Gegen Stress gefeit

Horst Singer, Jörg Rambow

Wie ein roter Faden zieht sich der Aspekt Betriebssicherheit durch das gesamte System einer Druckluftanlage – vom Kompressor über die verteilenden Leitungen bis hin zur Abnahmestelle an Druckluftzylindern, -motoren oder -ventilen. Vor allem dort, wo es auf besondere Reinheit der Druckluft ankommt, hat sie entsprechende Checkpoints wie Wasserabscheider, Partikel-, Koaleszenz- und Adsorptionsfilter zu passieren, an denen Feststoffe, Aerosole, Feuchtigkeit, Öldämpfe und Gerüche zuverlässig ausgesondert werden. Im Hochdruckbereich ab ungefähr 50 bar sind diese Filter – in erster Linie deren Gehäuse – besonderem Stress ausgesetzt. Dies liegt zum einen am hohen Druck selbst, zum anderen aber auch an den Auswirkungen weiterer im System agierender, spezifischer Komponenten, beispielsweise an der Pulsation der Kolbenkompressoren.

In den Clearpoint-Hochdruckfiltern PN50 hat Beko Technologies verschiedene konstruktive Maßnahmen für einen höheren Schutz von Mensch und Maschine umgesetzt. Äußerlich unterscheiden sich die Hochdruckversionen, die für einen Betriebsdruck von 50 bar ausgelegt sind, lediglich durch eine eher unauffällige Modifikation von den übrigen Ausführungen der Filter- und Wasserabscheiderserie – durch zusätzliche Stege im Filterkopf. Diese dienen zur Materialverstärkung und zur Festigung der Konstruktion, wodurch eine insgesamt deutlich höhere Belastbarkeit des Filterkopfes erreicht wird.

Neue Wege beschreiten die Hochdruckfilter auch bei der Verbindung von Filterkopf und -gehäuseunterteil: Sie erfolgt statt über das übliche Trapezgewinde über ein Feingewinde. Durch dessen größere Anzahl von Windungen wird die erforderliche Tragkraft des Gewindes erreicht. Die Gehäuse selbst würden mühelos auch die sehr hohen Anforderungen des in den USA geltenden ASME-Regelwerks (ASME = American Society of Mechanical Engineers) erfüllen. Danach haben Hochdruckfilter einem fünffach höheren Druck standzuhalten als für ihren realen Einsatzzweck vorgesehen. Im Falle Clearpoint Hochdruckfilter PN50 sind dies immerhin 250 bar.

Ein Problem für Filter in Hochdrucksystemen verursachen die eingesetzten Kolbenkompressoren selbst. Sie produzieren einen pulsierenden Volumenstrom, der zu spürbaren Vibrationen im Rohrsystem führt. Daraus wiederum resultiert das Risiko, dass sich der Filterkopf lockert und schlimmstenfalls sogar vom Gehäuseunterteil löst. Zumindest jedoch erhöht sich die Wahrscheinlichkeit von Leckagen. Clearpoint ist dagegen mit einem Verschlussmechanismus gesichert, der ein Öffnen durch Vibration verhindert. Das Verschlusssystem bietet auch bei der Wartung zusätzlichen Schutz. Versucht man den Schieber bei unter Druck stehendem Gehäuse zu bewegen, so ertönt bei Lösen der Schraube ein akustisches Warnsignal.

Mit ihrer Auslegung auf einen Druck von 50 bar fügen sich die Beko-Hochdruckfilter ideal in das Anforderungsprofil von PET-Anwendungen ein, wie sie unter besonders strengen Vorgaben vor allem bei der Lebensmittelverpackung und der Medikamentenkonfektionierung erfolgen. Hier, wo die Druckluft zwangsläufig mit Nahrungsmitteln oder Medikamenten in Berührung kommt, existieren besonders hohe Qualitätsansprüche. Dennoch muss der Druckluftnutzer in wesentlichen Punkten des Anwendungsprozesses mehr auf Vertrauen denn auf Gewissheit setzen. Denn für die Qualität der Druckluft selbst existieren zwar einzelne Richtlinien und eine Norm nach ISO 8573.1. Doch in keinem einzigen Punkt wird die Qualität der zu verwendenden Filter definiert – eine möglicherweise folgenschwere Lücke im Sicherheitssystem des Anwenders. Beispielsweise emittieren einige Filtermedien selbst Schadstoffe, die dann bis zur Abnahmestelle gelangen und dort zu Qualitätsverlusten, Fertigungsfehlern und gesundheitsrelevanten Beeinträchtigungen führen. Oder gasberührte Teile des Filters verfügen statt über einen Korrosionsschutz lediglich über eine Chromatierung. Deshalb bilden sie eventuell Rostpartikel aus, die ebenfalls über den Luftstrom verteilt werden. Derartige Risiken sind in Hochdrucksystemen naturgemäß stärker ausgeprägt als in normalen Druckluftsystemen. Die sicherheitsoptimierten Beko-Filter nehmen sich auch dieser Themen an. Beispielsweise können sie mit Nanofilterelementen bestückt werden, die in ihrer Wirksamkeit die für die Lebensmittelverarbeitung laut ISO 8573.1 definierte Reinheitsklasse 1 um das Vielfache übertreffen. Konkret werden Schmutzpartikel >0,01 µm sowie Öl in Konzentrationen >0,001 mg/ m³ zuverlässig ausgefiltert. Wie die Nanofilter erweisen sich auch bereits die Standard-Filterelemente als besonders standfest. Ihre Nadelfilz-Drainageschicht ist thermisch beständig bis 120 °C, mechanisch belastbar und chemisch resistent. Verbunden mit der stabilen Konstruktion des Filterelements ist ein Aufblähen oder Reißen der Drainageschicht nicht möglich – ein im Hochdruckbereich wesentlicher Faktor, da hier der Wechsel von atmosphärischem auf extremen Betriebsdruck besonders schnell und drastisch erfolgt.

Der unter Hochdruck zugeführten Luft sollte bereits beim Eintritt in das Filtergehäuse möglichst wenig Widerstand entgegengesetzt werden. Herkömmliche Filterlösungen denken an diesem Punkt meist „um die Ecke“: Am Filterkopf ist der Druckluftanschluss in der Regel vertikal und der Elementanschluss horizontal aufgebohrt – die Strömungsführung erfolgt dadurch in einem 90°-Winkel. Logische Folge sind Verwirbelungen, Stauungen und der Aufbau eines erheblichen Strömungswiderstandes. Eine Reduzierung dieses Strömungswiderstandes um 75 % bieten dagegen Filter mit aerodynamisch günstig geformten Rohrbogen. Sie ermöglichen der Druckluft ein störungsfreies „Kurvenverhalten“ bei Eintritt in das Filtergehäuse – mit geringstmöglichem Bremseffekt und ohne Staugefahr.

Die Gehäuse von Hochleistungsdruckluftfiltern müssen zuverlässige Resistenz gegen eine enorme Bandbreite von materialschädigenden Einflüssen aufweisen. Das gilt nicht nur für die mechanische Belastbarkeit der äußeren Hülle, sondern vor allem für die Beständigkeit der innen liegenden gasberührten Teile. Sie sind es, die im Betrieb praktisch ununterbrochen Staub, Schwefeldioxid, Kohlenmonoxid, Stickoxiden oder organischen Verbindungen ausgesetzt sind. In Kombination mit Wasser entstehen schnell aggressive Säuren. Diese wiederum greifen die Beschichtungen der gasberührten Teile an und bereiten das Feld für folgenschwere Korrosionen. Dabei gilt: Je rauer die Oberfläche strukturiert ist, umso mehr Angriffsfläche bietet sie den einwirkenden Schadstoffen. Da die Filterelemente zudem in aller Regel von innen nach außen durchströmt werden, würden an der Gehäuseinnenwand entstehende und abgelöste Rostpartikel ungehindert in das nachfolgende Druckluftsystem geblasen – möglicherweise bis hin zu den Verbrauchsstellen.

Entscheidend für die Widerstandsfähigkeit – und damit für die Wirtschaftlichkeit und Prozesssicherheit des Hochdruckfilters – ist daher sein Oberflächenschutz, und zwar dessen Zusammensetzung und Aufbau. Als Basismaterial von Filtergehäusen hat sich in der Drucklufttechnik Aluminium fest etabliert – soweit unterscheidet sich das Ausgangsmaterial also kaum. Entscheidend ist jedoch dessen Versiegelung. Hier reicht die Qualitätsspanne vom ungeschützten Aluminium über die Chromatierung und KTL-Beschichtung bis hin zu innen vollständig eloxiertem und außen zusätzlich pulverbeschichtetem seewasserbeständigem Aluminium. Diese Ausführung bietet rundum perfekten Korrosionsschutz, gepaart mit maximaler Oberflächenglätte im Filterinneren.

Auch wenn die Beschichtung der gasberührten Teile des Filtergehäuses in erster Linie dem Korrosionsschutz und damit der Betriebssicherheit dient, gilt es in diesem Zusammenhang auch auf die Feinheit der Oberflächenstruktur zu achten. Selbst eine optisch und taktil kaum wahrnehmbare Rauigkeit führt an der Filterinnenwand zu kleinsträumigen Luftverwirbelungen, die zu einem messbaren Druckabfall führen.

Grundsätzlich hat die Kondensatabscheidung einen wesentlichen Anteil am Filtrationsergebnis. Wenn Filter und Ableiter nicht zuverlässig als Einheit funktionieren, besteht die Gefahr, dass mitgerissenes Kondensat die Druckluft verunreinigt. Beim Clearpoint-Filter stellt der Bekomat 12 PN 63, ein für Hochdruck ausgelegter elektronisch niveaugeregelter Kondensatableiter, serienmäßig die kontinuierliche Überprüfung der Kondensatabscheidung sicher.

cav 446

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