Autoren: Gregor Ganzer | Jakob Schöne | Michael Stelter

Die Vermessung des Räuchermanns: Der Trick im CAD-Modell

14.12.2017

Wir haben nun gesehen, wie unser Räuchermann im Inneren aufgebaut ist. Doch wie können wir verstehen, wie die physikalischen und chemischen Prozesse darin ablaufen?

In der chemischen Verfahrenstechnik greift man an dieser Stelle auf etwas zurück, das den Ingenieuren hilft, die vielen Prozesse, Effekte und Messwerte in ihrem komplexen Zusammenspiel zu untersuchen: Man baut ein Modell. Allerdings ist hier keine Modelleisenbahn gemeint, obwohl wir in der Weihnachtszeit sind. Gemeint ist ein Modell, welches nur im Computer existiert. Die gesamte Form und Geometrie eines Reaktors – oder Räuchermannes – kann im Rechner nachgebildet werden. Man spricht dann von einem Geometriemodell, der Prozess nennt sich Computer Aided Design (rechnerunterstützter Entwurf) oder auch CAD. Die Kunst dabei ist, das Modell so einfach wie möglich und so präzise wie nötig aufzubauen. Mit CAD können auch Reaktoren und Bauteile im Rechner entstehen und untersucht werden, die es in der Realität noch gar nicht gibt.

Doch nicht nur die Geometrie kann nachgebildet werden. Auch das komplexe physikalische Verhalten der Bauteile oder Gase, die in unserem Reaktor strömen, können wir im Modell untersuchen. Im Falle von Strömungen sprechen wir dann von Computational Fluid Dynamics (rechnerunterstützte Strömungsdynamik) oder auch CFD. Da unser Rauch ein strömungsdynamisches Problem zu sein scheint, wollen wir im Folgenden eine CFD-Analyse unseres Räuchermannes versuchen.

Im ersten Schritt müssen wir dazu die Geometrie des Räuchermannes im Rechner modellieren. Die Form kennen wir schon aus der Mikrocomputertomographie. Wir könnten diese Daten direkt in die CAD-Software übernehmen. In unserem Fall machen wir uns aber einen Trick zunutze, den die Erzgebirger schon bei der Herstellung des Räuchermannes angewendet haben: Er ist gedrechselt und dadurch rotationssymmetrisch. Deshalb genügt es, einen 2D-Schnitt durch den Räuchermann durch Rotation in eine 3D-Geometrie zu überführen.

3D-Räuchermann aus 2D-Daten.
© Fraunhofer IKTS

Erzeugung einer dreidimensionalen Geometrie durch Rotation einer zweidimensionalen.

Räuchermann real und im CAD-Modell.
© Fraunhofer IKTS

Räuchermann real und im CAD-Modell: Links – reales Räuchermännchen, Mitte – CAD-Modell, Rechts – Schnittdarstellung.

3D-CAD einer Na/NiCl2-Batteriezelle.
© Fraunhofer IKTS

3D-CAD einer Na/NiCl2-Batteriezelle. Die 3D-Modellierung ist die Basis für alle Produktionen.