Einleitung

Ein führender europäischer Hersteller von Großküchensystemen beauftragte Femto mit einer detaillierten thermomechanischen Analyse seines Fritteusen-Systems. Das Ziel war klar: kritische Spannungskonzentrationen durch thermische Belastungen identifizieren, potenzielle Konstruktionsschwächen frühzeitig aufdecken und die Wirksamkeit gezielter Verbesserungen validieren. Die gewonnenen Erkenntnisse sollten direkt zu einer sichereren, langlebigeren und effizienteren Produktentwicklung beitragen.

Herausforderung

Große Fritteusen arbeiten unter hohen thermischen Belastungen, und ihr strukturelles Verhalten verändert sich im Laufe der Zeit. Um diese realen Bedingungen abzubilden, wurden transiente Analysen durchgeführt. Es wurden mehrere Lastfälle definiert, die verschiedene Brennerluftzufuhrzyklen (ein/aus) mit den entsprechenden Brennertemperaturen und Konvektionsbedingungen kombinierten. Diese Faktoren beeinflussen die Temperaturverteilung in der Struktur und somit die resultierenden thermischen Spannungen.

Lösung

Das Ingenieurteam von Femto nutzte für die Aufgabe den nichtlinearen, gekoppelten thermo-mechanischen-Solver in Simcenter 3D. Diese fortschrittliche Konfiguration ermöglichte:

• Hochpräzise Vorhersage von thermischen Hotspots
• Zuverlässige Simulation von Aufheiz-, Abkühl- und stationären Zuständen
• Robuste Behandlung komplexer, transienter thermischer Belastungen

Mit diesem Ansatz konnte Femto das thermo-mechanische Verhalten der Fritteuse in relevanten Betriebsszenarien analysieren und die Bedingungen identifizieren, die die höchsten Spannungsniveaus erzeugten. Diese Erkenntnisse bildeten die Grundlage für eine gezielte Designoptimierung in enger Zusammenarbeit mit dem Kunden.

Als erfahrener Simcenter 3D-Anwender und -Händler verbindet Femto Software-Know-how mit praktischer Ingenieurserfahrung. Dadurch können wir nicht nur fortgeschrittene Simulationsanalysen durchführen, sondern unsere Kunden auch dabei unterstützen, die Ergebnisse effektiv in ihren Entwicklungsprozess zu integrieren.

Ergebnisse

In diesem Projekt zeigte sich, dass die Kombination aus vollständig erhitztem Öl und abgeschaltetem Brenner unter allen untersuchten Szenarien die höchsten thermisch bedingten Spannungen erzeugte. Dieser Fall bildete die Grundlage für die Optimierung.

Zu den wichtigsten Ergebnissen zählten:

• Fünf kritische Spannungszonen wurden identifiziert.
• In Zusammenarbeit mit dem Kunden wurden Designänderungen entwickelt.
• Die Spannungsniveaus wurden erfolgreich unter die zulässigen Grenzwerte gesenkt.
• Die strukturelle Zuverlässigkeit unter realen Betriebsbedingungen wurde verbessert.

Fazit

• Femto demonstrierte seine Fähigkeit, komplexe Simulationen durchzuführen, die Struktur- und Thermophysik eng miteinander verknüpfen.
• Die Analysen ermöglichten eine gezielte Designoptimierung, wodurch die Spannungen in kritischen Bereichen signifikant reduziert und die Produktlebensdauer erhöht wurde.
• Dieses Projekt unterstreicht Femtos Rolle bei der Kombination von Simulationsexpertise mit praxisorientierter, lösungsorientierter Zusammenarbeit. Dadurch können wir Analyseergebnisse effektiv in realisierbare Designverbesserungen umsetzen.

Author: Felix Rathmann
Berechnungsingenieur, Femto Engineering