title: Virtuelle Modellbildung zur Optimierung einer Siebmaschine
Creators: name: Moritz, Christoph
Publisher: name: FH CAMPUS 02 (CAMPUS 02 Fachhochschule der Wirtschaft)
Year: 2023
Subjects: subject: 621 Angewandte Physik

description: Virtuelle Modelle technischer Systeme haben den Entwicklungsprozess in den letzten zwei Jahrzehnten maßgeblich beeinflusst. Insbesondere die Diskrete-Elemente-Methode (DEM) erlaubt es, das Verhalten von Schüttgütern zu simulieren und ermöglicht eine effektivere Art der Entwicklung und Erprobung von Maschinen und Systemen. Die Firma Komptech GmbH entwickelt Maschinen, die unter anderem Kompost verarbeiten, und konzentriert sich auf deren konsequente Optimierung. Mit dieser Masterarbeit wird das Ziel verfolgt, durch die Modellierung des Siebprozesses eines Trommelsiebes auf Basis der DEM, einen Wandel vom traditionellen Trial-and-Error-Konzept in der Maschinenentwicklung, hin zu einem neuen virtuellen Verfahren zu realisieren. Zunächst wird der Kompost hinsichtlich Partikelgrößen und dessen enthaltenen Materialien empirisch untersucht. Basierend auf den ausgewerteten Daten wird ein mathematisches Modell erstellt, das das Fließverhalten des Komposts darstellt. Darüber hinaus werden reale Experimente mit dem Kompost durchgeführt, um diese Materialmodelle zu kalibrieren. Zusätzlich wird eine Simulation des gesamten Siebprozesses des Trommelsiebes dargestellt. Die Qualität dieser virtuellen Nachbildung ergibt ein überaus realistisches Abbild der Realität, was durch Vergleiche mit einem Versuch der Realmaschine bestätigt wird. Basierend auf diesem Ergebnis werden Optimierungen hinsichtlich Durchsatz und Siebqualität dieser Maschine erarbeitet. Weitere virtuelle Analysen werden durchgeführt, um einerseits Verunreinigungen im Kompost, wie etwa Plastikfolien, sowie das Verschleißverhalten der Siebtrommel zu simulieren. Die Ergebnisse zeigen, dass virtuelle Modelle tiefgreifende Analysen ermöglichen, die mit realen Tests nicht möglich wären. Darüber hinaus zeigt sich, dass die virtuelle Modellbildung, insbesondere die DEM, entscheidend für die Entwicklung von Maschinen bei der Komptech GmbH ist, wodurch dem Unternehmen einen entscheidenden Vorteil bei der Maschinenoptimierung geschaffen wird.
description: Virtual models of technical systems have changed the engineering process throughout the last two decades. Especially the (Discrete-Element-Method) DEM allows simulating the flow-behavior of bulk materials and enables a more cost-effective way of developing and testing machines. Komptech GmbH develops machines which process compost and focuses on consistent improvements. The aim of this master’s thesis is to elaborate a shift from the traditional trial-and-error concept in machine testing to a new virtual method by modelling the sieving process of a drum screen machine based on the DEM. First, the particle size of the compost and its different contained materials were analyzed. Based on the assessed data, a mathematical model was established which represents the flow behavior of the compost. Furthermore, real experiments with the compost were conducted to calibrate these material models. Additionally, a simulation of the sieving process of the drum screen was illustrated. The quality of this virtual replica was highly realistic, which was confirmed by comparisons with a real experiment. Based on this outcome, optimizations regarding throughput and sieving quality of this machine were developed. Further virtual analyses were carried out in order to simulate contaminants in the compost, such as plastic foils, as well as wear behavior. The results show that virtual models enable profound analyses, which would not be feasible with real trials. The modelling with the DEM will be implemented in the development process at Komptech GmbH in the future. This will give the company a decisive advantage in terms of machine optimization.