Wie wählt man das richtige Filtermedium? Materialien, Struktur und Leistung

Die Filtration ist in unserem Alltag allgegenwärtig. Ihre Aufgabe besteht hauptsächlich darin, unerwünschte Verunreinigungen zurückzuhalten, um Geräte zu schützen, die Qualität der Endprodukte zu gewährleisten und die Sicherheit von Personen zu gewährleisten.
Die Art dieser Verunreinigungen variiert stark je nach Anwendung: In der Hydraulik trifft man häufig auf Wasser, Metallpartikel oder auch Rückstände, die mit dem Abbau von Flüssigkeiten und dem Verschleiß der beweglichen Teile im Kreislauf zusammenhängen; in der Druckluft sind es eher Ölnebel, Staub und Feuchtigkeit; in der Wasseraufbereitung sind es Schwebstoffe oder chemische Substanzen. Dies sind nur einige Beispiele: Jeder Prozess kann spezifische Schadstoffe erzeugen oder ihnen ausgesetzt sein.
Aufgrund dieser Unterschiede muss ein Filtermedium gewählt werden, das sowohl für die zu behandelnde Flüssigkeit als auch für die Art der vorhandenen Verunreinigungen und die Betriebsbedingungen geeignet ist.

Ob Oberflächen- oder Tiefenfiltration, die Leistung eines Filtermediums hängt in erster Linie von seinen Eigenschaften ab, die seine Eignung für die angestrebte Anwendung bestimmen. Um die am besten geeignete Lösung zu wählen, ist es entscheidend, diese zu untersuchen.

Manche Oberflächen interagieren unterschiedlich mit Wasser und Ölen: Sie können das eine abstoßen, das andere aber nicht, oder sie stoßen beide ab. Diese Verhaltensweisen, ob natürlich oder durch Behandlung erzielt, bedingen die Anpassung eines Filtermediums an seine Umgebung.

• Hydrophil / Hydrophob: Ein hydrophiles Medium zieht Wasser leicht an und bindet es. Dies ist bei Materialien wie Zellulose der Fall, deren chemische Struktur die Anhaftung von Feuchtigkeit begünstigt. Manche Medien können auch durch die Zugabe eines superabsorbierenden Polymers modifiziert werden, das bei Kontakt mit Wasser aufquillt und sich in ein Gel verwandelt, wodurch die Feuchtigkeit eingeschlossen wird. Umgekehrt stößt ein hydrophobes Medium Wasser ab: Die Tröpfchen perlen ab und bleiben an der Oberfläche, ohne einzudringen. Polymere sind von Natur aus hydrophob, aber dieses Verhalten kann auch durch eine Oberflächenbehandlung erreicht werden, die auf andere Materialien angewendet wird.
• Oleophil / Oleophob: Ein oleophiles Medium zieht Öle und Kohlenwasserstoffe an, die sich leicht ausbreiten und die Fasern imprägnieren. Dies ist der Fall bei Polypropylen (PP), das z. B. in Absorptionsmitteln für die Schifffahrt verwendet wird, da es Wasser abstößt (hydrophob), während es Öle wirksam auffängt. Umgekehrt stoßen oleophobe Medien Öle ab: Die Tröpfchen bleiben kugelförmig und rollen über die Oberfläche, ohne sie zu imprägnieren. Diese Eigenschaft ist in der Natur selten, kommt aber bei bestimmten Polymeren wie PTFE (Teflon) vor. Sie kann auch durch spezielle Oberflächenbehandlungen erreicht werden, die insbesondere dazu dienen, das Verstopfen von Filtern zu verhindern, die in der Lebensmittelindustrie oder in Druckluftsystemen fettigen Nebeln ausgesetzt sind.

Diese Oberflächeneigenschaften werden in Koaleszenzmedien ausgenutzt, die zur Trennung von zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten wie Wasser und Öl oder Luft und Ölnebel entwickelt wurden. Ihre behandelten Fasern fördern die Adhäsion feiner Tröpfchen, die an den Fasern entlang gleiten, sich sammeln und vergrößern, bis sie schwerere Tropfen bilden, die sich ablösen und durch die Schwerkraft nach unten fallen.

Ein antistatisches Medium begrenzt die Ansammlung statischer Elektrizität an seiner Oberfläche und verringert so die Gefahr von Funkenflug und Staubexplosionen. Diese Eigenschaft wird durch die Integration von leitfähigen Fasern (aus Metall oder Kohlenstoff) oder durch das Aufbringen einer leitfähigen Beschichtung erreicht. Diese Elemente sorgen dafür, dass die elektrostatischen Ladungen zur Erde geleitet werden, wo sie sicher abgeleitet werden und sich nicht im Medium ansammeln.
Diese Art von Medien ist in sensiblen Umgebungen, die als ATEX eingestuft sind, unverzichtbar, da die elektrostatische Energie unterhalb der Schwelle bleiben muss, die eine Explosion auslösen könnte. Sie sind in vielen Bereichen zu finden: Holz, Lebensmittelverarbeitung, Chemie, Pharmazie und Metallurgie. Auch in der Hydraulik wird diese Eigenschaft zunehmend genutzt.

Ein filterndes Medium muss den chemischen, thermischen und mechanischen Belastungen seiner Einsatzumgebung standhalten.

• Die chemische Verträglichkeit entspricht der Fähigkeit des Materials, der Flüssigkeit und ihren Verunreinigungen (Wasser, Säuren, Lösungsmittel, Öle ...) standzuhalten, ohne sich zu zersetzen oder unerwünschte Substanzen freizusetzen.
• Die Temperaturbeständigkeit bezeichnet die Fähigkeit eines Mediums, seine Eigenschaften und seine Struktur unter Hitzeeinwirkung beizubehalten: Einige Polymere bleiben bis zu 120 °C stabil, während Metalllegierungen über 500 °C erreichen können.
• Die mechanische Festigkeit bezieht sich auf die Widerstandsfähigkeit gegen Druck, Lastschwankungen, Abrieb, Vibrationen und Ermüdung durch wiederholte Zyklen.

Die gemeinsame Bewertung dieser drei Parameter ist unerlässlich, um die Stabilität, Leistung und Langlebigkeit des Filtersystems zu gewährleisten.

Im Laufe der Nutzung sammeln sich die vom Medium eingefangenen Partikel an :

• In der Tiefe, innerhalb der Porenstruktur des Materials, wodurch die Durchlässigkeit allmählich abnimmt.
• An der Oberfläche, wo sie einen Filterkuchen bilden, eine echte zusätzliche Schicht, die feinere Partikel zurückhält als die, die ursprünglich vom Medium aufgefangen wurden.

Diese Verstopfung, sei es in der Tiefe oder an der Oberfläche, erhöht den Widerstand gegen den Durchfluss der Flüssigkeit, was zu einem Anstieg des Differenzdrucks (ΔP) zwischen dem Filter und dem Abfluss führt.
Wenn ΔP den vom Hersteller oder durch das Verfahren festgelegten kritischen Schwellenwert erreicht, muss der Filter ausgetauscht oder gereinigt werden.
Einige Medien sind daher waschbar und regenerierbar, wodurch ihre Lebensdauer verlängert werden kann, ohne dass ihre Leistung beeinträchtigt wird, vorausgesetzt, es wird eine geeignete Reinigung angewendet.
Die regelmäßige Überwachung der ΔP in Verbindung mit der Verwendung von Wartungsindikatoren ist entscheidend, um den Austausch oder die Wartung zu planen, ungeplante Ausfallzeiten zu begrenzen und die Filterqualität aufrechtzuerhalten.

Wir bei HIFI FILTER® wissen, dass die Leistung eines Filtersystems von der Wahl des richtigen Mediums abhängt, das für jede Anwendung, Umgebung und industrielle Einschränkung geeignet ist.
Deshalb stellen wir unser technisches Fachwissen, unsere breite Palette an Lösungen und unsere persönliche Betreuung in den Dienst aller Branchen, auch der anspruchsvollsten.
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