ISBN 978-3-8439-3365-0

978-3-8439-3365-0, Reihe Verfahrenstechnik

Alexander Traut
Numerische und experimentelle Untersuchungen zu strömungsinduzierten Verformungen von gefalteten Luftfiltermedien

143 Seiten, Dissertation Universität Stuttgart (2017), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Fahrzeugfilter schützen die Komponenten eines Motors unter verschiedensten Betriebsbedingungen vor einem vorzeitigen Verschleißen oder einer Beschädigung durch Partikel. Besonders im Rahmen der Weiterentwicklung heutiger Luftfilterelemente ist jedoch auch die mechanische Belastbarkeit des gefalteten Filtermediums von zunehmender Bedeutung. Durch die gegenseitige Beeinflussung von Strömung und poröser Filterstruktur können bei hohen Druckkräften strömungsinduzierte Verformungen der Filterfalten auftreten. Die gezielte Optimierung der mechanischen Stabilität der Filterfalten stellt daher eine notwendige und komplexe Aufgabe dar. Bisherige Maßnahmen hierzu beruhen meist auf empirischen Erfahrungswerten und sind u.a. aufgrund der benötigten maschinellen Werkzeuge zur Verarbeitung des Filtermediums sehr kosten- und zeitintensiv.

Für das Forschungsprojekt wurde daher eine neue Simulationsmethode zur Kopplung von Fluid und Filterstruktur, basierend auf einem partitionierten Ansatz, entwickelt. Dabei wird die strömungs- und strukturmechanische Richtungsabhängigkeit des Filtermediums berücksichtigt. Weiterhin dient ein vereinfachtes Beladungsmodell zur virtuellen Abbildung der Staubeinlagerung. Simulationen an Hand eines symmetrischen Faltenmodells unter Berücksichtigung der neuen Methode zeigen deutlich, dass bereits geringe Beladungszustände zu einer signifikanten Erhöhung des lokalen Strömungswiderstands führen und somit überproportionale Verformungen des Filtermediums auftreten können.

Zur Validierung der Simulationen wurde ein neues Messsystem entwickelt. Die Gegenüberstellung der Simulationsergebnisse und der experimentellen Daten zeigt dabei eine sehr gute Übereinstimmung. Die neue Simulationsmethode kann somit zukünftig im Rahmen der Weiterentwicklung und Optimierung von gefalteten Filtermedien eingesetzt werden und die bereits vorhandenen Werkzeuge in der virtuellen Produktentwicklung optimal ergänzen.