammelbandes.

Die Erkenntnisse aus der Strömungssimulation flossen direkt in die Konstruktion des neuen Fasersammelbandes ein. Dadurch konnte nicht nur die geplante Funktion bereits vor der Fertigung überprüft, sondern die Konstruktion gezielt gegenüber der bestehenden Anlage verbessert werden.

Nach der Fertigung und Inbetriebnahme bestätigten sich die Ergebnisse auch unter realen Produktionsbedingungen: Der zuvor auftretende Luft- und Faseraustritt am Ein- und Auslauf konnte beseitigt werden. Gleichzeitig erfüllt das Fasersammelband die Anforderungen an die Faserverteilung.

Damit zeigt das Beispiel, welchen konkreten Beitrag CFD-Simulationen zur Entwicklung und Optimierung von Produktionsanlagen leisten können.

CFD-Simulationen sind für uns kein Selbstzweck. Entscheidend ist die Verbindung der Simulationsergebnisse mit unserem Prozess- und Konstruktionswissen.

Unsere Forschungs- und Entwicklungsabteilung kann Strömungsverhältnisse untersuchen, Optimierungspotenziale identifizieren und gemeinsam mit Konstruktion und Verfahrenstechnik Lösungen für den jeweiligen Anwendungsfall entwickeln. Gerade bei individuellen Maschinen und Anlagen ermöglicht dies, kritische Strömungsverhältnisse frühzeitig zu erkennen und konstruktive Entscheidungen auf eine fundierte Grundlage zu stellen.

So entstehen Anlagen, deren Luftführung gezielt auf den jeweiligen Prozess abgestimmt ist.