Geschickt gefiltert

Die verschiedenen Filter im Auto sollen einerseits Partikel zurückhalten, andererseits dem Medium möglichst wenig Widerstand entgegensetzen. Dies lässt sich nun mit einem von Fraunhofer-Forschern entwickelten Verfahren simulieren - und zwar dynamisch für steigende Partikelbelastung.

26. Oktober 2016

Im Auto wird allerorten gefiltert: Kraftstoff, Motoröl, Ansaugluft, Innenraumluft. Die Filter sollen wenig Bauraum beanspruchen, Fremdkörper sicher zurückhalten und gleichzeitig den Durchfluss auch bei steigender Belastung möglichst wenig behindern. Wie gut und wie lange dass mit sinnreich gefalteten Filtermedien funktioniert, wurde bisher häufig in Versuchen ermittelt. Zwar lässt sich die Durchströmung schon per Simulation ermitteln, aber noch nicht die Reinigungsleistung und die Standzeit. Das leistet jetzt die vom Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in Kaiserslautern entwickelte "Filter Element Simulation Toolbox - FiltEST".

"Mit unserer Simulation lassen sich auch die Filtervorgänge selbst simulieren", sagt Dr. Ralf Kirsch, Wissenschaftler am ITWM. "Somit können die Entwickler realistische Aussagen zur Reinigungsleistung eines Entwurfs treffen und vorhersagen, wie viel Schmutz im Laufe der Zeit aufgenommen wird." Die Toolbox aus Kaiserslautern kann Größen berechnen, die mit bisherigen Verfahren nicht zu simulieren sind. Und sie kann analysieren, wie sich die Filtereigenschaften im Laufe der Zeit ändern. Das gibt Auskunft über den Rückgang der Filtrationsleistung, den Grad des Druckabfalls und die Qualität des Filtrats.

Alle Partikel und Filterporen einzeln zu berechnen, würde freilich den Bedarf an Rechenleistung ins Uferlose steigen lassen. "Stattdessen betrachten wir das Filtermedium als homogenes Kontinuum und arbeiten mit Partikel-Konzentrationen", fasst Kirsch zusammen. Denn für die Filterhersteller ist es unwichtig, welche der vielen Teilchen im Filter hängenbleiben. Sie interessiert lediglich, wie viele Teilchen es insgesamt sind. Und das berechnen die Modelle. Zudem kann die Simulation bestimmen, wie viele Partikel im Laufe der Zeit wieder aus dem Filter ausgewaschen werden. Die Anwender können ohne Prototypen weitgehend klären, ob die geplante Filterkonstruktion die einschlägigen Normen erfüllt: "Mit unserer Simulation bilden wir einen Großteil der ISO-Standards ab", so Kirsch.