Wirksamer Schutz vor Feuchtigkeit

Jörg Rambow, Gernot Huckele, Rainer Stützel

Feuchtigkeit und Korrosion im Druckluftnetz führen zu Störungen in Steuerungen und Regelsystemen und bedeuten eine z. T. erhebliche Beeinträchtigung in Produktionsabläufen. Metallische Teile, die ständig oder auch nur ab und zu mit feuchter Druckluft oder mit Kondensat in Berührung gekommen, korrodieren unweigerlich. Ausschlaggebend dafür sind relative Luftfeuchtigkeiten der Druckluft über 40% (Abb. 1).

In den meisten Fällen wird zur Vermeidung dieser Störungen Druckluft getrocknet, in der Regel durch Druckluft-Kältetrockner. Der erreichbare Drucktaupunkt des Druckluft-Kältetrockners liegt zwischen 3 °C und 5 °C, womit der Wasserdampfgehalt der Druckluft zwischen ca. 6 g/m³ und 7 g/m³ liegt. Das bedeutet aber auch, daß selbst bei Raumtemperatur und bei Trocknung der Druckluft ausreichende Potentiale zur Korrosionsbildung bestehen, denn bei Raumtemperaturen zwischen 18 °C und 21 °C liegt Druckluft mit diesem Wasserdampfgehalt an der Schwelle der 40%-Marke. Wenn nachts oder in den kalten Jahreszeiten die Räume auskühlen, steigt die relative Feuchte in der Druckluft und die Bedingungen für eine Korrosionsbildung verbessern sich wesentlich.

Ein weiteres bekanntes Drucklufttrocknungsverfahren ist der Einsatz von Adsorptionsmitteln, z. B. in kaltregenerierten Adsorptionstrocknern oder Einweg-Adsorptionstrocknern (Trocknerkartuschen). Beide Systeme weisen in der Praxis unangenehme Nebenwirkungen auf. Einwegkartuschen lassen sich nach einer Feuchtigkeitsbelastung nicht regenerieren. Bei hoher Beladung stellt sich die Frage, ob es preisgünstiger ist, die Trocknerkartusche zu wechseln oder gleich Ventile und Zylinder zu tauschen. Beim kaltregenerierten Adsorptionstrockner stellen sich ähnliche Probleme. Die Lebensdauer des Adsorbers ist begrenzt, zusätzliche Kosten für Vor- und Nachfiltrierung entstehen. Der zyklische Wechsel der Adsorber verursacht eine nicht unbeträchtliche Geräuschbelastung, weiterhin wird ein großer Anteil erzeugter Druckluft zur Regeneration verbraucht.

Für die beschriebenen Anwendungsfälle bei der Teilstrom- oder Endstellentrocknung sind Drypoint-Membrantrockner sehr gut geeignet. Neben dem Membranmodul gehört zum Membrantrockner ein Vorfilter mit Kondensatableiter zur Abscheidung des anfallenden flüssigen Kondensats, sowie in manchen Anwendungen auch ein Mikrofilter mit Kondensatableiter, um Ölnebel zurückzuhalten (Abb. 2).

Im Gegensatz zu den bekannten Drucklufttrocknungsverfahren arbeitet der Drypoint-Membrantrockner mittels Diffusionsausgleich (Abb. 3). Gefilterte, noch feuchte Druckluft, durchströmt im Modul ein Bündel hochselektiver Hohlfasermembranen (1). Am Ausgang des Modules wird ein geringer Teilstrom der Druckluft abgezweigt und entspannt (2). Dieser als Spülluft bezeichnete Teilstrom umströmt außen die Membranen. Durch die Entspannung auf atmosphärischen Druck ist die Spülluft wesentlich trockener als die in den Hohlfasern befindliche Druckluft. Da die Membran für Wasserdampf durchlässig ist, erfolgt ein Konzentrationsausgleich des Wasserdampfes: Wasserdampf aus der feuchten Druckluft diffundiert in die trockenere Spülluft (3). Die mit Feuchtigkeit angereicherte Spülluft wird in die Umgebung abgeführt, wobei kein Kondensat anfällt.

Der Prozeß läuft kontinuierlich ab. Ständig wird Druckluft nachgeführt sowie Spülluft erzeugt, ebenso kontinuierlich verläuft der Konzentrationsausgleich des Wasserdampfes durch die Membran. Auf diese Art und Weise läßt sich die Druckluft kontinuierlich trocknen. Es entsteht eine frei wählbare Drucktaupunktabsenkung bzw. Reduzierung des Wasserdampfgehaltes zwischen Eingangs- und Ausgangsseite des Moduls.

Membrantrocknern wird durch den Spülluftverbrauch ein hoher Energiebedarf nachgesagt. Dies war zweifellos vor Jahren in der Anfangsphase richtig, als nur niedrigselektive Membranen zur Verfügung standen. Bei diesen Membranen diffundiert die Spülluft durch die Membran hindurch. Die Spülluftmenge ist somit eine druckabhängige Materialkonstante. Es ist unmöglich, durch technische Elemente den Spülluftstrom zu beeinflussen und beispielsweise durch Anlagenkomponenten zu steuern.

Im Gegensatz dazu stehen die hochselektiven Drypoint-Membranen. Hier läßt sich der Spülluftanteil und somit der erforderliche Drucktaupunkt der jeweiligen Anwendung optimal anpassen. Dies wird durch eine am Modulausgang befindliche Spülluftdüse ermöglicht. Da die hochselektiven Drypoint-Membranen nur Wasserdampf durchlassen, sind sie auch für Atemluftanwendungen geeignet, da sie die Zusammensetzung der Luft nicht verändern. Für den Betreiber ergibt sich daraus eine neue Denkweise bei der Taupunktbestimmung. Während Kältetrockner und Adsorptionstrockner in Abhängigkeit vom Trocknungsmittel festliegende Taupunkte erzielen, kann mit dem Membrantrockner eine optimale Anpassung auf die tatsächlichen Forderungen des Anwendungsfalles vorgenommen werden. Dabei handelt es sich nicht um ein zeitlich begrenztes Funktionsprinzip, sondern um ein System, das konstant über viele Jahre zuverlässig arbeitet. Weitere Vorteile der Drypoint-Membrantrockner sind:

• verschleiß- und wartungsfreie Trocknermodule garantieren trockene Druckluft über viele Jahre hinweg,

• durch kompakte Bauweise einfacher, lageunabhängiger Einbau bei geringem Platzbedarf,

• keine belastenden Trockungsmittel wie FCKW oder FKW erforderlich,

• sofortige Verfügbarkeit getrockneter Druckluft auch bei intermittierender Abnahme.

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