Der neue spiderMaxx Kassettenfilter:
die Natur als Vorbild
Vor einiger Zeit druckte das US-amerikanische Magazin „New Yorker“ einen Cartoon, in dem zwei Forscher vor einer Tafel stehen. Zu ihrer linken Formeln, weitere Formeln zu ihrer rechten. In der Mitte der Tafel stand nur „Then a miracle occurs“, also „ein Wunder geschieht“. Manchmal hat man als Außenstehender bei der Schaffung von Innovationen ein ähnliches Gefühl. Jemand hatte eine tolle Idee – und zack ist das fertige Produkt da. Der schwierige und meist zeit- und nervenverschlingende Mittelteil bleibt verborgen.
Bei Freudenberg Filtration Technologies sind unter anderem Patrick Weber und Sascha Schumacher für diesen scheinbar unerklärlichen „Mittelteil“ zuständig. Sie sorgen dafür, dass aus einer Idee ein marktfähiges Produkt wird – wie beim neuen spiderMaxx Kassettenfilter.
Der Startschuss für das Projekt war denkbar unglücklich. Die Coronavirus-Pandemie nahm 2020 gerade global an Fahrt auf und alle Beteiligten mussten physisch voneinander getrennt zusammenarbeiten. Unser Ziel war die Weiterentwicklung des eMaxx Kassettenfilters, der bei der Zuluftfiltration für Gasturbinen in Kraftwerken und industriellen Kompressoren zum Einsatz kommt. „Unser globales Vertriebsteam steht in engem Austausch mit den Turbomaschinenkunden. Mit ihnen haben wir Verbesserungspotenziale analysiert und so die anwendungstechnischen Anforderungen an die Neuentwicklung herausgearbeitet.“ sagt Patrick Weber, Technical Product Manager bei Freudenberg Filtration Technologies. „Die Turbomaschinenbranche ist technisch sehr anspruchsvoll. Der neue Kassettenfilter sollte die Kernanforderungen der Anwender noch übertreffen: Dazu zählen die absolute Betriebssicherheit auch unter rauen Umweltbedingungen mit hoher Staub- und Feuchtelast, gepaart mit einem geringen Strömungswiderstand und einer möglichst langen Standzeit.“
Eine Herausforderung für die Entwicklung. Denn viele Aspekte und Funktionen können sich gegenseitig beeinflussen und arbeiten teilweise sogar gegeneinander. Die erste Aufgabe besteht daher vor allem darin, sich klarzumachen, welche Anforderungen welche Konsequenzen haben. Je früher das geschieht, umso geringer das Risiko, in die falsche Richtung zu rennen.
Was dann passierte, ist typisch für Projekte dieser Art: Ein Lastenheft wurde erstellt. Anschließend gab es einige Brainstorming-Sessions– diesmal rein virtuell –, um technisch gangbare Wege zu finden. Dabei wurde das Team bewusst schlank gehalten, um einen intensiven, agilen Austausch und eine fokussierte Auseinandersetzung zu ermöglichen. Dieses Kernteam saß jedoch nicht abgeschottet von der Welt, sondern streckte regelmäßig seine Fühler aus, nutzte externe Ressourcen, wann immer sie sinnvoll erschienen, und brachten so einen flüssigen, effizienten Workflow ins Rollen.
Auch typisch für die Entwicklungsphase: Es wurden mehrere Lösungsvarianten parallel verfolgt. Denn was auf dem Reißbrett und dann in der Simulation gut aussieht, kann im Prototyp und der Realanwendung auch mal scheitern. Es gibt schlichtweg zu viele Parameter und unvorhersehbare Wechselwirkungen
Jede noch so gute Simulation ist daher nur eine Annäherung an die Realität. Am Ende zählt, was am physischen Prototypen beobachtet und gemessen wird.
Und das Spinnennetz eine effiziente Konstruktion, um wirkende Kräfte gleichmäßig zu verteilen. Für die Berechnung der optimalen Struktur halfen dem Team dann Simulationsmethoden. So wurde im Laufe der Zeit aus einer Vielzahl an möglichen Designs ein immer konkreterer Entwurf. Dieses „Wunder“, das einfach so geschieht, bestand also aus einer Naturbeobachtung, die sich mit viel Rechenpower in ein haltbares Konzept verwandelt hat.
Die Idee für eine neue Frontplatte kam bereits früher auf. Der Clou an der Weiterentwicklung: Sie wird als ein Teil gefertigt, ein Novum bei dieser Art von Kassettenfiltern, und kann so in Sachen Robustheit und Eigensteifigkeit überragende Leistungsdaten vorweisen. „Weniger Teile bedeuten auch weniger potenzielle Leckagestellen. Der spiderMaxx ist daher noch zuverlässiger als seine Vorgänger“, fügt Schumacher hinzu. Als die ersten Prototypen gebaut wurden und in die Strömungskammer kamen, war für alle ein besonderer Moment – und ein besonders entlastender zugleich. Denn die Simulationswerte wurden auch von der Realprüfung bestätigt.
Bei solchen Entwicklungen gibt es unterschiedlichste Hürden. Eine davon: das Wissen um die Werkzeugtechnik. Der beste Entwurf nützt nichts, wenn er am Ende nicht produziert werden kann. Die Konstruktion und Herstellung der Werkzeuge, ein Prozess den Laien meist gar nicht auf der Agenda haben, hat bei solchen Projekten daher massiven Einfluss auf die Zeitplanung – und damit auch auf die Erfolgschancen. Als gelernter Werkzeugmechaniker kannte Schumacher jedoch die typischen Fallstricke.
So konnten die typischen, fertigungsrelevanten Probleme der Werkzeuggestaltung für den spiderMaxx proaktiv vermieden und das Timing eingehalten werden.
Wie beim Spinnennetz fanden auch schon andere Details ihren Ursprung in der Natur. Bionik nennt sich diese Übertragung von Phänomenen aus der Natur auf die Technik. Vor allem bei der mechanischen Optimierung von Produkten gibt es für viele Herausforderungen eine passende Lösung in der Natur.
„Natürlich wirft man als Techniker ein Auge auf die Natur. Sie ist der beste Baumeister, da sie gewissen Kräften ausgesetzt und perfekt auf diese Belastungen ausgelegt ist. Auch das Spinnennetz ist eine Antwort auf ein mechanisches Festigkeitsproblem“,
erklärt Patrick Weber.
Am offensichtlichsten bei den Bienenwaben der „Honeycomb“-Medien oder den Rippenstrukturen von Taschenfiltern, die beim hydroMaxx Taschenfilter wie Baumstämme angelegt sind und sich nach oben hin verschlanken. Im Grunde stellt sich nicht die Frage, ob es für eine bestimmte technische Herausforderung eine Lösung aus der Natur gibt, sondern vielmehr, wie sich diese adäquat übertragen und im Produkt umsetzen lässt. Von der Initialzündung bis zum fertigen Produkt war es ein langer Weg. Doch hat er sich gelohnt. Der spiderMaxx sorgt im eher klassisch-konservativen Wettbewerbsumfeld für frischen Wind und legt technologisch die Messlatte höher.
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