Machen Sie sich ein Bild
Mit über 20 Jahren Erfahrung aus mehr als 50 Projekten verfügen wir über ein breites und tiefes Kompetenzspektrum. Die nachfolgende Auswahl aus dem Bereich Produktentwicklung verdeutlicht anschaulich unsere vielfältigen Einsatzmöglichkeiten.
Weitere Referenzen aus den Bereichen Automotive, Energietechnik, Gebäudetechnik, Haushaltsgeräte, Medizintechnik und anderen finden Sie weiter unten. Wir bitten um Verständnis, dass wir aus Gründen der Vertraulichkeit nicht alle Projektdetails offenlegen können.
GDRM Filter
Aufgabe
Diese Filter werden innerhalb einer Gas-Druck-Regel-Mess-Anlagen verwendet, um Feststoffe (z. B. Rostpartikel) und Flüssigkeiten (z. B. Wassertropfen) abzuscheiden. Wir wurden beauftragt, die Ursache für Vibrationen innerhalb des GDRM zu finden. Nach Untersuchung des Strömungsverhaltens mittels CFD konnten diese auf das asymmetrische und stark turbulente Ausströmen aus dem Filter in Kombination mit den übrigen Systemrohrleitungen zurückgeführt werden.
Ergebnis
Durch die Anpassung der internen Komponenten (unter Beibehaltung der ursprünglichen Filterpatronen) konnte ein gleichmäßiger Filterausfluss erreicht und die Abscheideleistung erhöht werden. Der Filter ist nun kürzer, was den Einbauraum, die Schweißzeit und das Gewicht reduziert. Vor allem wurde der Druckverlust halbiert, was zu einer (hydraulischen) Energieeinsparung von ca. 15.000 W führt (entspricht 2,5 MWh pro Woche bei 24/7-Betrieb).
Filmtrocknung
Aufgabe
Tetrachlorethylen (PER) wird in einem „Wetgate“-Scanner für die Filmarchivierung verwendet. PER hat günstige optische Eigenschaften, z.B. füllt es Kratzer im Film auf und lässt ihn für den Scanner nahezu makellos erscheinen. Allerdings ist PER gesundheitsschädlich. Derzeit verlässt der Film das Gerät zu nass und tropft außerhalb der Saugkammer. Die zum Trocknen verwendeten Druckluftdüsen schaffen es nicht, das PER ausreichend vom Film zu blasen. Wir wurden angefragt, ein optimiertes Design zu entwickeln.
Ergebnis
Unsere Plug-and-Play Düsen wandeln die verfügbare Druckluft wesentlich effizienter in kinetische Energie um. So effizient, dass der Eingangsdruck um ca. 20 % reduziert werden kann, bei einer etwa doppelt so hohen Ausblasgeschwindigkeit. Die Filmrolle wird nun tropffrei aufgewickelt. Die Abbildung zeigt die Geschwindigkeitsfelder in der Mitte des Films anhand von CFD Berechnungen. Die Druckluft tritt von hinten in die Blöcke ein und verlässt diese über je zwei Schlitze oben und unten.
Ansaugrohr
Aufgabe
Konstruktion eines Verteilerrohres zur Adaption einer größeren Drosselklappe. Ziel ist die Entdrosselung der Ansaugung zum Zweck der Leistungssteigerung.
Ergebnis
Unser strömungsoptimiertes Design. Ohne Einschränkungen als funktionaler Prototyp bzw. Kleinserie im Fahrzeug plug'n'play verwendbar. Hergestellt per 3D-Druck (MJFMulti Jet Fusion).
Ventilator
Aufgabe
Wir wurden gebeten, einen Ventilator mit vorwärts gekrümmten Schaufeln (auch bekannt als Trommelläufer) zu optimieren. Dieser Ventilatortyp wird aufgrund seiner Kompaktheit und relativ geringen Geräuschemission typischerweise für Belüftungszwecke eingesetzt. Leider ist ihr (statischer) Wirkungsgrad i.d.R. gering, selbst bei gutem Design nur etwa 60 % im Wirkungsgrad Bestpunkt (BEP). Darüber hinaus können sie nicht nach den Euler Strömungsmaschinen Hauptgleichung ausgelegt werden. Das Ziel ist es, den Stromverbrauch zu senken, um einen besseren Energieeffizienzindex (EEI) für das Gerät zu erreichen. Auch eine Verbesserung der Akustik ist wünschenswert. Das Spiralgehäuse darf nicht verändert werden, um Anpassungen an den Spritzgussformen zu vermeiden.
Ergebnis
Die Untersuchung der Strömungsfelder im Referenzventilator mittels CFD ergab, dass das Laufrad für den gegebenen Betriebspunkt viel zu groß ist. Dies wird durch massive Rückströmungen um die Zunge herum angezeigt. Unser Design erhöht den (statischen) Wirkungsgrad des Ventilators um ca. 50 %. Dies entspricht einer (hydraulischen) Energieeinsparung von 11 W. Bei 1.000.000 Einheiten und 400 Betriebsstunden pro Jahr ergibt dies 4.400 MWh. Dies entspricht dem typischen Energieverbrauch von 1.260 deutschen Haushalten (Statista 2019). Durch die geringere Umfangsgeschwindigkeit, den nahezu eliminierten Strahlfluss und den vergrößerten Abstand zwischen Laufrad und Zunge wurde das Betriebsgeräusch des Geräts um ca. 3 dB reduziert.
Ultraschall-Wasserzähler
Aufgabe
Das Durchflussverhalten eines Wasserzählers soll untersucht werden, da in einigen Betriebspunkten zu hohe Messabweichungen auftreten. Dieser soll für einen sehr großen DynamikbereichVerhältnis maximaler zu minimaler Durchfluß (hier 240) verwendbar sein. Die aktuell verwendeten Sensoren (Transducerengl.: Energiewandler) sollen beibehalten werden.
Ergebnis
Die durch uns konzipierte Variante erfüllt alle Anforderungen. Die Strömung im Messbereich ist wesentlich gleichmäßiger, was zu geringeren Messunsicherheiten über den gesamten Arbeitsbereich führt. Darüber hinaus fällt der Druckverlust um ca. 30 % niedriger aus.
Staubfalle
Aufgabe
Die aktuell vorhandene Staubfalle filtert Eisenoxid Staub mittels einer Glasfaser-Filtermatte. Es soll untersucht werden, ob diese Matte durch eine "smarte" Strömungsführung substituiert werden kann. Es darf lediglich der untere Einleger abgeändert werden.
Ergebnis
Unser Design erfüllt alle Anforderungen und kommt ohne zusätzlicher Filtermatte aus. Der Normtest bzgl. der Filterrate ist bestanden worden. Im Vergleich zur Referenz konnte der Druckverlust um ca. 20 % reduziert werden.
Strömungsmechanik Labor
Aufgabe
Auswahl der Messtechnik, Projektierung und Bauüberwachung. Die zur Verfügung stehenden Räumlichkeiten sollen optimal ausgenutzt werden. Forschung und Lehre sollen gleichermaßen möglich sein.
Ergebnis
Das Labor ist nun u.a. ausgestattet mit: Schallschutz-Raum, Akustische Kamera, Kammerprüfstand, 3D PIVengl.: Particle Image Velocimetry-System, Kleinwindkanal. Die Grundrissplanung erlaubt auch die Kombination verschiedener Prüfstände, z.B. Kammerprüfstand und Schallschutz-Raum.
Raum Luft Technik Anlage (RLT)
Aufgabe
Wir wurden gebeten, ein nachrüstbares System zur Reduzierung der Luftverschmutzung in Klassenzimmern zu konzipieren. Die Raumluft sollte mindestens dreimal pro Stunde „ausgetauscht” werden, ohne dass dies für die Menschen unangenehm ist (z.B. durch Zugluft). Der Einsatz von HEPA-Filtern (High Efficiency Particulate Air) und / oder UV-C Desinfektion sowie ein möglicher Anschluss an ein zentrales Belüftungssystem werden vorausgesetzt. Die Wirksamkeit des Systems soll mittels CFD nachgewiesen werden.
Ergebnis
Unser vorgestelltes Konzept erfüllt alle Anforderungen. Es unterstützt effektiv die natürliche Konvektion, die durch die Körperwärme der Menschen entsteht. Das Luftvolumen wird viermal pro Stunde gleichmäßig über alle Tische hinweg gefiltert. Die maximale Luftgeschwindigkeit bleibt unter 15 cm/s und ist daher gemäß der deutschen Arbeitsplatzrichtlinie ASR A 3.6 unkritisch. Die Verteilung von Partikeln, Aerosolen, Bakterien usw. im Raum wird effektiv reduziert.
Heizung
Aufgabe
Die vorhandene Heizung soll bzgl. ihrer Wärmeverteilung optimiert werden. Ziel ist die Heizleistung zu erhöhen, ohne die Brandgefahr durch Hot Spots zu vergrößern. Versuche mit verschiedenen Heizwendelanordnungen brachten nicht den gewünschten Erfolg.
Ergebnis
Durch die optimierte Anströmung kann die Heizleistung problemlos um 20 % erhöht werden. Die Temperaturverteilung ist nun deutlich gleichmäßiger. Gleichzeitig kann die maximale Temperatur am Auslass um 100 °C reduziert werden.
Abgasanlage
Aufgabe
Die Abgasanlage eines Sportwagens soll zum Zwecke der Leistungssteigerung optimiert werden. Der ausreichende Abstand zu hitzesensiblen Bauteilen (z.B. Zündspulen) muss gewährleistet sein. Es dürfen keine Teile aus dem Unterboden hinausragen. Um den vorhandenen Bauraum optimal unter Beibehaltung der Katalysatoren auszunutzen, haben wir mit unserem 3D Scanner den Unterboden / Motor digital erfasst.
Ergebnis
Unsere Variante erfüllt alle Anforderungen. Die Primärrohre sind größer im Durchmesser, gleich lang (ihre Längen differieren lediglich ± 2 mm bzw. << 1 %) sowie links / rechts symmetrisch ausgeführt. Durch identische (große) Biegeradien lassen sich die Primärrohre effizient mittels CNC-Biegemaschine herstellen. Der OEM Titan Schalldämpfer (aus einem anderen Modell) verfügt über eine X-Pipe, die den Ladungswechsel noch weiter verbessert.
Axialrad-Zähler
Aufgabe
Der vorhandene Axialrad-Gaszähler soll auf sein Betriebsverhalten bei unterschiedlichen, gestörten Zuströmungen untersucht werden. Basierend auf diesen Erkenntnissen soll das Gleichrichterelement vor dem Laufrad optimiert werden.
Ergebnis
Mittels numerischer Simulationen konnten die Schlüsselgebiete aufgezeigt werden. Durch kleine Änderungen am Gleichrichter ist das Betriebsverhalten nun über alle asymmetrischen Anströmbedingungen konstant.
Aerodynamik
Aufgabe
Ein Sportwagen soll mit "plug'n'play" Aerodynamik-Bauteilen ausgestattet werden. Untersucht werden verschiedene Heckflügel- und Canards-Varianten in unterschiedlichen Höhen, Anstellwinkeln (AOA) sowie mit und ohne Gurney-Flap. Ziel ist es, den Auftrieb zu reduzieren bzw. in Abtrieb umzuwandeln – bei möglichst geringem Anstieg des Luftwiderstands.
Ergebnis
In der ausgewählten Konfiguration wird der Ausgangsauftrieb von rund 600 N in etwa 1200 N Abtrieb verwandelt. Gleichzeitig steigt der Luftwiderstandsbeiwert nur moderat um ΔCd = 0,024 an. Die Berechnungen basieren auf einem modifizierten DrivAer-Modell; die dargestellten Ergebnisse beziehen sich auf 250 km/h Fahrgeschwindigkeit.
Intraokularlinsen
Aufgabe
Für das In-vitro Testen der nächsten Generationen von Intraokularlinsen soll ein Prüfstand entwickelt werden. Mithilfe dieses sollen die Linsen gestreckt / gestaucht / geneigt und der Einfluss auf die optischen Eigenschaften / Lichtbrechung untersucht werden. Der Prüfstand soll über Aktorik und Sensorik verfügen, um die Kraft-Weg-Kennlinien ermitteln zu können. Die Anwendung der OCTOptische Kohärenztomographie ist zu ermöglichen. Die Untersuchung echter Augen soll ebenfalls möglich sein.
Ergebnis
Unser Prüfstand erfüllt alle Anforderungen und beinhaltet eine zusätzliche Präparierungsstation. Während der Analyse-/ und Konzeptphase wurden mehrere mögliche Ansätze der Umsetzung aufgezeigt. Das aussichtsreichste Konzept wurde als 1:1 Modell vorab mittels 3D Druck hergestellt, um die Handhabung bzw. einzelnen Arbeitschritte nachvollziehen zu können. Der finale Prüfstand ist mittels hochpräziser CNC Fertigung und acht Kraftsensoren und Aktoren aufgebaut worden.
Laufrad Optimierung
Aufgabe
Eine Strömungsmaschine soll optimiert werden, ohne die Peripherie zu ändern. Das beinhaltet ebenso Laufraddurchmesser, -breite, Wellenposition und Antriebsdrehzahl, sodass das Schaufelprofil als einziger Parameter übrig bleibt. Mittels CFD lassen sich die Geschwindigkeitsfelder innerhalb der Schaufelkanäle auswerten. Dies ist experimentell, z.B. mittels PIV, nur mit sehr hohem Aufwand möglich.
Ergebnis
Die Auswertung der relativen Geschwindigkeiten, d.h. aus "mitbewegter Lagrange Sicht", offenbart die Ablöse- und Rezirkulationsgebiete. In diese Zonen wird ein passendes Schaufelprofil aus der NACA Reihe platziert, hier 35145-42. Der statische Druckaufbau steigt hier um 8 % und der Wirkungsgrad um 5 %. Die deutlich gleichmäßigere Durchströmung ist hierfür ursächlich.
Elektromotor
Aufgabe
Wir wurden gebeten, einen interdisziplinären Simulations-Workflow in Ansys Workbench für elektrische Maschinen zu entwickeln. Dieser sollte Leistungselektronik, Elektromagnetik, Strukturmechanik und Strömungs- und Thermodynamik umfassen. Die Wechselwirkungen und Abhängigkeiten zwischen den einzelnen Disziplinen wie EM, FEM, CFD und CHT sollten automatisch analysiert und ausgewertet werden. Dies erfordert unter anderem ein CAD-Skript, das hier gezeigt wird.
Ergebnis
Das in IronPython geschriebene Ansys Spaceclaim Skript umfasst 32 Parameter. Der permanent erregte Elektromotor wird bei jeder Parameteränderung neu aufgebaut, um konsistente Daten zu gewährleisten. In Kombination mit Versuchsplanung (DOE), heute würde man es KI nennen, können geeignete Motorkonfigurationen automatisch und anwendungsspezifisch auf Basis der Randbedingungen ermittelt werden.
Gaszähler
Aufgabe
Es soll ein modulares Gaszähler Konzept erarbeitet werden. Das Konzept soll für unterschiedliche Märkte, Stutzenabstände und Durchflussbereiche geeignet sein. Im Anschluss soll ein funktionsfähiger Prototyp erstellt werde, der u.a. in der Klimakammer getestet werden kann.
Ergebnis
Der Funktionsprototyp ist in drei Segmente aufgeteilt. Mittels drei verschiedener Stutzensegmente, lassen sich sechs Stutzenabstände in U- oder S-Konfiguration realisieren. Das mittlere Modul kann mittels unterschiedlicher Sensorik bzgl. des gewünschten Messbereiches angepasst werden.
Leichtbaufelgen
Aufgabe
Die Fahrdynamik eines Sportwagens soll durch leichte Felgen weiter verbessert werden. Diese reduzieren die ungefederten Massen und verbessern das Leistungsgewicht. Im Vergleich zu den bereits relativ leichten geschmiedeten OEM-Aluminiumfelgen soll das Gewicht des Satzes um 10 kg oder fast 25 % reduziert werden. Die ursprüngliche Designidee soll jedoch beibehalten werden. Die Felgen sollen auch für Motorsportaktivitäten geeignet sein, sodass das über das 10 kg Ziel hinausgehende Gewichtseinsparpotenzial in strukturelle Integrität umgesetzt werden soll. Wenn möglich, sollen die Felgen auch unter doppelter Belastung gemäß ECE R124 dauerfest sein.
Ergebnis
Die Felgen werden aus geschmiedeten AZ80-Magnesiumlegierungsrohlingen hergestellt, um das angestrebte Gewichtsziel zu erreichen. Detailoptimierungen mittels FEM führen zu strukturellen Verbesserungen. Der erste Satz gelieferter Prototyp-Felgen erreichte das Zielgewicht nicht. Wir untersuchten die Ursache mit unserem 3D-Scanner als Qualitätsprüfungsinstrument. Die Scans zeigten, dass der Lieferant bei der CNC-Fertigung von der Spezifikation abgewichen war. Die größten Abweichungen finden sich an der Speichenrückseite. Vermutlich ist beim Wechsel von der Innen- zur Außenbearbeitung falsch ausgerichtet worden, was zum Großteil des Übergewichts führte.
Ladeluftkühler
Aufgabe
Zum Zweck der Leistungssteigerung soll ein optimierter Ladeluftkühler konstruiert werden. Dieser soll plug'n'play in den vorhandenen Bauraum passen. Es sollen die OEM Befestigungsmöglichkeiten bzw. Anschlüsse zur Montage genutzt werden können.
Ergebnis
Durch Änderung der Durchströmung kann der Druckverlust halbiert werden. Hierdurch kann die Leistung gesteigert werden, ohne den Turboladerdruck erhöhen zu müssen. Die Ansprechzeit verbessert sich, das sogenannte Turboloch fällt geringer aus.
Spiralgehäuse Optimierung
Aufgabe
Es soll ein Konzept zur Optimerung von Spiralgehäusen von radialen Strömungsmaschinen entwickelt werden. Das Konzept soll an Vorgaben bzgl. Bauraum sowie Ein- und Auströmbedingungen adaptierbar sein. Die Verwendbarkeit soll mittels CFD Simulationen nachgewiesen werden.
Ergebnis
In Ansys CFX wird ein iteratives "Sedimentierung Script" erstellt. Das Script führt nach wenigen Generationen zu einem Geometrievorschlag. Der Totaldruckverlust liegt im gezeigten Beispiel um Faktor drei niedirger, während die statische Druckumwandlung um Faktor 5 höher liegt.
Projekte Übersicht nach Branchen
Ingenieurbüro, CFD, Strömungssimulation, Strömungsmechanik, Strömungstechnik, FEM, Strukturmechanik, Struktursimulation, Topologie Optimierung, Bionik, Evolutionsstrategie, KVP, Six Sigma, Lean Management, Qualität, Innovation, Effizienz, Aerodynamik, Ventilator, Pumpe