Numerische Simulation hat sich als hilfreiches Werkzeug in der Pumpenentwicklung erwiesen. Entsprechende Softwarepakete ermöglichen Konstrukteurinnen und Konstrukteuren detaillierte Analysen des künftigen Produktes. Gerade in mittelständischen Unternehmen gilt Simulation aber als Technologie, die sich nur für große Hersteller rentiert. Gründe dafür sind die hohen Anschaffungskosten für Hard- und Software sowie die Ausbildung der Mitarbeiter. Ein Mittelweg ist, Simulationsaufgaben an Dienstleister zu übertragen. Man verzichtet dabei aber auf Produktwissen und beschränkt sich auf Momentaufnahmen, anstatt systematisch und kreativ ein optimales Design zu ermitteln.

Hier setzt der Pumpwizard an, den das Unternehmen Cadfem neuerdings anbietet. Er ist für die Auslegung und Berechnung von Radialrädern in Kreiselpumpen gedacht. Die speziell für die Pumpenauslegung zugeschnittene Simulationslösung gibt es nicht als Lizenz zu kaufen, sondern sie wird dann abgerufen (und bezahlt), wenn sie tatsächlich gebraucht wird. Die Anwendung ist laut Anbieter so intuitiv, dass sie auch ohne Expertenwissen vom Entwickler direkt eingesetzt werden kann.

Die Idee dahinter ist, schnell und ergebnisorientiert ein Laufraddesign mit hohem hydraulischen Wirkungsgrad zu ermitteln, das sich lediglich an den entscheidenden Auslegungsparametern einer Pumpe orientiert. Basierend auf den wesentlichen Design-Größen wie zum Beispiel Viskosität, Drehzahl, Förderhöhe und Volumenstrom wird in einem automatisierten Ablauf eine optimierte 3D-Geometrie des Laufrades erzeugt und die Kennlinie in einem wählbaren Arbeitsbereich ermittelt.

Das Angebot funktioniert über ein Online-Formular mit Transportverschlüsselung, in das die relevanten Informationen eingegeben werden. Dem Nutzer werden dann die Kosten für das Erstellen des Designs, der Validierung und des Ergebnisberichts angezeigt. Unmittelbar danach kann er die Bestellung auslösen.

Das Werkzeug berechnet eine optimierte Schaufelgeometrie auf Basis der vorgegebenen Druckbeaufschlagung der Schaufel („Blade loading“). Es nutzt dazu das sogenannte inverse Design. Inverses Design erlaubt eine direkte Kontrolle der Parameter, welche die Strömung beeinflussen. Es steuert damit einen optimalen Strömungsverlauf. Eine Laufrad-Geometrie wird hier also durch vorgegebenen Strömungseigenschaften definiert.

Das Verfahren bietet – verglichen mit klassischen Auslegungsmethoden - einen größeren Parameterraum und ermöglicht so leistungsfähigere Entwürfe. Integrale Bestandteile des Entwurfsprozesses mit dem Werkzeug sind Optimierungsläufe und eine 3D-Validierung.

Resultate

Als Ergebnis erhält der Nutzer das 3D-Modell als CAD-Datei und verschiedene Diagramme zu charakteristischen Eigenschaften. In Tabellen sieht er zusammengefasst typische Kennwerte wie Leistungsaufnahme, Wirkungsgrad und Förderhöhe im Auslegungspunkt.

Der Wizard basiert auf der Turbodesignsuite von ADT sowie Ansys CFX. Grundlage ist neben dem inversen Design auch die etablierte Methode der 3D-Strömungssimulation.

Das Simulationsmodell, dass Nutzer erhalten, lässt sich für weitergehende Detailuntersuchungen verwenden, zum Beispiel zur Interaktion von Laufrad und Gehäuse, zu Mehrphasenströmungen und Feststoffe oder zum Einfluss von Deformationen auf das Strömungsverhalten.

Technologie ohne Vorkenntnisse nutzen

Die Geschwindigkeit und Einfachheit der Erzeugung und Validierung neuer Designs ermöglicht es, konstruktive Alternativen durchzuspielen. Folglich lassen sich Lösungen stärker auf eine spezielle Anwendung zuschneiden. Individuelle Designs sind etwa im Hinblick auf verschiedene Abmessungen, Einsatzmöglichkeiten oder auch Fertigungsverfahren interessant. do