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Forschungsarbeiten der Modellfabrik Papier liefern neue Einblicke in die Strömungsvorgänge in-nerhalb von Pressfilzen und schaffen Grundlagen für eine effizientere mechanische Entwässerung der Papierbahn.
Düren, [10. August 2026] – Wie bewegt sich Wasser durch die komplexe Faserstruktur eines Pressfil-zes? Dieser Frage geht die Modellfabrik Papier im Forschungscluster FOMOP nach. Mithilfe von Rönt-gen-Computertomographie und numerischen Strömungssimulationen auf Mikrostrukturebene kön-nen die Strömungswege innerhalb des Filzes erstmals detailliert untersucht werden. Die Ergebnisse zeigen, dass Wasser den Pressfilz nicht gleichmäßig durchströmt. Diese Erkenntnisse ermöglichen es, die mechanische Entwässerung in der Papierherstellung gezielter zu untersuchen und langfristig zu optimieren.
In der Pressenpartie einer Papiermaschine entscheidet sich maßgeblich, wie viel Wasser während der Papierproduktion bereits vor der Trocknungsstufe mechanisch aus der Papierbahn entfernt wer-den kann. Je höher der dabei erreichte Trockengehalt, desto weniger Wasser muss anschließend in der energieintensiven thermischen Trocknung verdampft werden. Eine wesentliche Rolle spielt dabei der Pressfilz: Er nimmt während des Pressvorgangs das aus der Papierbahn verdrängte Wasser auf und transportiert es ab.
Was dabei im Inneren des Pressfilzes geschieht, ist bislang jedoch nur begrenzt verstanden. „Obwohl Aufbau und Eigenschaften industrieller Pressfilze umfassend charakterisiert sind, verstehen wir die strömungsmechanischen Vorgänge innerhalb ihrer feinen Porenstruktur noch nicht genau“, erklärt Luis Miguel Estrada, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Forschungscluster Modellfabrik Papier (FOMOP).
Vom realen Pressfilz zum digitalen 3D-Modell
Für seine Untersuchungen kombiniert Estrada bildgebende Verfahren mit numerischen Strömungs-simulationen. Zunächst wird die dreidimensionale Mikrostruktur des Pressfilzes mittels Röntgen-Computertomographie erfasst. Die Aufnahmen bilden die räumliche Anordnung der Polyamidfasern und der dazwischenliegenden Poren ab.
Aus diesen CT-Daten entsteht ein digitales 3D-Modell der Filzstruktur. Auf dieser Grundlage lässt sich numerisch mittels Computational Fluid Dynamics (CFD) berechnen, wie das Wasser durch das Mate-rial strömt, welchen Widerständen es begegnet und welche Bereiche des Pressfilzes besonders stark durchströmt werden. Zudem kann die Permeabilität des Filzes – also die Durchlässigkeit der Poren-struktur – bei unterschiedlichen Kompressionszuständen bestimmt werden.
Parallel zu den Simulationen wurden Druckverlustmessungen am realen Material durchgeführt. Sie dienen dazu, die Durchlässigkeit und weitere Strömungsparameter experimentell zu bestimmen und die Simulationsergebnisse zu validieren. Der Vergleich zeigt eine gute Übereinstimmung zwischen den berechneten und den experimentell ermittelten Werten.
Strömung verteilt sich ungleichmäßig im Material
Ein zentrales Ergebnis der bisherigen Untersuchungen: Das Wasser durchströmt den Pressfilz nicht gleichmäßig. Vielmehr bilden sich innerhalb seiner komplexen Porenstruktur sehr unterschiedliche Strömungswege. Während einzelne Bereiche intensiv durchströmt werden, nehmen andere Bereiche nur begrenzt Wasser auf beziehungsweise tragen weniger zum Wasserabtransport bei.
„Die Simulation macht sichtbar, wie sich die Struktur des Filzes unter mechanischer Belastung verän-dert und wie diese Veränderungen die Strömungswege des Wassers beeinflussen“, erläutert Estrada. „Dieses Verständnis ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu einer effizienteren Gestaltung der me-chanischen Entwässerung.“
Besonders relevant ist dabei das Verhalten des Pressfilzes unter Druck. Während des Pressvorgangs wird seine Faserstruktur komprimiert: Poren verändern ihre Form und Größe, Strömungswege ver-engen sich oder bilden sich neu. Nach dem Pressimpuls dehnt sich das Material wieder aus. Dabei kann Wasser zurück in die Papierbahn gelangen – die sogenannte Rückbefeuchtung, die die Entwäs-serungsleistung beeinträchtigen kann.
Weitere Filztypen und Kompressionszustände im Fokus
Im nächsten Schritt sollen deshalb verschiedene Kompressionszustände detaillierter untersucht wer-den. Ziel ist es, die Materialeigenschaften des Pressfilzes in Abhängigkeit von der mechanischen Be-lastung zu bestimmen und die damit verbundenen Veränderungen der Strömungsdynamik besser zu verstehen. Darüber hinaus sollen unterschiedliche Pressfilztypen analysiert und miteinander vergli-chen werden.
Auf dieser methodischen Grundlage kann künftig untersucht werden, wie Material- und Strukturpa-rameter Wasseraufnahme, Wasserabtransport und Rückbefeuchtung beeinflussen. Langfristig könn-ten die Simulationen auch die Entwicklung neuer Pressfilzstrukturen unterstützen, deren Porengeo-metrie und Materialeigenschaften gezielt auf eine verbesserte Entwässerungsleistung ausgelegt sind.
Für die Papierherstellung liegt darin ein relevantes Potenzial: Steigt der Trockengehalt der Papierbahn bereits nach der Pressenpartie, muss in der anschließenden Trockenpartie weniger Wasser thermisch entfernt werden. Die Forschungsarbeiten schaffen damit eine Grundlage, um die Zusammenhänge zwischen Filzstruktur, mechanischer Belastung und Flüssigkeitstransport besser zu verstehen und da-raus Ansätze für eine effizientere mechanische Entwässerung abzuleiten.
Über das Forschungscluster Modellfabrik Papier (FOMOP)
Das Verbundprojekt FOMOP wird unter dem Dach der Modellfabrik Papier gGmbH umgesetzt und mit Fördermitteln des Bundesministeriums für Forschung, Technologie und Raumfahrt finanziert. Es bewegt sich im Bereich der Grundlagenforschung und betrachtet den gesamten Fertigungsprozess entlang der Papiermaschine vom Einsatz der Rohstoffe über die Papierlegung bis zur Aufrollung der Papierbahn, aufgeteilt in vier Forschungsschwerpunkte. Ziel ist eine erhebliche Energieeinsparung sowohl in der konventionellen Fertigung als auch die Entwicklung gänzlicher neuer Technologien. Wissenschaftliche Forschungspartner sind die Institute MAP (Macromolecular and Paper Chemistry) und PMV (Papierfabrikation und Mechanische Verfahrenstechnik (PMV) der TU Darmstadt, das Institut für Textiltechnik (ITA) der RWTH Aachen University, das Institut NOWUM Energy der FH Aachen, das Institut für Pflanzenwissenschaften (IBG-2) am Forschungszentrum Jülich sowie die Pro-fessur für Holztechnik und Faserwerkstofftechnik der TU Dresden und die PTS Institut für Fasern & Papier gGmbH.
Pressemitteilung der Modellfabrik Papier vom 17.08.2026.