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Fluids & Mechanics

Die in den vergangenen Jahren in den Bereichen Strukturmechanik, Partikeltechnologie und Strömungsmechanik erarbeitete Kompetenz wird im Cluster Fluids & Mechanics gebündelt. Die besondere Stärke des MCI besteht hierbei im fächer- und methodenübergreifenden Ansatz wie beispielsweise der experimentellen Verifikationsmöglichkeit der Simulation oder dem regelungstechnischen Eingriff in mechanische Systeme. Im Vordergrund steht dabei immer die für das jeweilige Problem geeignetste Lösung unter Berücksichtigung der erforderlichen Rahmenbedingungen.

Mehrphasen-Evaluierung
Im Forschungsschwerpunkt Mehrphasenevaluierung wird eine Vielzahl an modernen experimentellen und numerischen Verfahren zur Untersuchung von Strömungen eingesetzt. Hierbei steht die Charakterisierung von Strömungen mittels lasergestützter Messtechnik im Mittelpunkt der Forschungsprojekte. Anhand der Strömungseigenschaften und den online charakterisierbaren  Eigenschaften von dispersen Phasen werden in technisch anspruchsvollen Strömungen verfahrenstechnische Apparate in Prozessabläufen hinsichtlich der effizienteren Arbeitsweise untersucht und optimiert.
Simulations-Technik
Die Simulationstechnik bildet einen Kernbereich der Ausbildung in mehreren MCI-Studiengängen und ist dementsprechend in den Forschungsbereichen vertreten. Hierzu zählt die mechanische (FEM, MKS), strömungsmechanische (CFD, LB), elektromagnetische und regelungstechnische Simulation. Entsprechend der Gesamtausrichtung des Clusters steht auch hier die domänenübergreifende Simulation im Vordergrund. Das Backbone der Infrastruktur bildet industrieerprobte Software die  bei Bedarf auch mit akademischen Codes erweitert  wird.
Prototypen-Fertigung
Der Fortschritt in der Fertigung von Prototypen ist in den letzten Jahren massiv durch die 3D Druck Technologie revolutioniert worden. Im F&E Bereich Prototypenfertigung werden insbesondere die technischen Machbarkeiten von Mehrkomponentenfertigungen und hochauflösenden Drucken (bis 16 µm Voxel Size) erforscht. Darüber hinaus werden insbesondere Festigkeiten und Materialkennwerte (z.B. Elastizität, Reflexion, etc.) in angewandten F&E Projekten untersucht und in High-end Prototypen umgesetzt.
Partikel- & Separations-Technik
Im Bereich Partikel- und Separationstechnik werden die Kenntnisse aus der Fluidanalyse eingesetzt um beispielsweise Partikelabscheider zu optimieren bzw. zu konzipieren. Ein Fokus des Forschungsbereichs liegt dabei in der Partikelabscheidung mittels Zentrifugalabscheider, im speziellen mit Gegenstrom- und Gleichstromzyklonen. Die letztgenannte Bauform von Zyklonen bietet aufgrund der kompakten Bauweise viele Vorteile und wird deshalb in einigen technischen Anwendungen zur Gas-Partikel-Trennung eingesetzt (z.B. Ansaugluftvorreinigung KFZ, FCC-Anlagen, Abgasreinigungssysteme, etc.). Die präzisen Herstellverfahren u. a. mittels Rapid Prototyping sowie online Stoffstromanalysen und Prozessevaluierungen ermöglichen die Untersuchung von unterschiedlichsten industriellen Anwendungen.

Projekte
Auslegung und Entwicklung einer Zyklonzelle >60mm für den Bereich der Sonderanwendungen
Projektstatus:
Abgeschlossen

Projektstart:
März 2013

Projektmitarbeiter:
FH-Prof. DI Dr.-Ing. Michael Kraxner
ProjektleiterIn, von März 2013 bis Dezember 2014


Projektinhalt:
Für den Bereich der Sonderanwendungen (z.B. Reinigung der Ansaugluft von Verbrennungsaggregaten, Reinigung der Kühlluft von Elektromotoren, etc.) soll ein Partikelabscheider entwickelt werden. In diesem Bereich der Sonderanwendungen ist zumeist mit sehr großen Volumenströmen zu rechnen, weswegen der Abscheider in paralleler und folglich sehr kompakter Bauweise konstruiert werden soll. Der maximale Energieverbrauch und die minimale Abscheideleistung sind vom Projektpartner vorgegeben. In mehreren Teilschritten wird in Bestäubungsversuchen gemäß ISO 5011:2000(E), ein serientauglicher Abscheider in modulbauweise entwickelt.

Untersuchung und Optimierung des Zyklonabscheiders eines Zweistufenfilters
Projektstatus:
Abgeschlossen

Projektstart:
April 2014

Projektmitarbeiter:
Martin Pillei, BSc MSc
ProjektmitarbeiterIn, von April 2014 bis September 2015


FH-Prof. DI Dr.-Ing. Michael Kraxner
ProjektleiterIn, von April 2014 bis September 2015


Projektinhalt:
Ein Zweistufenfilter, für den Einsatzbereich in Bau-, Land- und Arbeitsmaschinen, bestehend aus einem Zentrifugalabscheider und einem Gewebefilter soll hinsichtlich der Primärabscheidung optimiert werden. Hierbei sind der maximale Druckverlust sowie der erzielbare Abscheidegrad vorgegeben. Wesentlicher Teil der Optimierungen betrifft die Messungen der Strömungsvorgänge im Inneren des Primärabscheiders, welche mit laseroptischen PIV-Messsystemen evaluiert werden. Darauf aufbauend sich Optimierungspotentiale zu erheben und folglich in mehreren Prototypen umzusetzen.

Konzept zu einem optimierten Staubabscheider für die Holzindustrie
Projektstatus:
Abgeschlossen

Projektstart:
Juli 2014

Projektmitarbeiter:
Dipl.-Ing. (FH) Tobias Kofler
ProjektmitarbeiterIn, von Juli 2014 bis März 2016


FH-Prof. DI Dr.-Ing. Michael Kraxner
ProjektleiterIn, von Juli 2014 bis März 2016


Projektinhalt:
Diverse Fertigungsarten an Holzbearbeitungsmaschinen wie z.B. Fräsen, Sägen, Hobeln u.v.m. erzeugen neben dem erzeugten Produkt auch Ausschuss in Form von Verschnitt und feinen Holzspänen. Die besonders kleinen Partikel müssen durch eine Absaugvorrichtung vom BedienerIn abtransportiert werden und in weiterer Folge vom Luftstrom getrennt werden. Zur optimalen Betriebsweise solcher Absaugkonzepte wird in diesem Projekt die maximale Standzeit der nachgeschalteten Gewebefilter angestrebt. Hierzu werden verschiedene Abscheiderkonzepte aufeinander abgestimmt und kombiniert.

Untersuchungen zur Serienentwicklung eines regenerativen Zweistufenfiltersystems
Projektstatus:
Laufend

Projektstart:
September 2016

Projektmitarbeiter:
FH-Prof. DI Dr.-Ing. Michael Kraxner
ProjektleiterIn, seit September 2016


Christian Mayerl, BSc, MSc
ProjektmitarbeiterIn, seit September 2016


Martin Pillei, BSc MSc
ProjektmitarbeiterIn, seit September 2016


Projektinhalt:
Hochbelastete Filterlemente im Einsatzbereich von Bau- und Landmaschinen haben aufgrund der extremen Einsatzbedingungen relativ geringe Standzeiten. Für die Verlängerung der Nutzungsdauer wird in dem vorliegenden Projekt ein regeneratives System untersucht, sodass maximale Nutzungsdauer und Effektivität resultiert.

Untersuchungen zur Schwebestaubabscheidung in Abfallaufbereitungsanlagen
Projektstatus:
Abgeschlossen

Projektstart:
September 2014

Projektmitarbeiter:
FH-Prof. DI Dr.-Ing. Michael Kraxner
ProjektleiterIn, von September 2014 bis Juni 2015


Ing. Andreas Volderauer, BSc
StudentIn, von September 2014 bis Juni 2015


Projektinhalt:
Zur Entlastung des Wäschers für die Staubabreinigung der Hallenluft aus der Abfallbehandlungsan-lage soll die Machbarkeit einer Vorbascheidung mittels eines Fliehkraftabscheiders untersucht wer-den. Hierzu werden vorab isokinetische Probenahmen aus zwei Abluftleitungen genommen, sodass die anteilige Volumenstromaufteilung sowie die Staubkonzentrationen bewertet werden kann. Anschließend wird die Machbarkeit einer Störstoffabscheidung mittels Zentrifugalabscheider untersucht.

Entwicklung eines Kompaktluftfiltersystems für Holzbearbeitungsmaschinen
Projektstatus:
Laufend

Projektstart:
November 2015

Projektmitarbeiter:
FH-Prof. DI Dr.-Ing. Michael Kraxner
ProjektleiterIn, seit November 2015


Dipl.-Ing. (FH) Tobias Kofler
ProjektmitarbeiterIn, seit November 2015


Projektinhalt:
Bei der Bearbeitung von Holz durch spanende Bearbeitungsverfahren fallen zum Teil sehr fein Staubfraktionen an, welche durch technische Einrichtungen vom Bearbeitungszentrum abgesaugt und in weiterer Folge aus dem Transportgas abgetrennt werden müssen. Hierzu wird in dem gegenständlichen Forschungsprojekt ein Kombinationsabscheider, bestehend aus Zentrifugalabscheider und Gewebefilter entwickelt. Ziel ist hierbei eine möglichst geringe Druckdifferenz zwischen Rein- und Rohgas, sodass bei geringsten Absaugleistungen eine möglichst hohe, gesetzeskonforme Reinigungsleistung erzielt werden kann.

Entwicklung eines Computerschanksystems
Projektstatus:
Laufend

Projektstart:
November 2014

Projektmitarbeiter:
Benjamin Massow, BSc, MSc
ProjektleiterIn, von November 2014 bis Dezember 2016


Thomas Hausberger, BSc
ProjektmitarbeiterIn, von Januar 2016 bis August 2016


DI Dr. Andreas Mehrle
ProjektmitarbeiterIn, von November 2014 bis August 2016


Michael Gerbl, BSc, MSc
ProjektmitarbeiterIn, von September 2015 bis August 2016


Florian Fiegl, BSc MSc
StudentIn, von April 2015 bis Dezember 2015


Projektinhalt:
Ziel dieses gemeinsam mit der Privatquelle Gruber und SFS-Fluidsysteme durchgeführten Tiroler Innovationsförderungsprojektes ist die Entwicklung eines optimierten Zapfhahnes für Post Mix (Soda und Sirup) als auch für Bier. "Optimiert" schlägt sich hier in erster Linie im Geschmack der gezapften Getränke nieder: die bisher bei Zapfhähnen übliche sehr hohe CO2 Entbindung - und damit einhergehender starker Qualitäts- und Geschmackverlust - wird reduziert. Um die Entbindung beim Ausschenken zu minimieren, ist eine schonende Druckentlastung in einem automatisch verstellbaren Kompensator nötig. Hierzu wird mehrmals eine Optimierungsschleife aus (i) konstruktiver Änderung, (ii) zeitsparender Fertigung im Additive Manufacturing (AM) Verfahren, (iii) messtechnischer Evaluierung an einem Versuchsstand und (iv) Ableitung von konstruktiven Verbesserungen durchlaufen. Parallel wird die Einbringung der Getränkesirupe entwickelt, in die Simulation mit eingebunden sowie ein entsprechender Regelkreis entwickelt und auf einem Embedded System implementiert. Um die Ergebnisse dieses Forschungsprojektes zeitnah industriell umsetzbar zu machen, wird die fertigungsgerechte Gestaltung der Konstruktion in den letzten Optimierungszyklen mit berücksichtigt.

Beeinflussung der Partikelbewegung in Rauchgasen zur Reduktion der Staubemission
Projektstatus:
Abgeschlossen

Projektstart:
April 2015

Projektmitarbeiter:
FH-Prof. DI Dr.-Ing. Michael Kraxner
ProjektleiterIn, von April 2015 bis Dezember 2016


Benedict Orterer, BSc MSc
StudentIn, von April 2015 bis Juni 2016


Magdalena Lindl, BSc
StudentIn, von April 2015 bis Juni 2017


Projektinhalt:
Das historisch geprägte Heizverhalten mittels Kachelofen ist neben den klassischen Feinstaub-Emittenten ein wesentlicher Verursacher für die nachweislich schlechte Luftqualität besonders in den Wintermonaten. Filtersysteme im Rauchgas von Hauskaminen sind bislang aufgrund fehlender finanzierbarer Alternativen am Markt nicht erhältlich, was die Legislative unter anderem bislang von einer vorgeschriebenen Rauchgasreinigung Abstand halten lässt. Das vorliegende Projektkonzept soll die Beeinflussung der Partikelbewegung im Rauchgas, im speziellen von Holzfeuerungsanlagen, beleuchten. Hierbei werden Möglichkeiten zur Beeinflussung der Partikelflugbahn untersucht, welche die Abscheidung von Partikeln im Rauchgas erleichtern soll, sodass die Partikelemission deutlich reduziert werden kann.

PIV-Measurements at a MAF-Sensor for Automobile Industry
Projektstatus:
Abgeschlossen

Projektstart:
Mai 2012

Projektmitarbeiter:
Martin Pillei, BSc MSc
ProjektmitarbeiterIn, von Mai 2012 bis September 2012


FH-Prof. DI Dr.-Ing. Michael Kraxner
ProjektleiterIn, von Mai 2012 bis September 2012


Projektinhalt:
Stereoskopische Strömungsprofilmessung mittels PIV zur Validierung von Simulationsergebnissen an Luftmassensensoren. In Abhängigkeit der Formgebung des Ansaugtraktes von verschiedenen Kraftfahrzeugtypen werden mithilfe von Störungseinbauten realitätsnahe Strömungszustände simuliert.

Feinstaubdosierung für geringe Massenströme mit minimaler Pulsation
Projektstatus:
Laufend

Projektstart:
Januar 2016

Projektmitarbeiter:
Thomas Senfter, MSc
ProjektmitarbeiterIn, seit Januar 2016


FH-Prof. DI Dr.-Ing. Michael Kraxner
ProjektleiterIn, seit Januar 2016


Projektinhalt:
Am MCI wurde in den letzten Jahren ein neuartiges Dosierverfahren für feine Stäube entwickelt, welches u.a. in der Beschichtungs- und Luftreinhaltungstechnik sowie in der Energieerzeugung oder Lebensmittelindustrie Anwendung findet. Aufbauend auf diese Entwicklung soll mit dem vorliegenden Projekt ein seriennaher Prototyp gefertigt werden, um die wirtschaftliche Verwertung mittels eins Patents zu erleichtern. Das neue Dosiergerät führt unmittelbar am MCI zu Verbesserungen bei der Entwicklung von Partikelabscheidern und langfristig wird durch das ausgearbeitete Patent der Technologiestandort Tirol gestärkt.

Untersuchungen zu atypischen, zweistufigen Luftfiltern mit tangentialem Rohlufteintritt
Projektstatus:
Abgeschlossen

Projektstart:
Juni 2015

Projektmitarbeiter:
FH-Prof. DI Dr.-Ing. Michael Kraxner
ProjektleiterIn, seit Juni 2015


Martin Pillei, BSc MSc
ProjektmitarbeiterIn, seit Juni 2015


Tobias Frischmann, BSc
StudentIn, seit Juni 2015


Christian Mayerl, BSc, MSc
ProjektmitarbeiterIn, seit Juni 2015


Projektinhalt:
Ein Zweistufenfilter, für den Einsatzbereich in Bau-, Land- und Arbeitsmaschinen, bestehend aus einem Zentrifugalabscheider und einem Gewebefilter soll hinsichtlich der Primärabscheidung optimiert werden. Hierbei sind der maximale Druckverlust sowie der erzielbare Abscheidegrad vorgegeben. Wesentlicher Teil der Optimierungen betrifft die Messungen der Strömungsvorgänge im Inneren des Primärabscheiders, welche mit laseroptischen PIV-Messsystemen evaluiert werden. Darauf aufbauend sich Optimierungspotentiale zu erheben und folglich in mehreren Prototypen umzusetzen.

Simulationsunterstützte Vorhersage bei Nasenoperationen
Projektstatus:
Abgeschlossen

Projektstart:
Februar 2015

Projektmitarbeiter:
Manuel Berger, BSc MSc
ProjektleiterIn, von Januar 2015 bis September 2016


Projektinhalt:
Mit Hilfe einer Strömungssimulation soll bei Patienten mit Atemproblemen der Erfolg einer Operation vorhergesagt werden. Dafür wird als Grundlage die Computertomographie verwendet. Patienten mit Atemprobleme sollen mit größerer Sicherheit und geringem chirurgischen Eingriff nach der Operation beschwerdefrei Luft bekommen.

Entwicklung eines automatisierten Partikelaustragssystems
Projektstatus:
Laufend

Projektstart:
Juni 2016

Projektmitarbeiter:
Christian Mayerl, BSc, MSc
ProjektmitarbeiterIn, seit Juni 2016


Martin Pillei, BSc MSc
ProjektmitarbeiterIn, seit Juni 2016


FH-Prof. DI Dr.-Ing. Michael Kraxner
ProjektleiterIn, seit Juni 2016


Projektinhalt:
Partikelabscheider zur Reinhaltung der Prozessluft im Bereich der Verfahrenstechnik, müssen einen kontinuierlichen und sicheren Transport der abgeschiedenen Partikel aus dem Filterelement gewährleisten. Hierbei ist unabhängig von den Druckverältnissen vor bzw. hinter dem Partikelabscheider ein möglichst eigenständiges und störungsresistentes Transportsystem zu entwicklen, welches zu wettbewerbsfähigen Aufwänden in einer Serienproduktion integriert werden kann.

Holzfastransport in einer Flugbeleimungszone
Projektstatus:
Abgeschlossen

Projektstart:
Dezember 2015

Projektmitarbeiter:
Magdalena Lindl, BSc
StudentIn, von Dezember 2015 bis September 2016


FH-Prof. DI Dr.-Ing. Michael Kraxner
ProjektleiterIn, von Dezember 2015 bis September 2016


Martin Pillei, BSc MSc
ProjektmitarbeiterIn, von Dezember 2015 bis September 2016


Projektinhalt:
Für die Gewährleistung einer hohen Qualität von Holzfaserplatten ist der Prozess der Flugbeleimung von essentieller Bedeutung. Ein nicht vollständiger Beleimungprozess hat zumeist erhebliche Qualitätsverluste in der Plattenqualität zur Folge. Sodass diese Fehlerquellen beseitigt bzw. minimiert werden können, wird im vorliegenden Projekt das Strömungsverhalten von Holzfasern in einer konvergiernden Strömungszone untersucht und hinsichtlich eines optimierten Beleimungsprozesses systematisch beleuchtet.

Solardesign auf Knopfdruck
Projektstatus:
Laufend

Projektstart:
August 2016

Projektmitarbeiter:
Dr.-Ing. Sebastian Repetzki
ProjektleiterIn, seit August 2016


Matthias Decker, BSc, MSc
ProjektmitarbeiterIn, seit August 2016


Projektinhalt:
Der Gebäudesektor ist für mehr als 40% des Energieverbrauchs verantwortlich und somit einer der Hauptverursacher von CO2-Emissionen in Europa. Vertikale Fassadenflächen eignen sich zur Gewinnung von Solarstrom und Solarwärme, denn die steile Anbringung der Module bietet selbst im Winterhalbjahr einen hohen Wirkungsgrad und bewahrt im Hochsommer vor Überhitzung. Ziel ist die Entwicklung eines Solarkollektors mit einheitlicher, großflächiger Optik, unabhängig vom Rastermaß, um die ästhetischen Anforderungen von Architekten zu erfüllen. In Verbindung mit flexiblen Produktionsanlagen und einer automatisierten 3D-Planung ist die Realisierung ökologisch und ökonomisch sinnvoller Solarfassaden nur noch einen Knopfdruck weit entfernt.

Downstreamprocessing ARA - Störstoffabscheidung mittels Hydrozyklon
Projektstatus:
Laufend

Projektstart:
April 2015

Projektmitarbeiter:
FH-Prof. DI Dr.-Ing. Michael Kraxner
ProjektleiterIn, seit April 2015


Thomas Senfter, MSc
ProjektmitarbeiterIn, von April 2015 bis März 2017


Projektinhalt:
Im Kläranlagenprozess mit Co-Fermentation führen insbesondere Störstoffe wie Glas, Sand und Metall zu unerwünschtem Verlust von Faulraumvolumen aufgrund von Sedimentation. Ebenso kann abhängig von Störstoffeigenschaften und -zusammensetzung erhöhter Verschleiß an Anla-genbauteilen beobachtet werden. Zur Reduktion dieser Probleme soll eine Inline-Störstoffabscheidung mittels Hydrozyklon untersucht werden. Hierzu wird insbesondere die geo-metrisch optimale Bauform des Hydrozyklons systematisch untersucht. Ein weiteres Untersu-chungsziel sind die Betriebsparameter (Störstoffkonzentration, Volumenstrom, Druckverlust), welche für eine maximale Abscheideleistung zu ermitteln sind.


Publikationen | selected 5
  • Kraxner, M., Skarke, B., Kofler, T., Pillei, M., Pressure Drop in Uniflow Cyclones: Investigations on an Empirical Model. CFB11 - International Conference on Circulating Fluidized Beds and Fluidized Bed Technology, Beijing CHN, 2014, ISBN 978-7-122-20169-0 (p. 917 ff.)
  • Pillei, M., Kofler, T. and Kraxner, M., A swirl generator design approach to increase the efficiency of uniflow cyclones. LXLASER2014, 17th International Symposium on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics, Lisbon PRT, 2014, (p. 3.4.1 f.)
  • Mehrle, A.H. (2008). Vortex Diffuser Design. Saarbrücken: VDM Verlag.
  • Puttinger, S., Mehrle, A.H., Gittler, P., Meile, W. (2011). Numerical Optimization and Experimental Investigations on the Principle of the Vortex Diffuser. Journal of Aircraft, 48 (3), 845-854. doi:10.2514/1.C031013
  • Kraxner, M., Lauterbach, F., Muschelknautz, U., PIV-measurements of a vortex breakdown. CFB10 - International Conference on Circulating Fluidized Beds and Fluidized Bed Technology, Sunriver / Oregon USA, 2011, ISBN 978-1-4507-7082-8
Vorträge | selected 5
  • Pillei, M., Kofler, T., and Kraxner, M., Investigations to the Particle Movement inside Swirl Vanes to Increase the Separation Efficiency of Uniflow Cyclones. AIChE - American Institute of Chemical Engineers - Annual Meeting, Atlanta / Georgia USA, 2014
  • Pillei, M., Kofler, T., and Kraxner, M., Untersuchung des Strömungsverlaufes im Abscheideraum eines Gleichstromzyklons mit 3C-PIV und CFD, GALA-German Association of Laser Anemomentry, Fachtagung: Lasermethoden in der Strömungsmesstechnik, KIT - Karlsruhe GER, 2014, ISBN 978-3-9816764-0-2 (p. 29 ff.)
  • Kraxner, M., Portenkirchner, M., Brugger, T., Muschelknautz, U., Effective Flow Rates for Uniflow Cyclones Performance. CSChE - 62nd Canadian Chemical Engineering Conference, Vancouver / BC, CAN, 2012
  • Kofler, T., Pillei, M. and Kraxner, M., Separation Effects within the Vortex Finder Zone of an Uniflow Cyclone. AIChE - American Institute of Chemical Engineers - Annual Meeting, Salt Lake City / Utah USA, 2015
  • Kraxner, M., Portenkirchner, M., Pillei, M., Kofler, T., Muschelknautz, U., Empirical Erosion Tests: Uniflow Cyclones as an Alternative to Reverse Flow Cyclones for longer Life Time? AIChE - American Institute of Chemical Engineers - Annual Meeting, San Francisco / California USA, 2013
Patente | selected 5
  • Patent Nr. WO002013092315
  • Patent Nr. DE102015003754
  • Patent Nr. DE112012005362
  • Patent Nr. DE102015008525
  • Patent Nr. US020140298761
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