WO2024251698A1 - Computer-implementiertes verfahren zur herstellung eines cad-modells eines apparates und additives fertigungsverfahren eines apparates - Google Patents

Computer-implementiertes verfahren zur herstellung eines cad-modells eines apparates und additives fertigungsverfahren eines apparates Download PDF

Info

Publication number
WO2024251698A1
WO2024251698A1 PCT/EP2024/065260 EP2024065260W WO2024251698A1 WO 2024251698 A1 WO2024251698 A1 WO 2024251698A1 EP 2024065260 W EP2024065260 W EP 2024065260W WO 2024251698 A1 WO2024251698 A1 WO 2024251698A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
design
model
cad
software
elements
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2024/065260
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Johanna KLEINEKORTE
Hendrik REHAGE
Senada Schaack
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Evonik Operations GmbH
Original Assignee
Evonik Operations GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Evonik Operations GmbH filed Critical Evonik Operations GmbH
Priority to EP24730371.2A priority Critical patent/EP4724932A1/de
Publication of WO2024251698A1 publication Critical patent/WO2024251698A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Program-control systems
    • G05B19/02—Program-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form
    • G05B19/4097—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form characterised by using design data to control NC machines, e.g. CAD/CAM
    • G05B19/4099—Surface or curve machining, making three-dimensional [3D] objects, e.g. desktop manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/10—Formation of a green body
    • B22F10/16—Formation of a green body by embedding the binder within the powder bed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/06—Multi-objective optimisation, e.g. Pareto optimisation using simulated annealing [SA], ant colony algorithms or genetic algorithms [GA]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/20—Configuration CAD, e.g. designing by assembling or positioning modules selected from libraries of predesigned modules
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2113/00—Details relating to the application field
    • G06F2113/08—Fluids
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2113/00—Details relating to the application field
    • G06F2113/10—Additive manufacturing, e.g. three-dimensional [3D] printing
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2113/00—Details relating to the application field
    • G06F2113/14—Pipes

Definitions

  • the invention relates to a computer-implemented method for producing a CAD model of an apparatus and an additive manufacturing method of an apparatus.
  • DE 10 2015 115 409 A1 discloses a method for designing components through which fluid flows, whereby computer-aided engineering (CAE) is used to design the topology of the components, combining flow simulation models (fluid dynamic simulations (CFD)), solid simulation models (finite element method (FEM)) and computer-aided design (computer-aided design - CAD).
  • CAE computer-aided engineering
  • CFD flow dynamic simulations
  • FEM finite element method
  • computer-aided design computer-aided design - CAD
  • DE 10 2015 115 409 A1 proposes using additive manufacturing processes such as laser melting, laser sintering, electron beam melting or 3D printing to manufacture components and overcome tool limitations. It is proposed to first optimize the fluid space topology and then design the solid structure surrounding the component.
  • the disadvantage of this method is that the large number of parameters and degrees of freedom of possible fluid space topologies, such as the number of fluid channels, geometric cross-section, course, divisions and merging of individual fluid channels, etc., require very high processor power and/or very long simulation times, especially when it comes to highly thermally or pressure-loaded Apparatus, such as reactors for highly exothermic reactions, so that the subsequent strength simulation (FEM) may reject previous fluid topologies several times as not feasible (approvable). Furthermore, it is disadvantageous in the development of apparatus, apparatus testing and the necessary scale-up from laboratory scale to large-scale components if an increase in performance and/or minor design adjustments require completely new simulations and recalculations for each step. This is all the more complex and economically disadvantageous if this means that official approvals are required in each individual case for the manufacture of such apparatus or their operation.
  • Additive manufacturing also known as 3D printing
  • 3D printing enables highly complex technical designs for apparatus and containers in chemical equipment construction. There is a higher level of complexity and greater degrees of freedom in three-dimensional space.
  • chemical process equipment can be extensively adapted as required using 3D printing through targeted geometry optimization (see Capel, A. J., Rimington, R. P., Lewis, M. P., & Christie, S. D. (2016). 3D printing for chemical, pharmaceutical and biological applications. Nature Reviews Chemistry, 2(12), 422-436.).
  • the need and the task is to provide an improved method with which improved CAD models of devices, in particular of chemical reactors, can be created in a shorter time and in particular to improve user guidance.
  • the object is achieved by a computer-implemented method for producing a CAD model for an apparatus guiding a material system according to claim 1, a manufacturing method according to claim 14 and a storage medium according to claim 17.
  • ⁇ Second alignment step in which at least some of the design elements in the spatial element, at least one spatial segment and/or at least one grid element are arranged geometrically in at least two spatial directions, in particular in three spatial directions.
  • the reactor is taken from the following group: tubular reactor, reactor with reaction and heat exchange channels or heat exchange chambers and/or continuous reactor.
  • additional system parameter is to be interpreted broadly in the present context and means “at least one additional system parameter”, in particular “all system parameters”.
  • step a. the input of system parameters into a CAD software, takes place at least partially through the definition step or during the definition step, wherein this particularly includes the complete input of system parameters through the definition step.
  • the primary model comprises all system parameters for the CAD software and/or in the definition step the essential scope, in particular all system parameters, is entered directly and/or indirectly through the selection, arrangement and/or parameterization of at least one design element.
  • a user advantageously does not have to select and/or enter any further system parameters for the CAD software after creating the primary model.
  • the adoption of the primary model represents the complete (input) information for the computer-based operation and use of the CAD software.
  • starting material is to be understood very broadly and means any first substance which is converted into a product due to a chemical and/or physical reaction, either alone or together with another substance.
  • a “starting material” is also referred to synonymously as a "reactant”. This is to be understood in contrast to an "auxiliary material", which is not itself converted into a “product”.
  • a “material system” means the material flow and its specific chemical-physical behavior and states. This includes rheological characteristics, mass transport, thermal characteristics, including heat development and heat transfer or heat transport across neighboring spatial elements and surfaces and, if necessary, reaction kinetics.
  • a CAD model is created in particular on the basis of multiple physical characteristics, whereby the term “multiple physical” refers to the consideration of at least two physical quantities, such as temperature, flow velocity and/or pressure.
  • CAD software refers to any computer-aided design software, especially for apparatus and reactor construction, such as NX from Siemens, FreeCAD, or other comparable software.
  • system parameters are not to be understood as restrictive and mean any specification, input, specification or parameterization in order to define the task for creating a CAD model for the CAD software.
  • CAD model is to be understood as the calculation result and/or output format of a CAD software.
  • increment of the CAD model is to be understood as the program-based creation of a process-optimized digital CAD model by a CAD software, based on the system parameters.
  • system parameters means any parameter, any functional dependency and/or mathematical relationship (algorithm) that can be advantageous for the formation of the CAD model and that are made available to the program module or the CAD software for the creation of the CAD model of an apparatus on a case-by-case basis. These include in particular the reaction equation of the intended chemical process, the required production capacity and associated or derived physical, thermodynamic and/or chemical variables, flow dynamic variables, energy quantities and flows as well as information on mass transportZ-flows. “System parameters” also include geometric specifications and dimensions of the apparatus. At least some of the parameters represent limit values with respect to which an optimum and/or improvement can be achieved. is to be determined. The system parameters can be made available at least partially automatically from databases, e.g.
  • CAD software in databases and/or specified or displayed as a report, here according to the invention as a primary model report.
  • a report here according to the invention as a primary model report.
  • system parameters can be manually selected and/or automatically specified via suitable interfaces, such as a computer, monitor and/or terminal.
  • the "output" of the CAD model means any transmission, storage and/or display of the result of the CAD software, in particular the visual display on a monitor for an operator, storage as a file on a data storage device, in particular an executable program file and/or forwarding as a file, in particular forwarding to other processing, simulation and/or evaluation software, such as software for calculating or simulating strength, such as FEM software.
  • the output can also be sent to a printing software or a printing device in order to create a two-dimensional or three-dimensional image of the CAD model.
  • the evaluation software can in particular also be software that is designed as machine learning software (ML software), deep learning software (DL software) or in general as artificial intelligence software (AI) or includes such.
  • ML software machine learning software
  • DL software deep learning software
  • AI artificial intelligence software
  • the output file or output format of the CAD software is, for example, a .sty file for 3D printing or display on a monitor, printer (2D, 3)
  • the "spatial element” means a mathematically defined occupancy space, e.g. as a cylinder, cube or die, which can also have a grid or lattice or can be designed as such, also called a frame or grid.
  • a mathematically defined occupancy space e.g. as a cylinder, cube or die, which can also have a grid or lattice or can be designed as such, also called a frame or grid.
  • the spatial element at least a part of the apparatus, in particular an essential part of the apparatus, is arranged mathematically and geometrically (digitally). With regard to the infinite size of a space, the spatial element is a reduction in dimensionality.
  • the “primary mode” created in the definition step means the sum of the mathematical equations for the extensive or complete description of the fluid-mechanical, thermodynamic and reaction-kinetic relationships of a synthesis in an apparatus, based on the predefined design elements and the overall reduced dimensionality.
  • the “Primary model report” is the result of this primary model.
  • the primary model report can include unresolved or unresolved variables and/or value ranges for variables.
  • the primary model or the primary model report serves as an input value or as a parameter for the CAD software in the CAD creation step.
  • the primary model is generated in a program module or by means of a multi-scale optimization software (MSO software) that can be executed there, whereby the MSO software is designed to carry out physical simulations in order to generate an optimal technical design in the form of the primary model.
  • multi-scale optimization means the thermodynamic and geometric optimization of the technical design of the respective devices, such as a reactor or a heat exchanger, as a primary model.
  • program module also means the MSO software that can be executed there.
  • the program module advantageously comprises and/or is formed from an executable multi-scale optimization software (MSO software), wherein the MSO software is designed to generate the primary model by physical simulations by means of multi-scale optimization.
  • MSO software executable multi-scale optimization software
  • An advantageous embodiment consists in that the spatial element and/or a spatial segment comprises two or more grid elements or is formed from them
  • the "grid element” means a digital element or section of a grid (element) or raster (element) that represents and describes a three-dimensional (sub-)space of the spatial element or spatial segment as a mathematical one- or multi-part formula and/or algorithm.
  • the raster element can comprise digital raster nodes that represent and describe discrete, mathematically described points within or on the raster element that represent the defined connection points for design elements.
  • the raster element is a reduction in dimensionality in view of the infinite number of possible raster or grid elements of a spatial element.
  • a raster element is a geometrically smaller unit than a spatial segment, so that a spatial segment can comprise two or more raster elements.
  • a raster element can comprise, in particular, at least a group of raster nodes (raster node group), whereby the raster nodes of a raster node group are arranged in a defined, mathematically described at least two-dimensional, especially three-dimensional, dependence on each other (grid width) and/or on the grid element or the spatial element.
  • the grid nodes of a first grid node group can have a first grid width and the grid nodes of a second grid node group can have a second grid width.
  • the grid nodes or the group of possible, permissible grid nodes are a reduction in dimensionality in view of the infinite number of possible points in the spatial element.
  • one embodiment consists in that, analogous to the grid element, the spatial element and/or the spatial segment has a defined number of grid nodes and/or grid node groups.
  • a grid element can be assigned to a longitudinal axis and/or main flow direction, which the design elements must not contradict in their respective orientation and/or from which the design elements may only deviate within a defined range with regard to their discharge branch, e.g. by 90° to 270°.
  • a "design element” is a mathematically described model of a flow section or a flow unit.
  • a design element is thus defined as a number of parameters or attributes that enable a scaled and adapted geometry, depending on a predefined set of relevant geometric parameters, such as the flow diameter and/or the length of a channel or channel section and a set of equations that enable an estimation or calculation of key process variables, such as pressure drop, heat transfer, mass transfer, as a function of the relevant geometric parameters and boundary conditions, such as inflow rates.
  • a design element can also comprise a channel node consisting of two or more flow channels. The design element forms and defines
  • thermodynamic effects e.g. in the z-direction, the main flow direction, and transversely to it, in the radial direction (2D) and
  • each individual design element can be designed as a standardized design element.
  • "standardized design element” means that this design element is defined and designed in accordance with common technical rules and standards, in particular with regard to wall thicknesses, material selection and/or manufacturing parameters, depending on pressure, temperature, stresses and/or contact media.
  • the great advantage of using standardized design elements is that the CAD model created from the standardized design elements will always or almost always have sufficient strength and safety.
  • the device can therefore be manufactured more easily and economically overall. In particular, fewer iteration steps are required to achieve the final, optimal CAD model.
  • this model of a design element is transferred to the CAD software by means of the primary model, in particular automatically provided by the software used to create the primary model to the CAD software and/or read in and processed by the software as a data set.
  • a defined number of design elements and their types are selected and a first alignment is carried out by determining the flow paths between at least two design elements from the at least one discharge opening to at least one defined downstream inlet opening of another design element, or by determining a flow path in an analogous manner from a discharge branch to an inlet branch.
  • the aforementioned connection is made via a pipe or flow element, in particular always via a pipe or flow element.
  • a logical, functional linking of design elements is carried out in the first alignment step by assigning a specific input of another design element to an output of a design element.
  • the flow paths of the respective apparatus are defined without geometrical determination.
  • all pipe paths are defined in this way.
  • the design elements in the spatial element, at least one spatial segment and/or at least one grid element are arranged geometrically in at least two spatial directions, in particular in three spatial directions.
  • the first alignment step is an integral part of the above-mentioned first sub-phase for physical-thermodynamic optimization.
  • the second alignment step is advantageously part of the second sub-phase for geometric optimization.
  • the basic structural design of the apparatus to be simulated or manufactured is determined in a first approximation and the complexity is thus greatly limited with regard to all potentially possible variants.
  • the length and type of flow path also determines the residence time of the flowing substances.
  • provision is not to be understood in a restrictive sense and means the provision of corresponding data, executable program packages in an accessible data storage or data storage medium. Furthermore, provision also means the transfer of data and/or executable program packages from a data storage or data storage medium and provision in or for the program module when using the MSO software for user-controlled and/or automated processing using the MSO software.
  • handing over” or “providing” a file, a program package and/or software package means that it can also be handed over in several parts and/or indirectly, in particular after at least partial caching in a data storage. In particular, “handing over”, “providing” or “provisioning” means that this is done computer-implemented using at least one processor or at least one processor unit.
  • a topology optimization TO
  • “arrangement” could also be referred to as topology optimization in the context of the definition step.
  • the data of the primary model is saved and displayed to the user, for example in a 2D, 3D view or in tabular form.
  • This improved user guidance enables the user to carry out a "manual" follow-up check.
  • the display of the primary model can therefore show the user that the program module or the MSO software was the first "optimizer” to make some channels very short, in accordance with permissible physics. The user could then see a need for changes for reasons such as safety, improved use of installation space, etc.
  • These changes can be made by the user directly in the program module on the primary model, before transferring it to the CAD software, for example by increasing the length of at least one design element or a group of design elements.
  • the definition step may further comprise the following sub-phases:
  • thermodynamic dependencies In the first sub-phase, exclusively or essentially all relevant physical andZor thermodynamic dependencies are considered and described mathematically.
  • geometric arrangement and dependencies In the second sub-phase, exclusively the geometric arrangement and dependencies are considered and defined in three-dimensional space, in particular in a spatial element andZor segment.
  • the design elements are positioned on grid nodes and/or in grid node spaces.
  • the arrangement can be carried out in particular via an input unit, such as a monitor, in particular a touch-sensitive monitor, in which the program module can be manipulated via functions such as drag & drop via hold.
  • an input unit such as a monitor, in particular a touch-sensitive monitor, in which the program module can be manipulated via functions such as drag & drop via hold.
  • the output of the primary model can be a file that can have any suitable data format or is an executable software program or program product.
  • the primary model is advantageously a file that can be imported and edited by the CAD software and/or a program package that can be executed by the CAD software.
  • the primary model or the primary model report represents another system parameter or a group of system parameters of the CAD software that very comprehensively predefines and/or limits the variety of variants of the CAD software and thus increases the speed of creation.
  • a user makes a basic input (basic input step) in which, for example, the desired synthesis, the synthesis type and, if applicable, other basic specifications and specifications are made. These basic specifications and specifications can be used in particular.
  • These basic inputs in the basic input step are made via a suitable interface, such as a monitor, a computer and/or a control station and are usually carried out at least partially manually by a user.
  • a suitable interface such as a monitor, a computer and/or a control station
  • the definition step for an advantageous computer-implemented method for creating a CAD model includes the following:
  • steps a) to d) of the first sub-phase are carried out manually by the user, whereby the MSO software can make suggestions to the user for any decisions that are still required in the same or subsequent steps based on the selections and specifications already made.
  • Steps e) to h) are primarily carried out by the MSO software is carried out automatically or largely automatically based on executable programs. Steps e) to h) are also considered automated if the MSO software prompts the user to release, select or take another action (decision) via an input device such as a monitor, keyboard, etc.
  • a type of superstructure is defined by always passing a type of package of design elements to the MSO software, and the software specifies that exactly one type of design element must be selected.
  • These packages are arranged one after the other in the main flow direction as a type of rough, slice-by-slice construction plan of the apparatus from various, limited selection options.
  • CAD model i. Reading in the primary model report in the format as a Python .py file (instruction script) or Excel file (start NX, MSO software); ii. If necessary, further manual alignments, e.g. rotation, inclination, displacement in x-y-z direction, other interventions without optimization path without feedback, use of a sensor interface; iii. Saving the CAD model and/or output/display.
  • step a) of the second sub-phase is carried out manually by the user.
  • Steps b) to c) of the second sub-phase are primarily carried out by the MSO software is automated or largely automated based on executable programs.
  • Step c) can be carried out manually or automatically.
  • steps are also considered automated if the MSO software prompts the user to release, select or take another action (decision) via an input device such as a monitor, keyboard, etc.
  • the above-mentioned steps for generating the CAD model i) - iii) are carried out manually using the CAD software and/or can be carried out at least partially manually by the software.
  • framework parameters means any parameter, any functional dependency and/or mathematical relationship (algorithm) that can be advantageous for creating (simulating) the primary model and that is made available to the program module or the MSO software for creating the primary model.
  • algorithms include in particular the reaction equation of the intended chemical process, the required production capacity and associated or derived physical, thermodynamic and/or chemical variables, fluid dynamic variables, energy quantities and flows as well as information on mass transportZ-flows.
  • Framework parameters also include geometric specifications and dimensions of the apparatus. At least some of the parameters represent limit values with respect to which an optimum and/or an improvement is to be determined.
  • the framework parameters can be made available at least partially automatically from databases, e.g. retrieved from databases by the MSO software.
  • framework data can be manually selected and/or specified via suitable interfaces, such as a computer.
  • Framework parameters can be at least or partially identical to system parameters and/or system parameters can be at least or partially derived from framework parameters, in particular based on a mathematical relationship. Framework parameters can also be parameters or parameter values with which design elements are described and/or dimensioned.
  • framework parameters can be manually selected and/or automatically specified via suitable interfaces, such as a computer, monitor and/or terminal.
  • suitable interfaces such as a computer, monitor and/or terminal.
  • the design elements are positioned on grid nodes and/or in grid node spaces.
  • the definition step is carried out using a program module prior to the creation of the CAD model, whereby the definition step includes in particular the following:
  • the “determination” can include both the selection according to type and frequency.
  • the space segment represents a part or subspace of the space element in which a defined process step takes place, such as a (pure) flow separation, a passage, a mixture, a flow combination (merging).
  • a defined process step can take place, such as a reaction, a Flow control, such as flow throttling, slowing down (dwelling step) or acceleration or heat exchange.
  • a substance or a mixture of substances flows as a fluid in every segment and in every element and/or every branch of an element.
  • an elongated discharge branch of a combination element hereinafter referred to as a "combination element”
  • a flow element or a group of discharge branches represent a flow segment, for example.
  • an inlet branch or outlet branch of an element that is not a flow element has a defined maximum extension that is a fraction of a dimension of the element or of a space enclosing the element that is not a flow element.
  • the diameter of the outlet branch D3 advantageously corresponds to D1/cos (a) and the length of the inlet branch corresponds to a maximum of the length D3/2.
  • An advantageous embodiment of a continuously operating flow reactor can, for example, have the following sequence of space segments:
  • At least the combined flow and reactor segment is advantageous for at least the combined flow and reactor segment to also be a heat exchange segment. It can be advantageous to also design the combination segment and/or the separation segment as a heat exchange segment.
  • At least one flow segment is arranged between two of the aforementioned reactor segments, in which essentially only the respective mixture of substances is passed through, if necessary in combination with a chemical reaction and/or a heat exchange.
  • a reactor segment is defined with respect to one of the following two sub-segment types:
  • the design elements are accompanied by heat exchanger channels and have at least one common channel wall or a common channel wall section.
  • a larger interior space or section is bridged or penetrated by self-supporting lines.
  • the design elements designed as pipes or their pipe or line sections are self-supporting and are surrounded by a heat fluid that can flow freely in the interior space and in this way the heat exchange takes place.
  • the pipes or lines that penetrate the heat exchanger space can be statically optimized using struts. This static optimization can take place as part of the creation of the primary model, the CAD model and/or as part of a FEM analysis.
  • the cavity segment can also be an open section and the cantilevered lines bridge the section and form at least part of a Holding and supporting structure.
  • This embodiment can be advantageous if only very little or no heat dissipation is required.
  • the reactor segments can advantageously also be combination segments of two or more of the reactor segments mentioned, for example as mentioned above.
  • the determination and definition of a reactor segment can also be done implicitly by arranging the respective design elements or sub-design elements in the spatial element via the program module.
  • the spatial position can also be done by determining a position of a prominent geometric element of the design element in the reactor element or a reactor segment.
  • the geometric element can be, for example, a center point, a center of gravity, an interior center point or an axis of a design element, which are arranged in a Cartesian system, such as a Cartesian x-y-z system.
  • the position can also be a sub-area of the spatial element and/or the spatial segment, such as a grid element in which the position can occur.
  • the second alignment step can also relate to a spatial area (grid element) in which one or more design elements are or must be arranged with their entire physical extent.
  • the second alignment may consist in that all outlet branches of separation elements in a separation segment must be arranged parallel to one another and all inlet branches of combination elements of a spaced-apart combination segment must also be aligned parallel to one another, and furthermore that all connecting flow elements, which are also reactor elements,
  • the first alignment also refers to the specific guidance of the heat exchanger fluid relative to the design element in the case of a heat exchanger element. This can be done in cocurrent, countercurrent or cross-flow.
  • discharge and inlet are defined in pairs in this way, with only flow elements being arranged between such paired discharges and inlets. In one embodiment, their course is not further defined by the primary model.
  • a user or the program module can, for example, make decisions based on experience and/or a look-up table depending on the reaction to be carried out in the apparatus. For example, if it is known that in a highly exothermic addition reaction such as the alkoxylation of an alkoxylate from ethylene oxide or propylene oxide, the reaction calms down considerably after a very short reaction distance and therefore only very little waste heat is generated, the rear part of the reactor in the direction of flow can be largely determined based on symmetry considerations, whereas the central spatial segments, which are critical due to the heat development, are subject to less pre-determination, so that the subsequent simulations can search for optimal solutions in a larger digital space.
  • the invention thus also encompasses the use of stored look-up tables and/or trained or trainable ML software when forming the primary model, which in a provision step provides primary model parameters for the creation of the primary model, such as
  • system parameters for the CAD software are entered at least partially indirectly in and/or via the program module.
  • system parameters which are entered via or in the program module, include in particular the reaction kinetics, fluid mechanics parameters, process engineering parameters and/or geometric parameters.
  • the reaction kinetics can also include the energy curve, necessary or possible phase changes and/or necessary or possible pressures/pressure curves.
  • the program module can, for example, provide or suggest the specification of permissible temperature ranges, pressure ranges, phase states and/or product masses as parameters.
  • process engineering parameters and/or geometric parameters can be entered and/or adjusted by an operator.
  • the program module can take the aforementioned parameters from a database or calculate and/or have them provided by means of trained evaluation and analysis software, which is designed, for example, as ML software (machine learning software), DL software (deep learning software) or AI software (artificial intelligence).
  • ML software machine learning software
  • DL software deep learning software
  • AI software artificial intelligence
  • an advantage may be that the definition step and/or the generation of the primary model and/or the PMR is carried out by means of an MSO software and/or a program package in a universal, higher programming language, e.g. C++, Python or Rust.
  • the MSO software is designed in particular for topology optimization (TO), physical thermodynamic optimization and/or geometric optimization and advantageously has functions for element-based input and via suitable interfaces and/or input units, such as a monitor, keyboard, touch-sensitive monitor, computer mouse and/or computer joystick.
  • TO topology optimization
  • suitable interfaces and/or input units such as a monitor, keyboard, touch-sensitive monitor, computer mouse and/or computer joystick.
  • an advantage may be that the design elements provided can be used as different design element types are formed, comprising at least one piping or flow element and at least one of the following design element types:
  • T-combination element in particular T-combination element, Y-combination element or tree-combination element;
  • T-separating element in particular T-separating element, Y-separating element or tree-separating element or
  • the combination element is used to combine two material flows and for this purpose has at least two inlet branches and at least one outlet branch.
  • the T combination element has two inlet branches and one outlet branch, with the two inlet branches each being arranged at a 90° angle to the outlet branch and in alignment with one another.
  • the Y combination element this has two inlet branches and one outlet branch, with the two inlet branches forming an angle of 120° to 150° to the outlet branch.
  • the tree element is analogously a multiple T or Y combination element, with three or more inlet branches and at least one outlet branch.
  • the number of outlet branches is at least one and always one branch less than the number of inlet branches.
  • the separating element is used to divide the material into two or more streams and has at least two discharge branches for this purpose.
  • the flow is inverted and analogous to the aforementioned combination element.
  • the static mixing element is used to mix materials or material flows along a flow channel, in contrast to the mixing that takes place, for example, in the combination element by merging two material flows.
  • the mixing element as such is twisted, twisted and/or has flow-guiding elements in the interior, such as flow dividers, static mixing elements, flow breakers, cross-sectional changes.
  • the cross-sectional changes can affect changes in the geometry and/or orientation of the cross-sectional area through which the flow can pass.
  • the cross-sectional area as an area perpendicular to the main flow direction, hereinafter referred to as the flow direction, can, for example, have a square or oval shape that is twisted around the longitudinal axis.
  • the advantage of such a geometry or comparable geometries is that it is very easy to describe mathematically and thus effectively simulated, while at the same time ensuring effective mixing over a short line path.
  • the dimension of the cross-sectional area through which the flow can pass can have at least two sizes.
  • Another special form of a design element is a star element, which has an identical number of inlet branches and outlet branches.
  • an advantage may be that at least one design element is designed as one of the following design element subtypes:
  • Control element such as a throttle element or nozzle element
  • design element subtypes means that these design elements are basically a combination element, a separation element or a mixed element or can be described as such and additionally have the characteristics of the subtypes mentioned.
  • the reactor element is particularly defined by the fact that at least two material streams are brought together, analogous to a combination element, whereby at least two starting materials (reactants) and/or at least one starting material and one auxiliary material are brought together so that a chemical reaction and the synthesis of a product takes place.
  • the control element is determined in particular by the fact that it can specifically influence the flow speed and/or the pressure of the flowing fluid, such as a throttle element (diameter reduction on a section), a nozzle element (diameter expansion, diffuser), etc.
  • a user can, for example, specifically provide for the injection of a liquid substance (e.g. reactant) into a gaseous substance (mixture) based on the user's existing knowledge. This enables the user to enter key features of the device quickly and in a structured manner.
  • a catalyst element is defined by the fact that a coating acting as a catalyst is present on at least one part of the inner surfaces and/or catalyst material is arranged in a bed, internals or packing.
  • a coating acting as a catalyst is present on at least one part of the inner surfaces and/or catalyst material is arranged in a bed, internals or packing.
  • the required concentration of catalyst material can be specified as a parameter by the user. In this way, the user can predefine the type of reactor. This enables the user to enter the essential characteristics of a reactor quickly and in a structured manner.
  • a heat exchange element is determined by the geometry allowing for optimal heat supply or removal.
  • a design as a double-shell element can be advantageous, so that a liquid substance (e.g. a cooling medium) can be used as an additional heat transport medium.
  • auxiliary material is not to be understood in a restrictive sense and means any substance, including any precursor of a substance, which is formed at least temporarily from at least one starting material.
  • the auxiliary material introduced as or with the further material flow can, for example, be a flowable catalyst or a substance that creates reaction-initiating conditions.
  • the excipient can, for example,
  • ⁇ a solvent with a higher temperature than the material stream carrying the reactant, so that by increasing the temperature in the resulting mixture of substances a temperature level is set that promotes or starts the synthesis and/or
  • ⁇ a filler that is inert, flowable or conveyable for the respective synthesis and serves, for example, to improve the rheological properties of the mixture.
  • a catalyst element comprises at least one immobile catalyst on a partial length or partial section of the catalyst element.
  • the stationary, immobile catalyst is particularly in the form of a catalyst coating on a section of the inner wall and/or on at least one stationary carrier element.
  • the catalyst can also be arranged as a shaped body or bed in a fixed position in the catalyst element.
  • a WT element is characterized in that, in addition to the material flows and their inherent, introduced energy contents and/or chemical-physical mutual influence through exothermic or endothermic reactions, an external thermal influence is carried out over at least one partial length by an additional heat medium or a heat exchange device.
  • This can in particular be auxiliary heating or auxiliary cooling.
  • This is preferably a flow channel in which the respective heat medium can flow, such as an aqueous or oil-containing coolant or heating medium.
  • the flow channel encloses a channel or channel branch carrying a mixture of substances over at least one partial length.
  • a channel or channel branch carrying a mixture of substances is completely enclosed by the heat exchange channel.
  • This primary framework structure of the apparatus in which the apparatus is divided into reactor elements and reactor segments, or the secondary framework structure, in which the reactor segments are divided and defined into a defined number of design elements and/or sub-design elements, can be accessed via an input unit from a Operators can do this manually and on the basis of specialist knowledge. Alternatively or additionally, after entering initial conditions, for example, one of the two framework structures can be suggested, which can advantageously be adapted via an input unit.
  • the first initial conditions are, for example, the chemical reaction and/or the product, starting from known reactants and catalysts.
  • Other initial initial conditions can be, for example, maximum external dimensions or minimum product quantities.
  • an advantage may be that
  • the output of the CAD model in particular as a sty file, is sent to a program unit for simulating the strength of the apparatus, and
  • the program unit for simulating strength is preferably a finite element simulation.
  • Strength simulation is used in particular to ensure not only physical feasibility based on the materials selected, external and internal mechanical loads, thermal influences, but also legally or officially required strength and safety requirements.
  • a strength simulation can show that a potentially positive flow structure cannot be implemented for strength reasons and that modified flow paths with possibly greater spacing must be selected in order to enable a correspondingly larger, safer wall thickness.
  • the design data set is output to a storage unit and/or program unit of a control program of an additive manufacturing device.
  • the generation of the models can be carried out at least in part by a computer and/or a distributed (computer) system comprising more than one computer or processor.
  • the two or more computers of the distributed system are advantageously connected to one another via wired or wireless data transmission.
  • the required data storage devices can be directly or indirectly part of the distributed system.
  • the design data set is at least in part the control data set for the operation of the production device for the apparatus.
  • an advantage may be that the generation of the design data set takes place at least partially in one of the following software units or program packages:
  • an advantage may be that the design elements are predefined digital design element models which are partially mathematically described by means of a defined algorithm and mind, a defined design element parameter mind, and stored in a data memory.
  • an advantage may be that the predefined design element model and/or the defined algorithm has a reduced dimensionality.
  • the primary model and/or the design elements or the design element models advantageously have a limited dimensionality.
  • the limited dimensionality particularly affects the limitation of the permissible geometries, dimensions, heat and mass flows.
  • the limited dimensionality particularly affects the simplification of the mathematical equation(s) geometrically describing the design element (shape equations) and/or the mathematical equation(s) chemically or physically describing the material system (material equations), particularly the Material equations for the mathematical description of the flow, the respective iron reaction, the temperature and/or the heat transfer.
  • this limited dimensionality of the design elements is transferred to the CAD software via the primary model.
  • the restricted dimensionality also affects the definition of the twist and/or the degree of penetration.
  • the twist and/or wrap of two design elements is defined as part of the primary model creation.
  • the penetration, twist and/or wrap of a design element such as a reactor element, a combination element or a separating element with the subtype of a heat exchange element is defined with regard to the geometry of the heat exchange channel.
  • the degree of wrap (min.-max.) of a flow branch of a design element in particular in the range of at least 180° to 360° and/or at least a common partition wall, in the case of non-circular flow branches (Z-channels).
  • the design elements and the primary model derived from them advantageously facilitate official approval processes because similar devices of different sizes or performance classes are structurally more similar to one another in the final design based on a CAD model thanks to the comparable primary model.
  • the technical design of a laboratory reactor that is very small in every respect (continuous, a few liters/hour) for a highly exothermic reaction with a multiple internal interwoven channel structure for the reaction mixture and heat exchange medium cannot be transferred to an industrial-scale reactor (several tons/day).
  • transferability is much easier in the event of size changes, for example.
  • the restricted dimensionality also includes a restricted parameterizability, so that, for example,
  • a further advantageous embodiment of the method provides that in the definition step at least one sensor holder or at least one group of sensor holders is determined.
  • the determination of a sensor holder advantageously includes the specification of the sensor or sensor type and/or the measurement location.
  • an advantage may be to provide the following:
  • test step in which the manufactured apparatus is operated for at least a period of time, in particular is operated as intended, and sensor data is recorded by means of at least one sensor and fed to an evaluation unit, and in which
  • the recorded sensor data is evaluated and based on the result of the evaluation, the CAD model of the manufactured and tested device
  • At least one test step of the apparatus to be manufactured shall include a sensor holder and/or a first group of sensor holders, and
  • a different sensor holder and/or a different group of It can be particularly advantageous and speed up the creation of the final CAD model and the manufacture of the device if a smaller number of sensor holders are required for the device defined as final.
  • a somewhat excessive number of sensors can be provided as a precaution and for maximum safety until sufficient certainty has been empirically achieved with regard to the technical design of the device.
  • only the sensors that are required for the safe operation and control of the device are provided for the final CAD model, which forms the basis for the production data set.
  • “as intended” means that the device is operated under the chemical and physical conditions, including the actual chemical reaction, that are intended and/or expected.
  • the device can also be operated “not as intended”, for example by only having a single, non-reacting fluid or mixture of substances flow through it in order to only record the actual heat transport from the reaction elements to the heat exchange medium and by sensors.
  • An advantageous method may consist in assigning a defined, adapted suitability as final suitability to an apparatus that was not defined as final in the test step within the framework of this test step or a subsequent test step.
  • adapted suitability means that the relevant process and procedure parameters are provided under which the device can be operated. This has the great advantage that the device that has already been manufactured and measured using the sensors does not have to be scrapped, but can be used for a practical, advantageous operation to manufacture products.
  • the limited suitability can, for example, relate to a limitation of the amount of substance (reactants) per unit of time and/or an increased heat exchange capacity.
  • an advantage may be that at least one simulation and/or one model is evaluated and, depending on the result of the evaluation, the simulation or model is created at least one more time, i.e. at least twice, after targeted, automatic and/or deterministic modification of at least one parameter of a preceding (process) step of the respective simulation or the respective model is carried out again in order to improve an apparatus (100) and/or the model, in particular CAD model, for an apparatus (100) with regard to at least one technical parameter, wherein
  • the evaluated simulation is a strength simulation, a flow simulation and/or a thermodynamic simulation and
  • the model evaluated is the primary model, the CAD model and/or the design data set.
  • evaluation and “at least one further implementation” mean that, for example, technical weaknesses, defects and/or risks identified by the simulation, as well as any undershooting of official or legally required limit values, are targeted by the user in a further definition step, for example, by changing a corresponding parameter of a design element and thus the primary model (second primary model) and the CAD model created from it (second CAD model).
  • the suggestion or input of changed (at least one) parameters can also be made available automatically by the MSO software, the respective simulation software or another suitable software or program package.
  • Changes to mind, a parameter in mind, an upstream process step are made in a targeted, automatic and deterministic manner in that, based on the identified defects or weaknesses, mind, a parameter is specifically changed (defined) in order to improve, in particular optimize, the respective simulation and/or the affected model with regard to precisely this defect or weakness.
  • the automation can be achieved through a software-based display and/or user guidance, which can be a textual or color display, for example.
  • the display is advantageously made through a textual display of the mind, a parameter to be changed and/or Suggestion (display) of the new, changed parameter. This is particularly advantageous in the view mode of the respective model-building or simulation-creating software. If there is a suitable software or data interface between the respective model-building or simulation-creating software and the MSO software, at least one parameter is used directly and specifically to create an improved primary model and subsequently an improved, defect-free model and/or simulation result.
  • a new primary model or a new CAD model can be created, after adjusting at least one relevant parameter.
  • the method can advantageously be improved in such a way that advantageous measuring points for monitoring and safe operation of the device are identified and the associated sensor holders can be provided in the primary model for a test step and/or a device defined as final.
  • This increases the safety of the final device and its operation, in addition to accelerating development through significantly shortened simulation and/or model creation steps, in particular significantly shortened creation times of the final, optimal CAD model and the manufacturing data set derived from it for a device.
  • the invention further comprises a manufacturing method for producing an apparatus by means of an additive manufacturing method and an additive manufacturing device, wherein the additive manufacturing device is designed by means of a design data set is controlled, and wherein the design data set is based on a CAD model that was created according to a method that is designed according to one of the aforementioned embodiments or variants.
  • based means in particular that the design data set is a direct derivation or essential subset of the CAD model and/or was generated from it.
  • an advantage can be that the apparatus is suitable for managing a material system with at least two material streams, in particular a reactor for synthesizing at least one product from at least one starting material (educt) and at least one material stream.
  • an advantage may be that the additive manufacturing process is a laser-induced powder melting process.
  • the apparatus is a reactor taken from the following group: tubular reactor, reactor with reaction and heat exchange channels or
  • Heat exchange rooms continuous reactor, column with at least one intermediate floor.
  • the invention also relates to a storage medium which has an executable program or program module for at least partially carrying out a computer-implemented method for producing a CAD model and/or a design data set, wherein
  • the design data set was generated on the basis of the computer-implemented method according to one of the embodiments or variants described herein.
  • the solution according to the invention is described in detail below using exemplary embodiments. They show:
  • Fig. 1 shows a first embodiment of the process as a block flow diagram
  • Fig. 2 a second embodiment of the process as a block flow diagram
  • Fig. 3 shows another embodiment of the process as a schematic flow diagram
  • Fig. 4 in four partial representations design elements in a perspective view.
  • the computer-implemented method shown in Figure 1 comprises a definition step 200 for creating a primary model for an apparatus 100, an input step of system parameters 210, two data memories 250, 260, a CAD creation step 300, an input step of system parameters 310, an output step 350 of the CAD model, two gates G, a manufacturing step 400 and the creation of the manufacturing data set 401 for the manufacturing device, which in the present case is a laser-induced 3D powder bed printing process.
  • first system parameters 210 are entered into an MSO software via an input module, on the basis of which further system parameters are obtained from the database 260.
  • the first system parameters 210 entered by a user are the reaction, here a Baeyer-Villinger oxidation, and the desired product quantities per unit of time.
  • the MSO software is connected to the database 262, which includes and provides further relevant system parameters for creating the primary model on the basis of corresponding dependencies.
  • the MSO software is also connected to the database 262, which includes a plurality of parameterizable design elements 220 (Fig. 4).
  • the design elements 220 are predefined and allow only a very limited number of parameter changes, such as parameter changes to adjust channel diameters and channel lengths.
  • the primary model 202 created in the definition step 200 comprises complete sets of descriptive differential equations for the geometries and the intended operation of the apparatus 100, here the highly exothermic Baeyer-Villinger oxidation, where the apparatus 100 is a continuous reactor.
  • the sets of differential equations and/or algebraic equations describe mathematically:
  • the energy flows from released energies from the exothermic reaction and the energies to be dissipated via WT media and
  • the sets of differential equations thus also include the predefined design elements 220 (Fig. 4) and their arrangement in a spatial element 250, as well as spatial segments 252 and/or defined grid nodes 254 therein.
  • the primary model 202 is provided by the MSO software and used as a system parameter by the CAD software in the CAD creation step 300.
  • a user enters further system parameters 310 via an interface (not shown) in preparation for the CAD creation step 300.
  • the created CAD model 302 is provided by the CAD software and transferred to the operating and control software of the manufacturing device 420, which generates a manufacturing data set based thereon in a creation step 410.
  • a first gate G1 is provided after the CAD output and evaluation step 350. If an undesirable deviation from specifications is detected in the CAD model 302 in the CAD output and evaluation step 350, this CAD model 302 is provided in whole or in extracts, in particular with regard to the impermissible deviations, as a system parameter 210 for a further, adapted definition step 200 or as a system parameter 310 for a further, adapted CAD creation step 300.
  • an evaluation can be carried out which, depending on the type and/or severity of the inadmissible deviation, requires the initiation of a further CAD creation step 300 or a further definition step 200 with a subsequent CAD creation step 300.
  • an inadmissible deviation with regard to equipment strength is fed back to the CAD creation step 300 through the second gate G2, all other inadequate or borderline deviations are fed back to the definition step 200 as subsequent, supplementary simulation parameters. This is followed by a new CAD creation step 300.
  • the method according to Fig. 2 has the following, analogous to the example according to Fig. 1: a definition step 200 for creating a primary model for an apparatus 100, an input step of system parameters 210, two data memories 260, 262, a CAD creation step 300, an input step of system parameters 310, an output step 350 of the CAD model, Gates G, a manufacturing step 400 and the creation of the manufacturing data set 401 for the manufacturing device, which in the present case is a laser-induced 3D powder bed printing process.
  • a simulation and evaluation step takes place, in this case an FEM simulation 500, which is followed by a gate G3.
  • an operating step 600 takes place in which the apparatus 100n is operated, in particular operated as intended or largely as intended. This operating step 600 is followed by a further gate G4.
  • the computer-implemented method of Fig. 2 further comprises the integration of an evaluation and analysis unit 450, in which in particular the relevant system parameters, the primary model, the CAD model, the result data set of the FEM simulation 500, the production data set and/or the measurement data from the operating step 600 are recorded and evaluated.
  • the evaluation and analysis unit 450 is designed as AI software (artificial intelligence software), can at least partially comprise a neural network or can carry out data analysis and create results using a neural network.
  • the operating step 600 thus represents a test step 460.
  • the evaluation and analysis unit 450 makes the result data available to one or both data storage devices 260, 262, as indicated by the dot-dash lines and arrows.
  • the evaluation and analysis software 450 can also be designed and connected accordingly (not shown) to select and/or suggest system parameters in the definition step, in the CAD creation step and/or in the creation step of the production data set 410.
  • the gates G1-4 each have analogous functions, namely to initiate a next iteration step when a target value or target value range is undershot or exceeded.
  • the device 100n+1 is the final device, which is designed according to a target specification and does not need to be subjected to any further iteration step, or whose primary model, CAD model and production data set correspond to the target specification.
  • the manufacturing data set 410 for the manufacturing device 420 is created in the manufacturing step 400, whereby alternatively the manufacturing data set 410 is at least partially created by the CAD software as part of the CAD creation 300.
  • the method in Fig. 2 can be further developed by making the final device 100n+1 not identical to the already usable device 100n, using an n+1 primary model, an n+1 CAD model and/or n+1 production data set.
  • elements, attachments and/or in particular sensor mounts can be changed and adapted that were only (additionally) provided for temporary analysis and development purposes, such as a large number of measuring points and sensor mounts that are completely superfluous in normal operation.
  • mechanical fastening and holding structures for external attachment can be provided for the device 100n+1, which are irrelevant for the design and would, for example, make the production step 400 more complicated and time-consuming.
  • each of the steps mentioned is carried out with a computer or by a distributed computer system or network on which software and/or program structure suitable for the respective step can be executed.
  • the computers and the data storage devices can also be connected to one another in a data-conducting manner via wired and/or wireless communication networks.
  • the data storage devices are in particular non-volatile memories and can be fully or partially integrated into a computer.
  • Figure 3 shows an embodiment of the steps for simulating a flow tube reactor for the alkoxylation (synthesis) of an alkoxylate from the two reactants ethylene oxide (EO) in the first material stream and alkylphenol in the second material stream with premixed multimetal cyanide complex catalyst or alkali and alkaline earth metal hydroxide catalyst, comprising a definition step 200 and the CAD creation step.
  • EO ethylene oxide
  • the definition step 200 can be divided into two sub-phases I, II and comprises a basic input step 150 in which the aforementioned synthesis and/or its essential parameters and, if applicable, further basic inputs, such as the desired production capacity in kg/s, are determined by a user, i.e. entered in the program module or the MSO software there.
  • the other basic inputs were: material parameters to describe the thermodynamic behavior of the material system, specifications of the reactant mass flows with regard to pressure, temperature, mass flow and composition, selection of the design element types to be considered in the optimization, space element constraints, determination of the desired discretization fineness of the algebra or differential equations.
  • the definition step 200 is two-phased and includes in subphase I
  • step 242 of determining the dimensions of the design elements 220 shown using the example of a separating element 226, in which only the length L of the inlet branch and the identical diameter D of the outlet branches 236 are available for parameterization and
  • step 244 of arranging the design elements 220 relative to one another so that at the end of the first stage of the definition step 200 a first metastructure of the continuous reactor is formed, in which all parameterizable dimensions of the design elements 220 as well as the assignment of exit openings 232 to inlet openings 230 and connecting flow elements 222 are defined.
  • thermodynamic optimization is carried out, which is not shown in Figure 3.
  • the geometric optimization is carried out by arranging the aforementioned design elements 220 of the defined first metastructure in the provided cuboid-shaped spatial element 250.
  • the following five spatial segments 252 were proposed by the MSO software: an inlet segment arranged on the left, a combination segment, a flow and reaction segment arranged in the middle and a discharge segment arranged on the right. Furthermore, the MSO software arranged the associated design elements 220 in the spatial segments 252 provided for them.
  • the flow elements 222 are longer in the longitudinal extension (x-direction) than the longitudinal extension (x-direction) of the flow segment in order to provide a sufficient reaction time, so that no twist-free, straight connection between separating elements 226 and combination elements 224 is possible.
  • the determination and simulation of the optimal geometry takes place subsequently during the creation of the CAD model 302.
  • the spatial optimization in the second stage of the definition step 200 in addition to the positioning of the design elements 220 on the grid nodes 254 of the spatial element 250 or the grid segments 252, in particular the position and orientation of supply and discharge lines in their position and spatial orientation in order to take into account neighboring components if necessary.
  • the primary model 202 is finally created and the primary model report 204 (PMR) is provided for adoption by the CAD software for the CAD creation step 300.
  • the PMR 204 is a txt file and includes the solutions of the relevant equations as well as the permissible limits of remaining variables.
  • the PMR 204 created in the program module with the MSO software already includes all the required input data for the creation step 300 of the CAD model 302 for the apparatus 100, so that the MSO software transmits the PMR 204 directly to the CAD software, which creates a CAD model 302 based on this.
  • the CAD model 302 includes intertwined and crossing flow elements 222, whereby these design elements 220 do not penetrate one another or change in any other internal or external geometry, since this degree of freedom is not permitted in the design elements 220 with reduced dimensionality.
  • the CAD software used in the CAD creation step 300 which creates an exportable .sty file as a CAD model 302.
  • Fig. 4 three basic forms of design elements 220 are shown, the flow element 222 in part I, a combination element 224, as a Y-combination element, in part II, and a division element 226, as a Y-division element, in part III.
  • Partial image IV shows a further dividing element 226 in the form of a T-dividing element. All design elements 220 have, according to definition, one or more inlet openings 230 and one or more outlet openings 232, so that the flow direction is determined by this. It is understood that the design element 220 shown in partial image IV represents a T-combination element when the definition of the openings 230, 232 is inverted, as is the case for the design elements in partial images II and III.
  • the dividing elements 226 each have one inlet branch 234 and two
  • discharge branches 236 and the combination elements 224 each have two inlet branches 234 and one discharge branch 236.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein computer-implementiertes Verfahren zur Herstellung eines CAD- Modells für einen ein Stoffsystem führenden Apparat, wobei das Stoffsystem mind. zwei Stoffströme umfasst, und der Apparat ein Wärmetauscher oder einen Reaktor zur Synthese mind. eines Produkts aus mind. einem Ausgangsstoff mind. eines Stoffstroms ist, genommen aus der folgenden Gruppe: Rohrreaktor, Reaktor mit Reaktions- und Wärmetauschkanälen bzw. Wärmetauschräumen, Kontireaktor, Kolonne mit mind. einem Zwischenboden, umfassend die Schritte: a) Eingabe von Systemparametern in eine CAD-Software, wobei die Systemparameter Massedaten, thermodynamische Daten und/oder Reaktionsdaten des Stoffsystems umfassen; b) Erstellung des CAD-Modells, umfassend eine dreidimensionale und mehrfachphysikalische Simulation des Stoffsystems; c) Ausgabe des CAD-Modells an eine Ausgabeeinheit, Auswerteeinheit und/oder eine Speichereinheit, und wobei d) mind. einen Definitionsschritt mittels eines Programmmoduls, welcher der Erstellung des CAD-Modells vorgelagert ist, wobei der Definitionsschritt Folgendes umfasst:  Bereitstellung mind. eines digitalen Raumelements,  Bereitstellung digitaler Designelemente,  Anordnung der Designelemente im Raumelement,  Ausgabe eines Primärmodells als ein weiterer Systemparameter; e) Erzeugung des CAD-Modell mittels der CAD-Software unter Anwendung des Primärmodells als weiteren Systemparameter.

Description

Computer-implementiertes Verfahren zur Herstellung eines CAD-Modells eines Apparates und additives Fertigungsverfahren eines Apparates
Die Erfindung betrifft ein Computer-implementiertes Verfahren zur Herstellung eines CAD- Modells eines Apparates und ein additives Fertigungsverfahren eines Apparates.
Der Einsatz von additiven Fertigungsverfahren für Apparate und insb. chemische Reaktoren, ermöglicht eine fast unbegrenzte Vielfalt und Komplexität für das jeweilige technische Design. Die Evaluation eines möglichen technischen Designs erfordert jedoch aufwändige und langwierige Berechnungsschritte. Für jedes Design müssen CAD-Modelle bspw. durch eine CAD-Software, erzeugt werden, die nachfolgend evaluiert und ggf. hinsichtlich des jeweiligen Einsatzzweckes ergänzend simuliert und überprüft werden. Diese Evaluation eines technischen Designs bspw. hinsichtlich Festigkeit oder thermischer Eigenschaften, ist aufgrund der Komplexität chemischer Zusammenhänge aufwändig. Die Anzahl an auszuwertenden Designs ist daher limitiert.
Aus der DE 10 2015 115 409 A1 ist ein Verfahren zur Gestaltung von fluiddurchströmten Bauteilen bekannt, wobei zur Gestaltung von fluiddurchströmten Bauteilen mit Fluidräumen und einer die Fluidräume umschließenden Festkörperstruktur mittels rechnergestützter technischer Arbeitsprozesse (Computer Aided Engineering - CAE) zur Gestaltung der Topologie der Bauteile verwendet, wobei Strömungssimulationsmodelle (fluiddynamische Simulationen (CFD)), Festkörpersimulationsmodelle (Finite-Elemente- Methode (FEM)) und rechnergestützte Konstruktion (Computer-Aided Design - CAD) kombiniert werden. Für die Fertigung von Bauteilen und Überwindung von Werkzeuglimitierungen schlägt die DE 10 2015 115 409 A1 vor, additive Fertigungsverfahren einzusetzen, wie Laserschmelzen, Lasersintern, Elektronenstrahlschmelzen oder 3D-Druck. Hierbei wird vorgeschlagen, zunächst die Fluidraumtopologie zu optimieren und im Folgeschritt die um umhüllende Festkörperstruktur des Bauteils zu gestalten.
Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass die große Anzahl von Parametern und Freiheitsgraden möglicher Fluidraumtopologien, wie bspw. die Anzahl von Fluidkanälen, geometrischer Querschnitt, Verlauf, Teilungen und Zusammenführungen von einzelnen Fluidkanälen etc., sehr große Prozessorleistungen erfordern und/oder sehr lange Simulationszeiten erfordern, insb. wenn es sich um stark thermisch oder druckbelastete Apparate handelt, wie bspw. Reaktoren für stark exotherme Reaktionen, so dass die nachfolgende Festigkeitssimulation (FEM) vorherige Fluidtopologien ggf. mehrfach als nicht realisierbar (genehmigungsfähig) verwirft. Weiterhin sind ist bei der Apparateentwicklungen, Apparateerprobung und dem erforderlichen Scale-Up vom Labormaßstab zu großtechnischen Bauteilen nachteilig, wenn eine Leistungsvergrößerung und/oder geringfügige konstruktive Anpassungsbedarfe, für jeden Schritt vollständig neue Simulationen und Neuberechnungen erfordern. Dies ist umso aufwändiger und wirtschaftlich nachteilig, wenn hierdurch in jedem Einzelfall behördliche Genehmigungen zur Herstellung solcher Apparate oder deren Betrieb erforderlich sind.
Die additive Fertigung, auch 3D-Druck genannt, ermöglicht hochkomplexe technische Designs für Apparate und Behälter im chemischen Apparatebau. Es besteht eine höhere Komplexität und größere Freiheitsgrade im dreidimensionalen Raum. Somit kann mittels 3D-Druck chemisches Prozessequipment extensiv nach Bedarf angepasst werden, durch gezielte Geometrieoptimierung (siehe Capel, A. J., Rimington, R. P., Lewis, M. P., & Christie, S. D. (2018). 3D printing for chemical, pharmaceutical and biological applications. Nature Reviews Chemistry, 2(12), 422-436.).
Die Möglichkeiten zur Optimierung von Prozesseinheiten in allen drei Dimensionen ist limitiert durch sehr aufwändige Computersimulationen, so genannten „multi-physics Simulation“ (siehe Kaya, U., Gopireddy, S., Urbanetz, N., Nopens, I., & Verwaeren, J. (2022). Predicting the hydrodynamic properties of a bioreactor: Conditional density estimation as a surrogate model for CFD simulations. Chemical Engineering Research and Design, 182, 342-359.)
Allein die Simulation eines einfachen Reaktors für eine Flüssigphasenreaktion erfordert die Berechnung von Wärme- und Stofftransporten für alle eingesetzten Prozessfluide, der Reaktionskinetik, sowie des Wärmetransports durch die festen Bauteile des Reaktors. Dreidimensionale Simulation dieses einfachen Sets aus Gleichungen erfordert sehr große Rechnerleistungen, die zzt. die Optimierungsmöglichkeiten auf eine kleine Anzahl von nutzbaren Designparametern limitieren (siehe Biedermann, M., Meboldt, M. (2020). Computational design synthesis of additive manufactured multiflow nozzles. Additive Manufacturing, 35, 101231).
Somit bestehen der Bedarf und die Aufgabe darin, ein verbessertes Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem verbesserte CAD-Modelle von Apparaten, insb. von chemischen Reaktoren, in verkürzter Zeit erstellt werden können und insb. auch die Nutzerführung zu verbessern.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein computerimplementiertes Verfahren zur Herstellung eines CAD-Modells für einen ein Stoffsystem führenden Apparat nach Anspruch 1 , ein Herstellungsverfahren nach Anspruch 14 und eine Speichermedium nach Anspruch 17.
Das computerimplementierte Verfahren zur Herstellung eines CAD-Modells für einen ein Stoffsystem aus mind, zwei Stoffströmen führenden Apparat, wobei der Apparat ein Wärmetauscher, ein Reaktor zur Synthese mind, eines Produkts aus mind, einem Ausgangsstoff (Edukt) mind, eines Stoffstroms oder eine Kolonne mit mind, einem Zwischenboden ist, wobei die folgenden Schritte umfasst sind: a) Eingabe von Systemparametern in eine CAD-Software, wobei die Systemparameter Massedaten, thermodynamische Daten und/oder Reaktionsdaten des Stoffsystems umfassen können; b) Erstellung des CAD-Modells, umfassend eine dreidimensionale und mehrfachphysikalische Simulation des Stoffsystems; c) Ausgabe des CAD-Modells an eine Ausgabeeinheit, Auswerteeinheit und/oder eine Speichereinheit; und weiterhin d) mind, einen Definitionsschritt mittels eines Programmmoduls, welcher der Erstellung des CAD-Modells vorgelagert ist, wobei der Definitionsschritt Folgendes umfasst:
■ Bereitstellung mind, eines digitalen Raumelements,
■ Bereitstellung digitaler Designelemente,
■ Anordnung der Designelemente im Raumelement,
■ Ausgabe eines Primärmodells als ein weiterer System parameter; und e) Erzeugung des CAD-Modells mittels der CAD-Software unter Anwendung des Primärmodells als weiteren System parameter; und wobei der Definitionsschritt mittels eines Programmmoduls der Erstellung des CAD- Modells vorgelagert ist, wobei der Schritt der Anordnung des Definitionsschritts Folgendes umfasst: ■ Auswahl einer definierten Anzahl und/oder Typen von Designelementen;
■ Erster Ausrichtungsschritt, indem zwischen jeweils mindestens zwei Designelementen die Strömungswege von der mindestens einen Ausleitungsöffnung zu mind, einer definierten stromabwärts befindlichen Einleitungsöffnung eines weiteren Designelements bestimmt werden; und
■ Zweiter Ausrichtungsschritt, indem mind, ein Teil der Designelemente im Raumelement, mindestens einem Raumsegment und/oder mindestens einem Rasterelement geometrisch in mindestens zwei Raumrichtungen, insb. in drei Raumrichtungen angeordnet werden.
Hierbei ist der Reaktor aus der folgenden Gruppe: genommen: Rohrreaktor, Reaktor mit Reaktions- und Wärmetauschkanälen bzw. Wärmetauschräumen und/oder Kontireaktor.
Der Begriff „weiterer Systemparameter“ ist im vorliegenden Zusammenhang weit auszulegen und meint „mindestens ein weiterer Systemparameter“, insb. auch „alle Systemparameter“.
Somit kann bei einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen werden, dass der Schritt a., der Eingabe von Systemparametern in eine CAD-Software, mind, teilweise durch den Definitionsschritt bzw. während des Definitionsschritts erfolgt, wobei dies insb. die vollständige Eingabe von Systemparametern durch den Definitionsschritt umfasst.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Primärmodell jegliche Systemparameter für die CAD-Software und/oder im Definitionsschritt wird der wesentliche Umfang, insb. alle Systemparameter direkt eingegeben und/oder mittelbar durch die Auswahl, Anordnung und/oder Parametrisierung mind, eines Designelementes ausgewählt und/oder eingegeben.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform muss ein Nutzer vorteilhafterweise nach der Erstellung des Primärmodells keine weiteren Systemparameter für die CAD-Software auswählen und/oder in diese eingeben. Die Übernahme des Primärmodell stellt die vollständige (Eingangs-)lnformation zum computergemäßen Betrieb und Nutzung der CAD-Software dar.
Vorliegend ist „Stoffstrom“ nicht einschränkend zu verstehen, und meint jegliches Fluid oder Fluidgemisch, ebenso ist „Ausgangsstoff sehr breit zu verstehen und meint jeglichen ersten Stoff, welcher aufgrund einer chemischen und/oder physikalischen Reaktion allein oder gemeinsam mit einem weiteren Stoff zu einem Produkt gewandelt wird. Ein „Ausgansstoff“ wird auch synonym als „Edukt“ bezeichnet. Dies ist im Unterschied zu einem „Hilfsstoff“ zu verstehen, der selbst nicht zu einem „Produkt“ gewandelt wird.
Ein „Stoffsystem“ meint den Stoffstrom und dessen spezifisches chemisch-physikalisches Verhalten und Zustände. Dies umfasst rheologische Charakteristiken, Massetransport, thermische Charakteristik, einschließlich der Wärmeentwicklung und Wärmeübergänge bzw. Wärmetransport über benachbarte Raumelemente und Flächen und ggf. auch die Reaktionskinetik. Ein CAD-Modell wird insb. auf Basis von mehrfachphysikalischen Charakteristiken erstellt, wobei der Begriff „mehrfachphysikalisch“ auf die Beachtung von mind, zwei physikalischen Größen verweist, wie insb. Temperatur, Strömungsgeschwindigkeit und/oder Druck.
Die „CAD-Software“ meint jegliche Computer-Aided Design-Software, insb. eine für den für den Apparate- und Reaktorbau, wie bspw. NX der Firma Siemens, FreeCAD, oder eine sonstige vergleichbare Software. Weiterhin sind „System parameter“ nicht einschränkend zu verstehen und meint jegliche Vorgabe, Eingaben, Festlegung oder Parametrisierung, um die Aufgabenstellung zur Erstellung eines CAD-Modells für die CAD-Software festzulegen. Unter dem „CAD-Modell“ ist das Berechnungsergebnis und/oder Ausgabeformat einer CAD-Software zu verstehen. Weiterhin ist unter der „Erstellung des CAD-Modells“ die programmbasierte Erstellung eines verfahrenstechnisch optimierten digitalen CAD-Modells durch eine CAD-Software zu verstehen, basierend auf den Systemparametern.
Vorliegend meint „Systemparameter“ jeden Parameter, jede funktionale Abhängigkeit und/oder mathemaischen Zusammenhang (Algorithmus), die zur Bildung des CAD- Modells vorteilhaft sein können und dem Programmmodul bzw. der CAD-Software zur Erstellung des CAD-Modells eines Apparates fallabhängig zur Verfügung gestellt werden. Diese umfassen insbesondere die Reaktionsgleichung des bestimmungsgemäßen chemischen Verfahrens, die geforderte Produktionskapazität und zugehörige oder abgeleitete physikalische, thermodynamische und/oder chemische Größen, strömungsdynamische Größen, Energiemengen und -flösse sowie Angaben zum MassentransportZ-strömen. Weiterhin umfasst „Systemparameter“ geometrische Vorgaben und Dimensionen des Apparates. Hierbei stellen mindesten ein Teil der Parameter Grenzwerte dar, bezüglich derer ein Optimum und/oder eine Verbesserung ermittelt werden soll. Die Systemparameter können mind, teilweise automatisiert aus Datenbanken zur Verfügung gestellt werden, bspw. von der CAD-Software in Datenbanken abgerufen werden und/oder als Report, hier erfindungsgemäß als Primärmodellreport, vorgegeben werden oder darstellen. Weiterhin können mind, ein Teil der Systemparameter über geeignete Interfaces, wie einen Computer, Monitor und/oder Terminal, manuell selektiert und/oder automatisiert vorgegeben werden.
Die „Ausgabe“ des CAD-Modells meint jegliche Übertragung, Speicherung und/oder Darstellung des Ergebnisses der CAD-Software, insb. die optische Darstellung an einem Monitor für einen Bediener, die Speicherung als Datei auf einem Datenspeicher, insb. eine ausführbare Programmdatei und/oder die Weiterleitung als Datei, insb. die Weiterleitung an eine andere Bearbeitungs-, Simulations- und/oder Auswertesoftware, wie bspw. eine Software zur Berechnung oder Simulation der Festigkeit, wie bspw. eine FEM- Software. Weiterhin kann die Ausgabe auch an eine Drucksoftware oder einer Druckvorrichtung erfolgen, um ein zweidimensionales oder dreidimensionales Abbild des CAD-Modells zu erstellen.
Die Auswertesoftware kann insb. auch eine Software sein, die als Machine Learning Software (ML-Software), Deep Learning Software (DL-Software) oder insg. als eine Künstliche Intelligenz Software (Kl) ausgebildet ist oder eine solche umfasst.
Die Ausgabedatei oder das Ausgabeformat der CAD-Software ist. bspw. eine .sty-Datei für 3D-Print oder Anzeige auf einem Monitor, Drucker (2D, ...)
Das „Raumelement“ meint einen mathematisch definierten Belegungsraum, bspw. als Zylinder, Kubus oder Würfel, der weiterhin ein Gitter oder Raster aufweisen kann oder als ein solches ausgebildet sein kann, auch Frame oder Grid genannt. Innerhalb des Raumelementes ist mind, ein Teil des Apparates, insb. ein wesentlicher Teil des Apparates mathematisch-geometrisch (digital) angeordnet. Das Raumelement ist mit Blick auf die unendliche Größe eines Raumes eine Verminderung der Dimensionalität.
Das im Definitionsschritt erstellte „PrimärmodeH“ meint die Summe der mathematischen Gleichungen zur weitgehenden oder vollständigen Beschreibung der insb. strömungsmechanischen, thermodynamischen und reaktionskinetischen Zusammenhänge einer Synthese in einem Apparat, basierend auf den vordefinierten Designelementen und der insgesamt verminderten Dimensionalität. Der „Primärmodellreport“ ist das hieraus resultierende Ergebnis dieses Primärmodells. Der Primärmodellreport kann hierbei noch ungelöste oder unaufgelöste Variablen und/oder Wertebereiche für Variablen umfassen. Das Primärmodell bzw. der Primärmodellreport dient im CAD-Erstellungsschritt als Eingabewert bzw. als Parameter für die CAD- Software.
Das Primärmodell wird in einem Programmmodul bzw. mittels einer dort ausführbaren Multi-Skalen-Optimierungssoftware (M SO-Software) erzeugt, wobei die MSO-Software ausgebildet ist, die physikalische Simulationen durchführt, um ein optimales technisches Design in Form des Primärmodells zu generieren. Hierbei meint Multi-Skalen-Optimierung die thermodynamische und geometrische Optimierung des technischen Designs der jeweiligen Apparate, wie einen Reaktor oder einen Wärmetauscher, als Primärmodell. Nachfolgend meint Programmmodul synonym auch die dort ausführbare MSO-Software.
Anders ausgedrückt umfasst das Programmmodul vorteilhafterweise eine ausführbaren Multi-Skalen-Optimierungssoftware (MSO-Software) und/oder ist daraus gebildet, wobei die MSO-Software ausgebildet ist, um das Primärmodell durch eine physikalische Simulationen mittels einer Multi-Skalen-Optimierung zu generieren.
Eine vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, dass das Raumelement und/oder ein Raumsegment zwei oder mehr Rasterelemente umfasst oder hieraus gebildet ist
Das „Rasterelement“ meint ein digitales Element oder Abschnitt eines Gitter(-elements) oder Raster(-elements), das als mathematische ein- oder mehrteilige Formel und/oder Algorithmus einen dreidimensionalen (Unter-)Raum des Raumelements oder Raumsegments repräsentiert und beschreibt. Das Rasterelement kann digitale Rasterknoten umfassen, die diskrete, mathematisch beschriebene Punkte innerhalb des Rasterelements oder auf diesem repräsentieren und beschreiben, welche die definierten Verbindungspunkte für Designelemente darstellen. Das Rasterelement ist mit Blick auf die unendliche Anzahl von möglichen Raster- oder Gitterelementen eines Raumelements eine Verminderung der Dimensionalität. Vorliegend ist ein Rasterelement eine geometrisch kleinere Einheit als ein Raumsegment, so dass ein Raumsegment zwei oder mehr Rasterelemente umfassen kann.
Ein Rasterelement kann insb. mind, eine Gruppe von Rasterknoten (Rasterknotengruppe) umfassen, wobei die Rasterknoten einer Rasterknotengruppe in einem definierten, mathematisch beschriebenen mind, zweidimensionalen insb. dreidimensionalen Abhängigkeit voneinander (Rasterweite) und/oder vom Rasterelement bzw. dem Raumelement stehen. So können die Rasterknoten einer ersten Rasterknotengruppe eine erste Rasterweite aufweisen und die Rasterknoten einer zweiten Rasterknotengruppe eine zweite Rasterweite aufweisen. Durch die Bestimmung der Rasterweite kann bereits eine Vorfestlegung für eine mögliche Dichte der Belegung mit Designelementen erfolgen und damit auch der Aufwand zur Erstellung eines CAD-Modells beeinflusst werden. Die Rasterknoten bzw. die Gruppe der möglichen, zulässigen Rasterknoten sind mit Blick auf die unendliche Anzahl möglicher Punkte im Raumelement eine Verminderung der Dimensionalität.
In analoger Weise besteht eine Ausführungsform darin, dass analog zum Rasterelement, das Raumelement und/oder das Raumsegment eine definierte Anzahl von Rasterknoten und/oder Rasterknotengruppen aufweist.
Vorteilhafterweise kann ein Rasterelement einer Längsachse und/oder Hauptströmungsrichtung zugeordnet werden, welcher die Designelemente in ihrer jeweiligen Ausrichtung nicht widersprechen dürfen und/oder von welcher die Designelemente bezüglich ihres Ausleitungszweiges nur in einem definierten Bereich abweichen dürfen, bspw. um 90° bis 270°.
Unter einem „Designelement“ ist ein mathematisch beschriebenes Modell eines Strömungsabschnitts oder einer Strömungseinheit gemeint. Ein Designelement ist somit definiert als eine Anzahl von Parametern oder Attributen, die eine maßstäbliche und angepasste Geometrie ermöglichen, in Abhängigkeit von einem vordefinierten Set von relevanten Geometrieparametern, wie der Strömungsdurchmesser und/oder die Länge eines Kanals oder Kanalabschnitts und ein Set von Gleichungen, die eine Abschätzung oder Berechnung von zentralen Prozessvariablen ermöglichen, wie den Druckverlust, Wärmeübergang, StoffaustauschZ-übergang, als Funktion der relevanten geometrischen Parameter und Randbedingungen, wie Zuflussmengen. Ein Designelement kann auch einen Kanalknoten aus zwei oder mehr Strömungskanälen umfassen. Das Designelement bildet und definiert
- eine Bilanzgrenze für thermodynamische Effekte, bspw. in z-Richtung, der Hauptströmungsrichtung, und quer hierzu, in radialer Richtung (2D) und
- einen geometrischen Körper mit entsprechender Ausdehnung (3D) im Raum. Insbesondere kann jedes einzelne Designelement als standardisiertes Designelement ausgelegt sein. Hierbei meint „standardisiertes Designelement“, dass dieses Designelement gemäß gängiger technischer Regeln und Standards definiert und ausgelegt ist, insb. hinsichtlich Wandstärken, Materialauswahl und/oder Fertigungsparametern, in Abhängigkeit von Druck, Temperatur, Spannungen und/oder Kontaktmedien.
Der große Vorteil der Nutzung von standardisierten Designelementen ist, dass das erzeugte CAD-Modell aus den standardisierten Designelementen immer oder fast immer eine hinreichende Festigkeit und Sicherheit aufweisen wird. Insb. ist es damit möglich, dass für das CAD-Modell kein oder nur noch sehr geringe zusätzliche (pauschale) Sicherheitszuschläge für bspw. Wandstärken vorgenommen werden müssen. Der Apparat kann somit insgesamt leichter und wirtschaftlicher hergestellt werden. Insbesondere sind weniger Iterationsschritt bis zum finalen, optimalen CAD-Modell erforderlich.
Vorzugsweise wird dieses Modell eines Designelementes mittels des Primärmodells an die CAD-Software übergeben, insb. automatisch von der Erstellungssoftware für das Primärmodell an die CAD-Software bereitgestellt und/oder von dieser als Datensatz eingelesen und verarbeitet.
Hierbei werden im ersten Ausrichtungsschritt eine definierte Anzahl von Designelementen sowie deren Typen ausgewählt und eine erste Ausrichtung vorgenommen, indem zwischen jeweils mindestens zwei Designelementen die Strömungswege von der mindestens einen Ausleitungsöffnung zu mind, einer definierten stromabwärts befindlichen Einleitungsöffnung eines weiteren Designelements bestimmt werden, bzw. ein Strömungsweg in analoger Weise von einem Ausleitungszweig zu einem Einleitungszweig bestimmt wird. Vorzugsweise erfolgt die vorgenannte Verbindung über ein Rohr- oder Strömungselement, insb. immer zwingend über ein Rohr- oder Strömungselement. Mit anderen Worten wird im ersten Ausrichtungsschritt eine logische, funktionale Verknüpfung von Designelementen vorgenommen, indem einem Ausgang eines Designelementes ein konkreter Eingang eines weiteren Designelements zugeordnet wird. Auf diese Weise werden die Strömungswege des jeweiligen Apparates ohne geometrische Festlegung definiert. Vorzugsweise werden alle Leitungswege auf diese Weise festgelegt.
Im zweiter Ausrichtungsschritt als Teil der Anordnung, werden die Designelemente im Raumelement, mindestens einem Raumsegment und/oder mindestens einem Rasterelement geometrisch in mindestens zwei Raumrichtungen, insb. in drei Raumrichtungen angeordnet.
Vorteilhafterweise ist der erste Ausrichtungsschritt integraler Bestandteil der vorstehend genannten ersten Teilphase zur physikalisch-thermodynamischen Optimierung. Weiterhin ist vorteilhafterweise der zweite Ausrichtungsschritt Teil der zweite Teilphase zur geometrischen Optimierung.
Durch diese Bestimmung der Strömungswege wird insbesondere der strukturelle Grundaufbau des zu simulierenden oder zu fertigenden Apparates in einer ersten Näherung festgelegt und damit auch die Komplexität mit Blick auf alle potentiell möglichen Varianten stark eingegrenzt. Mit der Länge und Art des Strömungsweg wird auch die Verweilzeit der strömenden Stoffe bestimmt. Mit der Bildung des Primärmodell kann weiterhin in sehr vorteilhafterweise und gut geführter Art und Weise der fachliche Erfahrungs- und Kenntnisschatz des jeweiligen Nutzers vor der Eingabe in die CAD- Software übernommen werden.
Die „Bereitstellung“ ist vorliegend nicht einschränkend zu verstehen, und meint die Zurverfügungstellung von entsprechenden Daten, ausführbaren Programmpaketen in einem zugänglichen Datenspeicher oder Datenspeichermedium. Weiterhin meint Bereitstellung auch die Übernahme der Daten und/oder ausführbaren Programmpakete aus einem Datenspeicher oder Datenspeichermedium und Bereitstellung in oder für das Programmmodul bei der Nutzung der MSO-Software zur nutzergesteuerten und/oder automatisierten Verarbeitung mittels der MSO-Software. Insgesamt ist vorliegend unter „übergeben“ oder „bereitstellen“ einer Datei, eines Programmpaketes und/oder Softwarepaketes gemeint, dass dieses auch in mehreren Teilen und/oder mittelbar übergeben werden kann, insb. nach einem mind, teilweisen Zwischenspeichern in einem Datenspeicher. Insbesondere meint „übergeben“, „bereitstellen“ oder „Bereitstellung“, dass dies computerimplementiert mittels mind, eines Prozessors oder mindestens einer Prozessoreinheit erfolgt. Bei der Anordnung der Designelemente erfolgt eine Topologieoptimierung (TO) bzw. könnte „Anordnung“ im Rahmen des Definitionsschrittes auch als Topologieoptimierung bezeichnet werden.
Es hat sich als besonderer Vorteil herausgestellt, dass das Herunterbrechen auf eine einfache verfahrenstechnische Simulation, insb. der vordefinierten Designelement, eine schnellere und für den Nutzer vereinfachte Möglichkeit eröffnet, die übergeordnete (gesamte) Reaktorstruktur (Superstruktur, Gesamttopologie) zu optimieren. Es hat sich auf der Eingabeseite eine vereinfachte Nutzerführung ergeben, weil komplexere, dreidimensionale Elemente als eine Art Vorentwurf nutzbar sind, wobei im Stand der Technik immer nur ein kleiner Teil einer (Teil-)Geometrie optimiert werden kann, z.B. nach Auswertung einer Festigkeitssimulation. Dies hat zum Teil seine Ursache in den sehr hohen Rechnerleistungen, wenn parallel viele System parameter verändert werden. Weiterhin kann ein Nutzer das simulieret Ergebnis (eines CAD-Modells oder einer Festigkeitssimulation) leichter interpretieren und ggf. nötige Veränderungen von einzelnen Systemparametern abschätzen. Dies ist möglich, weil Veränderungen an bspw. Parametern der Designelemente und/oder veränderte Verknüpfungen der Designelemente für den Fachmann mind, eine grobe Abschätzung hinsichtlich des gesamten Primärmodells erlauben. Somit wurde auch eine verbesserte Nutzerführung auf der Ausgabeseite, insb. des CAD-Modells bzw. der CAD-Software erreicht.
Vorteilhafterweise werden die Daten des Primärmodells gespeichert und sind dem Nutzer angezeigt, wie bspw. in einer 2D-, 3D-Ansicht oder tabellarischen Art und Weise. Diese verbesserte Nutzerführung ermöglicht dem Nutzer eine „manuelle“ Nachkontrolle. Somit kann die Anzeige des Primärmodell den Nutzer aufzeigen, dass das Programmmodul bzw. die MSO-Software als erster „Optimierer“ einige Kanäle sehr kurz gemacht hat, entsprechend der zulässigen Physik. Der Nutzer könnte dann aus Gründen bspw. der Sicherheit, einer verbesserten Bauraumausnutzung etc. Änderungsbedarf sehen. Diese Änderungen können vom Nutzer direkt im Programmmodul am Primärmodell erfolgen, vor Übergabe an die CAD-Software, indem bspw. die Länge mind, eines Designelements oder einer Gruppe von Designelementen vergrößert wird. Nachfolgend kann im nächsten Schritt die 3D-Optimierung des Raumelements mittels des Programmmoduls gleich mit den gewünschten Daten (Vorgaben) gestartet werden. Zwischen den vorgelagerten Softwareschritten gibt es also Möglichkeit zur „manuellen“ Feinjustierung, die eine deutlich verbesserte Nutzerführung auf der Eingabeseite darstellt. Vorteilhafterweise kann der Definitionsschritt weiterhin die folgenden Teilphasen umfassen:
Erste Teilphase: Physikalisch-thermodynamische Optimierungsphase (erste DimensionalitätZ-sverringerung) und
- Zweite Teilphase: Geometrische Optimierungsphasen (zweite DimensionalitätZ- sverringerung)
In der Ersten Teilphase werden ausschließlich oder im Wesentlichen alle relevanten physikalischen undZoder thermodynamischen Abhängigkeiten betrachtet und mathematisch beschrieben. In der Zweiten Teilphase wird ausschließlich die geometrische Anordnung und Abhängigkeiten betrachtet und im dreidimensionalen Raum, insb. in einem Raumelement undZoder -segment definiert.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform werden vor der Bestimmung der Strömungswege von zwei Designelementen im Ersten Ausrichtungsschritt, die Designelemente auf Rasterknoten undZoder in Rasterknotenräumen positioniert.
Die Anordnung kann insb. über eine Eingabeeinheit, wie einen Monitor, insb. einen berührungssensitiven Monitor erfolgen, in dem das Programmmodul über Funktionen wie wie drag & drop per hold manipulierbar ist.
Die Ausgabe des Primärmodells kann vorliegend eine Datei sein, die jedes geeignete Datenformat aufweisen kann oder ein ausführbares Softwareprogramm oder Programmprodukt ist. Das Primärmodell ist vorteilhafterweise eine von der CAD-Software importierbare und bearbeitbare Datei undZoder ein von der CAD-Software ausführbares Programmpaket. Das Primärmodell bzw. der Primärmodellreport stellt anders ausgedrückt einen weiteren System parameter oder eine Gruppe von Systemparametern der CAD- Software dar, der sehr umfassend die Variantenvielfalt der CAD-Software vordefiniert undZoder begrenzt, und somit die Erstellungsgeschwindigkeit erhöht.
Aufgrund dieser sehr weitreichenden Vorfestlegung kann die Zeit für die Erstellung eines CAD-Modells stark verkürzt werden, so dass auch eine mehrfache Erstellung eines CAD- Modells nach zwischenzeitlicher Evaluation, Systemparameteranpassung und Neuerstellung in sehr kurzen Zeiträumen möglich wird undZoder weniger Iterationen erforderlich sind. Insbesondere durch standardisierte Designelemente wird schneller das finale, optimale CAD-Modell erlangt.
Eingangs zum Verfahren findet durch einen Nutzer eine Basiseingabe statt (Basiseingabeschritt), in dem bspw. die gewünschte Synthese, der Synthesetyp und ggf. weitere grundlegende Vorgaben und Festlegungen vorgenommen werden. Diese grundlegenden Vorgaben und Festlegungen können insb.
- die Produktionskapazität des Apparates sein (Output),
- zulässige Prozessdaten, wie Stoffströme und deren Zustände,
- ein maximal zulässiger Eduktstrom mind, eines Edukts,
- geforderte Nachhaltigkeitswerte, wie der zulässige Energieverbrauch und/oder
- der maximal zur Verfügung stehende Bauraum oder Anschlusspunkte in mind, einer Raumrichtung.
Diese Basiseingaben in dem Basiseingabeschritt, werden über ein geeignetes Interface vorgenommen, wie einen Monitor, einen Computer und/oder einen Leitstand und sind in der Regel mindestens teilweise manuell durch einen Nutzer vorzunehmen.
Anders ausgedrückt umfasst der Definitionsschritt für ein vorteilhaftes computerimplementiertes Verfahren zur Erstellung eines CAD-Modells das Folgende:
- Bereitstellung mind, eines digitalen Raumelements;
- Bereitstellung digitaler Designelemente;
- ggf. Bereitstellung von chemisch-physikalischen Stoff- und/oder Reaktionsdaten/- banken;
- Eingabe von Rahmenparametern in die MSO-Software, wie insb. die gewünschte chemische Reaktion und gewünschte Produktionskapazität;
- Erste Teilphase: a) Festlegung der Rahmenparameter, bspw. die Dimensionen des digitalen Raumelements, Abmessung des Bauraums; b) Festlegung vereinfachender Annahmen für die Randbedingungen, bspw. - Wahl einer konstanten Außentemperatur an diskreten Orten (Achsrichtung), d.h. bspw.:
- nur radiale Temperaturgradienten,
- keine Wärmeleitung im Festkörper in Achsrichtung, d.h. in Strömungsrichtung bzw. innerhalb des strömenden Stoffgemisches,
- kein Wärmebeeinflussung zw. Designelementen, etc.
- keine Wechselwirkungen zw. den Designelementen
- ggf. weitere; c) Eingabe weiterer Rahmenparameter, bspw. Reaktionskinetik, Parameter zur Berechnung physikalischer Stoffeigenschaften, Randbedingungen für Variablen wie zB zulässiger Bereich für die Reynoldszahl, verfügbares Energieniveau des Wärmetauschmediums, etc.; d) Festlegung der zu berücksichtigenden Designelemente nach Typen der Designelemente, bspw. auch max. zulässige Anzahl, wie bspw. nur Trennelemente, Anzahl der Layer für mind, ein Reaktorsegment und/oder als Vorgabe für den nachfolgenden Ausrichtungsschritt, Definition von Auswahlmöglichkeiten pro Reaktorsegment für den anschließenden Iterations- und/oder Optimierungsschritt; e) Erster Ausrichtungsschritt, umfassend die jeweilige Auswahl der Designelement-Typen pro Reaktorsegment als Teil der Anordnung; f) Physikalisch-thermodynamische Optimierung, bspw.
Ermittlung von Durchmesser, Längen, Anzahl paralleler Designelemente, d.h. „viele kleine“ vs. „wenige große“ und/oder Ermittlung der Kombination der gewählten Designelemente-Typen, insb. die Bestimmung der benötigten Anzahl an Designelementen je Designelement-Typen pro Rasterelement und/oder Raumsegment; g) Feedback an den ersten Ausrichtungsschritt zur iterativen Bestimmung einer optimalen Kombination an Designelementen; h) Ausgabe der optimalen Kombination als Primärmodellreport, an Nutzer (m5) m1- m4 optional, dann a1 und/oder a2 (Iteration).
Hierbei werden die Schritte a) bis d) der ersten Teilphase insbesondere durch den Nutzer manuell vorgenommen, wobei die MSO-Software auf Basis der bereits erfolgen Auswahl und Festlegungen dem Nutzer Vorschläge für noch nötige Festlegungen in selben oder nachfolgenden Schritten unterbreiten kann. Die Schritte e) bis h) werden vorrangig von der MSO-Software aufgrund ausführbarer Programme automatisiert oder weitgehend automatisiert vorgenommen. Hierbei gelten die Schritt e) bis h) auch als automatisiert, wenn durch die MSO-Software der Nutzer bedarfsweise zu einer Freigabe, Auswahl oder einer sonstigen Aktion (Entscheidung) über eine Eingabeeinheit, wie einen Monitor, eine Tastatur etc., aufgefordert wird.
Mit Blick auf Schritt d) wird somit eine Art Superstruktur definiert, indem der MSO- Software immer eine Art Paket an Designelementen übergeben wird, und softwareseitig vorgesehen ist, dass genau ein Designelement-Typ davon auswählen muss. Diese Pakete werden in Hauptströmungsrichtung hintereinander angeordnet als Art grober, scheibenweiser Bauplan des Apparates aus diversen, limitierten Auswahlmöglichkeiten.
Zweite Teilphase i) ggf. Eingabe weiterer Rahmenparameter in die MSO-Software, bspw. minimal einzuhaltender Abstand zwischen zwei Designelementen; j) Zweiter Ausrichtungsschritt k) Optimierung der Verbindung aller Designelement-Ausgänge mit den nachfolgenden Eingängen, sodass Randbedingungen aus der ersten Teilphase eingehalten werden und sich keine Designelemente überschneiden, bspw. einschließlich der vorher bestimmten Mindestlängen der Strömungsrohre, Mindestabstände zwischen Designelementwänden; l) Erzeugung eines Python-Skripts als Primärmodellreport zur Weitergabe an die CAD-Software;
Erzeugung des CAD-Modells i. Einlesen des Primärmodellreports im Format als Python. py-Datei (Anweisungsskript) oder Excel-Datei (Start NX, MSO-Software); ii. ggf. weitere, manuelle Ausrichtungen, bspw. Rotation, Neigung, Verschiebung in x-y-z Richtung, sonstige Eingriffe ohne Optimierungspfad ohne Rückkopplung, einsetzten einer Sensorschnittstelle; iii. Speicherung des CAD-Modells u/o Ausgabe/Anzeige.
Hierbei wird der Schritte a) der zweiten Teilphase insbesondere durch den Nutzer manuell vorgenommen. Die Schritte b) bis c) der zweiten Teilphase werden vorrangig von der MSO-Software aufgrund ausführbarer Programme automatisiert oder weitgehend automatisiert vorgenommen. Der Schritt c) kann manuell oder automatisiert erfolgen. Hierbei gelten Schritte auch als automatisiert, wenn durch die MSO-Software der Nutzer bedarfsweise zu einer Freigabe, Auswahl oder einer sonstigen Aktion (Entscheidung) über eine Eingabeeinheit, wie einen Monitor, eine Tastatur etc., aufgefordert wird.
Die vorstehend genannten Schritte zur Erzeugung des CAD-Modells i) - iii) erfolgen insb. manuell unter Verwendung der CAD-Software und/oder können von dieser mindestens teilweise manuell durchgeführt werden.
Vorliegend meint „Rahmenparameter“ jeden Parameter, jede funktionale Abhängigkeit und/oder mathemaischen Zusammenhang (Algorithmus), die zur Erstellung (Simulation) des Primärmodells vorteilhaft sein können und dem Programmmodul bzw. der MSO- Software zur Erstellung des Primärmodells zur Verfügung gestellt werden. Diese umfassen insbesondere die Reaktionsgleichung des bestimmungsgemäßen chemischen Verfahrens, die geforderte Produktionskapazität und zugehörige oder abgeleitete physikalische, thermodynamische und/oder chemische Größen, strömungsdynamische Größen, Energiemengen und -flösse sowie Angaben zum MassentransportZ-strömen. Weiterhin umfasst „Rahmenparameter“ geometrische Vorgaben und Dimensionen des Apparates. Hierbei stellen mindesten ein Teil der Parameter Grenzwerte dar, bezüglich derer ein Optimum und/oder eine Verbesserung ermittelt werden soll. Die Rahmenparameter können mind, teilweise automatisiert aus Datenbanken zur Verfügung gestellt werden, bspw. von der MSO-Software in Datenbanken abgerufen werden. Weiterhin kann mind, ein Teil der Rahmendaten über geeignete Interfaces, wie einen Computer, manuell selektiert und/oder vorgegeben werden. Rahmenparameter können mit Systemparametern mind, teilweise identisch sein und/oder Systemparameter können mind, teilweise aus Rahmenparametern abgeleitet sein, insb. aufgrund eines mathematischen Zusammenhangs abgeleitet sein. Rahmenparameter können weiterhin Parameter oder Parameterwerte sein, mit denen Designelemente beschrieben und/oder dimensioniert werden.
Weiterhin kann mind, ein Teil der Rahmenparameter über geeignete Interfaces, wie einen Computer, Monitor und/oder Terminal, manuell selektiert und/oder automatisiert vorgegeben werden. Auf wenn hierin etwas verkürzt in der Regel nur „Parameter“, „Parameterauswahl“, „Parameterbereitstellung“ und vergleichbare Ausdrücke verwendet werden, insb. auch in Bezug auf „Systemparameter“ oder „Rahmenparameter“, soll hierunter immer auch ein „Parameterbereich“ und vorrangig ein Parameterwert verstanden werden, der für eine Variable einer beschreibenden mathematischen Funktion als absoluter Wert oder als Wertebereich eingefügt wird.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform werden vor der Bestimmung der Strömungswege von zwei Designelementen im Ersten Ausrichtungsschritt, die Designelemente auf Rasterknoten und/oder in Rasterknotenräumen positioniert.
Bei einer alternativen Ausführungsvariante kann vorgesehen werden, dass der Definitionsschritt mittels eines Programmmoduls der Erstellung des CAD-Modells vorgelagert ist, wobei der Definitionsschritt insb. Folgendes umfasst:
• Festlegung einer definierten Anzahl von Designelementen im Raumelement und/oder
• Festlegung von mind, zwei Raumsegmenten im Raumelement und einer definierten Anzahl von Designelementen in dem jeweiligen Raumsegment,
• Anordnung der definierten Anzahl von Designelementen in dem Raumelement und/oder den mind, zwei Raumsegmenten, umfassend die Bestimmung
- der räumlichen Lage der Designelemente im Raumsegment,
- der Ausrichtung von mind, zwei Designelementen zueinander und
- von mind, einem Strömungsweg zwischen den mind, zwei Designelementen, wobei der Strömungsweg insb. als ein Strömungselement darstellendes Designelement ausgebildet sein kann.
Hierbei kann die „Festlegung“ sowohl die Auswahl der Art nach und der Häufigkeit nach umfassen.
Das Raumsegment stellt dabei einen Teil- oder Unterraum des Raumelements dar, in welchem ein definierter Prozessschritt erfolgt, wie beispielsweise eine (reine) Strömungstrennung, eine Durchleitung, eine Mischung, eine Strömungskombination (Zusammenführung). Diese Prozessschritte stellen Basisprozessschritte dar. Weiterhin kann ein weiterer, definierter Prozessschritt erfolgen, wie bspw. eine Reaktion, eine Strömungssteuerung, wie bspw. eine Strömungsdrosselung, Verlangsamung (Verweilschritt) oder Beschleunigung oder ein Wärmeaustausch. Diese weiteren Prozessschritte können auch als Sub-Prozessschritte angesehen werden, weil diese in der Regel zusätzlich und insbesondere parallel zu einem der vorgenannten (Basis- )Prozessschritte erfolgen.
Auch wenn vorliegend zwischen einem Strömungssegment oder einem Strömungselement und den sonstigen Segmenten oder Elementen unterschieden wird, ist dies grundsätzlich nicht einschränkend zu verstehen, da im Regelfall in jedem Segment und in jedem Element und/oder jedem Zweig eines Elements ein Stoff oder ein Stoffgemisch als Fluid strömt. So stellt bspw. ein langgestreckter Ausleitungszweig eines Kombinationselement, nachfolgend kurz “Kombielement“ genannt, funktional ein Strömungselement dar oder eine Gruppe von Ausleitzweigen stellen bspw. ein Strömungssegment dar.
Um diesbezüglich diskrete, unterscheidbare Elemente zu definieren ist es vorteilhaft, wenn ein Einleitungszweig oder Ausleitungszweig eines Elementes, das kein Strömungselement ist, eine definierte maximale Erstreckung hat, die ein Bruchteil einer Dimension des Elements oder eines das Element umschließenden Raumes ist, welches kein Strömungselement ist. Weisen die Einleitungszweige eines Kombielements beispielsweise einen runden Querschnitt mit den Durchmesser D1 und D2 auf, wobei D1>D2, und stehen die Ausleitungszweige im Winkel a zueinander, so entspricht der Durchmesser des Ausleitungszweigs D3 vorteilhafterweise D1/cos (a) und die Länge des Einleitungszweigs entspricht maximal der Länge D3/2.
Eine vorteilhafte Ausführungsform eines kontinuierlich arbeitenden Strömungsreaktors kann beispielsweise die folgende Abfolge von Raumsegmenten aufweisen:
- Einleitungssegment zur Einleitung von zwei oder mehr Stoffströmen und eines fluiden Katalysators,
- Kombinationssegment zur Zusammenführung der einzelnen Stoffströme (Edukte, fließfähiger Katalysator),
- Trennsegment zur Aufteilung des Stoffgemisches auf eine Mehrzahl von Leitungen,
- Strömungs- und Reaktorsegment zur Reaktion des strömenden Stoffgemisches in der Mehrzahl der Leitungen,
- Kombinationssegment zur Zusammenführung der Mehrzahl der Leitungen und - Ausleitungssegment zur Ausleitung des Stoffgemisches insb. des Produktes aus dem Konti-Reaktor.
Hierbei ist vorteilhafterweise mind, das kombinierte Strömungs- und Reaktorsegment auch ein Wärmetauschsegment. Es kann Vorteile haben, auch das Kombinationssegment und/oder das Trennsegment zusätzlich als Wärmetauschsegment auszubilden.
Vorteilhafterweise ist mind, zwischen zwei der vorgenannten Reaktorsegmente ein Strömungssegment angeordnet, in dem im Wesentlichen nur die Durchleitung des jeweiligen Stoffgemisches erfolgt, ggf. in Kombination mit einer chemischen Reaktion und/oder einem Wärmetausch.
Vorteilhafterweise wird ein Reaktorsegment bezüglich einer der beiden folgenden Sub- Segmenttypen festgelegt:
- Vollsegment
- Hohlraumsegment
Im Falle des Vollsegmentes wird dieses von den Kanälen der Designelemente durchdrungen. So sind bspw. bei einem Wärmetauschsegment, das als Vollsegment ausgebildet ist, die Designelemente von Wärmetauscherkanälen begleitet und haben mind, eine gemeinsame Kanalwand oder einen gemeinsamen Kanalwandabschnitt.
Im zweiten Fall eines Hohlraumsegmentes wird ein größerer Innenraum oder Abschnitt von freitragenden Leitungen überbrückt oder durchdrungen. So sind bspw. bei einem Wärmetauschsegment, das als Hohlraumsegment ausgebildet ist, die als Rohrleitungen ausgebildeten Designelemente oder deren Rohr- oder Leitungsabschnitte freitragend und werden von einem Wärmefluid umströmt, das im Innenraum frei strömen kann und wobei auf diese Weise der Wärmetausch erfolgt. Die Rohre oder Leitungen, die den WT-Raum durchdringen, können mittels Verstrebungen statisch optimiert sein. Diese statische Optimierung kann im Rahmen der Erstellung des Primärmodells, des CAD-Modells und/oder im Rahmen einer FEM-Analyse erfolgen.
Alternativ kann das Hohlraumsegment auch ein offener Abschnitt sein und die freitragenden Leitungen überbrücken den Abschnitt und bilden mind, einen Teil einer Halte- und Tragstruktur. Diese Ausführungsform kann vorteilhaft sein, wenn nur ein sehr geringer oder kein Wärmeabtransport erforderlich ist.
Somit können vorteilhafterweise die Reaktorsegmente auch Kombinationssegmente aus zwei oder mehr der genannten Reaktorsegmente sein, wie bspw. vorstehend genannt.
Die Festlegung und Definition eines Reaktorsegmentes kann auch implizit erfolgen, indem die jeweiligen Designelemente oder Sub-Designelemente über das Programmmodul im Raumelement angeordnet werden. Bei der Anordnung in Zweiten Ausrichtungsschritt, kann insb. auch die räumliche Lage als die Festlegung einer Position eines markanten Geometrieelements des Designelements im Reaktorelement bzw. einem Reaktorsegment erfolgen. Das Geometrieelement kann bspw. ein Mittelpunkt, ein Schwerpunkt, ein Innenraummittelpunktes oder eine Achse eines Designelements sein, die in einem kartesischen System, wie ein kartesischen x-y-z-System, angeordnet werden. Die Position kann hierbei auch ein Teilbereich des Raumelements und/oder des Raumsegments sein, wie ein Rasterelement, in dem die Position vorkommen kann. Weiterhin kann der Zweite Ausrichtungsschritt auch einen Raumbereich betreffen (Rasterelement), in dem ein oder mehrere Designelemente mit ihrer gesamten physikalischen Ausdehnung angeordnet sind bzw. angeordnet sein müssen.
So kann bspw. die Zweite Ausrichtung darin bestehen, dass alle Auslassäste von Trennelementen in einem Trennsegment parallel zueinander angeordnet sein müssen und alle Einlassäste von Kombielementen eines beabstandet angeordneten Kombinationssegment ebenfalls parallel zueinander ausgerichtet sein müssen, und dass weiterhin alle verbindenden Strömungselemente, die auch Reaktorelemente sind,
• parallel zueinander und zu einer zentralen Reaktorachse sein müssen,
• maximal um einen definierten Winkelgrad von einer zentralen Reaktorachse abweichen dürfen oder
• dass per Definition nur jeder Auslass eines Trennelementes mit genau einem Einlass eines Kombielementes verbunden sein muss, ohne die jeweiligen Aus- und Einlasspaare festzulegen.
Die vorstehend beispielhaft genannten Varianten eines Reaktors führen zu unterschiedlichen Primärmodellen und nachfolgend zu Simulationen der CAD-Software, die unterschiedlich aufwändig sind, und zwar aufsteigend vom ersten Primärmodell bis zum dritten Primärmodell-Modell aufgrund der ansteigenden Freiheitsgrade.
Die Erste Ausrichtung meint weiterhin die konkrete Führung des Wärmetauscherfluids relativ zum Designelement im Falle eines Wärmetauschelements. Dies kann im Gleichstrom, Gegenstrom oder als Queranströmung erfolgen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist es vorgesehen, dass Ausleitung und Einleitung in dieser Art paarweise festgelegt werden, wobei zwischen solchen paarweisen Aus- und Einleitungen ausschließlich Strömungselemente angeordnet sind. Deren Verlauf ist bei einer Ausführungsform durch das Primärmodell weiter nicht festgelegt.
Auf diese Weise kann ein Nutzer oder das Programmmodul bspw. in Abhängigkeit von der jeweiligen Reaktion, die in dem Apparat ablaufen soll, Festlegungen treffen, die aus Erfahrungswissen und/oder aus einer Look-up-Tabelle entnehmbar sind. Ist bspw. bekannt, dass bei einer stark exothermen Additionsreaktion wie bspw. die Alkoxylierung eines Alkoxylats aus Ethylenoxid oder Propylenoxid schon nach sehr kurzer Reaktionsstrecke eine weitgehende Beruhigung der Reaktion und damit nur noch sehr geringe Abwärme entsteht, kann bspw. nach Symmetriegesichtspunkten eine weitgehende Festlegung des in Strömungsrichtung hinteren Reaktorteils erfolgen, wohingegen die aufgrund der Wärmeentwicklung kritischen zentralen Raumsegmente eine geringere Vorfestlegung erfahren, so dass die nachfolgenden Simulationen in einem größeren digitalen Raum nach optimalen Lösungen suchen können.
Von der Erfindung ist somit auch umfasst, bei der Bildung des Primärmodells gespeicherte Look-up-Tabellen und/oder eine trainierte oder trainierbare ML-Software einzusetzen, die in einem Bereitstellungsschritt Primärmodell-Parameter für die Erstellung des Primärmodells bereitstellt, wie
- die Anzahl und Art von Raumsegmenten und/oder der Designelemente, ggf. in/für ein spezielles Raumsegment,
- den zulässigen Grad der (Vor-)Festlegung für ein Raumsegment, bspw. aufgrund von hohen Wärmetransporterfordernissen, Druckniveau, Druckgradienten, aufwändigen Mischaufgaben, etc. oder sonstige vorbekannte Anforderungen der zur Rede stehenden Reaktion, wie sonstige physikalische, thermodynamische, prozesstechnische und/oder chemische Randbedingungen.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens kann insb. ein Vorteil darin bestehen, wenn die Eingabe von Systemparametern für die CAD-Software mind, teilweise mittelbar im und/oder über das Programmmodul erfolgt. Diese über oder in dem Programmmodul einzugebende Systemparameter umfassen insb. die ReaktionZ-skinetik, strömungsmechanische Parameter, verfahrenstechnische Parameter und/oder geometrische Parameter. Hierbei kann die Reaktionskinetik neben der eigentlichen stofflichen Synthese auch den Energieverlauf, nötige oder mögliche PhasenZ-änderungen und/oder nötige oder mögliche Drücke/Druckverläufe umfassen. Über die Eingabe können durch das Programmmodul softwareseitig beispielsweise die Vorgabe von zulässigen Temperaturbereichen, Druckbereichen, Phasenzuständen und/oder Produktmassen als Parameter bereitgestellt oder vorgeschlagen werden. Alternativ oder zusätzlich können von einem Bediener verfahrenstechnische Parameter und/oder geometrische Parameter eingegeben und/oder angepasst werden. Das Programmmodul kann die vorgenannten Parameter aus einer Datenbank entnehmen oder mittels einer trainierten Auswerte- und Analysesoftware berechnen und/oder bereitgestellt bekommen, die bspw. als ML- Software (Machine Learning-Software), DL-Software (Deep-Learning-Software) oder Kl- Software (Künstliche Intelligenz) ausgebildet ist. Hierbei kann das Programmmodul selbst als Auswerte- und Analysesoftware ausgebildet sein und/oder als eine solche arbeiten.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens kann ein Vorteil darin bestehen, dass der Definitionsschritt und/oder die Erzeugung des Primärmodells und/oder des PMR mittels einer MSO-Software und/oder eines Programmpakets in einer universellen, höheren Programmiersprache erfolgt, bspw. C++, Python oder Rust.
Die MSO-Software ist insb. zur Topologieoptimierung (TO), zur physikalischthermodynamischen Optimierung und/oder zur geometrischen Optimierung ausgebildet und weist vorteilhafterweise Funktionen zur elementbasierten Eingabe und über geeignete Interfaces und/oder Eingabeeinheiten auf, wie einen Monitor, Keyboard, berührungssensitiven Monitor, Computer-Mouse und/oder Computer-Joystick.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann ein Vorteil darin bestehen, dass die bereitgestellten Designelemente als unterschiedliche Designelemente-Typen ausgebildet sind, umfassend mind, ein Rohrleitungs- oder Strömungselement und mind, eines der folgenden Designelemente-Typen:
- Kombielement, insb. T-Kombielement, Y-Kombielement oder Baum-Kombielement;
- Trennelement, insb. T-Trennelement, Y-Trennelement oder Baum-Trennelement oder
- Mischelement als statisches Mischelement.
Das Kombielement dient dem Zusammenführen von zwei Stoffströmen und hat hierfür mind, zwei Einleitungszweige und mind, einen Ableitungszweig. Bei einem einfachen, mathematisch leicht beschreibbaren Design weist das T-Kombielement zwei Einleitungszweige und einen Ausleitungszweig auf, wobei die beiden Einleitungszweige jeweils im 90° Winkel zum Ausleitungszweig und zueinander fluchtend angeordnet sind. Bei einer ebenfalls einfachen Ausführungsform des Y-Kombielements, weist dieses zwei Einleitungszweige und einen Ausleitungszweig auf, wobei die beiden Einleitungszweige zum Ausleitungszweig einen Winkel von 120° bis 150° aufweisen. Das Baum-Element ist in analogerweise ein mehrfaches T- oder Y-Kombielement, mit drei oder mehr Einleitungszweigen und mind, einem Ausleitungszweig. Die Anzahl der Ausleitungszweige ist mind, eins und immer um einen Zweig geringer als die Anzahl der Einleitungszweige.
Das Trennelement dient der Aufteilung in zwei oder mehr Stoffströme und weist hierfür mind, zwei Ableitungszweige auf. Die Strömungsführung ist invertiert und analog zu dem vorgenannten Kombielement.
Das statische Mischelement dient der Vermischung von Stoffen oder Stoffströmen entlang eines Strömungskanals, im Unterschied zu der Vermischung die bspw. in dem Kombielement durch die Zusammenführung von zwei Stoffströmen erfolgt. Hierfür ist das Mischelement als solches gewunden, verwunden und/oder weist im Innenraum strömungsleitende Elemente auf, wie bspw. Strömungsteiler, statische Mischelemente, Strömungsbrecher, Querschnittsveränderungen. Die Querschnittsveränderungen können Änderungen bzgl. der Geometrie und/oder Ausrichtung der durchströmbaren Querschnittsfläche betreffen. Die Querschnittsfläche als zur Hauptströmungsrichtung, nachfolgend Strömungsrichtung genannt, senkrecht sehende Fläche, kann beispielsweise eine quadratische oder ovale Form aufweisen, die um die Längsachse tordiert ist. Der Vorteil einer solchen Geometrie oder vergleichbarer Geometrien ist, dass diese sehr leicht mathematisch beschreibbar und damit effektiv simulierbar ist, bei gleichzeitig effektiver Vermischung auf kurzem Leitungsweg. Alternativ oder zusätzlich kann die Dimension der durchströmbaren Querschnittsfläche mind, zwei Größen aufweisen. Eine weitere Sonderform eines Designelementes bildet ein Sternelement, welches eine identische Anzahl von Einleitungszweigen und Ausleitungszweigen hat.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann ein Vorteil darin bestehen, dass mind, ein Designelement als eines der folgenden Designelemente-Subtypen ausgebildet ist:
- Reaktorelement,
- Steuerelement, wie bspw. ein Drosselelement oder Düsenelement,
- Katalysatorelement und/oder
- Wärmetauschelement, insb. Doppelmantelelement.
Hierbei meint die Ausbildung als „Designelemente-Subtypen“, dass diese Designelemente dem Grunde nach ein Kombielement, ein Trennelement oder ein Mischelement sind oder als solche beschrieben werden können und zusätzlich die Merkmale der genannten Subtypen aufweisen.
Das Reaktorelement wird insb. dadurch bestimmt, dass mind, zwei Stoffströme zusammengeführt werden, analog einem Kombielement, wobei hierdurch mind, zwei Ausgangsstoffe (Edukte) und/oder mind, ein Ausgansstoff und ein Hilfsstoff zusammengeführt werden, so dass eine chemische Reaktion und die Synthese eines Produktes erfolgt.
Das Steuerelement wird insb. dadurch bestimmt, dass hierdurch die Strömungsgeschwindigkeit und/oder der Druck des strömenden Fluids gezielt zur beeinflussen, wie bspw. ein Drosselelement (Durchmesserverringerung auf einer Teilstrecke), ein Düsenelement (Durchmessererweiterung, Diffusor), etc. Auf diesem Wege kann eine Nutzer auf Basis vorhandener Kenntnisse des Nutzers gezielt bspw. das Eindüsen eines flüssigen Stoffs (bspw. Edukt) in einen gasförmigen Stoff(-gemisch) vorsehen. Hierdurch wird eine schnelle, strukturierte Eingabe wesentlicher Merkmale des Apparates für den Nutzer möglich.
Ein Katalysatorelement wird dadurch bestimmt, dass eine als katalysatorwirkende Beschichtung auf mind, einer Teilfläche der inneren Oberflächen vorliegt und/oder Katalysatormaterial Schüttung, Einbauten oder Packung angeordnet sind. Vorteilhafterweise kann nach Art der Anordnung, wie Wandbeschichtung oder Einbauten, die erforderliche Konzentration an Katalysatormaterial als Parameter vom Nutzer vorgegeben werden. Auf diese Weise kann der Nutzer die Art eines Reaktors vordefinieren. Hierdurch wird eine schnelle, strukturierte Eingabe wesentlicher Merkmale eines Reaktors für den Nutzer möglich.
Ein Wärmetauschelement, insb. Doppelmantelelement wird dadurch bestimmt, dass die Geometrie eine optimale Wärmezu- oder -abfuhr ermöglicht. Vorteilhaft kann eine Ausführung als Doppelmantelelement sein, sodass ein flüssiger Stoff (bspw. ein Kühlmedium) als zusätzliches Wärmetransportmedium verwendet werden kann.
Hierbei ist “Produkt“ nicht einschränkend zu verstehen und meint jeglichen Stoff, auch jede Vorstufe eines Stoffes, der mind, zeitweise aus dem mind, einen Ausgangsstoff gebildet wird. Der als oder mit dem weiteren Stoffstrom eingeleitete Hilfsstoff kann bspw. ein strömungsfähiger Katalysator sein oder ein Stoff, der reaktionsstartende Bedingungen herstellt.
Der Hilfsstoff kann bspw.
■ eine Säure oder Lauge sein, mittels welcher eine die Synthese fördernde oder startende pH-Wert-Anpassung erfolgt,
■ ein Lösungsmittel mit einer höheren Temperatur als der das mind, ein Edukt führende Stoffstrom, so dass mittels der Temperaturerhöhung im gebildeten Stoffgemisch ein die Synthese förderndes oder startendes Temperaturniveau eingestellt wird und/oder
■ ein für die jeweilige Synthese inerter, fließ- oder förderfähiger Füllstoff, der beispielsweise zur Verbesserung der rheologischen Eigenschaften des Stoffgemisches dient.
Im Unterschied zu dem Reaktorelement, bei dem ggf. ein strömungsfähiger Katalysator mit mind, einem Edukt strömend in Kontakt gebracht wird und weiterströmt, umfasst ein Katalysatorelement mind, einen immobilen Katalysator auf einer Teillänge oder Teilstrecke des Katalysatorelements.
Hierzu ist der ortsfeste, immobile Katalysator insb. in Form einer Katalysatorbeschichtung auf einem Teilabschnitt der Innenwand und/oder auf mind, einem ortsfesten Trägerelement angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann der Katalysator auch als Formkörper oder Schüttung ortsfest im Katalysatorelement angeordnet sein.
Schließlich zeichnet sich ein WT-Element dadurch aus, dass zusätzlich zu den Stoffströmen und deren inhärenten, eingetragenen Energiegehalten und/oder chemischphysikalisch gegenseitigen Beeinflussung durch exotherme oder endotherme Reaktionen, eine äußere thermische Beeinflussung auf mind, einer Teillänge durch mind, ein zusätzliches Wärmemittel bzw. eine Wärmetauschvorrichtung erfolgt. Dies kann insb. eine Begleitheizung oder Begleitkühlung sein. Vorzugsweise ist dies ein Strömungskanal, in dem das jeweiligen Wärmemedium strömbar ist, wie ein wässriges oder ölhaltiges Kühloder Heizmittel. Bei einer Ausführungsform umschließt der Strömungskanal einen ein Stoffgemisch führenden Kanal oder Kanalzweig mind, teilweise auf mind, einer Teillänge. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein Stoffgemisch führender Kanal oder Kanalzweig vollständig von dem Wärmetauschkanal umschlossen.
Es ist unmittelbar einsichtig, dass die jeweiligen Raumsegmente mit den vorgenannten Designelementen oder Sub-Designelementen korrelieren. Insb. ist es für die Erstellung des Primärmodells vorteilhaft, wenn in einem Typ eines Raumsegmentes nur die analogen Designelemente bzw. Sub-Design-Elemente desselben Typs angeordnet sind.
Somit können vorteilhafterweise mittels des Programmmoduls bzw. der MSO-Software in einem Strömungssegment nur Strömungselemente, in einem Kombinationssegment nur Kombielemente, in einem Trennsegment nur Trennelemente usw. angeordnet werden. Das Analoge gilt für die sonstigen Segmente, Kombisegmente, sonstige Designelemente und Sub-Designelemente.
Auf diese Weise wird insb. durch Eingabe einer definierten Anzahl von Designelementen und Sub-Designelementen die Erstellung des Primärmodells im Programmmodul beschleunigt und nachfolgend die Erzeugung des CAD-Modells durch die CAD-Software stark vereinfacht und beschleunigt, die diese Vorfestlegung als Eingangsparameter übernimmt und somit hinsichtlich möglicher Varianten stark eingeschränkt ist.
Diese primäre Rahmenstruktur des Apparates, in welcher der Apparat als Reaktorelement und Reaktorsegmente eingeteilt wird oder die sekundäre Rahmenstruktur, in welcher den Reaktorsegmenten eine definierte Anzahl von Designelementen und/oder Sub- Designelementen eingeteilt und definiert wird, kann über eine Eingabeeinheit von einem Bediener manuell und auf Basis von Fachkenntnissen vorgenommen werden. Alternativ oder zusätzlich kann nach Eingabe bspw. erster Ausgangsbedingungen, eine der beiden Rahmenstrukturen vorgeschlagen werden, die vorteilhafterweise über eine Eingabeeinheit anpassbar ist.
Die ersten Ausgangsbedingungen sind bspw. die chemische Reaktion und/oder das Produkt, ausgehend von bekannten Edukten und Katalysatoren. Weitere erste Ausgangsbedingungen können bspw. maximale äußere Abmessungen oder minimale Produktmengen sein.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann ein Vorteil darin bestehen, dass
- die Ausgabe des CAD-Modells, insb. als eine sty-Datei, an eine Programmeinheit zur Simulation der Festigkeit des Apparates erfolgt, und wobei
- durch die Programmeinheit zur Simulation der Festigkeit eine Festigkeitssimulation erfolgt.
Die Programmeinheit zur Simulation der Festigkeit ist vorteilhafterweise eine Finite- Element-Simulation. Die Festigkeitssimulation dient insb. dazu neben der physikalischen Machbarkeit aufgrund bspw. der gewählten Werkstoffen, der äußeren und inneren mechanischen Belastungen, thermischen Einflüsse, auch gesetzlich oder behördlich geforderte Festigkeits- und Sicherheitsanforderungen sicherzustellen. Insb. kann eine Festigkeitssimulation als Ergebnis aufzeigen, dass eine potentiell positive strömungstechnische Struktur aus Festigkeitsgründen nicht realisierbar ist, und geänderte Strömungswege mit ggf. größerem Abstand gewählt werden müssen, um eine entsprechend größere, sicherere Wandstärke zu ermöglichen.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann ein Vorteil erlangt werden durch
- Erzeugung eines Konstruktionsdatensatzes für ein additives Fertigungsverfahren zur physikalischen Herstellung des Apparates mittels der CAD-Software und
- Ausgabe des Konstruktionsdatensatzes an einen Datenspeicher, eine Ausgabeeinheit und/oder eine Programmeinheit eines Computers. Vorteilhafterweise erfolgt die Ausgabe des Konstruktionsdatensatzes an eine Speichereinheit und/oder Programmeinheit eines Steuerungsprogramms einer additiven Fertigungsvorrichtung.
Insgesamt kann die Erzeugung der Modelle, wie bspw. des Primärmodells, CAD-Modells und/oder Konstruktionsdatensatzes, mind, teilweise durch einen Computer und/oder ein verteiltes (Computer-)System aus mehr als einem Computer oder Prozessor erfolgen. Die zwei oder mehr Computer des verteilten Systems stehen vorteilhafterweise leitungsgebunden oder leitungsungebunden datenleitend miteinander in Verbindung. Hierbei können erforderliche Datenspeicher direkt oder mittelbar Teil des verteilten Systems sein. Vorliegend ist der Konstruktionsdatensatz mind, teilweise der Steuerdatensatz für den Betrieb der Fertigungsvorrichtung für den Apparat.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann ein Vorteil darin bestehen, dass die Erzeugung des Konstruktionsdatensatzes mindestens teilweise in einer der nachfolgenden Softwareeinheiten oder Programmpaketen erfolgt:
- CAD-Software und/oder - Steuerungssoftware für eine additive Fertigungsvorrichtung zur Herstellung des Apparates.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann ein Vorteil darin bestehen, dass die Designelemente vordefinierte digitale Designelement-Modelle sind, die mittels eines definierten Algorithmus und mind, einem definierten Designelement-Parameter mind, teilweise mathematisch beschrieben und in einem Datenspeicher gespeichert sind.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann ein Vorteil darin bestehen, dass das vordefinierte Designelement-Modell und/oder der definierte Algorithmus eine verminderte Dimensionalität aufweist.
Das Primärmodell und/oder die Designelemente bzw. die Designelement-Modelle weisen hierbei vorteilhafterweise eine eingeschränkte Dimensionalität auf. Die eingeschränkte Dimensionalität betrifft insb. die Begrenzung der zulässigen Geometrien, Abmessungen, Wärme- und Masseströme. Die eingeschränkte Dimensionalität betrifft insb. die Vereinfachung der das Designelement geometrisch beschreibenden mathematischen Gleichung(en) (Formgleichungen) und/oder der das Stoffsystem chemisch oder physikalisch beschreibenden mathematischen Gleichung(en) (Stoffgleichungen), insb. die Stoffgleichungen für die mathematische Beschreibung der Strömung, der jeweiligen ehern. Reaktion, der Temperatur und/oder des Wärmeübergangs.
Vorzugsweise wird diese eingeschränkte Dimensionalität der Designelemente mittels des Primärmodells an die CAD-Software übergeben.
Es kann eingabeseitig als verbesserte Nutzerführung für die vereinfachte, schnelle Erstellung eines CAD-Modells vorteilhaft sein, wenn die eingeschränkte Dimensionalität auch die Festlegung der Verwindung und/oder des Durchdringungsgrades betrifft. So kann es für die CAD-Modellbildung und für ein nachfolgendes Upscaling (vom Labormaßstab bis zum Industriemaßstab) vorteilhaft sein, wenn nur ein sehr geringes oder überhaupt kein Durchdringen von Strömungselementen durch andere Designelemente zugelassen wird. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn die Verwindung und/oder Umschlingung von zwei Designelementen im Rahmen der Primärmodell-Erstellung festgelegt wird. Insb. kann es in analoger Weise vorteilhaft sein, wenn die Durchdringung, Verwindung und/oder Umschlingung eines Designelements, wie eines Reaktorelementes, eines Kombielementes oder eines Trennelementes mit dem Subtyp eines Wärmetauschelementes hinsichtlich der Geometrie des Wärmetauschkanals festgelegt wird. So kann es vorteilhaft sein, um eine hinreichende Gestaltungsfreiheit zur Erstellung eines CAD-Modells bei gleichzeitiger Einschränkung der Dimensionalität zu erreichen, den Umschlingungsgrad (min.-max.) eines Strömungszweiges eines Designelementes festzulegen, insb. im Bereich von mind. 180° bis 360° und/oder mind, eine gemeinsame Zwischenwand, bei nicht runden StrömungszweigenZ-kanälen.
Vorteilhafterweise erlauben die Designelemente und hieraus abgeleitete Primärmodell erleichterte behördliche Genehmigungsprozesse, weil der Art nach gleiche Apparate in unterschiedlichen Größe oder Leistungsklassen, durch die vergleichbaren Primärmodell auch in der finale Ausbildung auf Basis eines CAD-Modells baulich ähnlicher zueinander sind. Bspw. kann das techn. Design eines in jeder Hinsicht sehr kleiner Laborreaktors (kontinuierlich, wenige Liter/Std) für eine stark exotherme Reaktion mit einer multiplen inneren verflochtenen Kanalstruktur für das Reaktionsgemisch und Wärmetauschmedium, nicht auf einen Reaktor im Industriemaßstab (mehrere Tonnen/Tag) übertragen werden. Mittels der vergleichbaren Designelemente und des vergleichbaren Primärmodells, ist eine Übertragbarkeit bei bspw. Größenänderungen wesentlich leichter möglich. Die eingeschränkte Dimensionalität umfasst weiterhin eine eingeschränkte Parametrisierbarkeit, so dass bspw.
- als Querschnitt einer Leitung oder eines Kanals nur runde, quadratische, rechteckige oder ovale Querschnitte zugelassen sind, d.h. durch eine kleine Anzahl an Parametern beschreibbare Geometrien,
- als Verbindung keine Durchdringung durch ein anderes Element zugelassen ist und/oder
- relativ zum Rasterelement und/oder einer Hauptachse keine oder nur eine eingeschränkte Varianz bzgl. der Änderungen der Strömungsrichtung und/oder des Strömungsquerschnitts zulässig ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass im Definitionsschritt mind, eine Sensorhalterung oder mind, eine Gruppe von Sensorhalterungen bestimmt wird. Die Bestimmung einer Sensorhalterung umfasst vorteilhafterweise die Festlegung des Sensors oder Sensortyps und/oder des Messortes.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann ein Vorteil darin bestehen, das Folgende vorzusehen:
- einen Fertigungsschritt eines Apparates auf Basis des CAD-Modells bzw. des Konstruktionsdatensatzes als additive Fertigung des Apparates;
- einen Testschritt, wobei im Testschritt der gefertigte Apparat mindestens eine Zeit lang betrieben wird, insb. bestimmungsgemäß betrieben wird, und Sensordaten mittels mind, einem Sensor erfasst und einer Auswerteeinheit zugeleitet werden, und wobei in
- einem Auswerteschritt mittels der Auswerteeinheit die erfassten Sensordaten ausgewertet werden und basierend auf dem Ergebnis der Auswertung das CAD-Modell des gefertigten und getesteten Apparats
- als final definiert wird,
- als teilweise den Erfordernissen entsprechend definiert wird und/oder
- mind, ein Parameter verändert und/oder mind, eine der Erzeugungen und/oder einer der nachfolgenden Schritte erneut durchgeführt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung einer iterativen Entwicklung und/oder Fertigung des Apparates kann vorgesehen werden, für
- mind, einen Testschritt des zu fertigenden Apparats eine Sensorhalterung und/oder eine erste Gruppe von Sensorhalterungen vorzusehen, und
- für mind, einen nachfolgenden Testschritt und/oder für den als final definierten Apparat eine unterschiedliche Sensorhalterung und/oder einer unterschiedlichen Gruppe von Sensorhalterungen vorzusehen. Es kann insbesondere vorteilhaft sein und die Erstellung des finalen CAD-Modells sowie die Herstellung des Apparates beschleunigen, wenn eine geringere Anzahl von Sensorhalterungen für den als final definierten Apparat.
Somit kann bei der iterativen Erstellung des finalen CAD-Modells in einer ersten Phase, vorsorglich und zur maximalen Sicherheit eine in gewisser Weise übergroße Anzahl von Sensoren vorgesehen werden, bis empirisch eine hinreichende Sicherheit bzgl. des technischen Designs des Apparates erlangt wurde. Für das finale CAD-Modell, das Grundlage für den Fertigungsdatensatz bildet, werden gemäß dieser Ausführungsform nur noch die Sensoren vorgesehen, die für den sicheren Betrieb und Steuerung des Apparates erforderlich sind.
Hierbei meint „bestimmungsgemäß“, dass der Apparat bei den chemischen und physikalischen Bedingungen betrieben wird, insb. einschließlich der realen chemischen Reaktion, die bestimmungsgemäß beabsichtigt und/oder erwartbar sind. Dagegen kann der Apparat auch „nicht-bestimmungsgemäß“ betrieben werden, indem dieser bspw. nur mit einem einzigen, nichtreagierenden Fluid oder Stoffgemisch durchströmt wird, um nur den realen Wärmetransport aus den Reaktionselementen zum Wärmetauschmedium und sensorisch zu erfassen.
Ein vorteilhaftes Verfahren kann darin bestehen, dass einem Apparat, der im Testschritt nicht als final definiert wurde, im Rahmen dieses Testschrittes oder eines nachfolgenden Teststrittes eine definierte, angepasste Eignung als finale Eignung zugeordnet wird.
Hierbei meint „angepasste Eignung“, dass die relevanten Prozess- und Verfahrensparameter bereitgestellt werden, unter denen der Apparat betrieben werden kann. Dies hat den großen Vorteil, dass der bereits gefertigte und mittels der Sensoren vermessene Apparat nicht verschrottet werden muss, sondern ggf. für einen zweckmäßigen, vorteilhaften Betrieb zur Herstellung von Produkten genutzt werden kann. Die eingeschränkte Eignung kann bspw. eine Limitierung der Stoffmengen (Edukte) pro Zeiteinheit und/oder eine erhöhte Wärmetauschleistung betreffen.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann ein Vorteil darin bestehen, dass mindestens eine Simulation und/oder ein Modell ausgewertet und in Abhängigkeit vom Ergebnis der Auswertung die Erstellung der Simulation bzw. des Modells mind, ein weiteres Mal, also insb. mind, zweifach, durchgeführt wird, nach zielgerichteter, automatischer und/oder deterministischer Abänderung von mind, einem Parameter eines vorlaufenden (Verfahrens-)Schritts der jeweiligen Simulation oder des jeweiligen Modells erneut durchgeführt wird, um einen Apparat (100) und/oder das Modell, insb. CAD-Modell, für einen Apparat (100) hinsichtlich mind, eines technischen Parameters zu verbessern, wobei
- die ausgewertete Simulation eine Festigkeitssimulation, eine Strömungssimulation und/oder eine thermodynamische Simulation ist und
- das ausgewertete Modell das Primärmodell, das CAD-Modell und/oder der Konstruktionsdatensatz ist.
Insbesondere bei einer solchen iterativen, schrittweisen Entwicklung von Apparaten, die ggf. eine Testphase im Labor oder Technikum erfordern, hat sich die (weitgehende) Beschränkung auf die jeweils nachlaufende Anpassung des Primärmodells als besonders vorteilhaft erwiesen, weil ein schnelle Verständnis sowohl für die Auswertung des vorlaufenden Iterationsschritts als auch für die Abschätzung der technischen Einflüsse optimierender Anpassungen der Parameter des Primärmodell und nachlaufend des hieraus von der Software erstellten CAD-Modell für einen Nutzer gegeben ist.
Hierbei meint „Auswertung“ und „mind. eine weitere Durchführung“, dass bspw. durch die Simulation aufgezeigte technische Schwächen, Mängel und/oder Risiken, sowie ggf. das Unterschreiten von behördlich oder gesetzlich geforderte Grenzwerten, von dem Nutzer bspw. zielgerichtet in einem weiteren Definitionsschritt eine Änderung eines entsprechenden Parameters eines Designelements und damit nachfolgenden des Primärmodells (zweite Primärmodell) und des hieraus gebildeten CAD-Modells(zweite CAD-Modell) erfolgt. Der Vorschlag oder die Eingabe von geänderten (mind, einem) Parametern kann auch automatisch durch die MSO-Software, die jeweilige Simulationssoftware oder einen andere geeignete Software oder Programmpakte zur Verfügung gestellt werden. Änderung von mind, einem Parameter in mind, einem vorgelagerten Verfahrensschritt erfolgt insofern zielgerichtet, automatisch und deterministisch, dass basierend auf dem aufgezeigten Mängel oder der aufgezeigten Schwäche, mind, eine Parameter gezielt geändert (festgelegt) wird, um die jeweilige Simulation und/oder das betroffene Modell hinsichtlich genau dieses Mangels oder Schwäche zu verbessern, insb. zu optimieren. Die Automation kann hierbei durch eine softwarebasierte Darstellung und/oder Nutzerführung erreicht werden, die bspw. eine textliche oder farbliche Darstellung sein kann. Vorteilhafterweise erfolgt die Darstellung durch eine textliche Anzeige des mind, einen zu ändernden Parameters und/oder Vorschlag (Anzeige) des neuen, geänderten Parameters. Dies erfolgt besonders vorteilhaft direkte im Ansichtsmodus der jeweiligen modellbildenden oder simulationsschaffenden Software, Im Vorliegensfall einer geeigneten Software- oder Datenschnittstelle der jeweiligen modellbildenden oder simulationsschaffenden Software zur MSO-Software, wird unmittelbar und gezielt mind, ein Parameter zur Erstellung eines verbesserten Primärmodells und nachfolgend eines verbesserten, mängelfreien Modells und/oder Simulationsergebnisses.
Insb. kann es vorteilhaft sein, wenn nach Erstellung eines CAD-Modells dieses evaluiert wird und bedarfsweise ein angepasstes, weiteres Primärmodell erstellt wird, auf dessen Basis ein neues CAD-Modell und/oder ein neuer Fertigungsdatensatz erstellt wird.
Alternativ oder zusätzlich kann nach einer FEM-Analyse ein neues Primärmodell oder ein neues CAD-Modell erstellt werden, nach Anpassung mind, eines relevanten Parameters.
Der Vorteil dieses erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt sich insbesondere bei einem solchen iterativen, mehrstufigen Entwicklungs- und Fertigungsverfahren, bei dem auf der rein digitalen Datenebene von Primärmodell, CAD-Modell und/oder FEM-Analyse ggf. mehrfache Simulations- und Optimierungsschritte erfolgen können und zusätzlich oder alternativ ein realer, nicht-digitaler Apparat betrieben und getestet werden kann und auf beiden Ebenen Anpassungen von Parameter und Durchführung der nachfolgenden Schritte beschleunigt vorgenommen werden kann. Der Betrieb oder der Betriebsschritt kann somit auch ein Testschritt sein.
Vorteilhafterweise kann das Verfahren dahingehend verbessert werden, dass eine Identifikation vorteilhafter Messstellen zur Überwachung und zum sicheren Betrieb des Apparates erfolgt und die zugehörigen Sensorhalterungen im Primärmodell für einen Testschritt und/oder einen als final definierten Apparat vorgesehen werden kann. Hierdurch wird die Sicherheit des finalen Apparates und dessen Betrieb erhöht, neben der Beschleunigung der Entwicklung durch stark verkürzte Simulations- und/oder Erstellungsschritte der Modelle, insb. stark verkürzte Erstellungszeiten des finalen, optimalen CAD-Modells und des hieraus abgeleiteten Fertigungsdatensatzes für einen Apparat.
Von der Erfindung ist weiterhin ein Herstellungsverfahren zur Fertigung eines Apparates mittels eines additiven Fertigungsverfahrens und einer additiven Fertigungsvorrichtung umfasst, wobei die additive Fertigungsvorrichtung mittels eines Konstruktionsdatensatzes gesteuert wird, und wobei der Konstruktionsdatensatz auf einem CAD-Modell basiert, das gemäß einem Verfahren erstellt wurde, das nach einer der genannten Ausführungsformen oder Variante ausgebildet ist.
Hierbei meint “basiert“ insbesondere, dass der Konstruktionsdatensatz eine unmittelbare Ableitung oder wesentliche Teildatenmenge des CAD-Modells ist und/oder hieraus erzeugt wurde.
Bei einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens kann ein Vorteil darin bestehen, dass der Apparat zur Führung eines Stoffsystems mit mind, zwei Stoffströmen geeignet ist, insb. ein Reaktor zur Synthese mind, eines Produkts aus mind, einem Ausgangsstoff (Edukt) mind, eines Stoffstroms.
Dies betrifft insbesondere Stoffströme für stark exotherme Reaktionen, die aus Sicherheitsüberlegungen häufig stark überdimensioniert werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Herstellungsverfahrens kann ein Vorteil darin bestehen, dass das additive Herstellungsverfahren ein laserinduziertes Pulverschmelzverfahren ist.
Es hat sich somit als großer Vorteil herausgestellt, einen Apparat mind, teilweise mittels eines additiven Herstellungsverfahrens und gemäß einem Herstellungsverfahren nach einem der hierin genannten Ausführungsformen und Varianten herzustellen.
Dies insb., wenn der Apparat ein Reaktor ist, der aus der folgenden Gruppe genommen ist: Rohrreaktor, Reaktor mit Reaktions- und Wärmetauschkanälen bzw.
Wärmetauschräumen, Kontireaktor, Kolonne mit mind, einem Zwischenboden.
Schließlich ist von der Erfindung auch ein Speichermedium betroffen, das ein ausführbares Programm oder Programmmodul zur mind, teilweisen Durchführung eines computer-implementierten Verfahrens zur Herstellung eines CAD-Modells und/oder einen Konstruktionsdatensatz aufweist, wobei
- das computerimplementierte Verfahren nach einer der hierin beschriebenen Ausführungsformen oder Varianten ausgebildet ist und/oder
- der Konstruktionsdatensatz auf Basis des computerimplementierten Verfahrens nach einer der hierin beschriebenen Ausführungsformen oder Varianten erzeugt wurde. Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Lösung anhand von Ausführungsbeispielen im Detail beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform des Verfahrens als Blockfließbild,
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform des Verfahrens als Blockfließbild,
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform des Verfahrens als schematisches Fließbild und
Fig. 4 in vier Teildarstellungen Designelemente in einer perspektivischen Darstellung.
Das in der Figur 1 gezeigte, computerimplementierte Verfahren umfasst einen Definitionsschritt 200 zur Erstellung eines Primärmodells für einen Apparat 100, einen Eingabeschritt von Systemparametern 210, zwei Datenspeicher 250, 260, einen CAD- Erstellungsschritt 300, einen Eingabeschritt von Systemparametern 310, einen Ausgabeschritt 350 des CAD-Modells, zwei Gates G, einen Fertigungsschritt 400 und die Erstellung des Fertigungsdatensatzes 401 für die Fertigungsvorrichtung, die vorliegend ein laserinduziertes 3D-Pulverbettdruckverfahren ist.
In dem Definitionsschritt 200 werden in einer MSO-Software erste Systemparameter 210 über ein Eingabemodul eingegeben, auf deren Basis weitere Systemparameter aus der Datenbank 260 bezogen werden. Die von einem Benutzer eingegebenen ersten Systemparameter 210 sind die Reaktion, hier eine Baeyer-Villinger-Oxidation, die gewünschten Produktmengen pro Zeiteinheit. Die MSO-Software steht mit der Datenbank 262 in Verbindung, die weitere relevante Systemparameter zur Erstellung des Primärmodells auf Basis von entsprechenden Abhängigkeiten umfasst und bereitstellt.
Die MSO-Software steht weiterhin mit der Datenbank 262 in Verbindung, die eine Mehrzahl von parametrisierbaren Designelementen 220 umfasst (Fig. 4). Die Designelemente 220 sind vordefiniert und lassen nur eine sehr begrenzte Anzahl von Parameteränderungen zu, wie bspw. Parameteränderung zur Anpassung von Kanaldurchmessern und Kanallängen. Das im Definitionsschritt 200 erstellt Primärmodell 202, umfasst vollständige Sätze an beschreibenden Differentialgleichungen für die Geometrien und den bestimmungsgemäßen Betrieb des Apparates 100, hier die stark exotherme Baeyer- Villinger-Oxidation, wobei der Apparat 100 ein kontinuierlicher Reaktor ist. Die Sätze an Differentialgleichungen und/oder algebraischen Gleichungen beschreiben mathematisch:
- die Reaktionskinetik,
- die innere Kanalstruktur für die jeweiligen Massen der Stoffströme, die Energieflüsse aus freiwerdenden Energien aus der exothermen Reaktion und abzuleitende Energien über WT-Medien und
- die wesentlichen geometrischen äußeren Abmessungen.
Die Sätze von Differentialgleichungen umfassen damit auch die vordefinierten Designelemente 220 (Fig. 4) und deren Anordnung in einem Raumelement 250, sowie dortige Raumsegmente 252 und/oder definierte Rasterknoten 254.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist ein Teil des Eingabeschrittes von ersten Systemparametern 210 im Definitionsschritt 200, die manuelle Ergänzung und Anordnung von einer systemseitig vorgeschlagenen Anzahl an Designelementen 220 in ebenfalls vorgeschlagenen Raumsegmenten 252 eines Raumelements 250 (Fig. 4) dargestellt.
Das Primärmodell 202 wird durch die MSO-Software bereitgestellt und von der CAD- Software im CAD-Erstellungsschritt 300 als Systemparameter angewendet. In dem Verfahren, wie es die Fig. 1 zeigt, erfolgt eine weitere Eingabe von Systemparametern 310 über ein nicht dargestelltes Interface vorbereitend zum CAD-Erstellungsschritt 300 durch einen Nutzer.
Das erstellte CAD-Modell 302 wird von der CAD-Software bereitgestellt und an die Betriebs- und Steuersoftware der Fertigungsvorrichtung 420 übergeben, die basierend hierauf in einem Erstellungsschritt 410 einen Fertigungsdatensatz generiert.
In dem beispielhaften, computerimplementierten Verfahren sind zwei Entscheidungstore (Gates, G) vorgesehen: Ein erstes Gate G1 ist nach dem CAD-Ausgabe- und Evaluationsschritt 350 vorgesehen. Wird in dem CAD-Ausgabe- und Evaluationsschritt 350 eine ungewünschte Abweichung von Vorgaben am CAD-Modell 302 festgestellt, wird dieses CAD-Modell 302 ganz oder in Auszügen, insb. bzgl. der unzulässigen Abweichungen als Systemparameter 210 für einen weiteren, angepassten Definitionsschritt 200 oder als Systemparameter 310 für einen weiteren, angepassten CAD-Erstellungsschritt 300 vorgesehen.
In dem zweiten Gate G2 kann eine Auswertung erfolgen, die je nach Art und/oder Schwere der unzulässigen Abweichung die Veranlassung eines weiteren CAD- Erstellungsschritt 300 oder eines weiteren Definitionsschrittes 200 mit nachlaufenden CAD-Erstellungsschritt 300 erfordert. In dem dargestellten Beispiel wird durch das zweite Gate G2 eine unzulässige Abweichung hinsichtlich Apparatefestigkeit erneut dem CAD- Erstellungsschritt 300 zugeführt, alle andere unzureichenden oder grenzwertigen Abweichungen werden erneut dem Definitionsschritt 200 als nachlaufende, ergänzende Simulationsparameter zugeleitet. Hieran schließt sich ein erneuter CAD-Erstellungsschritt 300 an.
Das Verfahren nach Fig. 2 weist analog dem Beispiel nach Figur 1 Folgendes auf: einen Definitionsschritt 200 zur Erstellung eines Primärmodells für einen Apparat 100, einen Eingabeschritt von Systemparametern 210, zwei Datenspeicher 260, 262, einen CAD- Erstellungsschritt 300, einen Eingabeschritt von Systemparametern 310, einen Ausgabeschritt 350 des CAD-Modells, Gates G, eine Fertigungsschritt 400 und die Erstellung des Fertigungsdatensatzes 401 für die Fertigungsvorrichtung, die vorliegend ein laserinduziertes 3D-Pulverbettdruckverfahren ist.
Im Unterschied zum Beispiel, wie es in der Fig. 1 gezeigt ist, erfolgt nach dem Ausgabeschritt 350 des CAD-Modells 302 ein Simulations- und Evaluationsschritt, vorliegend eine FEM-Simulation 500, an die sich ein Gate G3 anschließt. Weiterhin erfolgt nach der Fertigung des Apparates 100n ein Betriebsschritt 600, in dem der Apparat 100n betrieben wird, insb. bestimmungsgemäß oder weitgehend bestimmungsgemäß betrieben wird. An diesen Betriebsschritt 600 schließt sich ein weiteres Gate G4 an.
Das computerimplementierte Verfahren der Fig. 2 umfasst weiterhin die Einbindung einer Auswerte- und Analyseeinheit 450, in der insbesondere die relevanten System parameter, das Primärmodell, das CAD-Modell, der Ergebnisdatensatz der FEM-Simulation 500, der Fertigungsdatensatz und/oder die Messdaten aus dem Betriebsschritt 600 erfasst und ausgewertet werden. Die Auswerte- und Analyseeinheit 450 ist als Kl-Software (Künstliche Intelligenz Software) ausgebildet, kann mindestens teilweise ein Neuronales Netzwerk umfassen oder unter Nutzung eines Neuronalen Netzwerkes eine Datenanalyse und eine Ergebniserstellung vornehmen. Der Betriebsschritt 600 stellt somit einen Testschritt 460 dar.
Die Auswerte- und Analyseeinheit 450 stellt die Ergebnisdaten einem oder beiden Datenspeichern 260, 262 zur Verfügung, wie mit den strichpunktierten Linien und Pfeilen angedeutet ist. Die Auswerte- und Analysesoftware 450 kann auch ausgebildet sein und entsprechend verbunden sein (nicht dargestellt), um Systemparameter im Definitionsschritt, im CAD-Erstellungsschritt und/oder im Erstellungsschritt des Fertigungsdatensatzes 410 auszuwählen und/oder vorzuschlagen.
Die Gate G1-4 haben jeweils analoge Funktionen, nämlich beim Unterschreiten oder Überschreiten eines Sollwertes oder Sollwertebereiches, einen nächsten Iterationsschritt zu veranlassen. Der Apparat 100n+1 ist der finale Apparat, der gern, einer Soll- Spezifikation ausgebildet ist und der keinem weiteren Iterationsschritt unterworfen werden muss, bzw. dessen Primärmodell, CAD-Modell und Fertigungsdatensatz der Soll- Spezifikation entsprechen.
Vorliegend wird der Fertigungsdatensatz 410 für die Fertigungsvorrichtung 420, die laserinduzierte 3D-Pulverbettdruckvorrichtung, im Fertigungsschritt 400 erstellt, wobei alternativ der Fertigungsdatensatz 410 mind, teilweise auch durch die CAD-Software als Teil der CAD-Erstellung 300 erstellt wird.
Das Verfahren gern. Fig. 2 kann weitergebildet sein, indem der finale Apparat 100n+1 nicht identisch mit dem bereits tauglichen Apparat 100n ausgebildet wird, durch ein n+1tes Primärmodell, ein n+1tes CAD-Modell und/oder n+1ter Fertigungsdatensatz. Hierbei können Elemente, Anbauten und/oder insb. Sensorhalterungen verändert und angepasst werden, die nur zu temporären Analyse- und Entwicklungszwecken (zusätzlich) vorgesehen wurden, wie bspw. eine Vielzahl von Messstellen und Sensorhalterungen, die im Regelbetrieb vollständig überflüssig sind. Weiterhin können für den Apparat 100n+1 mechanische Befestigungs- und Haltestrukturen zur äußerlichen Anbringung vorgesehen werden, die für die Auslegung irrelevant sind und bspw. den Fertigungsschritt 400 komplizierter und zeitaufwändiger gestalten würden. Es ist für den Fachmann unmittelbar ersichtlich und vorgesehen, dass jeder der genannten Schritte mit einem Computer oder durch ein verteiltes Computersystem oder - netzwerk ausgeführt wird, auf dem eine für den jeweiligen Schritt geeignete Software und/oder Programmstruktur ausführbar ist. Die Computer sowie die Datenspeicher können weiterhin über kabelgebundene und/oder kabelungebundene Kommunikationsnetzwerke miteinander datenleitend verbunden sein. Die Datenspeicher sind insb. nicht-flüchtige Speicher und können ganz oder teilweise in einem Computer integriert sein.
Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Schritte zur Simulation eines Strömungsrohrreaktors für die Alkoxylierung (Synthese) eines Alkoxylat aus den beiden Edukten Ethylenoxid (EO) in ersten Stoffstrom und Alkylphenol im zweiten Stoffstrom mit voreingemischtem Multimetallcyanidkomplex-Katalysator oder Alkali- und Erdalkalimetallhydroxid-Katalysator, umfassend einen Definitionsschritt 200 und den CAD-Erstellungsschritt.
Der Definitionsschritt 200 ist in zwei Teilphasen I, II aufteilbar und umfasst einen Basiseingabeschritt 150, in dem die vorgenannte Synthese und/oder deren wesentlichen Parameter und ggf. weitere Basiseingaben, wie die gewünschte Produktionskapazität in kg/s von einem Nutzer festgelegt, d.h. in dem Programmmodul bzw. der dortigen MSO- Software eingegeben wird.
Die weiteren Basiseingaben waren: Stoffparameter zur Beschreibung des thermodynamischen Verhaltens des Stoffsystems, Spezifikationen der Eduktmassenströme hinsichtlich Druck, Temperatur, Massenfluss und Zusammensetzung, Auswahl der zu berücksichtigenden Designelementetypen in der Optimierung, Raumelementbeschränkungen, Festlegung der gewünschten Diskretisierungsfeinheit der Algebra- bzw. Differentialgleichungen.
Der Definitionsschritt 200 ist zweiphasig und umfasst in der Teilphase I
- den Schritt 240 der Festlegung der Designelemente 220 nach Art und Anzahl, nämlich zwei Trennelemente 226, drei Kombielemente 224 und sieben Strömungselemente 222;
- den Schritt 242 der Festlegung der Dimensionen der Designelemente 220, gezeigt am Beispiel eines Trennelementes 226, bei dem alleinig die Länge L des Einleitungszweiges und der identische Durchmesser D der Ausleitungszweige 236 zur Parametrisierung zur Verfügung stehen und
- den Schritt 244 der Anordnung der Designelemente 220 zueinander, so dass eine am Ende der ersten Stufe des Definitionsschritts 200 eine erste Metastruktur des Kontireaktors gebildet wird, in der alle parametrisierbaren Dimensionen der Designelemente 220 sowie die Zuordnung von Ausgangsöffnungen 232 zu Eingangsöffnungen 230 und verbindende Strömungselementen 222 festgelegt sind.
- Weiterhin erfolgt die thermodynamische Optimierung, die in der Figur 3 nicht dargestellt ist.
In der zweiten Teilphase II des Definitionsschrittes 200 erfolgt die geometrische Optimierung, indem eine Anordnung der vorgenannten Designelemente 220 gern, der festgelegten ersten Metastruktur in dem bereitgestellten quaderförmigen Raumelement 250 erfolgt.
Bereits hier zeigt sich der Vorteil, dass nachfolgend im CAD-Erstellungsschritt 300, zwischen den Trennelementen 226 und den Kombielementen 224 nur Strömungselemente 222, nämlich Rohrleitungen oder rohrförmigen Kanälen zugelassen werden, so dass der Erstellungsaufwand stark verringert und somit beschleunigt wird. Weiterhin müssen im Rahmen der CAD-Erstellung keine weiteren analogen Design- oder Funktionselemente beachtet werden.
Vorliegend wurden durch die MSO-Software die folgenden fünf Raumsegmente 252 vorgeschlagen: ein links angeordnetes Einleitungssegment, Kombinationssegment, ein mittig angeordnetes Strömungs- und Reaktionssegment und ein rechtsangeordnetes Ausleitungssegment. Weiterhin wurden von der MSO-Software die zugehörigen Designelemente 220 in den dafür vorgesehenen Raumsegmenten 252 angeordnet.
Vorliegend sind die Strömungselemente 222 in der Längserstreckung (x-Richtung) zur Bereitstellung einer ausreichenden Reaktionsdauer größer als die Längserstreckung (x- Richtung) des Strömungssegmentes, so dass keine windungsfreie, gerade Verbindung zw. Trennelementen 226 und Kombielementen 224 möglich ist. Dies ist im Rahmen der Erstellung des Primärmodells 202 zulässig, die Ermittlung und Simulation der optimalen Geometrie erfolgt nachlaufend bei der Erstellung des CAD-Modelles 302. Im Rahmen der räumlichen Optimierung in der zweiten Stufe des Definitionsschrittes 200, können neben der Positionierung der Designelemente 220 auf den Rasterknoten 254 des Raumelements 250 bzw. der Rastersegmente 252, insb. auch die Lage und Ausrichtung von Zu- und Ableitungen in ihrer Lage und Raumausrichtung bestimmt werden, um ggf. benachbarte Bauteile zu berücksichtigen.
Im Definitionsschritt 200 wird final das Primärmodell 202 erstellt und Primärmodellreport 204 (PMR) zur Übernahme durch die CAD-Software für den CAD-Erstellungsschritt 300 bereitgestellt. Der PMR 204 ist eine txt-Datei und umfasst die Lösungen der relevanten Gleichungen sowie die zulässigen Grenzwerte verbleibender Variablen.
In dem gezeigten Beispiel umfasst der im Programmmodul mit der MSO-Software erstellte PMR 204 bereits alle erforderlichen Eingabedaten für den Erstellungsschritt 300 des CAD-Modells 302 für den Apparat 100, so dass die MSO-Software den PMR 204 unmittelbar der CAD-Software übermittelt und diese basierend hierauf eine CAD-Modell 302 erstellt. Wie in dem rechten Rahmen angedeutet, umfasst das CAD-Modell 302 miteinander verschlungene und kreuzende Strömungselemente 222, wobei sich diese Designelemente 220 nicht durchdringen oder in der sonstigen inneren oder äußeren Geometrie verändern, da dieser Freiheitgrad in dem bzgl. der Dimensionalität verringerten Designelementen 220 nicht zugelassen ist.
Die im CAD-Erstellungsschritt 300 genutzte CAD-Software, welche eine exportierbare .sty Datei als CAD-Modell 302 erzeugt.
In der Fig. 4 sind drei Grundformen von Designelementen 220 dargestellt, das Strömungselement 222 im Teilbild I., ein Kombielement 224, als Y-Kombielement, im Teilbild II. und ein Teilungselement 226, als Y-Teilungselement, im Teilbild III.
Das Teilbild IV. zeigt ein weiteres Teilungselement 226, in der Form eines T- Teilungselementes. Alle Designelemente 220 weisen gemäß Definition eine oder mehrere Eingangsöffnungen 230 und eine oder mehrere Ausgangsöffnungen 232 auf, so dass hierdurch die Strömungsrichtung festgelegt ist. Es versteht sich, dass das in dem Teilbild IV. gezeigte Designelement 220 bei der Invertierung der Definition der Öffnungen 230, 232 ein T-Kombielement darstellt, wie es analog für die Designelemente der Teilbilder II. und III. gegeben ist. Die Teilungselemente 226 weisen je einen Einleitungszweig 234 und zwei
Ausleitungszweige 236 auf und die Kombielemente 224 je zwei Einleitungszweige 234 und einen Ausleitungszweig 236.
Bezugszeichenliste
100 Apparat
150 Basiseingabeschritt
200 Definitionsschritt zur Erstellung des Primärmodells
202 Primärmodell
204 Primärmodellreport (PMR)
210 Systemparametereingabe
220 Designelement
222 Rohrleitungs- oder Strömungselement
224 Kombielement
226 Trennelement
240 Schritt zur Festlegung von Anzahl und/oder Art der Designelemente
242 Schritt zur Festlegung der Dimensionen der Designelemente
244 Schritt zur Festlegung der Anordnung der Designelemente zueinander
230 Eingangsöffnung
232 Ausgangsöffnung
234 Einleitungszweig
236 Ausleitungszweig
250 Raumelement
252 Raumsegment
254 Rasterknoten
260 Datenspeicher
262 Datenspeicher
264 Speichereinheit der Fertigungsvorrichtung
300 CAD-Erstellungsschritt
302 CAD-Modell 310 Systemparametereingabe
350 CAD-Modellausgabe und -evaluation
400 Fertigungsschritt von 100
410 Erstellung Fertigungsdatensatz
420 Fertigungsvorrichtung
450 Auswerteeinheit
460 Testschritt
500 FEM-Simulation/-Analyse
600 Betrieb von 100
D Durchmesser
L Länge

Claims

Ansprüche
1 . Computer implementiertes Verfahren zur Erstellung eines CAD-Modells (302) für einen ein Stoffsystem führenden Apparat (100), wobei
- das Stoffsystem mind, zwei Stoffströme umfasst und
- der Apparat ein Wärmetauscher, ein Reaktor zur Synthese mind, eines Produkts aus mind, einem Ausgangsstoff mind, eines Stoffstroms oder eine Kolonne mit mind, einem Zwischenboden ist, wobei der Reaktor aus der folgenden Gruppe genommen ist: Rohrreaktor, Reaktor mit Reaktions- und Wärmetauschkanälen bzw. Wärmetauschräumen und/oder Kontireaktor, umfassend die Schritte: a. Eingabe von Systemparametern in eine CAD-Software (200); b. Erstellung des CAD-Modells (302), umfassend eine dreidimensionale und mehrfachphysikalische Simulation des Stoffsystems; c. Ausgabe des CAD-Modells (302) an eine Ausgabeeinheit, Auswerteeinheit und/oder eine Speichereinheit (260, 262); gekennzeichnet durch d. mind, einen Definitionsschritt (200) mittels eines Programmmoduls, welcher der Erstellung des CAD-Modells vorgelagert ist, wobei der Definitionsschritt Folgendes umfasst: i. Bereitstellung mind, eines digitalen Raumelements (250), ii. Bereitstellung digitaler Designelemente (220), iii. Anordnung der Designelemente im Raumelement (250), iv. Ausgabe eines Primärmodells (202) als ein weiterer
Systemparameter; e. Erzeugung des CAD-Modell (302) mittels der CAD-Software unter Anwendung des Primärmodells (202) als weiteren System parameter, und wobei der Definitionsschritt (200) mittels des Programmmoduls der Erstellung des CAD- Modells (302) vorgelagert ist; wobei f. der Schritt der Anordnung des Definitionsschritts (200) Folgendes umfasst: Auswahl einer definierte Anzahl von Designelementen (220);
■ Erster Ausrichtungsschritt, indem zwischen jeweils mindestens zwei Designelementen (220) die Strömungswege von der mindestens einen Ausleitungsöffnung zu mind, einer definierten stromabwärtsbefindlichen Einleitungsöffnung eines weiteren Designelements (220) bestimmt werden; und
■ Zweiter Ausrichtungsschritt, indem mind, ein Teil der Designelemente (220) im Raumelement (250), mindestens einem Raumsegment (252) und/oder mindestens einem Rasterelement geometrisch in mindestens zwei Raumrichtungen, insb. in drei Raumrichtungen angeordnet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Programmmodul eine ausführbaren Multi-Skalen-Optimierungssoftware (MSO- Software) umfasst und/oder daraus gebildet ist, wobei die MSO-Software ausgebildet ist, um das Primärmodell durch eine physikalische Simulation mittels einer Multi-Skalen-Optimierung zu generieren, wobei Multi-Skalen- Optimierung die thermodynamische und geometrische Optimierung des technischen Designs des Apparates (100) als Primärmodell meint.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabe von Systemparametern für die CAD-Software mind, teilweise mittelbar im und/oder über das Programmmodul erfolgt, insb. vollständig über das Programmmodul erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Definitionsschritt (200) und/oder die Erzeugung des Primärmodells (202) mittels einer MSO-Software und/oder eines MSO-Programmpakets erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bereitgestellten Designelemente (220) als unterschiedliche Designelemente-Typen ausgebildet sind, umfassend mind, ein Rohrleitungselement (222) und mind, eines der folgenden Designelemente- Typen: - Kombielement (224), insb. T-Kombielement und/oder Y-Kombielement;
- Trennelement (226), insb. T-Trennelement und/oder Y-Trennelement oder
- Mischelement als statisches Mischelement.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,, dadurch gekennzeichnet, dass mind, ein Designelemente (220) als eines der folgenden Designelemente- Subtypen ausgebildet ist:
- Reaktorelement,
- Steuerelement, wie bspw. ein Drosselelement oder Düsenelement,
- Katalysatorelement und/oder
- Wärmetauschelement, insb. Doppelmantelelement.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Ausgabe des CAD-Modells (302), insb. als eine sty-Datei, an eine Programmeinheit zur Simulation der Festigkeit des Apparates (100) erfolgt, und wobei
- durch die Programmeinheit zur Simulation der Festigkeit eine Festigkeitssimulation erfolgt, insb. eine Finite-Element-Simulation.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch Erzeugung eines Konstruktionsdatensatzes für eine additives Fertigungsverfahren zur physikalischen Herstellung des Apparates (100) mittels der CAD-Software und
Ausgabe des Konstruktionsdatensatzes an einen Datenspeicher (260, 262), eine Ausgabeeinheit und/oder eine Programmeinheit eines Computers, insb. an eine Speichereinheit (264) und/oder Programmeinheit eines Steuerungsprogramms einer additiven Fertigungsvorrichtung (420).
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung des Konstruktionsdatensatzes mindestens teilweise in einer der nachfolgenden Softwareeinheiten oder Programmmodule erfolgt:
- CAD-Software und/oder
- Steuerungssoftware für eine additive Fertigungsvorrichtung (420) zur Herstellung des Apparates (100).
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mind, ein Designelement (220) ein vordefiniertes digitales Designelement-Modell ist, das mittels eines definierten Algorithmus und mind, einem definierten Designelement-Parameter mind, teilweise mathematisch beschrieben und in einem Datenspeicher (260, 262) gespeichert ist.
11 . Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das vordefinierte Designelement-Modell und/oder der definierte Algorithmus eine verminderte Dimensionalität aufweist.
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch
- einen Fertigungsschritt eines Apparates (100) auf Basis des CAD-Modells (302) bzw. des Konstruktionsdatensatzes als additive Fertigung des Apparates (100);
- einen Testschritt (460), wobei im Testschritt (460) der gefertigte Apparat (100) mindestens eine Zeitlang betrieben wird, insb. bestimmungsgemäß betrieben wird, und Sensordaten mittels mind, einem Sensor erfasst und einer Auswerteeinheit (450) zugeleitet werden, und wobei in
- einem Auswerteschritt mittels der Auswerteeinheit (450) die erfassten Sensordaten ausgewertet werden und basierend auf dem Ergebnis der Auswertung das CAD-Modell (302) des gefertigten und getesteten Apparats (100)
- als final definiert wird,
- als teilweise den Erfordernissen entsprechend definiert wird und/oder
- mind, ein Parameter verändert und/oder mind, eine der Simulationen und/oder einer der nachfolgenden Schritte erneut durchgeführt werden.
13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mind, eine Simulation und/oder ein Modell ausgewertet und in Abhängigkeit vom Ergebnis der Auswertung die Simulation und/oder die Modellbildung mind, zweifach durchgeführt wird, nach zielgerichteter, automatischer und/oder deterministischer Abänderung von mind, einem Parameter eines vorlaufenden (Verfahrens-)Schritts der jeweiligen Simulation oder des jeweiligen Modells erneut durchgeführt wird, um einen Apparat (100) und/oder das Modell, insb. CAD-Modell, für einen Apparat (100) hinsichtlich mind, eines technischen Parameters zu verbessern, wobei - die ausgewertete Simulation eine Festigkeitssimulation, eine Strömungssimulation und/oder eine thermodynamische Simulation ist und
- das ausgewertete Modell das Primärmodell, das CAD-Modell und/oder der Konstruktionsdatensatz ist.
14. Herstellverfahren zur Fertigung eines Apparates (100) mittels eines additiven Fertigungsverfahrens und einer additiven Fertigungsvorrichtung (420), wobei die additive Fertigungsvorrichtung (420) mittels eines Konstruktionsdatensatzes gesteuerte wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Konstruktionsdatensatz auf einem CAD-Modell (302) basiert, das gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 erstellt wurde.
15. Herstellungsverfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Apparat (100) zur Führung eines Stoffsystems mit mind, zwei Stoffströmen geeignet ist, insb. ein Reaktor zur Synthese mind, eines Produkts aus mind, einem Ausgangsstoff (Edukt) mind, eines Stoffstroms.
16. Herstellungsverfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das additive Herstellverfahren ein laserinduziertes Pulverschmelzverfahren ist.
17. Speichermedium umfassend ein ausführbares Programm oder Programmmodul zur mind, teilweisen Durchführung eines computerimplementierten Verfahrens zur Herstellung eines CAD-Modells (302) und/oder einen Konstruktionsdatensatz, dadurch gekennzeichnet, dass
- das computerimplementierte Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist und/oder
- der Konstruktionsdatensatz auf Basis des computerimplementierten Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 erzeugt wurde.
PCT/EP2024/065260 2023-06-07 2024-06-04 Computer-implementiertes verfahren zur herstellung eines cad-modells eines apparates und additives fertigungsverfahren eines apparates Ceased WO2024251698A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP24730371.2A EP4724932A1 (de) 2023-06-07 2024-06-04 Computer-implementiertes verfahren zur herstellung eines cad-modells eines apparates und additives fertigungsverfahren eines apparates

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP23177960 2023-06-07
EP23177960.4 2023-06-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024251698A1 true WO2024251698A1 (de) 2024-12-12

Family

ID=86732058

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2024/065260 Ceased WO2024251698A1 (de) 2023-06-07 2024-06-04 Computer-implementiertes verfahren zur herstellung eines cad-modells eines apparates und additives fertigungsverfahren eines apparates

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP4724932A1 (de)
WO (1) WO2024251698A1 (de)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015115409A1 (de) 2015-07-09 2017-01-12 Choren Industrietechnik GmbH Verfahren zur Gestaltung von fluiddurchströmten Bauteilen

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015115409A1 (de) 2015-07-09 2017-01-12 Choren Industrietechnik GmbH Verfahren zur Gestaltung von fluiddurchströmten Bauteilen

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BIEDERMANN, M., MEBOLDT, M.: "Computational design synthesis of additive manufactured multi-flow nozzles", ADDITIVE MANUFACTURING, vol. 35, 2020, pages 101231
CAPEL, A. J.RIMINGTON, R. P.LEWIS, M. P.CHRISTIE, S. D.: "3D printing for chemical, pharmaceutical and biological applications", NATURE REVIEWS CHEMISTRY, vol. 2, no. 12, 2018, pages 422 - 436, XP036653515, DOI: 10.1038/s41570-018-0058-y
KAYA, U., GOPIREDDY, S., URBANETZ, N., NOPENS, I., & VERWAEREN, J.: "Predicting the hydrodynamic properties of a bioreactor: Conditional density estimation as a surrogate model for CFD simulations", CHEMICAL ENGINEERING RESEARCH AND DESIGN, vol. 182, 2022, pages 342 - 359, XP087069785, DOI: 10.1016/j.cherd.2022.03.042

Also Published As

Publication number Publication date
EP4724932A1 (de) 2026-04-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Biedermann et al. Computational design synthesis of additive manufactured multi-flow nozzles
DE112013004924T9 (de) Dynamisch wiederverwendbare Klassen
DE112005001043B4 (de) Verfahren zur Bereitstellung bzw. Konfigurierung einer Benutzerschnittstelle und Benutzerschnittstellensystem
DE102004007435A1 (de) Modulklassenobjekte in einem Prozessanlagenkonfigurierungssystem
EP4273648B1 (de) Modul für eine technische anlage und verfahren zur steuerung einer technischen anlage
DE60006701T2 (de) Verfahren und rechner-vorrichtung zur modellierung des spritzens eines fluidums in eine formkavität
DE102007046962A1 (de) Aktualisierung und Einsatz dynamischer Prozesssimulation im laufenden Betrieb einer Prozessumgebung
Eilermann et al. A general approach to module-based plant design
DE102007046642A1 (de) Verfahren und Modulklassenobjekte zur Konfiguration von fehlenden Einrichtungen in verfahrenstechnischen Anlagen
EP3671373A1 (de) Prognoseverfahren zur prognose eines bearbeitungsergebnisses für ein laserbearbeitungsverfahren
DE102007041917A1 (de) Prozessanlagenüberwachung auf der Grundlage von multivariater statistischer Analyse und Online-Prozesssimulation
EP3446185B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur gestaltung eines produktionsprozesses zum produzieren eines aus mehreren teilprodukten zusammengesetzten produkts
DE102010038146A1 (de) Verfahren zum Auswählen von Formen in einer Grafikanzeige
DE102004025875A1 (de) Funktionsblock mit Boolescher Logik
DE10031671A1 (de) Dynamische Einheitsauswahl in einem Prozessregelsystem
EP3425571A1 (de) Digitales gebäudeinformationssystem
DE19851559B4 (de) Verwendung eines Simulationsverfahrens zum Betrieb oder zur Konzipierung einer Extraktionsanlage
DE102015115409A1 (de) Verfahren zur Gestaltung von fluiddurchströmten Bauteilen
CN112836285A (zh) 一种建筑结构复杂模块钢筋快速建模方法
Vazquez et al. Immediate transitions in timed continuous Petri nets: Performance evaluation and control
EP1533674B1 (de) Verfahren zur Entwicklung und Implementierung eines Modells zur formalen Beschreibung eines sich aus mehreren verteilten Komponenten zusammensetzenden kollaborativen Systems, insbesondere eines intelligenten flexiblen Produktions-und/oder Prozessautomatisierungssystems
WO2024251698A1 (de) Computer-implementiertes verfahren zur herstellung eines cad-modells eines apparates und additives fertigungsverfahren eines apparates
EP2808749B1 (de) Verfahren zum Austausch von Steuerungsinformationen zwischen Bedien- und Beobachtungsgeräten eines industriellen Automatisierungssystems und industrielles Automatisierungssystem
EP3921710B1 (de) Verfahren zur automatischen interpretation eines rohrleitungsschemas
DE102018119321A1 (de) Kontrollierter Rollout von Modulklassen

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 24730371

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2024730371

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2024730371

Country of ref document: EP

Effective date: 20260107

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2024730371

Country of ref document: EP

Effective date: 20260107

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2024730371

Country of ref document: EP

Effective date: 20260107

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2024730371

Country of ref document: EP

Effective date: 20260107

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2024730371

Country of ref document: EP

Effective date: 20260107

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2024730371

Country of ref document: EP