Die Konzeption und optimierte Auslegung von Filtern stellt die Produktentwickler vor große Herausforderungen. Steigende Anforderungen an Filtereffizienz und ‑standzeit, veränderliche Betriebsbedingungen und die Innovation im Bereich der Filtermedien führen dazu, dass eine rein auf Prototypen basierte Vorgehensweise zu langen und kostspieligen Entwicklungszyklen führen kann.
Um die Produktinnovation und ‑optimierung durch Digitalisierung zu unterstützen, sind u.a. problemangepasste Simulationsmodelle und ‑techniken erforderlich. Das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik in Kaiserslautern besitzt über 20 Jahre Erfahrung auf dem Gebiet der Modellierung und Simulation von Strömungen in porösen Medien und Filterelementen, Filtrationsvorgängen sowie der Herstellung von Vliesstoffen. So ermöglicht die Softwarelösung Fidyst die rechnergestützte Untersuchung und Optimierung von Spunbond‑, Meltblown- und Airlay-Prozessen. Auf der Basis der Mikrostruktur von Vliesstoffen können die effektiven mechanischen Eigenschaften mit der Simulationssoftware Feelmath berechnet werden. Filtest ist eine Toolbox zur Berechnung von Filtereffizienz und Standzeit von Filterelementen beziehungsweise Filterfalten. Die Software Porechem simuliert chemische Reaktionen in porösen Materialien.
“Durch Kombination der einzelnen Softwarelösungen können wesentliche Teile der Prozesskette vom Filtermedium bis zum Filterelement digital abgebildet werden”, so Dr. Ralf Kirsch, Forscher in der Abteilung Strömungs- und Materialsimulation des Fraunhofer ITWM. Eine weitere wichtige Anwendung ist die Untersuchung, wie sich die herstellungsbedingte Heterogenität im Filtermaterial (zum Beispiel durch den Faserablageprozess oder die Faltenlegung) auf die Standzeit des Produkts auswirken.
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