Wirkweise eines mechanischen Filtersystems

Ein mechanischer Emulsionsnebelfilter ist ein Filtersystem zur Abscheidung von feinen Flüssigkeitströpfchen aus der Luft. Er wird vor allem in der Metallbearbeitung eingesetzt, wenn bei Dreh-, Fräs-, Schleif- oder Bohrprozessen Kühlschmierstoff-Emulsionen verwendet werden. Dabei entstehen sogenannte Emulsionsnebel, also fein verteilte Tröpfchen aus Wasser, Öl, Additiven und weiteren Bestandteilen des Kühlschmierstoffes.

Im Gegensatz zu einem elektrostatischen Filter arbeitet ein mechanischer Emulsionsnebelfilter ohne elektrische Aufladung. Die Abscheidung erfolgt rein durch physikalische Effekte wie Trägheit, Umlenkung, Prallabscheidung, Koaleszenz und Filtration.

Grundprinzip eines mechanischen Emulsionsnebelfilters

Die Wirkweise eines mechanischen Filtersystems lässt sich vereinfacht in drei Schritte unterteilen:

1. Ansaugen der belasteten Luft
2. Abscheiden der Emulsionströpfchen im Filter
3. Ableiten der gereinigten Luft und Rückführen der Flüssigkeit

1. Ansaugen der emulsionsbelasteten Luft

Während der Bearbeitung von Metall wird Kühlschmierstoff auf Werkzeug und Werkstück aufgebracht. Durch hohe Drehzahlen, Wärmeentwicklung und Luftbewegungen wird ein Teil der Emulsion fein zerstäubt. Es entsteht ein sichtbarer oder unsichtbarer Nebel.

Dieser Emulsionsnebel wird möglichst direkt an der Entstehungsstelle abgesaugt, zum Beispiel:

• an der Werkzeugmaschine,
• im Maschineninnenraum,
• über eine Erfassungshaube,
• über Rohrleitungen oder Absaugkanäle.

Ein Ventilator erzeugt den notwendigen Unterdruck, damit die belastete Luft in den mechanischen Emulsionsnebelfilter gelangt.

2. Vorabscheidung durch Umlenkung und Prallwirkung

Im ersten Bereich des Filters wird die Luftströmung häufig gezielt umgelenkt. Größere Emulsionströpfchen können dieser plötzlichen Richtungsänderung wegen ihrer Masse nicht vollständig folgen.

Sie prallen gegen Abscheideflächen, Lamellen, Metallgestricke oder Prallbleche und bleiben dort haften. Dieser Vorgang nennt sich Prallabscheidung oder Trägheitsabscheidung.

Dabei werden vor allem größere Tropfen abgeschieden. Diese laufen anschließend als Flüssigkeit nach unten ab.

3. Koaleszenz: Kleine Tröpfchen verbinden sich zu größeren Tropfen

Der wichtigste Prozess in einem mechanischen Emulsionsnebelfilter ist die sogenannte Koaleszenz.

Feine Emulsionströpfchen treffen im Filtermedium auf Fasern, Drahtgestricke oder spezielle Filtermatten. Dort bleiben sie an der Oberfläche haften. Mit der Zeit verbinden sich viele kleine Tröpfchen zu größeren Tropfen.

Dieser Vorgang läuft so ab:

• Kleine Tropfen lagern sich am Filtermedium an.
• Weitere Tropfen treffen auf dieselbe Stelle.
• Die Tropfen vereinigen sich.
• Es entstehen größere Flüssigkeitstropfen.
• Diese werden schwer genug, um nach unten abzulaufen.

Dadurch wird die Emulsion nicht dauerhaft im Filter gespeichert, sondern kann gezielt aus dem Filter abgeschieden und gesammelt werden.

4. Feinfiltration der verbleibenden Aerosole

Nach der Vorabscheidung und Koaleszenz durchströmt die Luft je nach Bauart weitere Filterstufen. Diese können aus unterschiedlichen Materialien bestehen, zum Beispiel:

• Glasfaserfilter,
• synthetische Filtermatten,
• Metallgestricke,
• Taschenfilter,
• Kompaktfilter,
• Schwebstofffilter als Endstufe.

Diese Filterstufen entfernen kleinere Aerosole, Feinstpartikel und Restnebel aus der Luft. Je feiner das Filtermedium ist, desto höher ist die Abscheideleistung. Gleichzeitig steigt jedoch auch der Strömungswiderstand, also der Druckverlust.

5. Rückführung oder Abluftführung

Nach der Filtration kann die gereinigte Luft entweder:

• in den Arbeitsraum zurückgeführt werden oder
• über eine Abluftleitung nach außen abgeführt werden.

Ob eine Rückführung möglich ist, hängt von der Qualität der Filtration, den eingesetzten Kühlschmierstoffen, den gesetzlichen Vorgaben und der Gefährdungsbeurteilung ab.

6. Ableitung der abgeschiedenen Emulsion

Ein großer Vorteil mechanischer Emulsionsnebelfilter ist, dass die abgeschiedene Flüssigkeit gesammelt und abgeführt werden kann. Die Tropfen laufen im Filtergehäuse nach unten und werden über einen Ablauf abgeleitet.

Je nach Anlage kann die abgeschiedene Emulsion:

• gesammelt,
• entsorgt,
• aufbereitet oder
• in den Kühlschmierstoffkreislauf zurückgeführt werden.

Das reduziert Verluste und verbessert die Wirtschaftlichkeit des Systems.

Wichtige Abscheidemechanismen

Ein mechanischer Emulsionsnebelfilter nutzt mehrere physikalische Effekte gleichzeitig:

Trägheitsabscheidung: Größere Tropfen können Richtungsänderungen der Luft nicht folgen und prallen auf Abscheideflächen.

Sperreffekt: Kleine Tropfen folgen der Luftströmung, berühren aber Filterfasern und bleiben daran haften.

Diffusion: Sehr kleine Partikel bewegen sich unregelmäßig und treffen dadurch auf Filterfasern.

Koaleszenz: Viele kleine Tropfen verbinden sich zu größeren Tropfen und laufen aus dem Filtermedium ab.

Schwerkraftabscheidung: Größere Tropfen sinken durch ihr Eigengewicht nach unten.

Vorteile mechanischer Emulsionsnebelfilter

Mechanische Emulsionsnebelfilter sind in vielen Betrieben beliebt, weil sie robust und zuverlässig arbeiten.

Zu den wichtigsten Vorteilen gehören:

• keine Hochspannung notwendig,
• einfache und bewährte Technik,
• gute Abscheidung von Emulsionsnebel und Kühlschmierstoff-Aerosolen,
• Rückgewinnung abgeschiedener Flüssigkeiten möglich,
• geeignet für viele Werkzeugmaschinen,
• vergleichsweise unkomplizierte Wartung,
• keine elektrische Aufladung der Partikel erforderlich.

Wartung und Betrieb

Damit ein mechanischer Emulsionsnebelfilter dauerhaft zuverlässig funktioniert, muss er regelmäßig kontrolliert werden. Besonders wichtig sind:

• Reinigung oder Wechsel der Filterelemente,
• Kontrolle des Differenzdrucks,
• Prüfung des Flüssigkeitsablaufs,
• Reinigung des Gehäuses,
• Kontrolle des Ventilators,
• Überprüfung der Dichtungen und Rohrleitungen.

Ein steigender Differenzdruck zeigt meist an, dass Filterelemente verschmutzt sind. Dann sinkt die Luftleistung, und die Absaugung kann weniger wirksam werden.

Unterschied zum elektrostatischen Filter

Der mechanische Emulsionsnebelfilter arbeitet mit Filtermedien und Strömungseffekten. Der elektrostatische Filter hingegen lädt Partikel elektrisch auf und zieht sie an Kollektorplatten an.

Mechanischer Filter:

• arbeitet ohne Hochspannung,
• nutzt Filtermedien,
• ist robust bei vielen Anwendungen,
• benötigt regelmäßigen Filterwechsel oder Reinigung.

Elektrostatischer Filter:

• arbeitet mit Hochspannung,
• hat oft einen geringeren Druckverlust,
• muss regelmäßig gereinigt werden,
• ist empfindlicher gegenüber bestimmten Verschmutzungen und Feuchtigkeit.

Fazit

Ein mechanischer Emulsionsnebelfilter reinigt belastete Luft, indem er Emulsionströpfchen aus dem Luftstrom abscheidet. Dies geschieht durch Umlenkung, Prallwirkung, Koaleszenz und Feinfiltration. Die kleinen Tröpfchen des Kühlschmierstoffnebels lagern sich im Filtermedium ab, verbinden sich zu größeren Tropfen und laufen anschließend aus dem Filter ab.

Damit sorgt der Filter für saubere Luft an Werkzeugmaschinen, schützt Mitarbeitende vor Emulsionsnebel und trägt zu einem sicheren, sauberen und wirtschaftlichen Produktionsumfeld bei.