Kein Durchkommen für Rußpartikel

Foto: Simulation der neuen Software

Rußpartikelfilter bahnen sich langsam einen Weg in die Serienproduktion - die meisten Autohersteller bauen sie bei Dieselfahrzeugen bereits mit ein, um die Feinstaubemissionen zu minimieren. Bislang benötigen Entwickler Testreihen, um herauszufinden, ob bestimmte Filter gesundheitsschädliche Partikel am effektivsten herausfischen oder wie sich geometrische Details des Filtermaterials auf die Filtereigenschaften auswirken. Denn von jedem Filter stellen sie einen Prototypen her, der im Praxistest zeigen muss, was er kann. Die Zahl der Test-Filter ist groß - sie kann in die Hunderte gehen.

Eine neue Simulationssoftware könnte die Zahl der benötigten Prototypen und somit die Entwicklungszeit und -kosten in Zukunft verringern und dabei mehr leisten: "Mit unserer 3-D-Simulation FilterDict erhält man erstmals die volle Information über die Filtervorgänge, die über praktische Tests oft nicht zugänglich ist", sagt Stefan Rief, Simulationsentwickler am Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in Kaiserslautern. "So können wir etwa simulieren, wie schnell und weit Partikel in den Filter eindringen und das für beliebige Filtermaterialien."

Als Ausgangsgrößen benötigt FilterDict das Filtermaterialmodell aus dem Mikrostrukturgenerator GeoDict, verschiedene physikalische Größen, sowie die Größenverteilung der Partikel. Je nach Filtermaterial können zudem weitere Parameter berücksichtigt werden, bei Faserfiltern etwa die Richtung der Fasern. Das Programm berechnet aus diesen Informationen die Bahn der Rußteilchen durch die Filtermedien, und zwar für jedes der Milliarden Partikel einzeln. "Mit Hilfe der Simulation können wir erkennen, wo im Filter sich welche Rußmenge ablagert. Wir optimieren das Design des Filters im Hinblick auf lange Regenerationsintervalle, geringen Kraftstoffverbrauch und hohe Motorleistung", erklärt Rief.

Den ersten Praxistest hat das Simulationsprogramm bereits bestanden: Gemeinsam mit Kollegen von Bosch untersuchten die Wissenschaftler zwei verschiedene Dieselrußpartikelfilter mit und ohne Faserauflage experimentell und verglichen die Ergebnisse mit denen der Simulationen.

COMPAMED.de; Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft