FEM + CFD-Simulation: Wenn es im Filter kracht

Filteranlagen gelten oft als unspektakulär. Doch wenn sie in 14 Metern Höhe montiert werden, unter seismischer Belastung standhalten müssen oder tonnenschwere Filterkuchen per Druckluft abgestoßen werden sollen, zeigt sich schnell, wie komplex die physikalischen Zusammenhänge sind. Genau hier setzen moderne Simulationstechnologien an, die im Maschinenbau unverzichtbar geworden sind.

Ein Projekt mit der Bokela GmbH, Hersteller von Filteranlagen, verdeutlicht, wie Finite-Elemente-Methoden (FEM) und Strömungssimulationen (CFD) zusammenspielen. Beim Einsatz eines Scheibenfilters in einem erdbebengefährdeten Gebiet in Griechenland galt es, die Sicherheit des Systems zu gewährleisten. Mit FEM-Analysen nach Eurocode konnte Merkle CAE Solutions nachweisen, dass der Filter auch unter horizontalen Beschleunigungen von 2,84 m/s² stabil bleibt. Alle relevanten Bauteile lagen unterhalb der zulässigen Verformungen, die Verschraubungen waren bis maximal 89 % ausgelastet. Damit ließ sich die Erdbebensicherheit zweifelsfrei bestätigen.

Während FEM das mechanische Verhalten bewertet, richtet CFD den Blick auf Strömungsprozesse. Entscheidend war, ob beim Abwerfen des Filterkuchens durch Druckluftstöße alle Zellen einer rotierenden Einheit gleichmäßig mit Luft versorgt werden. Mithilfe eines hochaufgelösten CFD-Modells mit 17 Millionen Volumenelementen analysierten die CFD-Experten bei Merkle CAE Solutions die Strömungsverteilung, Rückströmungen und Druckverhältnisse. Das Ergebnis: eine gleichmäßige, stabile Versorgung, auch bei erhöhter Drehzahl; die Ursache für beobachtete Unregelmäßigkeiten lag nicht in der Aerodynamik.

In einem weiteren Schritt wurde die Multiphase-Strömung von Luft und Wasser untersucht. Ziel war es, die Auswirkungen von Restflüssigkeit im System zu erfassen. Die Simulationen bestätigten zwar einen leichten Einfluss – ein um etwa drei Prozent höherer Luftanteil in einer Zelle – doch der Effekt erwies sich als moderat und betrieblichunkritisch.

Diese Projekte zeigen exemplarisch, welche Bedeutung Simulation hat. Sie ermöglicht es, Risiken realistisch einzuschätzen, Performance zu optimieren und komplexe Prozesse sichtbar zu machen. Was früher mit aufwendigen Prototypenversuchen verbunden war, lässt sich heute virtuell durchspielen; schneller, präziser und wirtschaftlicher.

Für Unternehmen wie BOKELA bedeutet das: mehr Sicherheit bei der Auslegung, kürzere Entwicklungszeiten und höhere Verlässlichkeit im Betrieb. Für Merkle CAE Solutions zeigt sich, dass der Einsatz von Multiphysics, wie die Kombination von FEM und CFD, ein integraler Bestandteil modernerIngenieursarbeit ist. Denn wenn es im Filter kracht, entscheidet Simulation, ob ein Problem entsteht oder gelöst wird.

Posted by on 25. November 2025.

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