Modernste Simulationsverfahren

So entwickeln wir die neuen Filtermedien

Immer feiner, immer leistungsfähiger, immer besser: Bei der Entwicklung neuer Filtermedien setzen die Ingenieure von MANN+HUMMEL auf modernste Simulationsverfahren. So optimieren sie die Filtrationsleistung für unterschiedlichste Anwendungen und Ansprüche.

Auf dem Monitor erscheinen riesige zerklüftete Höhlen, Vorsprünge und Vertiefungen. Der Bildschirm zeigt Faserstrukturen, die mit dem bloßen Auge niemals sichtbar wären. Bei diesem Bild denkt man an ferne Planeten, die Tiefe der Weltmeere – kurzum: an eine Welt außerhalb unseres Kosmos. "Ganz falsch ist dieser Gedanke nicht", sagt Friedemann Hahn, Entwicklungsingenieur bei MANN+HUMMEL. "Es ist tatsächlich ein verborgener Mikrokosmos, den wir sichtbar machen." Die Aufgabe von ihm und seinen Kollegen ist die Optimierung neuer Filtermedien mithilfe modernster Simulationsverfahren.

"Die Ansprüche an moderne Filter zum Schutz von Menschen, Motoren und Maschinen werden immer höher. Unsere Filter müssen unterschiedliche Anforderungen erfüllen, je nachdem, wo sie eingesetzt werden sollen", erklärt Hahn. "Mithilfe leistungsstarker Software entwerfen und optimieren wir neue Filtermaterialstrukturen, die diesen Anforderungen gewachsen sind."

Der virtuelle Prototyp: auf der Jagd nach Schmutzpartikeln

Hierzu erstellen Hahn und seine Kollegen zunächst mit Hilfe eines Computertomographen eine Detailaufnahme des Filtermediums. Diese Aufnahme macht die mikroskopische Struktur des Filtermaterials sichtbar. Tausendstel-Millimeter-Strukturen, die mit bloßem Auge niemals zu erfassen wären, werden so sichtbar. Eine Analyse dieser Strukturen legt die charakteristischen Eigenschaften des Filtermaterials wie Faserdurchmesser, Packungsdichte und den Aufbau der einzelnen Materialschichten offen. Mit der Kenntnis dieser Daten und Eigenschaften wird im nächsten Schritt ein virtuelles, parametrisches Modell des Filtermaterials entwickelt. So entsteht ein virtueller Prototyp, mit dem der Entwickler buchstäblich in den Mikrokosmos eintauchen kann.

"Wir sehen am Modell deutlich, wo und wie sich die einzelnen Schmutzpartikel im Filtermedium verteilen. Wenn wir nun beispielsweise bestimmte Parameter variieren, können wir die Eigenschaften des Mediums verändern. So verstehen wir, welche verschiedeneren Auswirkungen die einzelnen Parameter auf die Leistung haben", erläutert Hahn. 

Schritt für Schritt zum optimalen Ergebnis: keiner filtert feiner

Das Besondere an dieser Simulation und diesem Verfahren: Bis zu diesem Zeitpunkt geschieht jeder Arbeitsschritt ausschließlich am Computer. Dadurch sparen die Ingenieure viel Zeit und Aufwand in der Entwicklung. "Im Gegensatz zu konventionellen Methoden der Forschung müssen wir nicht mehr in Pilotanlagen experimentieren, sondern können neuartige Materialstrukturen ganz gezielt am Computer untersuchen", so Hahn. "Die so entwickelten Filtermedien testen wir dann anschließend unter Realbedingungen."

Das Ergebnis: Filtermedien mit optimalen Eigenschaften für spezifische Anwendungen.