Simulation Simulation im Dienste der Sicherheit

Autor / Redakteur: Dr. Bernhard D. Valnion / Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

Seit 1971 fertigt Wolter Maschinen und Apparatebau Ventilatoren und lüftungstechnische Geräte für den Weltmarkt. Solidworks Flow Simulation hilft bei der Entwicklung optimierter Klima- und Entlüftungssysteme.

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Aufgrund des Layouts einer Tiefgarage kann die Simulation einer Belüftung sehr komplex und anspruchsvoll sein.
Aufgrund des Layouts einer Tiefgarage kann die Simulation einer Belüftung sehr komplex und anspruchsvoll sein.
(Bild: DPS Software)

Es ist ein Horrorszenario: ein Brand in einer Tiefgarage. Um im Notfall die giftigen Rauchgase schnell abzuführen und auf diese Weise die Rettungswege weitgehend rauchfrei zu halten, werden meist Brandgas- beziehungsweise Entrauchungsventilatoren als Herzstück lebensrettender Systeme eingesetzt. Hierzu gibt es eng gefasste Vorschriften, die für öffentliche Gebäude, etwa Shopping Malls oder Hotelkomplexe, große Tiefgaragen oder Tunnel gelten. Ein Experte auf diesem Gebiet ist Wolter Maschinen- und Apparatebau aus Malsch im Schwarzwald, das seit 1971 Ventilatoren und lüftungstechnische Geräte fertigt.

Schwierigkeit der 3D-Modellierung

„Die Simulation eines derartigen Systems ist anspruchsvoll“, meint Martin Kresse, Geschäftsführer von Wolter, „denn das Layout, etwa einer Tiefgarage, kann sehr komplex sein, einschließlich Auffahrrampen, diversen Stockwerken und Unterzügen, so dass der Luftabtransport an vielen Stellen behindert werden kann.“ Oftmals besteht nicht die Möglichkeit, Ventilatoren mit großen Querschnitten zu platzieren, weil die Deckenhöhe zu gering ist. „Es müssen folglich durch die Ventilatoren sehr große Drücke aufgebaut werden“, erklärt der Geschäftsführer.

Dies hat dazu geführt, dass seit gut fünfzehn Jahren sogenannte Jet-Ventilationssysteme auf dem Markt sind. Sie beruhen auf dem aus der Tunnelbelüftung bekannten Prinzip der Impulsübertragung: Die mit hoher Geschwindigkeit austretenden Luftsäule aus dem Ventilator reißt die umgebende Luft mit, sodass acht- bis zehnmal mehr Luftmenge gefördert werden kann als jene, die den Ventilator passiert. Diese Vorgänge untersuchen Kresse und der Berechnungsingenieur Dr.-Ing. Mohamed Zayani im Detail mit Solidworks Flow Simulation.

Kopfzerbrechen bereitet die 3D-Modellierung der Rampen, die in Tiefgaragen bekanntermaßen auch Wendeln sein können, um von einem Stockwerk ins nächste zu gelangen. Dies alles muss zuvor komplett neu im CAD-Modul von Solidworks aufgebaut werden, denn: „Der Kunde liefert uns lediglich Grundrisszeichnungen im DXF- oder DWG-Format“, sagt Zayani. Damit verbunden seien jede Menge Stoff für Diskussionen, weil einerseits nie die As-built-Zeichnungen vorliegen, andererseits ausschließlich in 2D bereitgestellte Informationen zu Mehrdeutigkeiten führen.

Berechnung einfach vorbereiten

Solidworks Flow Simulation ist bei Wolter seit 2012 im Einsatz. Die tiefe Integration von 3D-Modellierung und CFD-­Simulation begeistert beide Anwender, auch heute noch, weil die Vorbereitung der Berechnung im Handumdrehen erledigt ist. Zayani, der während seinem Studium am KIT in Karlsruhe nicht mit Solidworks in Berührung kam, findet Solidworks sehr selbsterklärend, zum Beispiel in Hinsicht auf die 3D-Modellierung. Auch Kresse hat sich den Umgang mit Solidworks selbst beigebracht.

Bei dem betreuenden Solidworks-Reseller DPS Software (s. Kasten) hat man da allerdings eine eigene Meinung. Einerseits ist Solidworks wirklich selbsterklärend, wer aber wirklich produktiv täglich mit dem integrierten CAD/CAE/EDA-Tool arbeiten will, sollte auf das umfangreiche, didaktisch aufbereitete Schulungsangebot von DPS zurückgreifen. Auch kommt gut an, dass die typische CAE-Prozesskette Preprocessing, Solving und Postprocessing nicht über unterschiedlich zu bedienende Benutzeroberflächen führt.

Zuvor wurden CFD-Anwendungen außer Haus gegeben, jedoch nehmen externe Berechnungsdienstleister gutes Geld. Es lag die Entscheidung zugunsten der integrierten Solidworks-Lösung nahe, zumal der 3D-Modellaufbau eh intern gemacht werden muss. „Hinzu kommt die große Preisdifferenz zwischen einem Highend-CFD-Tool und Solidworks Flow Simulation“, sagt der Geschäftsführer.

Schnell zum Trendergebnis

Solidworks Flow Simulation zeigt gerade dann seine Stärken, wenn es um die Simulation von Prozessen im freien Volumen geht, wie beim Anwendungsfall in der Tiefgarage. Und obwohl man sich bei Wolter für anderes Highend-CFD-Tool in der Produktentwicklung entschieden hat, wird auch in diesem Metier Solidworks Flow Simulation eingesetzt, weil es deutlich einfacher zu bedienen ist und Trends schneller vorliegen. Beim Highend-CFD-Tool geht in etwa die doppelte Zeit ins Land, bis die Auswertung eines Designs vorliegt. Außerdem: Die Vernetzung von Solidworks Flow Simulation zeigt sich unbeeindruckt von kleinen Fehlern in der CAD-Modellierung, etwa weil Patches nicht geschlossen sind. (mz)

* Dr. Bernhard D. Valnion, Inhaber des Instituts für Innovation und Markterfolg i.G., Baden-Baden und Kirchheim bei München

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