Erweiterung des Prozessverständnisses über MSG-Lichtbogenprozesse durch Modellierung und Visualisierung der physikalischen Zusammenhänge

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Emissionen und erweiterten Anwendungsbereichen setzt das Anwenden neuer Methoden und Modellvorstellungen voraus. Grundlegend dafür sind ein umfassendes Prozessverständnis sowie die zeitlich und örtlich hoch aufgelöste Beschreibung der physikalischen Vorgänge. Im Rahmen des Vorhabens wird ein Gesamtmodell zur numerischen Simulation des Tropfenübergangs und der Lichtbogeneffekte entwickelt. Damit steht erstmals ein Werkzeug zur Verfügung, mit dem die Entwicklungspotenziale abgeschätzt, neue Lösungsansätze erprobt und Regelkonzepte entwickelt werden können. Zusätzlich zu den bisherigen Modellen werden die Fallgebiete am positiv (DC-Plus) oder negativ (DC-Minus) gepolten Draht sowie der Metalldampf, der den Energie- und Ladungsträgertransfer im Lichtbogen bestimmt, einbezogen. Auf Grund der hohen Komplexität des MSG-Prozesses erfolgt die Bearbeitung an zwei Instituten. Am ISF wird der Werkstoffübergang modelliert und am IOF der Lichtbogen, beide Modelle werden durch sequentielle Kopplung kombiniert. Das Vorhaben stützt sich bei der Modellentwicklung und -Validierung auf die umfangreichen diagnostischen Untersuchungen im Forschungscluster und den daraus abgeleiteten Modellen. In einem numerischen Gesamtmodell werden die Einzelmodelle überprüft. Die Erprobung und Anwendung des Simulationswerkzeuges erfolgt an Beispielen im anwendungstechnischen Teil des Clusters (A1 bis A4). Durch das Abschalten oder Wichten von Elementareffekten oder das Verändern einzelner Stoffeigenschaften in den numerischen Untersuchungen können grundlegende, experimentell nicht zugängliche Erkenntnisse gewonnen werden.