Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Verbesserung der Drainageeigenschaften von Koaleszenzfiltermedien durch gemusterte Funktionalisierung

Forschungsziel des geplanten Projektes ist es, den Druckabfall von Koaleszenzfiltermedien durch oberflächenfunktionalisierende Maßnahmen zu senken und somit ein energieeffizienteres Filtersystem zu schaffen. Hierzu wird eine Modifizierung der Ölbenetzungseigenschaften von konventionellen Drainagemedien angestrebt, die Benetzungsmuster mit möglichst großen Unterschieden und scharfen Übergängen zwischen oleophilen und oleophoben Bereichen erzeugt. Oleophile Kanäle mit über die Kanallänge stetig abnehmender Breite bewirken auf einer oleophoben Oberfläche eine selbstgetriebene unidirektionale Tropfenbewegung. Aufgrund dieser zusätzlichen Transportkraft wird die Drainagegeschwindigkeit des Öls vergrößert, der Sättigungsgrad der Medien verringert und es werden zusätzlich ölfreie Bereiche geschaffen, die auch nach längerer Betriebsdauer gut durchströmbar bleiben. Beide Effekte führen schließlich zu einer Erhöhung der Permeabilität und somit zu einer Absenkung des Druckverlustes bei gleichbleibendem Tropfen-Abscheidegrad.

Die Modifizierung der Faseroberflächen soll vornehmlich mit photonisch induzierten Prozessen erfolgen, da photochemische Verfahren prädestiniert sind, die Benetzungseigenschaften großflächiger Substrate einzustellen. Gleichzeitig erlauben derartige Prozesse durch Rastern, Maskieren oder Aufdrucken die hier angestrebte strenge lokale Eingrenzung der Behandlung und somit des Effektes.

Als Nutzen für KMU ist anwenderseitig eine Reduzierung von Energiekosten von Druckluftanlagen zu erwarten, herstellerseitig ein Wettbewerbsvorteil durch verbesserte und funktionsoptimierte Filtersysteme. Durch die in diesem Vorhaben zu entwickelnden Auslegungs- und Bewertungswerkzeuge wird durch die Möglichkeit, Filtersysteme im Vorhinein zu optimieren und für Öle bekannter Eigenschaften so auszulegen, zusätzlich die Entwicklungskompetenz von KMU im Wettbewerb mit konkurrierenden Großunternehmen gestärkt.

Ergebniszusammenfassung:

Die Forschungsergebnisse des durchgeführten Projektes zeigen, dass durch die Aufbringung alternierender geometrischer Muster (Dreiecke, Streifen, Kreisen) aus sich abwechselnden oleophilen und oleophoben Flächen eine deutliche Beeinflussung des Drainageverhaltens von Koaleszenzfiltermedien erreicht werden kann. Sowohl die Maße als auch das Verhältnis von oleophoben/oleophilen Bereichen wurden durch den Einsatz von Masken variiert. Die Dreiecksmuster mit einem Gradientenanstieg der oleophilen Bereiche in Richtung der Schwerkraft zeigten einen besonders großen Effekt auf die Öldrainage. Durch diese Modifikation war es möglich den Differenzdruck einiger Medien nach Erreichen der Sättigung um bis zu 35% gegenüber den Ausgangsmedien abzusenken. Zusätzlich weisen Ergebnisse auf eine Verbesserung der Partikelabscheidung durch die Modifikation hin. Eine ausreichende Dauerhaftigkeit des differenzdruckreduzierenden Effektes konnte nachgewiesen werden.

Diese beachtlichen Ergebnisse eröffnen vielversprechende Perspektive für Anwender im Bereich Textilveredlung sowie in der Filtrationstechnik, da sich eine erhebliche Verbesserung kostengünstiger Filtervliesmedien bereits durch die Applikation einfacher Muster erzeugen lässt. Der Ergebnistransfer in die Industrie ist als zeitnah einzuschätzen. Im Vorhaben wurde bewusst die in vielen industriellen Bereichen etablierte Batchbehandlung und kostengünstige Lampentechnik (UV-Bestrahlung) sowie ein thermisches Aushärteverfahren (IR-Strahler, Ofen) verwendet. Alternative Wege zur Ausrüstung von Bahnenware beim Vliesstoff- und Filtermedienhersteller stellen die gemusterte Auftragung der Reaktivlösung (Monomerlösung) z.B. über Digitaldruck, ein Aufsprühen durch eine Maske während des Vliesstofftransports oder durch gepulste Sprühstöße und einer sich anschließenden Aushärtung dar. Die Ergebnisse des Vorhabens liefern die Voraussetzungen für die Entwicklung neuer Produkte, die eine Innovation in der Filterindustrie darstellen.