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Untersuchung des strömungs- und strukturmechanischen Verhaltens von Filtermedien und Filterelementen beim Betrieb

IGF-Nr. 20859 N

Forschungsstelle 1:

Technische Universität Kaiserslautern

Lehrstuhl für Mechanische

Verfahrenstechnik

Gottlieb-Daimler-Straße

67663 Kaiserslautern 
Projektleiter 1: Prof. Dr. S. Antonyuk 
Forschungsstelle 2:

Fraunhofer-Gesellschaft e.V.

Fraunhofer-Institut für Techno-

und Wirtschaftsmathematik ITWM

Fraunhofer Platz 1

67663 Kaiserslautern 
Projektleiter 2: Dr. R. Kirsch 
Laufzeit: 01.10.2019  - 31.12.2021

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Beschreibung der Verformung von durchströmten Filtermedien, wie sie u.a. beim Betrieb von Filterelementen in der Antriebstechnik (Kraftstoff-, Luft-, Ölfilter) und der (mobilen) Hydraulik auftreten.

Konstruktive Maßnahmen zur mechanischen Stabilisierung von Filtereinsätzen werden bislang noch überwiegend auf der Basis von Erfahrungswerten ergriffen, was zu einem hohen Aufwand bei der Bauteilauslegung führt. Im Rahmen des Projekts soll die strömungsinduzierte Verformung von Filtermedien systematisch experimentell untersucht werden, wobei der Schwerpunkt auf Filtervliese für die Fest-Flüssig-Trennung gelegt wird. Dazu werden die Filtermedien im Hinblick auf die relevanten mechanischen Eigenschaften unter Berücksichtigung von Temperatur und Alterung charakterisiert und die Verformung für verschiedene Volumenströme und Fluide experimentell erfasst. Die Beobachtungen werden in mechanische Materialmodelle umgesetzt und es wird eine geeignete Simulationsmethode implementiert, in der struktur- und strömungsmechanische Berechnung problemangepasst miteinander gekoppelt werden. Hierfür werden Verfahrensweisen entwickelt, die eine Ableitung der benötigten Modellparameter aus den mechanischen Prüfungen der „trockenen“ Filtermaterialien gestatten. Die Ergebnisse des Vorhabens versetzen Hersteller und Anwender von Filtermedien und -elementen in die Lage, die unter Betriebsbedingungen zu erwartenden Verformungen der Filtereinsätze und ihre Auswirkungen auf den Druckverlust bereits im Vorfeld qualitativ und quantitativ abzuschätzen, sodass der Aufwand bei der Produktentwicklung und -innovation deutlich reduziert werden kann. Insbesondere KMU werden von der simulationsunterstützten Entwicklung und experimentellen Erkenntnisse zum Deformationsverhalten der Filtermedien profitieren, da sie durch die Herstellung innovativer und an Betriebsparameter angepasster Filtermedien einen Wettbewerbsvorteil am Markt erlangen können.

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BMWi-Logo Das IGF-Vorhaben Nr. 20859 N der Forschungsvereinigung Forschungs-Gesellschaft Verfahrens-Technik e.V., Theodor-Heuss-Allee 25, 60486 Frankfurt am Main wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.