3D-Simulation Fördertechnik digitalisieren und virtualisieren

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Montanuniversität Leoben Bergbaukunde - Fördertechnik und Konstruktionslehre

Partikel haben selten eine Idealform, dennoch geschieht die Simulation immer noch häufig mit kugelförmigen Partikeln. Einen wesentlich realitätsnäheren Weg schlägt nun die Forschungskooperation zwischen dem Lehrstuhl für Bergbaukunde an der Montanuniversität Leoben und Becker 3D ein.

Die Schüttgutsimulation fördertechnischer Anlagen mithilfe der Diskrete Elemente Methode (DEM) ist mittlerweile zu einem der wesentlichen Entwicklungstools führender Unternehmen der Schüttgutindustrie geworden. Weiterentwicklungen dieser etablierten Simulationsmethode, mit dem Ziel komplette Förderanlagen in numerischen Simulationen verhaltensgetreu abzubilden sowie Simulationsergebnisse zur weiteren Analyse in nur wenigen Stunden zu erhalten, werden in aktuellen Forschungsarbeiten am Lehrstuhl für Bergbaukunde der Montanuniversität Leoben vorangetrieben. Im Fokus der Forschung und Entwicklung liegt die Ermittlung relevanter Auslegungs- und Betriebsparameter fördertechnischer Anlagen, wobei durch Berücksichtigung von Einflüssen auf das Systemverhalten, wie mechanische Beanspruchungen und dynamische Effekte aus den Interaktionen zwischen Schüttgut und Anlagenkomponenten, realitätsnahes Anlagenverhalten simuliert werden kann, welches über konventionelle computerunterstützte Berechnungsverfahren bisher so nicht erfasst werden konnte.

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Neueste Softwaretechnologie als Grundlage für Fortschritt

Die Modellierung mit kugelförmigen Partikeln ist die bisher übliche Herangehensweise um das Verhalten von granularen Medien mit der DEM abzubilden. Um jedoch reale Schüttgüter mit ausgeprägter Korngeometrie und deren Interaktionen (untereinander wie auch mit Anlagenkomponenten) möglichst realitätsgetreu abzubilden, ist die Verwendung komplexer Partikelformen unumgänglich.

Neue Möglichkeiten zur Simulation komplexer Partikelformen umfasst die im Forschungsprojekt eingesetzte DEM-Software Three Particle/CAE, womit neben kugelförmigen Partikeln auch zylinder-, ellipsen-, box-, kapselförmige sowie jegliche benutzerdefinierte Freiformen generiert werden können. Auch ein beliebiges Zusammensetzen dieser Formen zu so genannten gebauten Partikeln ist möglich. Mithilfe dieser Technologien und einer engen Zusammenarbeit mit der Industrie wird es dem Wissenschaftlerteam ermöglicht, die Einsatzgebiete der DEM-Methode weiterzuentwickeln und Erkenntnisse für die Fördertechnik und deren Digitalisierung zu gewinnen sowie bisher nicht abbildbare Problemstellungen erfolgreich zu lösen. Mit Becker 3D wurde ein österreichisches Unternehmen als Forschungspartner gewonnen, welches spezialisiert auf 3D-Simulation mit Three Particle/CAE eine entsprechende DEM-Software bietet.

Die Auslegung stetiger Fördersysteme, im speziellen von Gurtförderanlagen, wird bis heute auf größtenteils normierten Berechnungsgrundlagen gestützt durchgeführt. Typischerweise gelten diese für konventionelle Gurtförderanlagen oder basieren auf bereits vorhandenen Erfahrungswerten. Bei der Konstruktion von Sonderbauformen oder der Entwicklung neuartiger Fördersysteme fehlt es jedoch üblicherweise an notwendigen Erfahrungsparametern zum Anlagendesign. Aus diesem Grund setzen viele Hersteller nach wie vor auf den Bau von Prototypen – zur Untersuchung der Anlagenfunktionalität, um kritische Bereiche frühzeitig zu erkennen und nach Bedarf wirksame Gegenmaßnahmen setzen zu können. Dabei bietet die digitale Abbildung gesamter Gurtförderanlagen eine gute Grundlage, um durch simulationsgestützte Konstruktion einerseits den kostenintensiven Prototypenbau zu reduzieren und andererseits auch kritische Betriebszustände virtuell abzubilden.

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