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Simulation des Partikelverhaltens

Glaskugel für Partikelverhalten – Prozesse verstehen und verbessern

| Autor / Redakteur: Dr.-Ing. Luca Benvenuti* / Manja Wühr

Auch für die Herstellung von Snack-Chips können die Simulationen in verschiedenen Stadien, hier eine Würztrommel, eingesetzt werden.
Auch für die Herstellung von Snack-Chips können die Simulationen in verschiedenen Stadien, hier eine Würztrommel, eingesetzt werden. (Bild: Pepsi Co; © Klaus Eppele / Fotolia.com [M] Frank)

Ob große Chips oder feines Pulver, ob rund oder kantig, ob frei fließende oder etwa kohäsiv – Schüttgüter sorgen in Schütt-, Misch-, Rutsch- oder Fließvorgängen oft für böse Überraschungen. Hier können Simulationen helfen, die Prozesse zu verstehen und gezielt zu verbessern.

Mithilfe von Simulationen lassen sich zum einen Maßnahmen zur Optimierung des Bewegungsvorgangs der Masse festlegen, etwa zur Minimierung von Materialverlusten oder zur Vermeidung bzw. Unterdrückung von Staubbildung. Zum anderen liefern Simulationsergebnisse wichtige Informationen, um Anlagen wie etwa Förderbänder auszulegen, die den Fertigungsprozess effizient gestalten.

Mit der Simulationssoftware Rocky DEM (DEM – Discrete Element Modeling) werden Rührwerkmühlen, SAG-Mühlen, Brecher, Förderbänder und -schnecken, Rutschen, Hochdruck-Mahlwalzen, Mischer, Vibrationsfilter und Separatoren optimiert.

Der Lebensmittelriese Pepsi Co beispielsweise nutzt die Simulationssoftware, um Produkte und Prozesse zu analysieren und zu verbessern. Die Simulation realistischer konkaver Formen ermöglicht es dem Unternehmen, Herausforderungen bei der Materialhandhabung zu lösen. Dazu erläutert Chris Koh, Director und Global R & D Fellow bei Pepsi Co: „Wenn die Herausforderung für theoretische oder experimentelle Ansätze zu komplex ist, nutzen wir die Simulation, um virtuelle Experimente durchzuführen. So können wir die Machbarkeit von neuen Produkten oder innovativen Prozessen umfassend prüfen und unseren Arbeitsablauf deutlich straffen.“

Ein Vorteil von Rocky DEM ist die Fähigkeit, realistische gekrümmte bzw. konkave Formen zu modellieren, ein wichtiges Merkmal vieler Produkte von Pepsi Co. „Bei Simulationsmodellen mit vereinfachten flachen Formen können wichtige physikalische Wechselwirkungen unberücksichtigt bleiben, beispielsweise zwischen den einzelnen Snack-Chips oder der Snack-Chips mit den Verarbeitungskomponenten“, erklärt Chris Koh. Um konkave Materialien wie Snack-Chips genau abzubilden, modellierte Pepsi Co die einzigartigen Geometrien mit einer 3D-CAD-Software und importierte diese benutzerdefinierten Modelle dann in Rocky DEM.

DEM-Simulation für Prozessoptimierung

Bei der Entwicklung von neuen Prozessen war Pepsi Co bisher gezwungen, ein Großteil der produzierten Produkte zu vernichten, da diese nicht zum Verkauf geeignet waren. Durch die Möglichkeit, eine große Anzahl von Entwicklungsversuchen virtuell durchzuführen, kann die Menge an erzeugtem Abfall minimiert werden.

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Strömungsanalyse: Wie verhalten sich Teilchen in Strömungen?

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