Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWMSituationen, in denen wir uns einfach nur saubere Luft wünschen, kennen wir alle spätestens seit der COVID 19 Pandemie. Diese Zeit hat das Bewusstsein der Menschen dafür gesteigert, sich besser vor Umwelteinflüssen zu schützen. Um sich und andere aktiv zu schützen, werden in Zukunft auch die Produkte der DesCap GmbH eine Rolle spielen: Mit zwei integrierten Lüftern und wechselbaren speziellen Filtereinheiten ist die DesCap in der Lage, Viren und Bakterien, aber auch Pollen, Sporen und unterschiedliche Staubarten zurückzuhalten. In der laufenden Kooperation mit der DesCap GmbH unterstützen unsere Expertinnen und Experten mithilfe von Simulationen beim Optimieren des Designs der Gesichtsvisiere.
Gesichtsschild DesCap Bühne
Die Einsatzgebiete der DesCap Gesichtsvisiere sind vielfältig. Überall, wo Menschen zusammenkommen, kann die DesCap die tragende Person mit gereinigter Luft versorgen und sie schützen, sei es an Flughäfen, in Kliniken oder Praxen. »Ein paar Zentimeter gereinigte Luft vor dem Gesicht reichen« – so lautet der Leitspruch der DesCap GmbH und Basis für die Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer ITWM.
© freepik / Fraunhofer ITWM
Simulationen optimieren das Design von aktiv belüfteten Gesichtsvisieren
Kooperation mit DesCap GmbH: Filterfunktion mithilfe von Mathematik verbessern
»Als die Corona-Pandemie begann wurde uns klar: man kann nicht dauerhaft ganze Räume, Häuser oder Verkehrsmittel von allen Schadstoffen aus der Luft frei halten. Aber ein paar Zentimeter gereinigte Luft vor dem Gesicht reichen schon aus, um sich und andere besser zu schützen. Aus dieser Idee heraus begann die Entwicklung der DesCap Produkte«, so Sönke Mestemacher, Gründer und Geschäftsführer der DesCap GmbH. Mit diesem Ansatz arbeitet das Team des Start-up-Unternehmens auch seit Herbst 2023 gemeinsam mit unseren Forschenden an Machbarkeitsstudien, um das Design für das Produkt zu optimieren und damit den höchstmöglichen Wirkungsgrad zu erreichen.
Unsere Expertise und Simulationen optimieren das Produkt
Unsere Forschenden entwickeln einen dynamischen Simulator, der das Ausbreiten der Luft virtuell berechnet und dabei die Filter- sowie Materialeigenschaften berücksichtigt. Das Team greift dabei auf langjährige Expertise im Schwerpunkt Simulation von Filtrationsprozessen sowie der Ausbreitung von Aerosolen zurück. Die Ergebnisse der mittels unserer Simulationssoftware durchgeführten dynamischen Strömungsszenarien fließen direkt in die Produktoptimierung ein.
»Wir haben bei unseren Durchführbarkeitsstudien mit einer Grundvariante des Produktes begonnen, bei der circa 68 Prozent saubere Luft innerhalb des direkten Luftraums vor dem Gesicht erreicht werden konnten. Inzwischen sind wir bei bis zum 96 Prozent. Das ist FFP2-Niveau«, so Dr. Christian Leithäuser, stellvertretender Leiter der Abteilung »Transportvorgänge« und beim Fraunhofer ITWM verantwortlich für das Projekt. »In diesem Fall sind kleine Anpassungen im Design entscheidend, um die Ergebnisqualität zu steigern. So wurden beispielsweise seitliche Abgrenzungen am Visier ergänzt und die Strömungsrichtung der Luft angepasst. Wir sehen virtuell, was verändert werden kann, um das Produkt in der Realität zu verbessern.«
Wie funktionieren die DesCap?
Die DesCap reinigt Atemluft mittels Filtertechnologie. Die aktiv eingeführte Außenluft wird durch die Filter gereinigt und durch speziell geformte Lüftungsschlitze in den Raum zwischen Gesichtsvisier und Gesicht geleitet. In Kombination mit dem im geschützten Design der DesCap explizit gerichteten Luftstrom wird zudem das Eindringen weiterer Umgebungsluft verhindert. Das transparente Visier erhält das Gesichtsfeld für die tragende Person aufrecht und schränkt weder verbale noch non-verbale Kommunikation ein. Zudem soll die ergonomische Bauform der DesCap eine lange Tragedauer ermöglichen, denn sie ist gewichtoptimiert und kann individuell auf die tragende Person angepasst werden.
Video: Simulationsstudie zur Optimierung der DesCap
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Vielfältige Einsatzgebiete der DesCap
Die Besonderheit der DesCap liegt in der Freiheit, die die tragende Person beim Benutzen hat. Sie ist so eine Bereicherung für unterschiedlichste alltägliche Situationen, in denen Menschen das Bedürfnis nach einem persönlichen, mobilen, sauberen Luftraum haben.
Das Unternehmen fokussiert aktuell auf zwei Anwendungsfelder:
Die »DesCap CARE« verwendet als Filtermedium auf H13 – die höchste Filterklasse bei Raumluftfiltration. Diese Filterung schützt effektiv vor einer Vielzahl von Viren und Bakterien wie beispielsweise auch Covid-19 und dessen Mutationen, aber auch vor Pollen, Sporen und Stäuben. Sie unterstützt damit in allen Bereichen des täglichen Lebens, in denen Menschen zusammenkommen oder in denen die Allergenbelastung der Luft besonders hoch ist. Das können beispielsweise Flughäfen, öffentliche Verkehrsmittel, hochfrequentierte Veranstaltungen aber auch Zeiten erhöhter Pollen- oder Feinstaubbelastung sein.
Die »DesCap WORK« dagegen kommt als persönlicher Schutz bei Menschen zum Einsatz, die bei der Arbeit oder im Privaten belastenden Mengen von grobem Staub oder ähnlichen luftverunreinigenden Partikeln ausgesetzt sind und gleichzeitig auch vom effektiven vollflächigen Gesichtsschutz des Produktes profitieren wollen.
Aktueller Stand und Ausblick der Zusammenarbeit
Das Projektteam bearbeitet gemeinsam eine ZIM-geförderte Durchführbarkeitsstudie. Das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) ist ein bundesweites, technologie- und branchenoffenes Programm. Mit dem ZIM sollen die Innovationskraft und damit die Wettbewerbsfähigkeit mittelständischer Unternehmen nachhaltig gestärkt werden. Es ist zudem geplant das Thema »VOC-Sensorgesteuerte Luftreinigung« (VOC steht für Volatile Organic Compounds/Flüchtige organische Verbindungen) gemeinsam für den medizinischen Sektor weiter zu erschließen.