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Der Fachbereich Maschinenbau und Mechatronik nennt eine Rarität sein eigen, den wohl ältesten noch lauffähigen MAN-Dieselmotor der Welt. Informieren Sie sich hier.

Forschungsprojekte

Energieeffiziente Schwebetrockner für Lackier- und Imprägnieranlagen (ESLI)

Laufzeit 2014-2015

Förderung durch BMWi

Ziel des Projektes ist es, einen neuartigen Trockner zu entwickeln, mit Hilfe dessen die reproduzierbare Steuerung des Trocken- bzw. Aushärteprozesses des Lackes bzw. der Harze möglich ist. Das Ergebnis des Einsatzes einer solchen Technologie ist:

  • Höhere Qualität der Lackierung bzw. der Imprägnierung
  • Geringerer technischer Aufwand an der Trocknungsanlage
  • Wesentlich effizienterer Energieeinsatz

Dazu werden zunächst Grundlagenuntersuchungen durchgeführt sowohl zum Wärme- und Stoffübergang als auch zur Kraft, die durch die Düsen ausgeübt wird. Die Messungen am Düsenprüfstand ermöglichen es die Simulationsmodelle zu validieren. Neben den Vorgängen in der Trocknerluft sind hierbei auch die Vorgänge im Substrat zu berücksichtigen.

Auf dieser Basis ist eine vergleichende Untersuchung auch neuer  Düsenformen möglich. Als Ergebnis ergeben sich außerdem die Zusammenhänge zwischen den Betriebsparametern der Düse und dem Wärmeübergang und der Sinusform der Substratbahn. Diese werden als funktionaler Zusammenhang dargestellt, um eine Implementierung in eine intelligente Regelung zu ermöglichen. Außerdem wird die Definition und der Einsatz unterschiedlicher Düsentypen in Abhängigkeit von dem gewünschten Einsatzgebiet möglich.

 

 

Feststofftransport in Radialventilatoren -Regelungskonzepte zur Minderung von Verschleiß

Hochschule Ostwestfalen-Lippe, Labor Strömungsmaschinen:
Leiter: Prof. Dr.-Ing. Theofani Gikadi
Wissenschaftlicher Mitarbeiter: Dipl.-Ing. Swen Gerke

Abschlussbericht zum FLT e.V. Vorhaben Nr.219: Feststofftransport in Radialventilatoren – Regelungskonzepte zur Minderung von Verschleiß

gefördert durch BMWi; weitere Informationen erhalten sie ber der FLT e.V.

(März 2009)



Untersuchungen zur Wirkungsgradaufwertung bei Radialventilatoren in Abhängigkeit von der Oberflächenrauheit und der Spaltweite der Ventilatoreinlaufdüse

Hochschule Ostwestfalen-Lippe, Labor Strömungsmaschinen:
Leiter: Prof. Dr.-Ing. Theofani Gikadi
Wissenschaftlicher Mitarbeiter: Dipl.-Ing. Swen Gerke


Im Rahmen eines von der Forschungsvereinigung für Luft- und Trocknungstechnik e.V. (FLT) unterstützen Vorhabens wurde der Einfluss der Oberflächenrauheit und des Einlaufdüsenspalts bei der Wirkungsgradaufwertung bei Radialventilatoren ermittelt.
Bei den Untersuchungen des Labors für Strömungsmaschinen wurde das Ziel verfolgt, die in der Fachliteratur dargelegten Übertragungsgleichungen für den Wirkungsgrad im Optimalpunkt durch Messergebnisse zu überprüfen, gegebenenfalls anzupassen oder etwaige Tendenzen zur Entwicklung neuer Aufwerteansätze aufzuzeigen.
Bei der Neuentwicklungen und Optimierung von Großventilatoren setzten die Hersteller zumeist kleinere Modellventilatoren ein, wodurch erhebliche Vorteile im Bereich der Kosten- und Zeiteinsparung erzielt werden. Weiterhin werden Modelle zur Bestimmung der vom Ventilatorhersteller garantierten Leistungsdaten verwendet, wenn Großventilatoren aufgrund ihrer Geometrie nicht auf Normprüfständen untersucht werden können.
Die Ventilatorenhersteller sind somit auf verlässliche Wirkungsgrad-Aufwertungsrichtlinien - von Modell- auf Großausführung - angewiesen, um Produkte nach technisch-wirtschaftlichen Maßstäben ausgelegen, anbieten und im gerichtlichen Streitfall auf wissenschaftlich fundierte Berechnungsgrundlagen verweisen zu können.
Die Untersuchungen im Labor für Strömungsmaschinen bezüglich des Oberflächenrauheits- und Reynoldszahleinflusses zeigten deutlich, dass die Rauheit der Oberfläche, einen entscheidenden Einfluss auf den Wirkungsgrad von Radialventilatoren hat und nicht wie bisher vielfach angenommen, die Reynoldszahl als die alleinige entscheidende Einflussgröße zu betrachten ist. Ab einer gewissen Umfangsreynoldszahl ist deren Einfluss sogar zu vernachlässigen (vgl. Abb. 1).



Abb. 1:. Wirkungsgrad ηopt  des Modellventilators im Optimalpunkt bei verschiedenen Oberflächenrauheiten und Umfangsreynoldszahlen bei einer Volumenzahl von 0,2 (Rz-Werte in µm, Reynoldszahl Re entspricht der Umfangsreynoldszahl)
Abb. 1:. Wirkungsgrad ηopt des Modellventilators im Optimalpunkt bei verschiedenen Oberflächenrauheiten und Umfangsreynoldszahlen bei einer Volumenzahl von 0,2 (Rz-Werte in µm, Reynoldszahl Re entspricht der Umfangsreynoldszahl)

Aus den gewonnen Ergebnissen wurden zum Abschluss Tendenzen zur Entwicklung einer neuen Aufwerteformeln abgeleitet, die sowohl den Umfangsreynoldszahleinfluss als auch die Auswirkung der Oberflächenrauheit berücksichtigen und somit Argumentationshilfen für die industrielle Anwendung darstellen.
(Januar 2007)





Entwicklung eines pneumatischen Schwenkantriebsystems für den Einsatz im Schiffswesen

Zusammenarbeit der Hochschule Ostwestfalen-Lippe und der Firma S-two GmbH Lage.


Hochschule Ostwestfalen-Lippe, Labor Strömungsmaschinen:
Leiter: Prof. Dr.-Ing. Theofani Gikadi
Wissenschaftliche Mitarbeiter: Dipl.-Ing. Swen Gerke, Dipl.-Ing. Roman Kochanke, Dipl.-Ing. Björn Rademacher, Dipl.-Ing. Alexander Weiß


Zur Stabilisierung der Marktposition, der Firma S-two GmbH, im Segment der Absperrklappen-Stellsysteme im Schiffswesen, wird in Zusammenarbeit der Hochschule Ostwestfalen-Lippe und finanzieller Unterstützung des ProInno-Fonds, die Entwicklung eines neuartigen, kompakten, zukunftsweisenden Schwenkantriebs angestrebt.
Pneumatische Schwenkantriebssysteme dienen im zunehmend wachsenden Transportsschiffswesen  - im Versorgungs- und Be- und Entladungsbereich - zur Betätigung von Absperrklappen. Gegenüber der Hydraulik bietet die Pneumatik den gravierenden Vorteil der Ölfreiheit, wodurch umweltschädigende Leckagen vorab auszuschließen sind und somit der Einsatz an sensiblen Orten möglich ist.

Bild: Herkömmlicher Pneumatikaktor in Adaptivbauweise
Abb. 1: Herkömmlicher Pneumatikaktor in Adaptivbauweise

Bislang produziert die Industrie eine breite Palette standardisierter pneumatischer Drehantriebe, die der Endanwender an seine jeweilige Aufgabenstellung anpassen muss. Hieraus ergeben sich im Bereich des Schiffswesens unbefriedigende technische Detaillösungen, die unter technisch wirtschaftlichen Gesichtspunkten nicht mehr als zeitgemäß anzusehen sind (vgl. Abb. 1).
Anbauteile, wie elektrische Steuereinheiten, Stellwinkelanzeiger, Steuerventile und Kolbenendanschlagbegrenzer führen zu einer deutlichen Bauvolumenzunahme. Weiterhin zeigt die adaptierte Lösung erhebliche Nachteile im Bereich der Widerstandsfähigkeit gegenüber äußeren mechanischen Belastungen, die bei Transport, Installation, Betrieb und Wartung in rauer Schiffsumgebung unvermeidbar sind (vgl. Abb. 1).

Abb. 2: Neuentwicklung Pneumatikaktor in Kompaktbauweise
Abb. 2: Neuentwicklung Pneumatikaktor in Kompaktbauweise

Angestrebt werden kompakte, robuste Pneumatikaktoren, bei denen weitestgehend auf äußere Anbauteile / Adaptivkomponenten verzichtet wird und deren Ausgangsdrehmomente auf den speziellen Anwendungsfall der Armaturenbetätigung abgestimmt sind. Die pneumatisch, elektrische Ansteuerung der Neuentwicklung soll eine vereinfachte Automatisierung und Steuerung des Gesamtsystems zulassen und zentral vom Leitstand überwacht werden können (vgl. Abb. 2).

 

(Dezember 2006)

 

 

Entwicklung einer neuartigen Verfahrenstechnik zur Reinigung von Kohlenwasserstoff belasteter Abluft und Gerüchen

Bild:Versuchsstand
Versuchsstand

Arbeitsgemeinschaft der Fachbereiche FB 4 Life Science Technologies / Biotechnologie Prof. Dr. Michael Schmidt und FB 6 Maschinentechnik und Mechatronik / Strömungsmaschinen Prof. Dr. Theofani Gikadi

Wissenschaftliche Mitarbeiter: Dipl.-Ing. Matthias Dörr und Dipl.-Ing. Andreas Wagner

 

Ziel des geplanten FuE-Vorhabens ist es, mit einer Abluftreinigung im Festbettreaktor durch zusätzliche Einspeisung von Ozon ein effektives kostengünstiges Verfahren zur Beseitigung von organischen Schadstoffen in kleinen und mittleren Abgas/Abluftströmen zu entwickeln. Es soll ein Prototyp entwickelt und gebaut werden, der sich durch einfachen Aufbau und hohe Anpassungsfähigkeit auszeichnet.

Da es keine gesicherten Erkenntnisse zur Abhängigkeit des Abluftreinigungsgrades von der Wirkung des Ozons und des eingesetzten Katalysators gibt, wird die Hochschule Ostwestfalen-Lippe in Zusammenarbeit mit der Firma NEOTECHNIK GmbH Entstaubungsanlagen aus Bielefeld diese Zusammenhänge im Rahmen eines FuE-Projektes erforschen. Gefördert wird dies durch Mittel des ProInno-Fonds. Auf Basis wissenschaftlich gesicherter Erkenntnisse wird die entsprechende Gerätetechnik entwickelt und eine Prototypanlage gebaut, mit der die Funktionsweise der neuartigen Verfahrenstechnik nachgewiesen werden kann.

Das geplante Verfahren soll wie alle anderen oxidativen Verfahren Kohlenwasserstoffe in CO2 und H2O umwandeln, allerdings bei Umgebungstemperatur. Hier wird ein Katalysator Anwendung finden. Der entscheidende Punkt zur Auslösung der Reaktion bei diesen niedrigen Temperaturen bildet das Ozon.

 

Regelungskonzepte und Stabilitätsverhalten von Industrieventilatoren radialer Bauart

Zusammenarbeit der Hochschule Ostwestfalen-Lippe und der Fachhochschule Düsseldorf.


Hochschule Ostwestfalen-Lippe, Labor Strömungsmaschinen:
Leiter Prof. Dr.-Ing. Theofani Gikadi
Wissenschaftlicher Mitarbeiter: Dipl.-Ing. Swen Gerke

Fachhochschule Düsseldorf, Labor Strömungstechnik und Akustik:
Leiter Prof. Dr.-Ing. Frank Kameier

Anhand von Fördermitteln der Forschungsvereinigung für Luft- und Trocknungstechnik e.V. (FLT) wurden Regelungskonzepte für Industrieventilatoren radialer Bauart in Hinblick auf Energieeinsparpotentiale und Stabilitätsverhalten untersucht und verglichen.
Die Anforderungen an große Industrieventilatoren hinsichtlich Effizienz, Flexibilität beim Einbau, Regelung, Geräusch und Dauerbelastung sind in den letzten Jahren stetig gestiegen. So verlangt der Anlagenbauer heute eine optimale Raumausnutzung bei beliebiger Einbausituation und insbesondere einen Regelungsbereich von in der Regel 1:10 des geforderten maximalen Durchsatzes.
Gerade bei sehr großen Maschinen bedeutet dies, dass ein sicherer Betrieb nahezu im kompletten Kennfeld des Ventilators möglich sein muss. Weder auftretende Schwingungen noch Geräusche dürfen den Betrieb einschränken. Ebenso dürfen ungünstige Zuströmverhältnisse bedingt durch die Einbausituation keine Einschränkungen des Betriebs verursachen.
Aus Kostengründen wählt der Anlagenbauer bei Radialventilatoren mit Spiralgehäuse zur Volumenstromvariation häufig die saugseitige Drall- bzw. Klappenregelung in Verbindung mit einem sogenannten Saugkasten aus. Große freilaufende Radialventilatoren werden dagegen schon eher mit einer Drehzahlregelung projektiert.
Weder den Ventilatorenherstellern noch den Anlagenbauer standen bislang sichere Argumentationshilfen für das eine oder das andere Regelungskonzept unter aktuellen wirtschaftlichen und technischen Gesichtspunkten zur Verfügung. Die Auswahl eines den technischen Anforderungen nicht optimal angepassten aber preiswerten Ventilators kann erhebliche Folgekosten verursachen.
Die Ergebnisse des Forschungsvorhaben stellen den Ventilatorenherstellern und Anlagenbauern Argumentationshilfen für das eine oder andere Regelungskonzept für Industrieventilatoren radialer Bauart zur Verfügung, um zukünftig technisch – wirtschaftlich optimierte Lösungen anbieten zu können.
(Oktober 2004)

 

Abwasserpumpen

Zur Förderung von feststoffbeladenen Fluiden im Bereich der kommunalen und gewerblichen Abwasserentsorgung werden in zunehmendem Maße Pumpen radialer Bauart mit einschaufeligen Laufrädern eingesetzt. Beim Betrieb dieser Pumpen entstehen infolge der Unsymmetrie des Laufrades instationäre hydraulische Druckkräfte. Die Resultierende dieser Druckkräfte besitzt den Charakter einer mit dem Laufrad umlaufenden Unwuchtkraft. In Abhängigkeit vom Betriebspunkt ändert sich jedoch während einer Laufradumdrehung sowohl der Betrag, wie auch die Lage der Resultierenden dieser als hydrodynamische Unwucht bezeichneten Radialkraftkomponente, zum Laufrad.

In den vergangenen drei Jahren wurden experimentelle Untersuchungen an einem speziellen Pumpenprüfstand zur Bestimmung der hydraulischen Kräfte an Laufrädern von Abwasserpumpen durchgeführt. Seit April 1994 wird das Projekt durch eine mit Mitteln der Weidmüller Stiftung / Detmold finanzierte Personalstelle betreut.

Bis Ende 1996 sollen die experimentellen Untersuchungen abgeschlossen und auf Grundlage dieser Ergebnisse ein praxisnahes Verfahren für die rechnerische Vorausbestimmung der Kräfte gefunden werden.

Ein Teil der bisher gewonnenen Untersuchungsergebnisse ist im Vulkan Verlag in der Zeitschrift 3R- International bereits veröffentlicht worden. ( November 94 und August 95 )

 

Trennung von Mehrstoffgemischen

Sortierung von Mehrstoffgemischen durch das Verfahren des Zentrifugalwindsichtens. Um den Forderungen der TA Siedlungsabfall nachzukommen, d.h. Wertstoffe stofflich oder thermisch wiederzuverwerten,wurden bereits verschiedene Recyclingverfahren entwickelt. Die Anwendung dieser Verfahren bedingt jedoch die Sortenreinheit der Wertstoffe. Eine Sortierung von Mehstoffgemischen mittels zu entwickelnder Verfahren ist also aus ökologischer und ökonomischer Sicht unbedingt erforderlich. Ein auf dem Markt befindliches Verfahren zum Klassieren (Trennung von Grob- und Feingut) ist das Verfahren des Zentrifugalwindsichtens. Bei diesem Verfahren werden Partikel unterschiedlicher Stoffarten durch angreifende Strömungs- und Zentrifugalkräfte, die durch einen Rotor erzeugt werden, durch unterschiedliche Bewegungsbahnen getrennt. Wie unsere experimentellen und theoretischen Voruntersuchungen gezeigt haben, ist die Trennung von Feinstoffgemischen bis in den µm-Bereich (Stäube) mit dem Verfahren des Zentrifugalwindsichtens möglich.Dies würde den Anwendungsbereich der Sortiertechniken wesentlich erweitern. Inhalt des beantragten Projekts ist es, zu untersuchen, in wie weit die unter Laborbedingungen ermittelten strömungstechnischen und geometrieabhängigen Kenndaten der Partikel (z.B. cW-Werte) aus der Literatur unter anlagenbedingten Strömungsverhältnissen eines Zentrifugalwindsichters zugrundegelegt werden können. Desweiteren ist eine strömungstechnische, konstruktive und verfahrenstechnische Optimierung der bereits in unserem Labor entwickelten Anlage durchzuführen. Ziel ist es, für spätere Industrieanlagen die berechnungstechnischen und konstruktiven Einflußgrößen zuverlässig bestimmen zu können. In Anschluß an das Projekt ist der Bau einer Pilotanlage geplant.