Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Ziel ist es, das Festigkeits- und Steifigkeitspotential der Materialkombination Pressspan mit Polycarbons\u00e4ure exakt zu bestimmen. Daraus abgeleitet soll eine geeignete Rezeptur entwickelt werden, die den Anforderungen eines Filtermantels gerecht wird, um somit die Voraussetzung f\u00fcr die Herstellung von Einstofffiltern zu schaffen. Gegenw\u00e4rtig wird der Wei\u00dfblechanteil des Zapfs\u00e4ulenfilters (\u00e4u\u00dferes und inneres St\u00fctzgitter) am Ende des Lebenszeitzyklusses verbrannt. Diese Technologie ist \u00f6konomisch und \u00f6kolo-gisch h\u00f6chst bedenklich. Voruntersuchungen zeigten, dass es m\u00f6glich sein k\u00f6nnte, sowohl den Au\u00dfenmantel als auch den inneren St\u00fctzzylinder aus dem gleichen Verbundwerkstoff wie dem der Filterdeckel herzustellen<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDer auf der Saugseite von Zapfs\u00e4ulen angeordnete Filter ist eine mechanisch und physikal.-chem. hoch beanspruchte Funktionsbaugruppe. Die Entwicklung und Dimensionierung des neuen Materialverbundes erforderte zun\u00e4chst die Erstellung eines Geometrie- und Belastungsmodells unter Beachtung der realen Einbau- und Betriebsbedingungen. In umfangreichen Materialuntersuchungen wurden die Werkstoffkennwerte verschiedener mit Polycarbons\u00e4ure modifizierter Presssp\u00e4ne bei unterschiedlichen Rezepturen und Technologieparametern bestimmt. Die Werkstoffkennwerte des Verbundwerkstoffes wurden durch Optimierung der Rezeptur und der Prozessparameter den besonderen Anforderungen entsprechend eingestellt und die Stabilit\u00e4tseigenschaften des Filtermantels und der Innenabst\u00fctzung verbessert. Die Untersuchung der Materialkennwerte in Abh\u00e4ngigkeit von Pressspansorte und Rezeptur bildete auch die Basis f\u00fcr die Ableitung wichtiger technologischer Faktoren. Im zweiten Projektabschnitt erfolgte die geometrische Optimierung des \u00e4u\u00dferen Filtermantels und des Innenst\u00fctzzylinders. In experimentellen Versuchen wurden detailliert der Einfluss der Lochgeometrie auf Str\u00f6mungswiderstand, Dimensionsstabi-lit\u00e4t und mechanischen Belastbarkeit des Geometriek\u00f6rpers zylindrischer Filtermantel ermittelt und quantifiziert. Es wurde die Medienbest\u00e4ndigkeit gegen\u00fcber Kraftstoffen, Pflanzen\u00f6len usw. getestet, wobei die mechanischen Materialkennwerte als objektiver Vergleichsparameter dienten. Eine Technologieplanung sowie die Anfertigung und Erprobung von Funktionsmustern in einen Teststand als FuE-Nachweis wur-den durchgef\u00fchrt.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Im Ergebnis des Vorhabens gelang es, mit einer geeigneten Rezeptur Pressspan mit der Polycarbons\u00e4ure Acrodur\u00ae zu modifizieren und einen belastungsgerecht ausgelegten Verbundwerkstoff mit hohen Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften zu schaffen. Durch Rezeptur- und Technologieoptimierung konnte auch die essentiell erforderliche Medienbest\u00e4ndigkeit, die Grundvoraussetzung f\u00fcr den Einsatz als Filtermantel, erzielt werden. In umfangreichen Materialuntersuchungen nach standardisierten Pr\u00fcfverfahren wurden die mechanischen Materialkennwerte des unmodifizierten und des modifizierten Pressspans, unter Verwendung verschiedener Pressspansorten (DIN 7733), ermittelt und ein Materialmodell erstellt, welches auch die Ver\u00e4nderung der Materialkennwerte unter physikalisch\/ chemischer Belastung mit ber\u00fccksichtigt. Von den untersuchten Pressspansorten, wurden mit dem Pressspan PSP 3020 durch Modifizierung mit Acrodur\u00ae die h\u00f6chste Verbesserung der Materialkennwerte erzielt. Der Pressspan 3020 be-sitzt mit 1,0 bis 1,2 g\/cm\u00b3 eine geringere Rohdichte als die anderen untersuchten PSP-Sorten, wodurch er sich besser mit der Polycarbons\u00e4ure tr\u00e4nken und modifizieren l\u00e4sst und als Verbundwerkstoff bessere mechanische Eigenschaften besitzt. Nach genauer Definition der Geometrie und Ber\u00fccksichtigung der Einbaubedingungen wurden ein Belastungs- und Beanspruchungsmodell f\u00fcr den vollst\u00e4ndigen Geometrie- und Funktionsk\u00f6rper Filter erstellt, die Vergleichsspannungen nach der Normalspannungshypothese berechnet und Optimierungsvorschl\u00e4ge f\u00fcr die Dimensionierung des Filtermantels abgeleitet. Es wurden Filterm\u00e4ntel mit verschiedenen Lochmustern (variiert wurden Lochdurchmesser, Stegabstand und \u00d6ffnungsverh\u00e4ltnis) angefertigt und getestet (Berstversuch, Druckversuch, Medienbest\u00e4ndigkeit). Hinsichtlich Druckverlust durch Str\u00f6mungswiderstand, ertragbare Druckbelastung in Achsrichtung und Berstwiderstand in Radialrichtung favorisierte sich die Lochgeometrie Rv 3,0-5,0 (Lochdurchmesser 3 mm, Lochabstand 5 mm und Gesamt\u00f6ffnungsverh\u00e4ltnis von 32,7 %). Parallel dazu erfolgte die Entwicklung und belastungsgerechte Untersuchung geeigneter F\u00fcgevarianten f\u00fcr die beiden Sto\u00dfkanten des Filtermantels, wenn Dieser zum Zylinder geformt ist. Auch hier konnte mit der Polycarbons\u00e4ure Acrodur\u00ae (unverd\u00fcnnt) eine feste Klebeverbindung erzielt werden. Die Klebeverbindung konnte h\u00f6heren Belastungen standhalten als die getesteten formschl\u00fcssigen Verbindungen.
\nUntersuchungen am vollst\u00e4ndig montierten Filter, Druckversuch und Berstversuch zeigten eine gute Belastbarkeit und Dauerfestigkeit des neuen Einstofffilters. Vergleichende Tests zeigten, dass fertig monierte Filter aus dem neuen mit Acrodur\u00ae modifizierten Pressspan mit Fmax = 4.540 N ca. 80 % der Druckkr\u00e4fte ertragen, wie die \u00fcberdimensionierten bisherigen Filter mit einem Wei\u00dfblechmantel als Au\u00dfenmantel und inneres St\u00fctzgitter (Fmax = 5.680 N). Damit erf\u00fcllt der neue Filter die laut Modellrechnung zu ertragende Mindestdruckkraft von Fmin= 1.815 N. Tests der Medienbest\u00e4ndigkeit des modifizierten Pressspanes ergab, dass in Diesel und in anderen Kraftstoffen eine sehr gute Medienbest\u00e4ndigkeit vorliegt. In Wasser war die Medienbest\u00e4ndigkeit jedoch nicht zufriedenstellend, da der Verbundwerkstoff eine zu starke Quellneigung zeigte. Ursache ist hier das Aufl\u00f6sen der Wasserstoffbr\u00fcckenbindungen im Pressspan durch das Wasser.
\nMit zunehmender Erkenntnis- und Recherchetiefe war eine expansive Entwicklung hinsichtlich m\u00f6glicher Anwendungsf\u00e4lle auch als Erodier- und Hydraulik\u00f6lfilter zu verzeichnen. Gelingt es, die Akzeptanzkriterien beim potentiellen Anwender zu erf\u00fcllen und die Vorteile der \u00f6kologischen Nachhaltigkeit neben dem effizienteren Ressourceneinsatz ausreichend zu reflektieren, verbessern sich die \u00dcberleitungschancen dieser Ergebnisse in KMUs.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Die Projektergebnisse werden im Internet unter wwww.pressspanfabrik.de ver\u00f6ffentlicht. Die expansive Entwicklung weiterer m\u00f6glicher Einsatzf\u00e4lle favorisierte die direkte Kontaktaufnahme zu Firmen, f\u00fcr die der Einsatz dieser Filter einen Anreiz hinsichtlich effizientem Ressourceneinsatzes und \u00f6kologischer Nachhaltigkeit bietet. Einsatzspezifische Ableitung und Ver\u00f6ffentlichung potentieller Akzeptanzkriterien f\u00fcr industrielle Anwender.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Mittels Modifizierung von Pressspan mit Polycarbons\u00e4ure Acrodur\u00ae wurde ein Verbundwerkstoff mit gu-ten Festigkeitseigenschaften und Medienbest\u00e4ndigkeit geschaffen, der diesen zum Einsatz als Konstruktionswerkstoff f\u00fcr hochbelastete Filterm\u00e4ntel qualifiziert. Mit der Substitution der bisher eingesetzten Wei\u00dfblechanteile durch den modifizierten Pressspanverbund konnte ein Einstofffilterkonzept mit innova-tiven \u00f6kologischen Nachhaltigkeitsaspekten realisiert werden. Der FuE-Nachweis wurde mit Mustern erbracht und die Eignung in Belastungstest und Modellberechnungen best\u00e4tigt.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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