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Industrie-4.0-Membran-Wärme-und-Stoffübertrager (i-MWÜ4.0)

EuroNorm INNO-KOM

04/2019 - 09/2021

Dipl.-Ing. (FH) Hannes Rosenbaum

+49-351-4081-5324

E-Mail senden

abgeschlossen

Vernetzung des gesamten Lebenszyklus einer multifunktionalen RLT-Komponente

Membran-Wärme-und Stoffübertrager (MWÜ)...

... ermöglichen einen Wärme- und Stofftransport ohne Direktkontakt der beteiligten Medien. Eine Vielzahl der daraus resultierenden Anwendungspotentiale und Einsatzgebiete wurden am ILK Dresden bereits erfolgreich im Labormaßstab getestet. Dazu gehören u.a.:

Luftbefeuchtung
kondensatfreie sorptive Luftentfeuchtung
Wärme- und Feuchterückgewinnung im Kreislaufverbundsystem
indirekte Verdunstungskühlung in Klima- und Prozesslufttechnik

Zielstellung

Um Industrie-4.0- und Qualitätssicherungs-Standards zu erfüllen, wurden mit Planung, Auslegung und Fertigung vernetzbare Konstruktions-, Montage- sowie Prüfverfahren entwickelt. Zudem wurden Verfahren zur energetischen und hygienischen Zustandsdiagnose im Betrieb entwickelt und daraus ein parametergeführtes Wartungsmanagement zur Qualitätssicherung abgeleitet.

Der Ruf zur Realisierung energieeffizienter sowie nachhaltiger Technologien und Prozesse in der Klimatechnik betrifft besonders die Luftbe- und Entfeuchtung. Beispiel: Flüssigsorptionsprozesse. Neuartige Membran-Wärme- und Stoffübertrager, die messwertbasiert ausgelegt und anschließend über den ganzen Lebenszyklus, geprüft, gewartet und optimiert werden, können hierbei unterstützen.

Dipl.-Ing. (FH) Hannes Rosenbaum

Vorgehen

Die Entwicklung der Industrie-4.0-Membran-Wärme-und-Stoffübertrager basierte auf vier Schwerpunkten (Tools):

Für das PRÜFUNGSTOOL wurden Ansätze zur Adaption üblicher Prüfverfahren für Leckage, Dichtheit, Durchlässigkeit und Verarbeitungsqualität bzgl. zerstörungsfreien Prüfungen an Halbzeugen (iMWÜ-Fertigung) und im Anlagenbetrieb entwickelt.
Aufbauend auf die Erfassung, Speicherung und Auswertung von Langzeitmessdaten eines Funktionsmusters wurde das DIAGNOSETOOL sowie das CONTROLLING- UND VERNETZUNGSTOOL des iMWÜ4.0 erarbeitet. Im Fokus standen hygienische (Schimmelrisiko) und energetische Aspekte. Numerische Berechnungen mittels Bilanzgleichungen für Masse, Impuls, Energie und Spezies unterstützen die Selbstdiagnose und das maschinelle Lernen ebenso, wie Materialkenndaten aus Laborversuchen. Eigens wurden Rechenalgorithmen zur Implementierung in ein Online-Monitoring programmiert – für Vergleich und Analyse von Real- und Vergleichsprozess.
Lösungsansatz für das FERTIGUNGSTOOL (automatisierbare Herstellung des i-MWÜ4.0) war die konzeptionelle konstruktive Überarbeitung bzgl. einer automatisierbaren Herstellung/ Fertigung und Montage. Bevorzugt wurden serienfertigungstaugliche Materialien, Einzelteile, Halbzeuge, Anschlüsse und Verbindungstechnologien die eine Abstimmung von Bauteilanordnung und Montageablauf ermöglichen.

Gewonnene Erkenntnisse

Ergebnisse des erfolgreich abgeschlossen FuE-Projektes sind u.a.:

ein Prüfverfahren einschließlich Prüfvorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung durchströmbarer, mehrlagiger Textilverbunde (Schutzrechtanmeldung): Prüfung von Dichtheit / Leckage und Verarbeitungsqualität an nicht konfektionierten Halbzeugen
Monitoring der iMWÜ4.0-Zustandsdaten (LabView)
implementierter Algorithmus zur hygienischen Selbstdiagnose hinsichtlich Schimmelwachstumsrisiko
implementierbarer Python-Code des idealen Vergleichsprozesses im iMWÜ4.0 sowie der Berechnung realer Materialkenndaten aus Messdaten zur online-Analyse in Form des Soll-Ist-Vergleichs
neue konstruktive Ansätze für 2- und 3- fluidige Membran-Wärme- und Stoffübertrager

Zerstörungsfreie Halbzeugprüfung (Dichtheit, Leckage, Verarbeitungsqualität), durchströmbarer Textilverbund (Rollenware)

Interessiert?

Über das Forschungsprojekt hinaus planen wir die Bildung eines kompetenten Konsortiums, das die gesamte Prozesskette von der Auslegung, Herstellung und Konfektionierung textiler Wärme- und Stoffübertragerflächen bis zum Anlagenbau, der Prozesssteuerung und dem Energiemanagement am Endprodukt beim Endanwender abdeckt. Eine Zusammenarbeit mit Instituten und Firmen verschiedener Branchen ist jederzeit möglich und gewünscht: