Zentrifugalabscheider:
Hoffnungslos veraltete Luftfiltertechnik.
Oder: "Das Märchen vom wartungsfreiem Luftfiltergerät"
Immer wieder findet man in der Industrie bei der Absaugung von Öl- und Kühlemulsionen Aussagen über wartungsfreie Filtertechniken mit geringen Investitions- und Folgekosten, einfacher Installation und hohem Abscheidegrad. Dabei wird auch häufig das Funktionsprinzip der Zentrifugalabscheider angesprochen - doch darf die Zentrifuge unter Berücksichtigung wichtiger Entscheidungskriterien in der Luftfiltertechnik überhaupt noch eine Rolle spielen? Durch moderne Bearbeitungsmaschinen und -verfahren sind Zentrifugalabscheider eigentlich seit Jahren überholt - schon der BIA-Report 4/2004 (1) bzw. der BGIA-Report 9/2006 (2) nennen z. B. mechanische Filtersysteme als Optionen, die den heutigen Anforderungsprozessen der Industrie wesentlich besser gerecht werden.
Versprechen der 'wartungsfreien' Luftfiltergeräte nicht haltbar.
Zentrifugalabscheider gehören ins 'technische Museum'.
Das Versprechen einiger Hersteller klingt faszinierend: Ein Luftfiltergerät soll nicht nur völlig wartungsfrei arbeiten, sondern im Dauerbetrieb auch noch ganz ohne Filterelemente, die gereinigt oder gar ausgetauscht werden müssten, auskommen. In der industriellen Praxis lässt sich dieses Versprechen jedoch nicht verwirklichen, was an der grundlegenden Aufgabenstellung eines Luftfiltergerätes liegt: der Entfernung unerwünschter Stoffe aus einem Luftstrom. Dafür stehen verschiedene Funktionsweisen zur Verfügung. Eine Befragung von über 500 Mitgliedsbetrieben der Metall-Berufsgenossenschaften zeigte, dass ungefähr die Hälfte der in der Praxis eingesetzten Luftfiltergeräte elektrostatische Abscheider sind, filternde Abscheider weisen einen Anteil von rund 40% und Zentrifugalabscheider einen Anteil von lediglich nur 6% auf. (1)
Welche Funktionsweise sich für die luftfiltertechnische Problemlösung am besten eignet, hängt sehr stark vom jeweiligen Anwendungsfall ab - die Aufgabenstellung eines Filtergerätes aber ist immer die gleiche: Es soll bestimmte unerwünschte und meist schädliche Stoffe aus einem Luftstrom entfernen. Und sofern das Luftfiltergerät effizient arbeitet, sammeln sich die Schadstoffe irgendwo in diesem Gerät an - genau das ist ja gerade erwünscht! Natürlich müssen die abgeschiedenen Stoffe dann auch irgendwann aus dem Luftfiltergerät, das keine unbegrenzt große Speicherkapazität haben kann, entfernt werden - eine Wartung, bei der Filterelemente gereinigt oder ausgetauscht werden müssen, ist also in jedem Fall notwendig.
Im Umkehrschluss kann man sogar sagen, dass ein Luftfiltergerät, das überhaupt nicht gewartet werden muss, eigentlich nicht richtig funktionieren kann, da es aus dem zu reinigenden Luftstrom nichts entfernt hat. Eine idealtypische Ausnahme wäre reiner Aerosolnebel, der nur aus Flüssigkeitstropfen besteht. Ein richtig ausgelegtes Luftfiltergerät würde hier sehr hohe Standzeiten erreichen, weil die abgeschiedene Flüssigkeit aus dem Gerät fortgeführt wird. Allerdings gibt es in der industriellen Praxis im allgemeinen keinen absolut reinen Flüssigkeitsnebel - in ihm sind immer auch feinste Feststoffe (z.B. Rauchpartikel, Staub oder Materialabrieb) enthalten.
Funktionsprinzip des Zentrifugalabscheiders: Analyse und Bewertung
Das im Zusammenhang mit wartungsfreien Filtertechniken immer wieder angesprochene Funktionsprinzip des Zentrifugalabscheiders soll im folgenden einer gründlichen Analyse unterzogen und damit die Frage erörtert werden, ob die Zentrifuge unter Berücksichtigung wichtiger Entscheidungskriterien bei einer Investition in Luftfiltertechnik überhaupt eine Rolle spielen darf.
Zentrifugen entsprechen nicht mehr dem Stand der Filtertechnik
Auf Dauer kann eine Zentrifuge aufgrund ihres Konstruktionsprinzips nicht dazu geeignet sein, Luft zu filtern, die nicht nur mit reinen Aerosolen belastet ist, sondern - wie es in der industriellen Fertigung fast immer vorkommt - zusätzlich noch mit feinen Feststoffen. Im Bereich der industriellen Luftreinhaltung ist das Konzept der Zentrifuge daher veraltet und seit langem von leistungsfähigeren Funktionsprinzipien überholt worden (vgl. BGIA-Report 9/2006 (1)). ILT beispielsweise hat den letzten Zentrifugalabscheider im Jahr 1985 (!) verkauft.
Unwucht durch Schadstoffpartikel
Eine 'Luftzentrifuge' ist so aufgebaut, dass die Zentrifugentrommel in ihrer Wandung zum einen die Filterelemente trägt, zum anderen aber auch durch ihre Rotation über darin angebrachte Flügel den Luftstrom erzeugt, der die verschmutzte Luft in die Trommel saugt. Angesaugte feste Schadstoffpartikel wie Rauch, Staub oder Materialabrieb, die sich in den Filterelementen festsetzen, führen dort zu einer Gewichtsveränderung, wodurch die Trommel, die meist direkt auf die Welle des Antriebsmotors geflanscht ist, mit zunehmender Ansammlung von Schadstoffpartikeln über kurz oder lang unwuchtig wird. Diese Unwucht tritt unweigerlich auf - egal, ob die Zentrifuge horizontal oder vertikal betrieben wird.
Geringer Abscheidegrad
Die bei den heutigen Bearbeitungsprozessen entstehenden Emissionen, kleinste Partikel mit Anteilen von Rauch, lassen sich mit einem Zentrifugalabscheider nicht mit einem vertretbaren Ergebnis abscheiden. Der Abscheidegrad einer Zentrifuge ist im Vergleich zu anderen Luftfilterverfahren gering, da bestenfalls Filterelemente aus Filtervlies der Filterklasse EU 9 eingesetzt werden können - und dieser verhindert nicht, dass Rauchpartikeln die Zentrifuge passieren und wieder aus ihr austreten. Es gibt zwar Modelle mit nachgeschalteten Rauchvernichtern oder Elektrofiltern, was aber die Anfälligkeit für eine Unwucht nicht ausschließt. Auch können nachgeschaltete Geräte nicht die Lösung sein, da sie auf Grund des geringen Durchmessers eines Zentrifugalabscheiders relativ klein sein müssen und daher auch keine große Filterfläche aufweisen können. Ein Rückspülsystem hat nur wenig bis gar keine Effektivität, da diesen Verunreinigungen in der Regel nur mit Reinigungssystemen wie Ultraschall-Dampfstrahler oder Industriewaschmaschinen beizukommen sind.
Wartungsanfälligkeit, komplexe Demontage
Bedingt durch die insgesamt geringe Filterstandzeit müssen der Zentrifugalabscheider bzw. die eventuell nachgeschalteten Filter häufig gewartet und/oder ausgetauscht werden.
Zudem erfordern schon die in der Praxis bekannten Verklebungen beispielsweise durch Kühlschmierstoffe ein häufiges Reinigen der filternden Elemente - bei der Zentrifugaltechnik müssen die Geräte mit einem sehr hohen zeitlichen und damit finanziellen Aufwand komplett demontiert werden.
Zentrifugalabscheider haben keinen Kostenvorteil
Die an sich bekannten Nachteile werden in letzter Zeit von einem vermeintlichen - in der Anschaffung allerdings meist nur geringfügigem - Kostenvorteil für die Zentrifuge verdrängt. Es mag sein, dass einige Hersteller oder Händler Zentrifugen derzeit günstig anbieten, aber das ist wohl zum großen Teil nur darauf zurück zu führen, dass europaweit hohe Fertigungskapazitäten für diese Geräte zur Verfügung stehen, die ausgelastet werden müssen. Aus dem (vermeintlichen) Kostenvorteil im Anschaffungspreis können schnell Folgekosten z.B. durch zusätzlich benötigte Rauchvernichter, nachgeschaltete Filtergeräte oder Wartung entstehen.
UNIFIL15: Eine Lösung.
Anstatt Stückwerk mit Zentrifuge + 'Nebenfilter'.
Betrachtet man abschließend die für die Anschaffung einer Absaug- und Filteranlage wichtigen Entscheidungskriterien wie Anschaffungskosten, Filterwirksamkeit, Wartungs- und Folgekosten, so gibt es effektivere und wartungsfreundlichere Filtersysteme als die Zentrifugalabscheider. Moderne Bearbeitungsmaschinen und -verfahren haben die Zentrifugen in der Luftfiltertechnik seit langem überflüssig werden lassen - zudem stellt sich die Frage nach dem Sinn einer luftfiltertechnischen Lösung, wenn der Zentrifuge aus abscheiderelevanten Gründen ein zusätzliches Filtergerät nachgeschaltet werden muss. Schon der BIA-Report 4/2004 (1) bzw. der BGIA-Report 9/2006 (2) nennen mechanische oder elektrostatische Filtersysteme als Optionen, die den Anforderungsprozessen der Industrie wesentlich besser gerecht werden. So setzt auch ILT zur Lösung luftfiltertechnischer Aufgaben lediglich ein Hauptgerät ein.
Effektiv, wartungsfreundlich, kostengünstig
Ein weiterer Aspekt ist die Frage, inwieweit der Einsatz einer Zentrifuge die Konformität mit der seit dem 29. Dezember 2009 gültigen Maschinenrichtlinie 2006/42/EG überhaupt gewährleisten kann.
Angesichts der technischen Nachteile einer Zentrifuge ist es fraglich, ob der vermeintliche Kostenvorteil gegenüber wartungsfreundlicheren und leistungsfähigeren Luftfiltersystemen bei einer Investitionsentscheidung überhaupt berücksichtigt werden darf. Sollen preisgünstige und effektiv arbeitende Luftfiltergeräte zum Einsatz kommen, empfehlen sich als moderne und leistungsfähige Lösung z. B. mechanisch filternde Abscheider wie sie ILT mit ihrer praxisbewährten Modellreihe UNIFIL anbietet, mit denen sich Abscheidegrade von bis zu 99,997% erreichen lassen - die Geräte sind zudem wartungsarm und servicefreundlich.
Auszüge aus dem BIA-Report 4/2004 und BGIA-Report 9/2006:
In einer messtechnischen Bewertung verschiedener Abscheidesysteme wurde u.a. festgestellt, dass “die Abscheidegrade für die Summe aus Dämpfen und Aerosolen teilweise unter 50% lagen“. Betont wurde etwa “das relativ gute Abscheideverhalten“ filternder Abscheider für Aerosole sowie “ebenfalls gute, teilweise auch bessere Abscheidegrade als die anderen Systeme“ von elektrostatischen Abscheidern beim Einsatz von nicht wassergemischten Kühlschmierstoffen. Zentrifugalabscheider dagegen führten “zu sehr schlechten Ergebnissen, z.T. sogar mit negativen Abscheidegraden, durch die erneute Emission bereits abgeschiedener Substanzen.“
Die Eignung von Abscheidern für nicht wassergemischte Kühlschmierstoffemissionen wird für elektrostatische Abscheider mit “relativ gut“, für filternde Abscheider mit “gut“ und für Massenkraftabscheider (u.a. Zentrifugen) mit “ungenügend“ bewertet.
Quellen:
BGIA-Report 9/2006, S.10f (1)
BIA-Report 4/2004, S.33 (2)
