Filter setzen Akzente

Stefaan Kennis, Ludger Mintert

Druckluft ist neben Strom, Wasser und Gas der meist genutzte Energieträger in der Industrie. Bei der Aufbereitung von Druckluft, die in der Chemie zu einem großen Anteil als Prozessluft genutzt wird, spielt die Filtrationstechnik eine ganz entscheidende Rolle. Denn hier ergeben sich bedeutende Energieeinsparpotenziale, da die Gesamtzahl der Druckluftfilter hinter den Kompressoren, vor und hinter den Drucklufttrocknern und dezentral an den Verbrauchsstellen sehr zahlreich sein kann.

Seit über einem Jahr sind jetzt die Druckluftfilter von Donaldson auf dem Markt. Mit ihrem Einsatz kann eine erhebliche Senkung der Energiekosten erreicht werden, sodass ein Return of Invest in weniger als 12 Monaten möglich ist. Mit der Einführung dieser Filtergeneration ergeben sich grundlegend veränderte Kriterien für die wirtschaftliche Bewertung der Druckluft- und Gasfiltration. Mit jedem dieser Energiesparfilter kann der Anwender eine drei- bis vierstellige Euro-Summe an Energiekosten pro Jahr sparen. Darüber hinaus werden Montage und Service durch eine spezielle Konstruktion des Filtergehäuses wesentlich vereinfacht und damit für den Betreiber effizienter gestaltet. Die Vorteile des neuen Donaldson Industriefilters werden durch eine objektive Untersuchung der Leistungsdaten gemäß ISO 12500-1 bestätigt. Diese ISO-Norm dient dem Zweck, Leistungsdaten von Druckluftfiltern nach einheitlichen Kriterien zu messen. Für den Anwender werden die Leistungsangaben dadurch transparent und vergleichbar.

Es wird heute vom Druckluftanwender vorausgesetzt, dass der Filter eine hohe Rückhalterate garantiert und auch kleinste Partikel zuverlässig abscheidet. Wie kann man jedoch das gewünschte Qualitätsniveau für die Druckluft, die nach Qualitätsklassen in ISO 8573-1 definiert ist, möglichst wirtschaftlich erreichen? Der entscheidende Faktor ist hier der mittelbare Energieverbrauch, der durch den Differenzdruck entsteht. So muss der Anwender für 1 bar zusätzlichen Differenzdruck bei einer 7-bar-Anlage bis zu 10 % zusätzliche Energie investieren. Dies verursacht z. B. bei 100 kW installierter Kompressorleistung, einer Auslastung von 8000 Betriebsstunden pro Jahr und Energiekosten von 0,08 Euro/kWh Mehrkosten von 6400 Euro.

Auf der Suche nach Optimierungsmöglichkeiten zur Senkung des Differenzdrucks griffen die Donaldson-Entwickler auf ihre weltweiten Laboratorien zurück, in denen notwendige Tests von neuen Komponenten unter Praxisbedingungen durchgeführt werden konnten. Hierdurch wurden eine ganze Reihe von Stellschrauben zur Differenzdruckoptimierung definiert.

Eine wichtige Zielgröße für die Entwickler dieses Industriefilters war die Optimierung der Strömungsführung. Um bereits im Gehäuse den Differenzdruck zu minimieren, wurde bei der Konstruktion auf möglichst weiche Übergänge und Umlenkungen der Strömung innerhalb der Gehäuse geachtet. Umfangreiche Testreihen und Strömungsanalysen bildeten hierfür die Grundlage. Die strömungsoptimierte Konstruktion des Gehäuses wurde bei der Entwicklung der Filterelemente konsequent weiterverfolgt. In diesem Zusammenhang gewährleistet die gezielte Luftführung in das Element eine verwirbelungsfreie, gleichmäßige Anströmung des Filtermediums. Darüber hinaus kommt ein Filtermedium zum Einsatz, das Öl und Wasser bereits frühzeitig abweist und abführt. Somit wird eine große Oberfläche für die Rückhaltung von Partikeln und Flüssigkeitsaerosolen verfügbar gehalten. Für den Anwender hat dies den Vorteil der langen Filterstandzeiten bei gleichbleibend niedrigem Differenzdruck.

Neben der veränderten Gehäuse- und Element-Konstruktion wurde auch die Anordnung des Filtermediums im Stützmantel umgestaltet. Hier kommt ein Plissierverfahren zum Einsatz, das auf die Optimierungen von Plissierhöhe und die Anzahl der Plissierungen abzielt. Dadurch wird eine große Filterfläche mit hoher Partikelaufnahmekapazität zur Verfügung gestellt. Das Filtervlies selbst wird aus feinsten Borosilikatfasern in gleichbleibend hoher Qualität hergestellt, was wesentlich zum geringen Differenzdruck über die gesamte Filterlebensdauer beiträgt.

Die quantitativen Ergebnisse der Entwicklungsarbeit sind überzeugend: Der Druckverlust konnte um rund 50 % gesenkt werden. Weisen marktübliche Filter einen Druckverlust von 450 bis 500 mbar in benetztem Zustand auf, so sind es bei den Donaldson Industriefiltern nur 250 mbar. Diese Halbierung bedeutet für den Anwender große Einsparungen. Bei einer Durchflussleistung von 1100 m³/h spart der Betreiber pro Jahr mehr als 1500 Euro an Energiekosten, wenn der Differenzdruck nur um 200 mbar geringer ist – dies ist ein Mehrfaches der Kosten des gesamten Filters. Somit amortisiert sich die Investition selbst beim Austausch eines vorhandenen Filtergehäuses innerhalb weniger Monate.

Die Gesamtkosten sind für den Anwender aber nicht nur niedrig, sie werden durch die Integration des Economizers in den Filterkopf auch kalkulierbar. Der Economizer erfasst regelmäßig den verursachten Differenzdruck, vergleicht die damit einhergehenden höheren Energiekosten mit den Kosten des Filterelements und errechnet über einen integrierten Prozessor den günstigsten Zeitpunkt für den Filterwechsel. Dieser Wechselzeitpunkt wird dem Anwender über eine Leuchtdiode angezeigt, zudem kann ein entsprechendes Signal über eine universelle 4…20 mA-Schnittstelle an eine Leitwarte übermittelt werden.

Die Industriefilter sind universell einsetzbar. Mit insgesamt neun Baugrößen deckt die Druckluftfiltergeneration das komplette Leistungsspektrum von 35 bis 1100 m³/h Durchfluss und somit die marktüblichen Kompressorleistungen zwischen 2 und 120 kW ab. Es stehen verschiedene Filtermedien je nach Anwendungsbereich zur Verfügung, von Staubfiltration über Vorabscheidung, Fein-, Mikro- und Submikrofiltration.

Wie groß die Entwicklungspotenziale in der Filtrationstechnik sind, beweist auch die Powercore-Entstaubungstechnologie, die viele Anwendungsmöglichkeiten in der Chemieproduktion findet. Im Bereich der konventionellen Entstaubungstechnik sind die Donaldson Torit DCE-Anlagen mit der Powercore-Technologie um bis zu 70 % kleiner. Wie bedeutsam diese Entwicklung ist, macht ein Beispiel deutlich: Für eine Entstaubungsanlage, die bisher mit 81 Schlauchfiltern von 2,40 m Länge ausgestattet werden musste, werden jetzt nur noch 12 Powercore-Filter-Packs benötigt. Zwei wesentliche Entwicklungen haben zu dieser Leistungssteigerung geführt. Als Hersteller von Ansaugfiltern für Schwerlastfahrzeuge war es Donaldson möglich, die Erfahrungen aus diesem Anwendungsbereich auf die Entstaubungstechnologie zu übertragen. Die Powercore-Filter-Packs kombinieren dabei aktuelle Erkenntnisse der Filtermedienverarbeitung mit der patentieren Ultra-Web-Nanofasertechnologie. Das Filtermedium – in der Formgebung den Ansaugfiltern ähnlich – wird in einem wellenartigen Kanal geformt und so geschichtet, dass eine feste, robuste Struktur entsteht. Durch die abgerundete Form der Powercore-Filter-Packs und den Einsatz des Ultra-Web-Filtermediums gelingt es, eine höhere Staubkonzentration auf der Oberfläche der Gewebekanäle zu erzielen, als dies mit konventionellen Gewebefiltern aus tiefenbelastetem 540 g/m2-Standardpolyester möglich ist. Diese hohe Oberflächen-Filtrationsleistung, kombiniert mit einer patentierten Impulsabreinigungstechnik, ist der Schlüssel zur langen Filterstandzeit. Dies und die optimale Strömungsführung ermöglichen die hohe Leistungssteigerung auf kleinstem Raum bei geringsten Druckverlusten und minimiertem Energieaufwand.

Für die hohe Filtrationsleistung ist die Ultra-Web-Nanofasertechnologie verantwortlich. Das Filtergewebe besteht aus Nanofasern, die in einem Elektrospinnverfahren erzeugt werden. Auf diese Weise entstehen sehr feine, regelmäßige Fasern mit Durchmessern von nur 0,2 bis 0,3 µm. Daraus wird wiederum ein widerstandsfähiges, gewebeartiges Netz mit Faserzwischenräumen gebildet, die deutlich kleiner sind als bei konventionellen Filtermedien. Das hat den Vorteil, dass Partikel im Submikro- und Mikrobereich schon an der Fil-teroberfläche zurückgehalten werden und sich nicht erst in der Tiefe des Filtermediums absetzen. Beim Einsatz der Powercore-Filter-Packs zeigt sich, wie vorteilhaft dies für das Abreinigungsverhalten ist.

Die seit Jahrzehnten erhobene Forderung der Industrie nach einfacherer und servicefreundlicherer Wartung von Entstaubungsanlagen wird mit der Entwicklung von Powercore erfüllt: Nicht nur durch das extreme Downsizing, sondern auch durch den einfachen Filteraustausch.

Hannover Messe: Halle 26, Stand D55

Online-Info www.cav.de/0409438