Wie man Druckluft filtert

Was verunreinigt Druckluft? Druckluftqualität nach ISO 8573-1 Wie wird man Verunreinigungen in der Druckluft los? Die Wahl des richtigen Filters Vorsicht bei Druckverlusten Wo Druckluftfilter installiert werden sollten Messung von Verunreinigungen in der Druckluft

Was verunreinigt Druckluft?

Die in den Kompressor angesaugte atmosphärische Luft enthält drei Arten von Verunreinigungen:

• Feststoffpartikel: Bis zu 140 bis 150 Millionen Schadstoffpartikel in jedem Kubikmeter Luft, im Industriebetrieb sogar ein Vielfaches mehr. Die meisten dieser Verunreinigungen (80 %) sind kleiner als 2 μm und damit zu klein, um im Einlassfilter des Kompressors aufgefangen zu werden (dieser entfernt üblicherweise Partikel ab einer Größe von 25 μm).
• Öl gelangt sowohl bei kolben- als auch bei schraubengeschmierten Kompressoren in die Druckluft.
• Wasser – Wasserdampf in der Luft kondensiert nach der Abkühlung in den Rohrleitungen. Woher die Feuchtigkeit in der Luft kommt und wie man sie loswird, erfahren Sie im Artikel Warum und wie man Luft trocknet.

Verunreinigte Druckluft hat einen unangenehmen Geruch und wirkt sich zudem negativ auf den Zustand Ihrer Anlagen aus:

• Sämtliche Dichtungen verschleißen schneller und müssen häufig ausgetauscht werden.
• Auch die Ventile in den Steuerkreisen leiden.
• Verunreinigungen aus der Druckluft dringen in Schalldämpfer ein und verschlechtern deren Funktion.
• Öffnungen und Düsen verstopfen allmählich.
• Fertigprodukte und Produktionsanlagen werden beschädigt – Feststoffpartikel können Oberflächen zerkratzen usw.

Druckluftqualität nach ISO 8573-1

Leitfaden für die Druckluftqualität ist die Norm ISO 8573-1. Die Druckluftqualität wird in der Norm durch sieben Klassen von 0 bis 6 beschrieben (Tabelle 1): Jede Klasse hat einen vorgeschriebenen maximalen Gehalt an Feststoffpartikeln, Wasser und Öl. Für unterschiedliche Anwendungen und Durchflussraten werden verschiedene Reinheitsklassen gefordert.

Wie sauber muss die Druckluft für verschiedene Anwendungen sein?

Für unterschiedliche Anwendungsfälle legt die Norm ISO 8573-1 Qualitätsklassen fest, zum Beispiel ist für Werkstattluft die Qualität 4-4-5 vorgeschrieben. Diese dreistellige Zahl gibt die drei vorgeschriebenen Qualitätsklassen in dieser Reihenfolge an:

• Qualitätsklasse für Feststoffpartikel,
• Qualitätsklasse für Wasser (Taupunkttemperatur),
• Qualitätsklasse für Öl.

In Tabelle 2 sind die Druckluft-Qualitätsklassen für verschiedene industrielle Anwendungen aufgeführt.

Wie wird man Verunreinigungen in der Druckluft los?

Feststoffpartikel werden durch einen geeigneten Filter oder zwei bzw. mehrere hintereinandergeschaltete Filter aufgefangen. Die erste Barriere vor dem Eindringen von Feststoffpartikeln ist der Einlassfilter des Kompressors, der jedoch nur Partikel von 25 μm Größe entfernt. Weitere Filter werden vor oder nach den Trocknern installiert.

Öl – kann in Form von Aerosol oder Dampf in der Luft vorliegen. Aerosole werden durch einen hochwertigen Standardfilter aufgefangen. Öldampf wird durch einen Aktivkohlefilter zurückgehalten. Die Wirksamkeit und Lebensdauer der Aktivkohle wird durch die Temperatur der Druckluft und deren Feuchtigkeit beeinflusst.

Wasser wird der Druckluft durch einen geeigneten Trockner entzogen, der nach dem Kompressor geschaltet wird. Einzelheiten und praktische Tipps zur Lufttrocknung finden Sie im Artikel Warum und wie man Luft trocknet.

Bevor Sie Filter und Trockner kaufen, beantworten Sie folgende Fragen:

• Wie sauber muss die Druckluft für den Zweck sein, für den ich sie verwende?
  Die Anforderungen an Druckluft für den Einsatz in der Werkstatt zur Reinigung von Bauteilen oder im Baugewerbe sind völlig andere als beispielsweise für Messungen oder den pneumatischen Transport von Lebensmitteln. Die Qualitätsklassen für Ihre Anwendung finden Sie in der Norm ISO 8573-1 oder in Tabelle 2.
• Wie sauber muss die Druckluft sein, damit sie Zylinder, Ventile und andere Elemente im Verteilungsnetz nicht beschädigt?
  Verunreinigte Druckluft zum pneumatischen Antrieb von Manipulatoren, Kolben und Förderbändern darf kein Festfressen der Pneumatikzylinder, Verstopfen der Düsen oder andere Schäden an der Anlage verursachen.
• Wie sauber ist die Druckluft, die mein Kompressor liefert?
  Wenn die Luft aus dem Kompressor nicht der für die Anwendung erforderlichen Qualität entspricht, muss die Entscheidung für geeignete Filter oder Druckluftaufbereitungseinheiten getroffen werden.

Die Wahl des richtigen Filters

Geeignete Filter für Ihren Kreislauf wählen Sie aus einem breiten Angebot
hier

Orientieren Sie sich bei der Filterwahl an drei Parametern:

1. Erforderliche Luftqualität
   Welche Luftqualität Sie für Ihre Werkstatt oder Ihren Betrieb benötigen, ist in der Norm ISO 8573-1 festgelegt.
   Einige Anwendungsbeispiele finden Sie in Tabelle 2. Je nach Qualität wählen Sie den Filtertyp (Mikrofilter, Aktivkohlefilter...).
2. Luftdruck am Filtereingang
   Entsprechend dem Druck im Druckluftkreislauf wählen Sie das passende Filtermodell.
3. Leistung bzw. Volumenstrom der Luft
   Filter werden nach der durchfließenden Luftmenge dimensioniert. Diese Menge (Volumenstrom) ist ein grundlegender Parameter des Kompressors oder Trockners und wird als Leistung, Liefermenge oder Durchfluss bezeichnet.
   Sie wird in Litern pro Minute (l/min), manchmal aber auch in m3/Std. angegeben.
   Dies lässt sich leicht umrechnen: 1 m3/Std. = 16,67×1 l/min. Für den Volumenstrom werden viele andere Einheiten verwendet, etwa Liter pro Sekunde usw. Um Fehler bei der Umrechnung zu vermeiden, können Sie auch einen Online-Rechner verwenden.

Qualitätsklassen in Filterangeboten Bei der Auswahl muss darauf geachtet werden, dass die Luft nach der Filtration den Gehalt an Feststoffpartikeln und Öl aufweist, den unsere Anwendung erfordert. In Tabelle 2 finden Sie Ihre Anwendung und im Filterangebot den entsprechenden Filter dazu. Anbieter geben die Klassen in den Filterbeschreibungen an – in Abbildung 1 sehen Sie eine Übersicht der Filter des Unternehmens Kompresory vzduchotechnika.

Vorsicht bei Druckverlusten

Jeder Filter (wie auch jedes andere Gerät, z. B. ein Trockner oder eine Armatur) verursacht einen Druckabfall, was Geld kostet. Filtern Sie also nicht mehr als nötig.

Einen Druckverlust können wir zwar leicht durch einen erhöhten Druck am Kompressorausgang ausgleichen, aber nicht umsonst. Der Energieverbrauch steigt (um 6 bis 10 % bei einer Druckerhöhung um 1 bar) und leider steigt mit dem Druck auch die Temperatur der Druckluft, wodurch sich deren Feuchtigkeit erhöht.

• Vorfilter und Staubfilter mit grober Struktur der Filterelemente senken den Druck am wenigsten.
• Feinfilter zum Auffangen von Öl und Feuchtigkeit haben einen größeren Druckverlust.
• Im Kampf gegen den Druckverlust hilft auch der regelmäßige Austausch der Filtereinsätze. Ein zugesetzter Filter senkt den Druck stärker als ein sauberer.

Ein Differenzdruckmanometer gibt Auskunft...
Den Druckverlust können Sie an einem Differenzdruckmanometer kontrollieren, das bei einigen Filtern integriert ist.

Wo Druckluftfilter installiert werden sollten

• Vor der Ansaugung des Kompressors wird ein Einlassfilter installiert, der größere Feststoffpartikel ausfiltert, damit diese den Kompressor nicht beschädigen.

• Nach dem Nachkühler und dem Windkessel ist es ratsam, einen Grobfilter zu platzieren; dieser schützt den Trockner hauptsächlich vor Feststoffpartikeln.

• Nach einem Kältetrockner kann ein Feinfilter zur Entfernung des restlichen Kondensats nachgeschaltet werden.

• Vor einem Adsorptionstrockner muss ein Feinfilter vorgeschaltet werden, um ihn vor Ölkontamination zu schützen. Erst nach dem Trockner wird ein Staubfilter (Grobfilter) installiert.

Mikroporöse Filter mit regelmäßigen Poren (Vorfilter, Grobfilter)

Dieser Filtertyp fängt Feststoffpartikel aus der Druckluft vor dem Trockner auf. Er wird mit Feststoffpartikeln ab 3 μm fertig, jedoch nur minimal mit Öl, Wasser und feinen Partikeln. In den Filtern befinden sich auswechselbare Filtereinsätze – Hohlzylinder aus poröser Sinterbronze, Keramik, Polyethylen oder Polypropylen.

Mikrofilter mit ungeordneten Mikrofasern (Grobfilter) Wenn die Druckluft, die einen Kältetrockner durchlaufen hat, nicht ausreichend sauber ist, schalten wir nach dem Trockner einen Filter aus ungeordneten Mikrofasern nach, der den Ölgehalt in der Luft auf bis zu 0,01 mg/m³ senken kann und Feststoffpartikel größer als 0,01 μm zurückhält (Abbildung 2). Ölpartikel treffen auf die Glasmikrofasern und bilden größere Tropfen, die durch den Luftstrom zum äußeren Rand des Einsatzes in einen Schaummantel geleitet werden. Dort fallen die Öltropfen durch Eigenkraft auf den Boden des Filters.

Aktivkohlefilter (Feinfilter)

Nachdem die Druckluft Trockner und Filter durchlaufen hat, verbleiben noch Öldämpfe darin. Daher wird nach dem Mikrofilter ein Aktivkohlefilter geschaltet, der den Ölgehalt in der Luft auf bis zu 0,005 mg/m³ reduziert. Der Filter mit poröser Aktivkohle arbeitet nach dem Adsorptionsprinzip. Die Druckluft strömt durch die Aktivkohlefüllung, und die darin enthaltenen Kohlenwasserstoffe binden sich an diese.

Konstruktive Ausführung der Filter

Für den Anschluss sind Filter mit einem Gewinde oder Flansch versehen. Filter verfügen zudem über diese Elemente:

• Differenzdruckmanometer zur Messung des Luftdruckabfalls beim Durchgang
• Kondensatableiter - manuell oder automatisch.

Filter haben eine Farbmarkierung entsprechend ihren Parametern. Das Bedienpersonal sieht auf den ersten Blick, welcher Filtertyp im System installiert ist und welche Filtereinsätze benötigt werden.

Bei der Planung eines Filtersystems ist zu beachten, dass Filter oft in Trockner, Zyklonabscheider oder Windkessel und andere Geräte integriert sind.

Druckluftaufbereitungseinheiten

In Produktionsbetrieben begegnen uns sehr spezifische Anforderungen an die Druckluftqualität. In diesen Fällen sind Aufbereitungseinheiten sinnvoll. Diese Geräte enthalten üblicherweise Druckregler, Filter und Öler in einem einzigen Gerät, und es kann ein passendes Modell genau danach ausgewählt werden, welche Eigenschaften die Druckluft in Ihrem Betrieb haben soll.

Messung von Verunreinigungen in der Druckluft

Wie lässt sich prüfen, ob die Druckluft zu viele Verunreinigungen enthält? Zur Überprüfung der Reinheit dienen:

• Öldetektoren
• Feststoffpartikeldetektoren
• Tragbare Messstationen

Öldetektoren

Zur Bestimmung des Ölgehalts in der Druckluft werden Fotoionisationsdetektoren (PID – Photoionization Detector) verwendet.

Messprinzip Ein Fotoionisationsdetektor nutzt eine UV-Lampe, um die Moleküle der Messluft zu ionisieren*. UV-Strahlung ist nicht in der Lage, Moleküle normaler Luftbestandteile (Sauerstoff, Stickstoff, CO2, Argon, Wasser usw.) zu ionisieren. Sie kann jedoch zuverlässig Kohlenwasserstoffe ionisieren, welche Bestandteile von Ölen sind. Die Stärke des Ionenstroms (und damit des elektrischen Signals) ist direkt proportional zur Konzentration der ionisierten Moleküle. Das elektrische Signal wird verstärkt und auf dem Display als Gesamtölgehalt angezeigt. Diese Detektoren messen nur Luft ohne aggressive, korrosive, toxische, ätzende, brennbare und entzündliche Stoffe*). Hinweis: Bei der Ionisation wird aus einem elektrisch neutralen Molekül ein Molekül mit elektrischer Ladung, ein Ion. Durch den Ionenstrom entsteht ein elektrisches Signal.

Installation des Öldetektors

Öldetektoren werden an einem vertikalen Zuleitungsrohr mit aufsteigender Strömung installiert.
In den Schemata (Abbildung 4) sehen Sie zwei Installationsmöglichkeiten:

• Direktinstallation
• Installation mit Bypass-Leitung

Feststoffpartikeldetektoren Feststoffverunreinigungen in der Druckluft (aber auch in anderen technischen Gasen) werden mittels Durchleuchtung durch eine senkrecht zum Rohr angeordnete Laserdiode gemessen. Die Geräte messen die Anzahl der Partikel im sogenannten „Normkubikmeter“ – Nm³ (Volumen bei Normdruck und Normtemperatur). Das Gerät kann auch die Partikelgröße unterscheiden – es misst, wie viele Partikel der Größe 0,1 bis 0,5 mm, 0,5 bis 1 mm und 1 bis 5 mm das Gas enthält.

Tragbare Messstationen Zur Kontrolle der Druckluftqualität werden auch tragbare Messstationen eingesetzt, welche enthalten: Ölgehaltsdetektor Feststoffpartikeldetektor Taupunktsensor Die Station wird einfach zum Kompressor gebracht, um die Druckluftqualität zu messen.