ICP Research Report 2021

Page 20

Institutsbericht 2021

Institute of Computational Physics

1.14 Entwicklung eines neuartigen IR-Heizungskonzepts für das kontaktlose Schweissen von Kunststoffrohren Ist beim Fügen von Kunststoffrohren zu kompletten Rohrleitungssystemen die Reinheit der Schweissnähte zentral, kommt häufig die Infrarot-Schweisstechnik zum Einsatz. Dabei werden die Rohre an ihren Stirnflächen zuerst über eine Infrarotheizung mittels Strahlungswärme erhitzt, bis der Kunststoff schmilzt, und anschliessend zusammengepresst. Die Kunststoffschmelzen verbinden sich und durch das Abkühlen entsteht eine stoffschlüssige Verbindung. Mit der Einführung eines neuartigen IR-Heizungskonzepts sollen das Aufheizen und somit der gesamte Schweissprozess verkürzt werden. Mitwirkende: Partner: Finanzierung: Dauer:

N. Jenal, M. Gorbar, S. Spirig, T. Hocker, C. Brändli ZHAW-IMPE-Teams C. Brändli und D. Penner, Georg Fischer Piping Systems Innosuisse 2018–2021

Die bisherige Heizung besteht aus einer massiven Platte mit hoher thermischer Masse und zeichnet sich durch eine homogene Oberflächentemperatur aus. Diese über Jahrzehnte bewährte Heiztechnologie hat jedoch zwei entscheidende Nachteile: Die Heizung ist sehr träge und die grossflächige Wärmeabgabe kann zu einem ungleichmässigen Aufschmelzen der Rohrenden führen. Daher wurde in Zusammenarbeit mit Georg Fischer Piping Systems ein neues IR-Heizungskonzept entwickelt, mit welchem die Heizung dynamisch, zonenbasiert und adaptiv betrieben werden kann. Die neue Heizung besteht aus mehreren feinen Heizdrähten auf einem Keramiksupport, die einen gezielten und ökonomischen Aufwärmprozess ermöglichen. Dieses Konzept wurden über thermisch-fluidische Computermodelle entwickelt und mithilfe eines designierten Schweissprüfstands verifiziert, siehe Abb. 1.

Schmelzfront

Abb. 2: Mikrotomschnitt einer Schweissnaht im Lichtmikroskop.

Der Schritt von einer kleinen zu einer grossen, anwendungsnahen Prototypenheizung stellt jedoch eine weitere Hürde dar. Um diesem Ziel näher zu kommen, wird eine Kombination aus theoretischen und experimentellen Methoden verwendet. Beispielsweise werden unerwünschte, inhomogene Temperaturverteilungen an der Heizdrahtoberfläche aufgrund von thermisch leitenden Kontaktstellen zwischen Heizdraht und Support über CFD-Modelle optimiert, siehe Abb. 3.

Heizung Probenhalter Abb. 1: Prüfstand zum Verschweissen von Kunststoffproben. Abb. 3: Temperaturverteilung auf der Heizdrahtoberfläche.

Mit der neuen IR-Heizung konnte gezeigt werden, dass sich die verwendeten quaderförmigen Kunststoffproben optimal verschweissen lassen. Ihre Schmelzfronten wiesen entlang der Wandstärke eine sehr gleichmässige Form auf, siehe Abb. 2.

Zürcher Fachhochschule

15

www.zhaw.ch


Turn static files into dynamic content formats.

Create a flipbook

Articles inside

A.7 ICP-Mitarbeitende

1min
page 60

A.6 ICP-Spin-off-Firmen

3min
pages 57-59

5 Computergestützte Physik und künstliche Intelligenz

3min
pages 47-48

A.5 Vorlesungen

3min
pages 55-56

4.5 Künstliche-Intelligenz (KI) Wärmepumpen-Regler

2min
page 46

4.4 Messtechnik für dezentrale Energiesysteme

2min
page 45

A.2 Wissenschaftliche Publikationen

7min
pages 50-52

4.3 Design und Entwicklung von künstlichen Hautmodellen für taktile Sensoranwendungen

2min
page 44

4.2 Tragbares Gerät zur Frühdiagnose von Lymphödemen

2min
page 43

4.1 Nachweis von Nanopartikeln in komplexen Umgebungen

2min
page 42

3.7 Hardware-Software-Integration und Validierung eines kompakten Terahertz-Systems

2min
page 40

3.6 Organische Terahertz-Photonik

1min
page 39

elektrochemischen Methoden und theoretischen Modellen

2min
page 38

3.4 Neue Tools für die Charakterisierung von Quanten-Punkt-Displays

1min
page 37

Kombination von Experiment und Simulation (CTDyn

2min
page 36

grossflächige Perowskitsolarzellen

1min
page 35

trainiertes neuronales Netzwerk

2min
page 34

3 Organische Elektronik und Photovoltaik

1min
page 33

Brennstoffzellen für Transportanwendungen

2min
page 29

2.4 Thermodynamisch konsistenter Ansatz zur Modellierung von Redox-Flow-Batterien

2min
page 31

2.1 Makro-homogene Modelle für organische Flussbatterien

2min
page 28

und Befeuchtung

2min
page 30

Verlagerungsstrategie

2min
page 26

und Effektivität

1min
page 25

1.18 Erweiterte Peridynamik-Fähigkeit bei der Vorhersage von mechanischen Fehlern

2min
page 24

1.15 Effektive Wärmeleitfähigkeit und CFD-Implementierung einer Heatpipe

2min
page 21

von Kunststoffrohren

1min
page 20

1.17 Lebensdauer von Goldkontaktkomponenten unter adhäsiver Verschleissbelastung

2min
page 23

1.16 Simulation der Hüllentemperatur eines Heissluftballons

2min
page 22

Infrarot-Schweissen von Kunststoffrohren

2min
page 19

Klimaanlagen

2min
page 18

von SOFC-Elektroden

2min
page 17

1.10 Modellbasierte Optimierung von MIEC-SOFC-Anoden

2min
page 16

beweglichen Pistolen

2min
page 12

1.7 Thermophoretische Kraft auf Schwebeteilchen

2min
page 13

Kapillardruck bei der Entwässerung in Opalinuston

1min
page 15

1.5 CFD-Modellierung von Tropfenaufprall in eine ruhende Flüssigkeit

2min
page 11

1.8 Dreidimensionale Modellierung von Pulverschneelawinen

2min
page 14

1.3 Entwicklung einer Rohrsensorplattform für Inline-Prozessüberwachung

1min
page 9

1.4 Simulationsbasierte Kalibrierung von Infusionssystemen

1min
page 10
Issuu converts static files into: digital portfolios, online yearbooks, online catalogs, digital photo albums and more. Sign up and create your flipbook.