Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM
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Vielseitiges Softwaretool VISPI – Virtuelles Spinnen simulieren

Unser Softwaretool VISPI simuliert stationäre, viskose Filamente oder Fasern in Strömungen und ist aus einem gleichnamigen BMBF-Projekt entstanden. Mit VISPI wird die Dynamik viskoser, querschnittsgemittelter Filamente modelliert. Die Software berücksichtigt auch die Rückwirkung der Filamente auf die Strömung – sowohl die Dynamik als auch die Energie zwischen den Filamenten und der Strömung.

Unser Softwaretool kommt in einem breiten Spektrum von Anwendungsgebieten zum Einsatz, besonders für Unternehmen im Bereich Bau von Textilmaschinen und der Produktion von technischen Textilien ist die Software interessant. Denn erst durch die von uns eingebaute Rückkopplung der Fäden auf die Strömung ist es durch VISPI möglich, realistische Ergebnisse für industrielle Anwendungen zu simulieren.

Industrielle Anwendungen: Auslegen und Optimieren mit VISPI

Beim Bau von Textilmaschinen kommt VISPI bereits erfolgreich bei unseren Industriepartnern zum Einsatz. Sie nutzen die Software zur Auslegung der Geometrie ihrer Maschinen und zur Bestimmung der optimalen Anordnung der Spinndüsen im Spinnpaket.

Mit VISPI optimieren wir:

  • BCF-Prozesse (Bulk Continuous Filament, Endlosfilamente)
  • Spunbond-Prozesse (viskose Verstreckungen)
  • Rotationsspinnprozesse (z.B. zur Herstellung von Glaswolle)

Mit der Software VISPI optimieren Unternehmen die Geometrie ihrer Anlage, besonders um Turbulenzen zu erkennen und Totzonen zu vermeiden, damit die Filamente in der Strömung möglichst wenig schwanken. Sie identifizieren mit VISPI die idealen Prozessparameter, um so die Produktqualität zu verbessern und gleichzeitig Energie- und Materialkosten zu sparen.

VISPI unterstützt zudem bei der optimalen Auslegung der Spinndüsenpositionen, um eine gleichmäßige Abkühlung aller Filamente zu gewährleisten, denn nur so lassen sich alle Filamente in gleicher Qualität produzieren.

VISPI mit grafischer Benutzeroberfläche zeigt Geschwindigkeitsverläufe von Filamenten entlang der Filamentlänge
© Fraunhofer ITWM
VISPI mit grafischer Benutzeroberfläche zeigt Geschwindigkeitsverläufe von Filamenten entlang der Filamentlänge.

Video Fluent: Geschwindigkeitsverlauf der Luft für verschiedene Anblasgeschwindigkeiten

Im Video ist der Einfluss der Anblasgeschwindigkeit auf die Durchströmung des Filamentbündels zu sehen. Dabei wird die Anblasgeschwindigkeit wird von 0.01 m/s bis 2 m/s variiert und die anderen Parameter festgehalten. Für kleine Geschwindigkeiten wird die Luft durch die Filamente senkrecht nach unten mitgenommen. Bei hohen Anblasgeschwindigkeit wird das Bündel horizontal durchgeströmt. Dabei wird das Bündel schneller und homogener abgekühlt.

Einfluss der Anblasgeschwindigkeit auf die Durchströmung des Filamentbündels.

Unterschiedliche Verstreckungen der verschiedenen Filamente abhängig von der Lochposition im Spinnpaket

Video Matlab: Geschwindigkeiten aller 200 Polymerfilamente entlang der Spinnlänge

Das Video zeigt die unterschiedlichen Verstreckungen der verschiedenen Filamente abhängig von der Lochposition im Spinnpaket. Die Filamente nahe der Anblasfläche werden schneller gekühlt und damit auch schneller verstreckt. Die hinteren Filamente im Bündel werden dagegen langsamer gekühlt und können damit länger verstreckt werden. Alle Filamente werden auf der gleichen Galette aufgewickelt, sodass die finale Geschwindigkeit und damit auch Durchmesser zwar gleich sind, aber die Abkühlhistorie unterschiedlich ist. Diese spiegeln sich später im finalen Produkt. Denn die unterschiedlichen Abkühlhistorien haben Einfluss auf Sprödigkeit, Nachverstreckung, Reisfestigkeit, Färbbarkeit, Kristallisation und weitere Merkmale.

Weitere technische Informationen zur Software

  • VISPI ist plattform-unabhängig und kann unter Windows oder Linux zum Einsatz kommen.
  • Zur Kopplung mit der Strömung stehen ANSYS FLUENT und SU2 zur Verfügung.
  • Die Spezifikationen der Randbedingungen von SU2 erfolgt direkt in VISPI.
  • Einige typische Polymere sind in der Datenbank von VISPI bereits integriert.
  • Die Visualisierung kann direkt in VISPI erfolgen. Es ist aber auch der Export von Daten in CSV oder im EnSight Gold Case Format möglich.

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