Aufschäumen von Kühlschränken

Hauptkategorie: Polymerindustrie

Durch die Verwendung von Polyurethanschäumen (PU) kann eine gute thermische Isolation erreicht werden. Der effizienteste Weg, eine thermische Isolation eines Kühlschrankes zu bekommen ist die PU-Injektion direkt in einen Hohlraum. Der Aufschäumprozess findet in diesem Hohlraum statt und füllt ihn komplett aus. 

Unsere CFD Simulationssoftware NOGRID points kann helfen, die Strömung in der Isolationswand eines Kühlschrankes während des Aufschäumprozesses zu verstehen. Die NOGRID Software zeigt Lufteinschlüsse, die Dichteverteilung des Wärmedämmungsmaterials und den Druck des Polyurethans auf die Außenwand. Sie kann freie Oberflächenströmungen und bewegte Teile eines Definitionsbereiches berechnen, darüber hinaus erlaubt sie die Simulation jeder denkbaren Kühlschrankgeometrie und Betriebsart wie

  • PU Injektion durch eine oder mehr Einflussöffnungen
  • bewegte Teile und Einflussöffnungen
  • frei definierbare PU Eigenschaften durch Gleichungen oder Kurven und
  • große Kühlschrankgeometrien mit kleinen Spalten oder Aussparungen.


NOGRIDs spezielle Stärken sind das schnelle Pre-Processing (es muss kein Netz erzeugt werden) und die herausragend kurze Rechenzeit, auch für komplizierte Hohlräume mit sehr kleinen Röhren. 


Drei mögliche Produktionstypen 

Das linke Beispiel zeigt einen Kühlschrank, bei dem das PU durch zwei Einflussöffnungen an der unteren Seite injiziert wird. Der Aufschäumprozess beginnt, sobald das PU sich im Hohlraum befindet; der Füllprozess dauert zwei Sekunden. 

In dem mittleren Beispiel wird das Fluid durch eine Röhre injiziert, die sich während des Füllprozesses nach außen bewegt.

Im rechten Beispiel beginnt die Simulation mit flüssigem PU innerhalb eines offenen Hohlraumes. Der Hohlraum schließt sich und presst die aufschäumende Flüssigkeit in die Kühlschrankwände.

PU Injektion durch zwei feststehende EinflussöffnungenPU-Injektion durch eine sich bewegende RöhrePU Verteilung durch einen sich schließenden Hohlraum

 
Abb. 1: PU Injektion durch zwei feststehende Einflussöffnungen (links), Injektion durch eine sich bewegende Röhre (Mitte) und 
            PU Verteilung durch einen sich schließenden Hohlraum, berechnet mit NOGRID points

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Identifikation von Lufteinschlüssen 

Lufteinschlüsse verschlechtern die Isolationswirkung des Wärmedämmungsmaterials und müssen deshalb verhindert werden.  CFD Simulationen mit NOGRID points können kritische Bereiche zeigen. In unserer Simulation sind die Kühlungsschlitze im unteren linken Bereich des Kühlschranks ein Risiko für Lufteinschlüsse (siehe Abb. 2). Das PU tritt von beiden Seiten in die Schlitze ein, was zu einem Lufteinschluss führt. Eine Lösung könnten Belüftungslöcher oder unterschiedliche Positionen der Einflussöffnungen sein.  

Geschwindigkeitsfeld und freie Oberflächenströmung in der Nähe der Kühlungsschlitze

Abb. 2: Geschwindigkeitsfeld und freie Oberflächenströmung in der Nähe der Kühlungsschlitze, berechnet mit NOGRID points 

In Abbildung 2 wird deutlich, dass in der Nähe der Kühlungsschlitze ein Bereich ist, in dem die Gefahr eines Lufteinschlusses besonders hoch ist. Die Simulation kann nun zeigen, ob unter den gegebenen Bedingungen eine Designänderung notwendig ist oder nicht.