Mikrometer im Visier

Fokus

750 aktive Patente zeugen vom Erfindungsreichtum von Donaldson. Wie innovativ ist der US-Konzern in Sachen Filtration der Stäube bei thermischen Trennverfahren?

27. August 2010

Die Berechnung der Filtration hängt von sehr vielen Kriterien ab«, stimmte Dipl.-Ing. Thorsten Sundermund die Zuhörer des 10. Deutschen Brennschneidetags in Solingen auf die industriellen Filter seines Arbeitgebers Donaldson (14500 Mitarbeiter, rund 2 Mrd. $ Jahresumsatz) ein. Der OEM-Gebietsverkaufsleiter Süd betreut den Geschäftsbereich ›Industrial Filter Solutions‹.

Trend zu halb- und voll-automatischem Betrieb

Die Effektivität des Filterns steht und fällt beim thermischen Schneiden mit einer Vielzahl von Parametern und Randbedingungen: unter anderem Typ und Anzahl der Brenner, Schneidleistung und Strom, Einsatzdauer, Art des Schneidmaterials, Brand- oder Explosionsgefahr, Beschaffenheit des Staubes (etwa die Toxität). Die Anforderungen stiegen vor allem beim Laser mit dessen enorm gewachsener Leistung.

Die wichtigste Frage für Donaldson ist: Wie lässt sich der Staub binden? Wichtig sei auch die Art des Bearbeitungstisches: Lässt er sich dank Modulbauweise segmentweise oder nur komplett absaugen.

»Mit der Beantwortung dieser Fragen fängt die effektive Gestaltung des Absaugens an«, meinte Sundermund. Auch die Art des Systems spiele bei der Auswahl immer mehr eine wichtige Rolle. Der Trend gehe hier hin zu Wechseltisch-Anwendungen sowie halb- und vollautomatischem Betrieb. Eine bemerkenswerte Zahl: Laserstäube besitzen Partikel mit einer Größe von 0,01 bis 0,4 Mikrometer. Sundermund: »Er lässt sich trotz seiner Feinheit relativ gut binden.«

Donaldson setzt seit längerer Zeit beim Filtern auf das sogenannte Downflow-Prinzip, das dem Bestreben der thermisch aufgeladenen Stäube zum Aufsteigen entgegenwirkt. Die verunreinigte Luft strömt von oben in das Filtersystem, in dem die Filterelemente von oben nach unten gereinigt werden. Der Staub gelangt schließlich in einen Auffangbehälter, in dem er gebunden wird.

Eine wichtige Rolle spiele bei der Filtration die Vorabscheidung, denn durch die ständige Steigerung der elektrischen Leistung würden immer energiereichere Teilchen und Partikelfunken entstehen. Donaldson hat hierfür den sogenannten Cyclopeel-Schwerkraftabscheider entwickelt, der den Staub an einer Kurve entlang führt, ihn beschleunigt und gegen Abscheider prallen lässt, an denen die schweren Teilchen abfallen und in einen Trichter gelangen. Eine andere Möglichkeit sind Rohrdrallabscheider, die in die Rohrleitung eingebaut werden. Als weniger geeignete Vorabscheider bezeichnete der Donaldson-Vertreter Systeme nach dem Prallkammer-Prinzip.

Auf die Details kommt es an

Von der Art des Verfahrens hängt auch die Qualität der anschließenden Filtration ab: Hier komme es oft zur Tiefenfiltration. Hier bestehe bei sehr feinporigem Staub die Gefahr, dass die Partikel ins Innere eindringen und den Filter ›dicht machen‹. Das führe zu Widerstand und zu Druckverlust. Um das zu verhindern, setzen Firmen wie Donaldson auf Oberflächenfiltration, um den Staub wirkungsvoll auf der Oberfläche zu halten. »Es gelangen dann zwar immer noch Partikel in den Filter, aber die Luftdurchlässigkeit bleibt erhalten«, erklärte der Experte. »Die Oberflächenfiltration unterstützt außerdem die Selbstreinigungskräfte, denn dank des Downflow-Prinzips fallen die Krusten großflächig ab und in den Staubauffangbehälter.«

Die Anwender sollten nicht nur auf das Verfahren, sondern auch auf die Details der Ausführung der Anlagen achten. Neun Kriterien nannte Surmund:

integrierte Ventilatoren

einstellbarer Volumenstrom

vormontierte Systeme

gute Zugangsmöglichkeiten

kleine und kompakte Anlagen

austauschbare Filtermedien

standardisierte Ersatzteilversorgung

niedrige Geräuschpegel

niedrige Druckverluste

Um die Zuhörer auf die erforderliche Leistung in extremen Situationen einzustimmen, wies der Filterfachmann auf typische Einsätze hin. Ein Beispiel: Eine Plasmaanlage mit vier Brennern (Brennstrom mehr als 300 Ampere) zum Schneiden von bis 40 Millimeter dicken Stahlblechen erzeugt in 16 Stunden 400 Kubikmeter Staub. Sundermund: »Wenn da der Maschinenbetreiber ein zu kleines Staubauffanggefäß verwendet, muss der Bediener es dauernd wechseln.«

Der Fachmann aus Dülmen wies besonders eindringlich darauf hin, dass Anwender beim Plasmaschneiden von explosionsgefährlichen Materialien (zum Beispiel von Kunststoffen und beschichtetem Aluminium) entsprechende Filteranlagen mit Ex-Schutz einsetzen müssten. Es dürften nur nach der Atex-Vorschrift geprüfte und zugelassene Materialien eingesetzt werden. Die Anlage müsse außerdem über ein spezielles Dach verfügen, das bei einer entstehenden Explosion die Druckwelle nach oben entweichen lasse. Eine weitere Möglichkeit sei ein Entlastungsventil, das die Flamme lösche. Die Anlage blase dann nur noch reinen Staub aus.

Nikolaus Fecht, Freier Fachjournalist aus Gelsenkirchen

Erschienen in Ausgabe: 04/2010