====== SIGMA3D-Interface ======
Das SIGMA3D Interface beinhaltet die Schnittstelle von SIGMA zur Numerik Simulation von Extrud3D.

Dieser Abschnitt ist unterteilt in:

  * **[[sigma3d-interface#pre-processing|Pre Processing]]** (Konfiguration von Geometrie, Verfahrensparametern und Solver-Einstellungen)
  * **[[sigma3d-interface#simulationausfuehrung_extrud3d| Simulationausführung (Extrud3D)]]** (Starten und Überwachen des Extrud3D-Solvers)
  * **[[sigma3d-interface#post-processing|Post-Processing]]** (Schnittebenen, gerenderte Geometrie, Particle Tracking, Berichterstellung und Ergebnisauswertung)

===== Pre-Processing =====

Bevor eine Simulation gestartet werden kann, muss eine SIGMA3D-Konfiguration erstellt und parametriert werden.

==== Öffnen der SIGMA3D-Konfiguration ====

**Befehlspfad:** ''Simulation > SIGMA3D-Konfiguration öffnen''

Beim Ausführen des Befehls erscheint ein Dialog, in dem die Konfiguration einem bestehenden Prozess zugeordnet oder ohne Prozesszuordnung neu erstellt werden kann.

{{ de_sigma151_dlg_sigma3d-interface_001.png?direct&400 |Dialog „SIGMA3D-Projekte verwalten“}}

Im Dialog **SIGMA3D-Projekte verwalten** stehen folgende Funktionen zur Verfügung:

  * Auswahl einer bestehenden Konfiguration in der Liste **Konfigurationen**
  * Verwalten von Einträgen über **Hinzufügen (+)** und **Entfernen (-)**
  * Verwalten von Ergebnisanhängen im Bereich **Anhänge**
  * Anhängen erzeugter Ergebnisobjekte über:
    * **Schnittebenen anhängen**
    * **1D-Verläufe anhängen**
  * Öffnen des Ergebnisordners über **Mappe öffnen**
  * Öffnen eines Anhangs in einem separaten Fenster per Doppelklick

Nach dem Auswählen oder Erstellen einer Konfiguration öffnet sich der SIGMA3D-Konfigurationsdialog.

{{ de_sigma151_dlg_sigma3d-interface_002.png?direct&800 |SIGMA3D-Konfigurationsdialog (Pre-Processing)}}

==== Überblick über den Konfigurationsdialog ====

Der Konfigurationsdialog enthält alle Einstellungen, die zur Definition der numerischen Simulation erforderlich sind. Ist die Konfiguration einem SIGMA-Prozess zugeordnet, können Maschinen- und Prozessdaten bereits vorbelegt sein.

=== Allgemeine Daten ===

Im oberen Bereich des Dialogs werden folgende Informationen angezeigt:

  * **Name** der SIGMA3D-Konfiguration
  * Zugeordneter **Prozess**

=== Quelle der Geometriedaten ===

Unter **Geometriedaten** stehen zwei Optionen zur Verfügung:

  * **aus SIGMA-Elementen entnehmen** : Verwendung von Standard-SIGMA-Schneckenelementen aus dem Maschinenbaukasten.
  * **aus CAD Zeichnung entnehmen** : Verwendung importierter CAD-Geometrie (OBJ-Datei).

Wenn **aus SIGMA-Elementen entnehmen** ausgewählt ist:

  * Eine **Maschinenkonfiguration** kann geladen werden.
  * Das **Spiel (Schnecke-Schnecke)** muss definiert werden.
  * Es können bis zu **drei Elementpaare** für den Simulationsbereich ausgewählt werden.
  * Für jedes ausgewählte Element zeigt der Dialog geometrische Eigenschaften an, z. B.:
    * Länge
    * Durchmesser
    * Förderart (z. B. fördernd, rückfördernd)
    * Gangzahl / Anzahl Scheiben
    * Gangsteigung / Scheibenbreite / Versatzwinkel (abhängig vom Elementtyp)

Alternativ kann eine CAD-Zeichnung für die 3D-Simulation verwendet werden:

  * **aus CAD Zeichnung entnehmen** indem eine **OBJ-Datei** importiert wird

Wichtige Anforderungen und Hinweise:

  * Die importierte Datei darf **nur eine Schnecke** enthalten.
  * Zusätzliche Parameter (Zylinderdurchmesser, Achsabstand) sind erforderlich, um die realen Maschinenabmessungen wiederherzustellen.
  * Stellen Sie sicher, dass insbesondere die Orientierung (Koordiantenursprung, mitte des Elementes und in Z-Richtung ausgelegt) und Abmessungen der Geometrie mit dem in SIGMA3D verwendeten Maschinenkoordinatensystem übereinstimmen.
  * Mit dem **Play** Button kann sichergestellt werden, ob die Elemente korrekt rotieren.

=== Verfahrensparameter ===

Der Bereich **Verfahrensparameter** (rechte Seite des Dialogs) enthält die physikalischen und betrieblichen Randbedingungen der Simulation.

  * **Material** (importierte SIGMA-Materialdaten)
  * **Viskositätsgrenzen (min / max)** [Pa·s]
  * **Drehzahl** [1/min]
  * **Durchsatz** [kg/h]
  * **Füllgrad**
  * **Materialtemperatur** [°C]
  * **Zylindertemperatur** [°C]
  * **Schneckentemperatur** [°C]

Für Zylinder- und Schneckentemperatur stehen **adiabat**-Checkboxen zur Verfügung.

**Isotherme vs. nicht-isotherme Einstellung**

Standardmäßig ist SIGMA3D üblicherweise als **isotherme Simulation** konfiguriert:

  * Die Schmelzetemperatur wird als konstant angenommen und entspricht der definierten Materialtemperatur.
  * Die thermische Energiebilanz wird nicht vollständig aufgelöst.

Für eine **nicht-isotherme Simulation**:

  * Die **adiabat**-Checkboxen (Zylinder und/oder Schnecke) müssen deaktiviert werden.
  * Thermische Randbedingungen für Zylinder- und Schneckentemperatur werden definiert.
  * Schererwärmung (Dissipation) wird berücksichtigt.

**Bitte beachten**: Nicht-isotherme Berechnungen sind deutlich rechenintensiver. Laufzeit sowie Hardwareanforderungen steigen erheblich.

=== Simulationseinstellungen (Gitterqualität / Meshauflösung) ===

Im Bereich **Simulationseinstellungen** kann die **Gitterqualität** definiert werden.

SIGMA3D bietet mehrere Qualitätsstufen für das Netz (insgesamt fünf Stufen, abhängig von der Softwareversion). Eine höhere Netzauflösung führt zu einer verbesserten lokalen Ergebnisauflösung, erfordert allerdings auch längerer Solver-Laufzeit und entsprechend höheren CPU- und RAM-Bedarf.

Empfehlung:

  * Für erste Machbarkeitsstudien und Parameteruntersuchungen **grobe Netze** verwenden
  * Feinere Netze nur für validierte Endauswertungen oder lokale Detailanalysen einsetzen


==== Aufschmelzsimulation ====

=== Aktivierung ===

Die Aufschmelzsimulation wird aktiviert durch:

  * **Simuliere Aufschmelzen** (Checkbox im Abschnitt **Aufschmelzsimulation**)

=== Physikalisches Modell (Überblick) ===

Wenn **Aufschmelzen** aktiviert ist, berücksichtigt SIGMA3D den Feststoffanteil des Polymers und kann den Übergang von Feststoff zu Schmelze simulieren (abhängig von den gewählten thermischen Randbedingungen).

Wenn Zylinder- und/oder Schneckentemperaturen vorgegeben sind (nicht-adiabate Bedingungen), berechnet die Software:

  * Wärmeübertragung
  * Temperaturanstieg
  * Aufschmelzverlauf

Die Aufschmelzberechnung basiert auf dem **KARRENBERG-Aufschmelzmodell**.

Modellkonzept:

  * Die Feststoffphase wird als **extrem hochviskose Flüssigkeit** dargestellt.
  * Die thermodynamischen Eigenschaften des Feststoffs bleiben erhalten.
  * Der Übergangsbereich wird über eine **Schmelzfraktionsfunktion** modelliert.
  * Diese Funktion mischt rheologische und thermodynamische Eigenschaften von Feststoff und Schmelze.
  * Die Schmelzfraktionsfunktion wird aus den im SIGMA-Materialdatensatz hinterlegten **spezifischen Wärmekapazitätsdaten in Abhängigkeit von der Temperatur** abgeleitet.

 **Bitte beachten:**
Aufschmelzsimulationen sind deutlich rechenintensiver. Laufzeit sowie Hardwareanforderungen steigen erheblich.


==== Konfiguration abschließen / speichern ====

Wenn die Konfiguration einem Prozess zugeordnet ist, kann die Einrichtung mit **Ok** abgeschlossen werden.

Es erscheint ein Warnhinweis:

{{ de_sigma151_dlg_sigma3d-interface_003.png?nolink |Warnung: Prozessdaten können nachträglich nicht mehr bearbeitet werden}}

Die Warnung weist darauf hin, dass nach dem Schließen des Dialogs die Daten nicht mehr in gleicher Weise bearbeitet werden können. Die Option **Prozess speichern** ist verfügbar und sorgt dafür, dass der SIGMA Prozess direkt mitgespeichert wird.
==== Konfiguration importieren / exportieren ====

Am unteren Rand des Konfigurationsdialogs:

  * **Konfiguration importieren** : Importiert zuvor gespeicherte SIGMA3D-Konfigurationseinstellungen.
  * **Konfiguration exportieren** : Speichert die aktuelle SIGMA3D-Konfiguration als *.e3d-Datei für die Simulation auf einem Cluster oder einer anderen Workstation.

==== Öffnen des SIGMA3D-Prozessfensters ====

Zum Starten einer Simulation den **SIGMA3D**-Reiter in den Projektdaten öffnen. Dort sind alle erzeugten **Extrud3D**-Prozesse aufgelistet.

{{ de_sigma151_dlg_sigma3d-interface_001.png?nolink&400 |SIGMA3D-Verwaltung (Auswahl vorhandener Konfigurationen)}}

Per Doppelklick auf einen Konfigurationsnamen öffnet sich das SIGMA3D-Hauptfenster:

{{ de_sigma151_dlg_sigma3d-interface_004.png?nolink&1000 |SIGMA3D-Hauptfenster (Pre-Processing / Post-Processing)}}

===== Simulationausführung (Extrud3D) =====

Die Simulationsumgebung besteht aus zwei Reitern:

  * **Pre-Processing (Einstellungen, read-only Modus)**
  * **Post-Processing**

Der linke Bereich enthält Status und Bedienelemente für die **Extrud3D Simulation**.

==== Mindestanforderungen / Status ====

Im Abschnitt **Extrud3D Simulation** zeigt die Oberfläche:

  * **Min. Anf.** : Für eine Simulation sind mindestens eine CPU mit 8 Kernen und 32 GB RAM erforderlich.
  * **Aktueller Status** : Status der Simulation (nicht gestartet / läuft / abgestürzt / beendet)
  * **Fortschritt** : Fortschritt der Simulation
  * Eingabefelder für:
    * **Anzahl CPU Kerne**
    * **Anzahl Zeitebenen**

==== CPU-Kerne ====

Hier wird die Anzahl der CPU-Kerne festgelegt, die für die Berechnung verwendet werden.

  * Die verfügbare Kernanzahl hängt von der Workstation bzw. dem Server ab.
  * Für eine Simulation müssen mindestens **3 CPU-Kerne** verfügbar sein (gemäß ursprünglichem Workflow).
  * Eine höhere Kernanzahl reduziert in der Regel die Laufzeit, die Skalierung hängt jedoch von Problemgröße und Hardwarearchitektur ab.

==== Anzahl Zeitebenen ====

Das Feld **Anzahl Zeitebenen** definiert die Winkel-Diskretisierung einer vollständigen Schneckenrotation (also die vom Solver ausgewerteten Schneckenstellungen).

Das Informationsfenster erläutert:

{{ de_sigma151_dlg_sigma3d-interface_005.png?nolink&600 |Information zu Zeitebenen und Empfehlung für Particle Tracing}}

Für eine anschließende Auswertung mit **Particle Tracing** werden mindestens **36 Zeitebenen** empfohlen.

==== Starten der Simulation ====

Der Solver wird über **Extrud3D Simulation starten** gestartet.

Während die Simulation läuft, wird der Statusbereich fortlaufend aktualisiert.

Beispiel einer laufenden Simulation:

{{ de_sigma151_dlg_sigma3d-interface_006.png?nolink&1000 |Beispiel einer laufenden Simulation (Momentum Solver, Stage 1/1)}}

==== Überwachung ====

Während oder nach der Simulation können – abhängig vom Status – folgende Schaltflächen verfügbar sein:

  * **Logfile** : Öffnet das Solver-Log zur Diagnose und Fortschrittskontrolle.
  * **In Para View öffnen** : Nach Abschluss der Simulation können erzeugte Ergebnisse in Para View geöffnet werden.
  * **Fehlerbericht erzeugen** : Erstellt ein Diagnostikpaket zur Fehlersuche.

==== Abgeschlossene Simulation ====

Nach erfolgreicher Berechnung wechselt die Statusanzeige auf einen Beendet-/Stopp-Zustand, und der Fortschritt erreicht **100,0 %**.

{{ de_sigma151_dlg_sigma3d-interface_007.png?nolink&1000 |Beispiel einer abgeschlossenen Simulation (Status bei 100 %)}}

===== Post-Processing =====

Nach Abschluss der Simulation können im Bereich **Post-Processing** verschiedene Nachbearbeitungsschritte durchgeführt werden.

Auf der linken Seite des Hauptfensters stehen auswählbare Post-Processing-Aufgaben mit jeweils einem **Konfigurieren...**-Button zur Verfügung.

  * **Schnittebenen in Z-Richtung**
  * **Schnittebenen in X-Richtung**
  * **Schnittebenen in Kanalrichtung**
  * **Erzeuge Bilddatei**
  * **Partikeltracking**
  * **PDF Bericht erstellen**

Der mittlere/rechte Bereich enthält:

  * **Anhänge**-Liste (erzeugte Ergebnisobjekte)
  * **Logging**-Fenster (Post-Processing-Fortschritt / Meldungen)

==== Allgemeiner Post-Processing-Workflow ====

  - Eine oder mehrere Post-Processing-Aufgaben auswählen (Checkbox)
  - Für jede gewählte Aufgabe **Konfigurieren...** öffnen und Parameter festlegen
  - Post-Processing starten
  - Erzeugte Elemente in **Anhänge** prüfen
  - Ergebnisse öffnen über:
    * Doppelklick auf den Anhang
    * **In Para View öffnen** (falls verfügbar)

==== Schnittebenen in Z-Richtung ====

Z-Schnitte sind Querschnittsauswertungen an definierten axialen Positionen.

Konfigurationsdialog:

{{ de_sigma151_dlg_sigma3d-interface_008.png?nolink |Schnittebenen in Z-Richtung konfigurieren}}

Konfigurierbare Parameter:

  * **Anzahl Schnittebenen (n)**
  * **Z-Position erste Schnittebene (pos)** [mm]
  * **Abstand zwischen Schnittebenen (gap)** [mm]
  * **Winkel** [°] : Winkelposition der Schnecke
  * **Schnitte aufteilen** (Checkbox) : Teilt Schnitte in Kanal- und Spaltansicht auf

=== Ergebnis: Schnittebenen in Z-Richtung ===

  * **XY- / Gesamtschnitt-Konturplot** mit wählbarer Größe und Slice-Index:
{{ de_sigma151_dlg_sigma3d-interface_013.png?nolink&1000 |Beispiel Slice-Viewer: Viskositätskontur und Statistik}}

==== Schnittebenen in X-Richtung ====

X-Schnitte liefern Querschnitte senkrecht zur X-Richtung.

Konfigurationsdialog:

{{ de_sigma151_dlg_sigma3d-interface_009.png?nolink |Schnittebenen in X-Richtung konfigurieren}}

Konfigurierbare Parameter:

  * **Anzahl Schnittebenen (n)**
  * **X-Position erste Schnittebene (pos)** [mm]
  * **Abstand zwischen Schnittebenen (gap)** [mm]
  * **Winkel** [°] : Winkelposition der Schnecke

=== Ergebnis: Schnittebenen in X-Richtung ===

**Schnittsatz in X-Richtung**:
{{ de_sigma151_dlg_sigma3d-interface_014.png?nolink&1000 |Beispiel Slice-Viewer: Druckverteilung in mehreren Schnitten}}

==== Schnittebenen in Kanalrichtung ====

Schnitte in Kanalrichtung werten die Strömung im lokalen Schneckenkanal-Koordinatensystem aus.

Konfigurationsdialog:

{{ de_sigma151_dlg_sigma3d-interface_010.png?nolink |Schnittebenen in Kanalrichtung konfigurieren}}

Konfigurierbare Parameter:

  * **Anzahl Schnittebenen (n)**
  * **Bereich** : Kanal, Querschnitt oder beides

=== Ergebnisansicht: Schnittebenen in Kanalrichtung ===

  * **Einzelner Kanalschnitt**:
{{ de_sigma151_dlg_sigma3d-interface_015.png?nolink |Beispiel Slice-Viewer: Viskositätskontur mit Mittelwerten}}

Abhängig vom Ergebnistyp kann der Viewer Folgendes bereitstellen:

  * Variablenauswahl (z. B. Viskosität, Geschwindigkeitsbetrag)
  * Slice-Auswahl
  * Auswahl des Ansichtsmodus (z. B. Gesamter Schnitt)
  * Numerische Kennwerte, z. B.:
    * Fläche
    * Massenstrom (in Förderrichtung / in Kanalrichtung)
    * mittlere Viskosität
    * mittlere Schergeschwindigkeit
    * mittlere Strömungsgeschwindigkeit / Betrag
  * **In Para View öffnen** für erweiterte 3D-Auswertung

==== Gerendertes Schneckenelement erzeugen ====

Diese Funktion erzeugt ein gerendertes Bild der ausgewählten Schneckenelement-Geometrie.

Konfigurationsdialog:

{{ de_sigma151_dlg_sigma3d-interface_011.png?nolink |Gerendertes Schneckenelement erzeugen}}

Parameter:

  * **Name** der erzeugten Bilddatei

Ausgabe: gerendertes Geometriebild:

{{ de_sigma151_dlg_sigma3d-interface_016.png?nolink&1000 |Gerendertes Schneckenelement}}

==== PDF-Bericht erstellen ====

SIGMA3D kann einen PDF-Bericht mit einer zusammenfassenden Auswertung der Strömungssimulation erzeugen.

Konfigurationsdialog:

{{ de_sigma151_dlg_sigma3d-interface_012.png?nolink&400 |Bericht konfigurieren}}

Konfigurierbare Parameter:

  * **Sprache**
  * **Titel des PDF Berichts**
  * **Winkelstellungen** (Verfügbarkeit abhängig von Ergebnis-Setup / Version)

Ausgabe: PDF Bericht:

{{ de_sigma151_dlg_sigma3d-interface_017.png?nolink&1000 |Beispiel eines SIGMA3D-PDF-Berichts}}

==== Partikeltracking ====

Partikeltracking dient zur Bewertung von Verweil- und Transportverhalten, Mischpfaden sowie qualitativen dispersiven/distributiven Mischeffekten.

{{ de_sigma151_dlg_sigma3d-interface_019.png?nolink&1000 |Beispiel: Visualisierung des Partikeltrackings}}

=== Mischverhältnis / Mischquotient ===

Nach Durchführung einer Partikeltracking-Simulation stellt die Software eine Auswertung des **Mischquotienten** bereit.

{{ de_sigma151_dlg_sigma3d-interface_018.png?nolink&800 |Auswertung Mischquotient (Querschnitt + Kurve über Zeitschritt)}}

Die dargestellte Delaunay-Auswertung besteht typischerweise aus:

  * einer geometrischen / querschnittsbasierten Darstellung
  * einem Diagramm **Mischquotient über Zeitschritt**

==== Schubspannung ====

Zusätzlich kann eine Schubspannungs-Auswertung erzeugt werden (z. B. histogrammbasierte Ausgabe, abhängig von den konfigurierten Post-Processing-Optionen und der Softwareversion).

{{ de_sigma151_dlg_sigma3d-interface_020.png?nolink&800 |Schubspannungs-Histogramm}}

==== Speicherort der Ergebnisdateien ====

Den Speicherort bereits erzeugter Dateien erreichen Sie über:

  * **Dateipfad öffnen** / **Mappe öffnen** (je nach Dialog)
  * den Befehlspfad: ''Simulation > SIGMA3D Diagramm öffnen''

==== Verwaltung von SIGMA3D-Projekten ====

Zum Verwalten erzeugter SIGMA3D-Projekte / Berechnungen verwenden Sie:

  * das Symbol **SIGMA3D-Berechnungen verwalten**
  * oder den Befehlspfad: ''Simulation > SIGMA3D Manager''

Dadurch wird der zu Beginn dieser Seite gezeigte Verwaltungsdialog geöffnet.

===== Schnellzugriff über die dargestellte Schnecke =====

Als alternativer Workflow können einzelne Schneckenelemente direkt in der dargestellten Schneckenkonfiguration ausgewählt werden.

Vorgehensweise:

  - Ein Schneckenelement in der visuellen Schneckenansicht auswählen
  - Rechtsklick auf das Element
  - Im Kontextmenü die Option zum Erstellen einer **SIGMA3D-Konfiguration** wählen

Dies ist eine schnelle Methode für lokale Elementstudien und Vergleichsuntersuchungen spezifischer Schneckenabschnitte.

===== Empfehlungen für numerische Simulationen mit SIGMA =====

**Für Setup und Laufzeit**

  * Für erste Machbarkeitsstudien mit einem **groben Netz** starten.
  * Für schnelle Screening-Läufe eine begrenzte Anzahl an **Zeitebenen** verwenden.
  * Die Auflösung erst erhöhen, nachdem das Setup validiert wurde.

**Für thermische Simulationen**

  * Nicht-isotherme Simulationen nur verwenden, wenn thermische Effekte prozessrelevant sind.
  * Vor gleichzeitiger Aktivierung von thermischer Berechnung und Aufschmelzsimulation CPU-/RAM-Verfügbarkeit prüfen und beachten, dass diese Simulationen deutlich mehr Zeit benötigen können.

**Für Partikeltracking und Mischauswertung**

  * Auf ausreichende **Zeitebenenauflösung** achten (für Partikeltracking werden mindestens **36 Zeitebenen** empfohlen).