Oval statt rund

Bei der Entwicklung der Staubfilter-Baureihe Downflo Oval 1 stellte sich Donaldson im Vorfeld die Frage, ob es vielleicht doch eine Alternative zur runden Bauform der Filterpatronen gibt. Sehr schnell förderten die Untersuchungen – in erster Linie computergestützte CFD-Strömungssimulationen – ein überraschendes Ergebnis zutage: Bei einem elliptischen Querschnitt des Filterelementes kann die effektive Filterfläche erhöht werden, ohne dass man mehr Filtermedium benötigt oder die Patronengröße erhöhen muss.

Dieses Ergebnis klingt zunächst erstaunlich, und es wäre auch nicht verständlich, wenn man nicht die Auswirkungen der Filterform auf die Gestaltung des Filtermediums erklären würde. Der elliptische Radius hat zur Folge, dass man eine reduzierte Faltentiefe des Mediums wählen kann: Statt 50 mm Faltentiefe bei einem Standard-Filterelement kann man ein Filtermedium mit 38 mm Faltentiefe verwenden. Daraus resultiert ein höherer Luftdurchsatz und somit eine höhere Filtrationsleistung; zugleich ist die Steifigkeit und die mechanische Festigkeit des Filtermediums höher.

Die verkürzte Faltenlänge ist deshalb vorteilhaft, weil sich die konventionellen 50-mm-Falten unter bestimmten Bedingungen gegenseitig berühren können. Dies kann zu Staubeinschlüssen führen, die den Differenzdruck erhöhen und eine wirksame Abreinigung verhindern. Auch fördert die Berührung der Falten den mechanischen Verschleiß des Filterelementes. Die 38 mm kurzen Falten hingegen sind so stabil, dass sie sich nicht berühren können. Aufgrund des größeren Faltenabstandes verbessern sich auch die Strömungsverhältnisse an den Patronen: Der Staub wird in den Falten, die einen großen Öffnungswinkel aufweisen, gesammelt, ohne dass es zu Einschlüssen oder Staubbrücken kommt. Auch gibt es in den ovalen Filterpatronen deutlich weniger „Hot spots“, d. h. Zonen mit sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten. Damit sind beste Voraussetzungen für einen niedrigen Differenzdruck und eine hohe Staubabscheidekapazität geschaffen. Dies sind ganz wesentliche Faktoren für einen wirtschaftlichen Betrieb des Filters.

Als Filtermedium des Downflo Oval 1 kommt das bewährte Ultra-Web zum Einsatz, das sich durch einen sehr guten Abscheidegrad von 99,999 % für 0,5-µm-Partikel auszeichnet. Eine Nanofaser-Schicht auf dem Medium gewährleistet, dass auch kleinste Partikel auf der Filteroberfläche abgeschieden werden. Das führt zur Bildung eines gleichmäßigen Staubkuchens, der sich zuverlässig und mit geringem Energieaufwand abreinigen lässt. Deshalb weisen Filter mit Ultra-Web-Medium auch nach langen Standzeiten noch sehr niedrige Differenzdrücke auf. Im Gegensatz dazu binden konventionelle Filtermedien auf Zellulose- oder Polyester-Basis den Staub auch im Innern der Filterschichten – mit dem Ergebnis, dass der Differenzdruck schnell ansteigt und der Staub nur sehr unzureichend abgereinigt wird. Deshalb weisen Filter mit Ultra-Web-Medium auch nach langen Standzeiten noch sehr günstige Differenzdrücke auf.

Zugleich gelang es, den Druckluft-Abreinigungsvorgang zu optimieren. Durch den Einsatz von Hochleistungs-Abreinigungsventilen stehen höhere Spitzendrücke zur Verfügung. Dadurch verbessert sich der Wirkungsgrad der Abreinigung um nahezu 30 %. Durch die verkürzten Filterfalten ist das Medium so stabil, dass auch bei sehr häufiger Abreinigung keine mechanischen Beeinträchtigungen auftreten. Damit verlängert sich die Standzeit der Filter.

Um die verbesserten Eigenschaften der elliptischen Filterpatronen optimal nutzen zu können, wurde ein entsprechendes Gehäuse entwickelt. Dabei wurde größter Wert auf geringe Strömungsgeschwindigkeiten gelegt – dies konnte u. a. durch konvexe Seitenwände erreicht werden. Die Gehäuse werden als installationsfertige Plug&Play-Lösung mit integriertem Steuergerät, Ventilator (fünf Ventilatorenmodelle stehen zur Auswahl), Schalldämpfer, Funkenvorabscheider und großem Staubauffangbehälter geliefert. Sie sind außerordentlich kompakt: Bei gleicher Größe ermöglichen die Gehäuse einen um rund 10 % höheren Luftdurchsatz.

Neben der höheren Leistung stand auch ein möglichst geringer Energieverbrauch ganz obenan im Pflichtenheft der Entwickler. In der Staubfiltration sind hier im Wesentlichen zwei Aspekte zu berücksichtigen. Der erste ist ein möglichst geringer Differenzdruck im Anfangszustand, aber auch – und das ist noch wichtiger – in beladenem Zustand. Denn je geringer der Differenzdruck, desto weniger Leistung muss aufgebaut werden, um den Luftstrom durch die Filter zu leiten.

Der zweite wesentliche Aspekt, der den Energieverbrauch des Filters bestimmt, ist die Abreinigung, die – wie bereits erwähnt – durch die Hochleistungsventile optimiert werden konnte: Obwohl die Abreinigung um rund 30 % effizienter arbeitet, wird dabei nicht mehr Energie verbraucht. Die höhere Effizienz wirkt sich zugleich positiv auf den Differenzdruck aus, der bei einem optimal abgereinigten Filter geringer ist. So stehen die beiden Aspekte – Differenzdruck und Effizienz der Abreinigung – in enger Wechselwirkung.

Mit diesen Eigenschaften erschließt sich den Downflo-Oval-1-Staubfiltern ein breites Einsatzspektrum. Donaldson bietet die Baureihe in 24 Baugrößen mit 8 bis 128 Filterpatronen an. Eine Vielzahl von Optionen erleichtert die Anpassung der Filter an den individuellen Anwendungsfall.

Auch die Servicefreundlichkeit wurde bei der Entwicklung dieser Staubfiltergeneration berücksichtigt: Schnellspannverschlüsse schaffen die Voraussetzung für einen schnellen Austausch der Filterpatronen.

cav 487