Anwender verbessert ein Elektret-Filtermedium mit der Software GeoDict, visualisiert durch Filterprodukte wie HEPA-Filter und Gesichtsmaske sowie ein technisches Datenblatt auf einem Tablet

Fortschrittliche Filtertechnologie: Simulationen physikalischer und elektrostatischer Filter

Wissenschaftlich validiert in Kooperation mit dem IUTA-Institut.

Bei der Konstruktion von Filtern müssen konkurrierende Anforderungen gegeneinander abgewogen werden: Erzielung einer hohen Filtereffizienz bei gleichzeitig geringem Luftströmungswiderstand. Weitere Herausforderungen sind Materialkosten, Fertigungstoleranzen und langfristige Leistungsfähigkeit. Die Simulation bietet eine leistungsstarke Lösung, indem sie Folgendes ermöglicht:

  • Vorhersage der Filterleistung für verschiedene Morphologien
  • Schneller Vergleich von Konstruktionsalternativen
  • Reduzierung kostspieliger Trial-and-Error-Experimente
  • Einblick in mikroskopische Mechanismen, die die Partikelabscheidung steuern
  • Validierung der Versuchsergebnisse mit den Simulationsergebnissen.

Was bedeuten diese Ergebnisse für GeoDict-Anwender?

Die Funktionalität von GeoDict kann zur Modellierung von Elektretfiltern angepasst werden, die aufgrund ihrer hervorragenden Filterleistung in der Industrie häufig eingesetzt werden. Diese Filter funktionieren durch elektrostatische Wechselwirkungen zwischen geladenen Fasern und Partikeln. Eine genaue Leistungsvorhersage erfordert spezielle Simulationswerkzeuge. Die Initiative ElekSim, die vom Zentralen Innovationsprogramm für KMU in Deutschland unterstützt wird, entwickelt eine maßgeschneiderte Simulationsplattform für Elektretfilter. Diese ermöglicht eine effektivere und präzisere Konstruktion und Optimierung von Filtermedien. In Zusammenarbeit mit der IUTA werden im Rahmen des Projekts verschiedene Partikelbelastungsbedingungen und Faserentladungsverhalten integriert und validiert.

Dr. Philipp Eichheimer

Head of Filtration Business

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Dr. Dominik Michel

Application Engineer
for Consulting and Projects

Dr. Majid Vafaeezadeh

Application Engineer
for Consulting and Projects

Dr.-Ing. Andreas Stiefelmaier

Software Engineer

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Teil 1: Segmentierung

Experimentelle Bilder in digitale 3D-Materialien umwandeln

GeoDict wandelt 3D-Bilder realer Filter, die mittels Mikro-CT- oder FIB-SEM-Analysen gewonnen wurden, in digitale Materialien um. Somit bildet die reale Filterstruktur die Grundlage für alle nachfolgenden Filtrationsanalysen und -simulationen. Verschiedene Proben mit jeweils einzigartigen Formen und Morphologien werden für die Simulation getestet (Filtermedien A–E).

Folgende Module kamen zum Einsatz


Teil 2: Physikalische Filtration

Physikalische (nicht elektrostatische) Trennung der Partikel

Die physikalische Filtration basiert auf der geometrischen Struktur von Fasern und Poren, um Partikel mechanisch einzufangen. Zu den wichtigsten Faktoren zählen der Faserdurchmesser, die Packungsdichte und die Porenmorphologie.

Folgende Module kamen zum Einsatz


Teil 3: Elektrostatische Filterung

Die elektrostatische Filtration verbessert die Partikelabscheidung durch elektrostatische Kräfte. Geladene Fasern ziehen feine Partikel an und halten sie zurück, die sonst durch physikalische Poren entweichen würden. Sowohl bei physikalischen als auch bei elektrostatischen Simulationen nimmt die Simulationszeit mit der Größe des ausgewählten Teilvolumens des Segments zu.

Folgende Module kamen zum Einsatz


Die GeoDict Lösung für Elektretfilter

Das GeoDict-Paket umfasst neben der GeoDict Base alle notwendigen Module für die Forschung und Entwicklung von Elektretfiltern und die Analyse von elektrostatischen Einflüssen auf Filtermedien.

Modulempfehlungen

Bildverarbeitung & Bildanalyse ImportGeo-Vol
Charakterisierung & Analyse FiberFind-AI
Modellierung & Design FiberGeo
Simulation & Vorhersage FilterDict FlowDict

Welche Module für Sie am besten passen, ist abhängig von der Art Ihrer Anwendung.

Danksagung

Wir bedanken uns beim Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) und dem Institut für Umwelt & Energie, Technik & Analytik e.V. (IUTA).