Elektromagnetische Materialeigenschaften
Die Kenntnis der elektromagnetischen Materialkenngrößen ist eine wesentliche Voraussetzung zur erfolgreichen Planung und dem Einsatz nicht und minimal invasiver elektromagnetischer Verfahren (z. B. Resonatorverfahren, TDR) zum zeitlichen und räumlichen Monitoring physikalischer Zustandsgrößen.
Schwerpunkte
- Bestimmung breitbandiger elektromagnetischer Materialeigenschaften
- Theoretische Konzepte zur Modellierung der Wechselwirkung elektromagnetischer (EM) Wellen mit porösen Materialien
- Entwicklung von breitbandigen elektromagnetischen Mischgesetzen
- Einsatz von Leistungsmikrowellen zur Materialmodifizierung
Werkzeuge
- Breitbandige elektromagnetische Messtechnik
- Numerische multiphysikalische 3D-Modellierungspakete
- Theoretische Konzepte zur Kopplung elektromagnetisch/physiko-chemischer Materialeigenschaften
Projekte
In Zusammenarbeit mit dem Institut für Ziegelforschung Essen e.V. und dem Institut für Verfahrenstechnik (IVT) der Universität Magdeburg hat die MFPA ein Forschungsprojekt zur Entwicklung der Mikrowellentrocknung für die Ziegelindustrie beantragt.
Die MFPA wird innerhalb dieses Forschungsprojektes den Fokus der Forschungsarbeiten auf die theoretische Vorhersage des Energieeintrags in den Ziegelrohling während der intermittierenden Mikrowellentrocknung legen. Dazu müssen die dielektrischen Materialeigenschaften bestimmt werden, welche in die elektrodynamischen Berechnungsmodelle eingehen. Der Energieeintrag kann dann mittels HFSS simuliert werden. Zur Überprüfung der Simulationsergebnisse wird an der MFPA ein einfacher Versuchsaufbau erstellt und der Temperaturverlauf im Probekörper vermessen. Damit wird sichergestellt, dass die instationären, wechselwirkenden elektro- und thermodynamischen Prozesse durch die Simulation abgebildet und gelöst werden können.
Die intermittierende Mikrowellentrocknung kann derzeit als einziges alternatives Verfahren die rein auf fossilen Brennstoffen basierende konvektive Trocknung in der Ziegelindustrie ablösen und zu einer Verkürzung der Trocknungsdauer bei gleichzeitiger energetischer Optimierung des Prozesses beitragen. Der im Vergleich zur konvektiven Trocknung um ein Vielfaches effizientere Energieeintrag ermöglicht sehr hohe Verdampfungsgeschwindigkeiten und bedarf daher einer gut optimierten Regelung. Andernfalls würden die hohen Dampfdrücke zur Zerstörung der Ziegelrohlinge führen. Die Prozessteuerung muss auf den zeitlich veränderlichen und beiderseitig gekoppelten Temperatur- und Feuchtigkeitsprofilen im Inneren der Ziegel basieren. Bisher existieren aber keine belastbaren Daten an Hand derer dies realisierbar ist. Ziel des Projektes ist es, auf Grundlage der Materialeigenschaften und experimentbasierter Berechnungsmodelle die intermittierende Mikrowellentrocknung so weit zu entwickeln, dass sie als Verfahrensschritt für die Ziegelindustrie und somit als ein alternatives Trocknungsverfahren zur Verfügung steht. Zur Beschreibung des Trocknungsprozesses sollen elektrodynamische und thermodynamische Modelle formuliert und miteinander gekoppelt werden. Für die Modellformulierung und deren Validierung werden Experimente in einem absatzweise betriebenenMikrowellentrockner stattfinden. Außerdem ist eine vollständige Charakterisierung sowohl der Ziegelrohlinge wie auch der fertig getrockneten Produkte vorgesehen. Von den angestrebten Ergebnissen würden die Ziegelhersteller (im Wesentlichen KMU) direkt und die Anlagenbauer der Ziegelindustrie und Mikrowellenhersteller (vorwiegend KMU) indirekt profitieren. Ziel ist es, im absehbar wachsenden Markt ressourcenschonender Trocknungstechnologien die Wettbewerbsfähigkeit deutscher KMU durch innovative und wissensbasierte Methoden zu sichern und auszubauen.
| Projektträger: | BMWi / AiF-IGF / FV Ziegel |
| Laufzeit: | 08/2016 – 01/2019 |
| Zusammenfassung der Ergebnisse: | Feuchtebestimmung Ergebnisse (PDF) |
| Kurzfassung: |
Die Ziegelindustrie gehört zu den energie- und rohstoffintensiven Branchen. Dabei ist die Rohlingstrocknung der mit Abstand energieintensivste Verfahrensschritt in der Ziegelherstellung. Der Trocknungsprozess wird von den Betreibern auf Basis von Erfahrungswerten gesteuert, was zu einer ineffektiven Trocknerfahrweise führt. Für die Prozesssteuerung ist daher die Kenntnis der Feuchteverteilung in den Rohlingen während der Trocknung interessant. |
| Projektpartner: | Institut für Holztechnologie Dresden ThüringenForst, Gotha |
| Projektträger: | AiF-IGF / TIHD |
| Laufzeit: | 06/2014 – 11/2016 |
| Projektpartner: | KIT Karlsruhe University of Queensland, Australien Sceme.de GmbH |
| Projektträger: | BMBF |
| Laufzeit: | 09/2011 – 02/2015 |
| Projektpartner: | KIT Karlsruhe University of Queensland, Australien |
| Projektträger: | DFG |
| Laufzeit | 03/2009 – 02/2012 |
| Projektpartner: | TU Ilmenau, FG Elektronische Messtechnik MEODAT GmbH |
| Projektträger: | Thüringer Aufbaubank |
| Laufzeit | 06/2009 – 05/2012 |
| Projektpartner: | TH Karlsruhe, Institut für Bodenmechanik und Felsmechanik IBF Laserlabor Göttingen e.V. (Teil Geotechnik) |
| Projektträger: | BMBF / PTKA-WTE |
| Laufzeit | 08/2004 – 04/2008 |
| Projektpartner: | TU Bergakademie Freiberg IBEWA Freiberg |
| Projektträger: | BMBF / PTKA-WTE |
| Laufzeit | 05/2004 – 02/2009 |
| Projektpartner: | TU Bergakademie Freiberg IBEWA Freiberg |
| Projektträger: | BMBF / PTKA-WTE |
| Laufzeit | 11/2000 – 03/2004 |
Wagner, N.; Schwing, M.; Scheuermann, A.: Numerical 3-D FEM and Experimental Analysis of the Open-Ended Coaxial Line Technique for Microwave Dielectric Spectroscopy on Soil. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing 52 (2014), No. 2, pp. 880–893 Link ...
Wagner, N.; Bore, T.; Coelho, D.; Robinet, J.-C.; Taillade, F.; Delepine-Lesoille, S.: Dielectric Relaxation Behavior of Callovo-Oxfordian Clay rock: A Hydraulic-Mechanical-Electromagnetic Coupling Approach. Journal of Geophysical Research Solid Earth 118 (2013), pp. 4729–4744 Link ...
Wagner, N.; Emmerich, K.; Bonitz, F.; Kupfer, K.: Experimental Investigations on the Frequency- and Temperature-Dependent Dielectric Material Properties of Soil. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing 49 (2011), No. 7, pp. 2518–2530 Link ...