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Metallische Filtrationsverfahren Kombinationsmedium reduziert Energieverbrauch beim Filtern

10.07.2018

In dem Kombinationsfiltermedium Compomesh werden Metalldrahtfiltergewebe mit Metallfaservliesen kombiniert. Dadurch lässt sich die Filterstandzeit deutlich erhöhen und der Energieverbrauch des Filtrationsprozesses senken.

Für Filtrationsprozesse mit hohen Qualitätsanforderungen werden meist metallische Drahtgewebe eingesetzt. Aufgrund des Verschlusses der Filtermedienporen durch abgeschiedene Partikel und der damit verbundenen Erhöhung des Filtermedienwiderstandes war dies bisher mit einem großen Leistungsbedarf und hohen Energiekosten verbunden. Das Kombinationsfiltermedium Compomesh kombiniert ausgewählte Metalldrahtfiltergewebe mit Metallfaservliesen. Das Ergebnis ist eine erhöhte Filterstandzeit und ein geringerer Energieverbrauch für den Filtrationsprozess.

Drahtgewebe entspricht Qualitätsanforderungen

Nahezu das gesamte Spektrum an Filtrationsaufgaben kann durch den Einsatz metallischer Filtermedien abgedeckt werden. Die Einsatzgebiete erstrecken sich dabei unter anderem von der Reinigung von Hydraulikflüssigkeiten und Treibstoffen über die Abscheidung von Partikeln aus Kunststoffschmelzen und Polymerlösungen bis hin zur Wasseraufbereitung. Die Staubabscheidung, auch bei hohen Feststoffkonzentrationen, bildet einen weiteren großen Anwendungsbereich. Dieses breite Anwendungsspektrum verdanken die metallischen Filtermedien dabei ihren vorteilhaften Eigenschaften gegenüber Filtermedien aus Kunststoff oder Textil – wie die sehr gute thermische, chemische und mechanische Beständigkeit.

Durch ihre enge Porengrößenverteilung garantieren metallische Drahtgewebe ausgezeichnete Trenn- und Klassierschärfen. Aufgrund ihrer hohen thermischen und chemischen Beständigkeit können Drahtgewebe auch unter anspruchsvollen Betriebsbedingungen eingesetzt werden, wie beispielsweise bei der Filtration heißer und/oder chemisch aggressiver Fluide. Darüber hinaus weisen die Gewebe eine hohe Festigkeit und zugleich gute Zähigkeitseigenschaften auf. Daher können auch scharfkantige oder kohäsive Partikel filtriert werden, ohne dass das Filtermedium beschädigt wird und damit die Güte des Filtrationsergebnisses sinkt. Die hohe Festigkeit ermöglicht den Einsatz bei hohen Prozessdrücken.

Metalldrahtgewebe werden auf speziell dafür ausgelegten Webmaschinen hergestellt. Parallel zur Webrichtung vorgespannte Kettdrähte bilden das Trägermaterial, in welches die quer dazu verlaufenden Schussdrähte sukzessive eingezogen werden. In Abhängigkeit davon, wie die Kett- und Schussdrähte miteinander verwoben werden, lassen sich Gewebe in verschiedenen Bindungsarten fertigen, die sich in ihren Eigenschaften deutlich unterscheiden. Sollen Partikel kleiner circa 30 µm vom Gewebe zurückgehalten werden, sind Tressengewebe einzusetzen. Bei diesen blickdichten Geweben werden entweder die Schuss- oder Kettdrähte so verwoben, dass sie sich berühren und in der Projektion keine Masche mehr sichtbar ist.

Aus filtrationstechnischer Sicht ist an Tressengeweben der s-förmige Druckverlustanstieg mit zunehmender Beladung des Filtermediums beziehungsweise abgeschiedener Partikelmasse nachteilig. Besonders ist dies bei Tressen in Köperbindung ausgeprägt. Abgeschiedene Partikel verschließen die dreieckförmigen Porendurchgänge zwischen den Schuss- und Kettdrähten im Innern des Gewebes. Hierdurch steht dem strömenden Fluid zunehmend eine geringere Anzahl freier Porenöffnungen zum Durchströmen zur Verfügung. Der Strömungswiderstand und damit der Leistungsbedarf des Filtrationsprozesses steigen signifikant.

Metallfaservliese als Tiefenfiltermedium

Metallfaservliese wirken als Tiefenfiltermedium mit einem geringen Anstieg des Widerstandes bis zum Übergang in die Kuchenfiltration. Aufgrund der hochporösen Struktur und der großen Anzahl an Ablagerungsstellen im Innern des Faservlieses stehen dem Fluid zur Durchströmung des Filters trotz abgeschiedener Partikel noch eine ausreichende Anzahl an freien Strömungsquerschnitten zur Verfügung. Der Druckverlust steigt nur moderat an.

Zur Erzielung der porösen Struktur werden die mit einem speziellen Drahtziehverfahren hergestellten Metallfasern in einer stochastischen Anordnung übereinandergelegt und in einem Sinterprozess in die mechanisch feste, aber dennoch flexible Form des Metallfaservlieses gebracht. Da diese Faseranordnung nicht so gleichmäßig im Vergleich zur Drahtanordnung bei gewobenen Geweben ist, besitzen Faservliese eine wesentlich breitere Porengrößenverteilung. Neben einer Vielzahl an kleinen Porenquerschnitten liegen auch große Porenöffnungen im Vlies vor. Dies bedingt eine deutlich geringere Trennschärfe im Vergleich zu Drahtgeweben und es muss damit gerechnet werden, dass eine zwar begrenzte aber doch erhebliche Anzahl an Partikeln, die größer als die angestrebte Filterfeinheit sind, das Filtermedium passieren kann.

In dem neu entwickelten Filtermedium Compomesh werden durch die Kombination eines Metallfaservlieses mit einem Drahtgewebe die Vorteile der beiden Arten von Filtermedien auf eine einzigartige Weise in einem Produkt miteinander vereinigt und verstärkt. Gleichzeitig wird das Auftreten der Nachteile der einzelnen Filtermedien verhindert. Durch den Einsatz von Stützlagen in der dritten oder weiteren folgenden Lagen können eigenstabile Filterelemente hergestellt werden, die keine separaten Stützstrukturen benötigen und das Compomesh kann auch unter höchsten mechanischen Belastungen sicher eingesetzt werden.

Kombination der vorteilhaften Eigenschaften

Das anströmseitig angeordnete Metallfaservlies sorgt für eine große Schmutzaufnahmekapazität, indem der größte Teil der Partikel bereits im Faservlies abgeschieden und damit das Verblocken des Drahtgewebes verhindert wird. Je nach Vlies-Gewebe-Kombination kann die Schmutzaufnahmekapazität und folglich die Filterstandzeit beziehungsweise Lebensdauer im Vergleich zum einlagigen Drahtgewebe verfünffacht werden. Lediglich der Anfangsdruckverlust im unbeladenen Zustand ist beim Compomesh höher als beim einzelnen Filtermedium. Bereits bei geringer Beladung steigt der Druckverlust des Tressengewebes stark an.

Der Druckverlustanstieg des Compomesh ist hingegen moderat und die Filtrationsdauer bis zu einer erforderlichen Rückspülung aufgrund der Überschreitung eines maximal zulässigen Differenzdruckes deutlich höher. Gleichzeitig scheidet das Faservlies auch kleinste Partikel ab und durch den mehrlagigen Aufbau verbessert sich die Abscheideleistung des Compomesh im Vergleich zu den einlagigen Filtermedien. Mit zunehmender Beladung geht der Filtrationsprozess von der Tiefen- in die Oberflächenfiltration mit Kuchenaufbau über, im Vergleich zum Tressengewebe aber auf einem deutlich niedrigeren Druckverlust- und damit Leistungsbedarfniveau. So sind im Falle einer Optimierung des Filtrationsprozesses in Bezug auf den Druckverlust Energieeinsparungen von 50 Prozent und mehr bei identischer absoluter Filterfeinheit des Filtergewebes erreichbar.

Minimale Reinheit, ohne zu verblocken

Das auf der Abströmseite angeordnete Drahtgewebe wirkt als Polizeifilter und garantiert aufgrund dessen engen Porengrößenverteilung eine definierte Trennschärfe. Alle Partikel, die das Vlies in dessen großen Porenöffnungen passieren können, werden vom Drahtgewebe sicher zurückgehalten. Eine deutlich größere minimale Reinheit des Filtrates im Vergleich zum einlagigen Faservlies kann damit in jedem Beladungszustand gewährleistet werden, ohne die Nachteile eines verblockenden Gewebes in Kauf nehmen zu müssen. Hat das Compomesh den maximal zulässigen Druckverlust erreicht, erfolgt die Rückspülung. Je konzentrierter und stärker die Rückspülströmung, desto besser die Abreinigung des Filtermediums. Entsprechend höher ist aber auch die mechanische Belastung. Desto dünner die Faserstruktur, umso besser die Reinigungsfähigkeit, aber umso geringer auch deren Festigkeit. Beim Compomesh wird das empfindliche Wirrfaservlies durch das Drahtgewebe vor der Kraft des Rückspühlstrahls geschützt. Da die Gewebestruktur den überwiegenden Anteil der Festigkeitseigenschaften übernimmt, kann die Dicke des Wirrfaservlieses auf das für die Filtration notwendige Maß reduziert werden.

Indem die einzelnen Lagen des Compomesh miteinander versintert werden, wird das Lösen von Fasern aus dem Faservlies und deren Austrag verhindert. Compomesh genügt höchsten Sauberkeitsanforderungen gemäß ISO 16232 und VDA Band 19. Durch die aufeinander abgestimmte Kombination eines Metallfaservlieses mit einem Drahtgewebe können in dem neuen Hochleistungsfiltermedium bei der Filtration von Luft Filterfeinheiten von x50 = 0,2 µm und feiner erzielt werden. Gleichzeitig kann die Filterstandzeit mehr als verfünffacht werden. Compomesh ist in Plattenformaten von 1.200 mal 1.200 mm und kundenspezifisch zugeschnitten, gestanzt oder lasergeschnitten als einbaufertige Bauteile lieferbar.

Bildergalerie

  • Zu sehen ist die Änderung des Druckverlusts unterschiedlicher Filtermedien während der Beladung mit Teststaub (links) und Trenngrad der Medien bei einer mittleren Aufgabe von 2,5 g/m² (–) beziehungsweise 32,5 g/m² (– –) Teststaub (rechts). Als Teststaub wurde Arizona Test Dust coarse verwendet mit 0,18 m/s Anströmgeschwindigkeit der Luft.

    Bild: Spörl

  • Beispielhafter Aufbau des neu entwickelten Compomesh.

    Bild: Spörl

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