So wählen Sie den richtigen Filter
Erhebliche Einsparung möglich: Filtration wirkt sich stark auf erzielbare Sauberkeit und Wirtschaftlichkeit aus
Die Filtration erhält oft im Kontext der Prozessoptimierung zu wenig Aufmerksamkeit. Dabei liegt hier bei einer anwendungsoptimierten Auslegung erhebliches Potenzial sowohl was die Qualität der Reinigungsprozesse aber auch die Kostenseite angeht.
Reinigungsverfahren, Temperatur, Wasserdruck und Reinigungsmittel: Zahlreiche Parameter entscheiden über die Effektivität und die Wirtschaftlichkeit eines wässrigen Reinigungsprozesses. Dabei sollten sie in Bezug auf Reinigungszeit und Ressourcenverbrauch so wirtschaftlich wie möglich arbeiten.
Die Herausforderung bei der industriellen Teilereinigung besteht darin, die zu reinigenden Teile in möglichst kurzer Zeit, mit geringstem Ressourceneinsatz und unter Einsatz der wirtschaftlichsten Betriebsmittel so sauber wie gefordert zu bekommen.
Neben den Investitions-, Wartungs- und Bedienkosten für die Reinigungsmaschine haben Anlagenbetreiber dabei vor allem deren Energie- und Wasserverbrauch im Blick. Meist kaum betrachtet werden Filtereinsätze. Dabei gäbe es unter Kostenaspekten allen Grund, sich mit dem Thema zu beschäftigen. Das unterstreichen auch die abgebildeten Beispielrechnungen. Denn nicht nur der Filter kostet Geld, auch die Art und Häufigkeit des Wechsels wirkt sich aus.
Vielfalt an Filersystemen
„Die Vielfalt an Filtersystemen und -qualitäten sowie die Fülle an individuell zu berücksichtigenden Anforderungsparametern ist so groß, dass es allgemeingültige Filterempfehlungen nicht geben kann“, stellt Martin Seger fest Er ist als Versuchsleiter und Maschinenbauingenieur beim Reinigungsanlagen-Hersteller Silberhorn tätig. Gerade deshalb lassen sich durch eine optimale Filterwahl die Badstandzeiten verlängern. Zugleich sinkt der Verbrauch an Filterelementen. Gelingt es zusätzlich, Filterelemente zu finden, die die Anforderung erfüllen und trotzdem viel weniger kosten als die ursprünglich eingesetzten Produkte, realisieren sich enorme Einsparpotenziale. „Kosteneinsparungen von 60 Prozent und mehr sind keine Seltenheit“, weiß Seger. „Um dieses enorme Potenzial heben zu können, bieten wir unseren Kunden umfassende Test- und Labor-Dienstleistungen an.
Viele Parameter, hohe Komplexität
Berücksichtigt werden muss in diesem Kontext die Filterleistung selbst, die zu reinigende Teilemenge pro Tag, die Sauberkeitsanforderungen, Art und der Grad der Teileverunreinigung, das Reinigungsmittel, die Durchflussmenge und der Differenzdruck auf den Filter, der Aufbau der Reinigungskaskade sowie die Anzahl der insgesamt eingesetzten Filterelemente.
„Es gibt kein absolut betrachtet bestes Filterelement, stattdessen muss die für eine spezifische Anwendung individuell beste Lösung erarbeitet werden. Das macht die Sache so komplex“, schildert Seger seine Erfahrungen. Hinzu kommen weitere Faktoren, die in der Gesamtkostenbetrachtung erhebliche Auswirkungen haben können. So bedeutet es einen großen Unterschied, ob der Maschinenbediener selbst den Filterwechsel erledigen kann oder ein Wartungsservice beauftragt werden muss.
Schritt für Schritt zur optimalen Filtration
Denn wenn der Filter nicht zu der Reinigungsaufgabe und damit den eingebrachten Verschmutzungen passt, fangen die Probleme an. Ist er zu fein, beginnt er sich relativ schnell zuzusetzen und baut einen zügig zunehmenden Gegendruck auf. Das bedeutet, er muss ungeplant früh gewechselt werden. Gleichzeitig sinkt im Regelfall mit zunehmendem Gegendruck des Filters die Durchflussrate.
Werden die Warnhinweise der Anlage zum Filtertausch hartnäckig ignoriert, steigt ab einem gewissen Punkt mit zunehmendem Differenzdruck die Gefahr eines Filterdurchbruchs. Außerdem kann – unter anderem aufgrund des geringeren Durchflusses in den Reinigungsregistern und des geringeren Spritzdrucks.– nicht mehr garantiert werden, dass die Reinheitsanforderungen der Teile zuverlässig erreicht werden. Grundsätzlich ist die Menge an Kontaminationen, die ein Filter aufnehmen kann, stark von seiner Bauweise abhängig. Insofern erfordert eine optimale Auslegung eines Filtrationssystems stets auch eine gründliche Analyse der Anlagennutzung und der zu reinigenden Teile. Deshalb empfiehlt sich ein schrittweises Vorgehen.
Checkliste für die Auswahl erstellen
Zunächst ist es ratsam, systematisch in Form einer Checkliste die Kriterien zu definieren, die für die Auswahl eines Filters entscheidend sind. Der Reinigungsanlagen- Hersteller Silberhorn hat hierfür beispielsweise zur Strukturierung drei Anforderungsfelder festgelegt, siehe Grafik. Feld 1 beschreibt Kriterien zur Beschaffenheit der zu reinigenden Teile, zum Sauberkeitsgrad und tolerierten Restschmutz. Feld 2 definiert die Standzeit-Grenzwerte für den Filter. Feld 3 betrachtet die Kostenkriterien.
Um eine fundierte Filterauswahl treffen zu können, sollten Anwender unter immer gleichen Bedingungen testen und hierfür ein Referenz-Bauteil definieren, das regelmäßig und in ausreichenden Stückzahlen zur Verfügung steht. Reinigungsanlagenhersteller definieren für Schritt 2 zunächst ein Normbauteil, das im Hinblick auf Geometrie und Größe, Bohrungen, Hinterschneidungen und weiteren Eigenschaften möglichst praxisnah ausgeführt ist und realitätsnahe Verschmutzungen aufweist.
Filter im Technikum testen
Diese Referenzbauteile werden dann mit dem immer gleichen Reinigungsprogramm gereinigt, wobei unterschiedliche Filter getestet werden. Hier bietet sich ein Technikum des Reinigungsanlagenherstellers an. Dort stehen die Maschinen für solche Versuche zur Verfügung Der Aufwand ist nicht unerheblich, aber ansonsten werden Äpfel mit Birnen verglichen.
Starke Unterschiede zwischen den Filtertypen
Die Reinigungsergebnisse können sich je nach eingesetztem Filter stark unterscheiden. Um die Unterschiede beurteilen zu können, muss die Restverschmutzung gemessen werden. Renommierte Anlagenbauer wie zum Beispiel Silberhorn bieten Anwendern für solche Fälle professionell durchgeführte Restschmutzanalysen an.
Liegen die Laborergebnisse vor, gilt es, die Reinigungsergebnisse filterspezifisch auszuwerten. Wichtig zu berücksichtigen ist, dass die Filterleistung, also der Volumenstrom, der den Filter bei einem bestimmten Differenzdruck passieren kann, keine Konstante ist, sondern im Laufe des Betriebes des Filters abnimmt. Indikator hierfür ist der im gleichen Zuge steigende Differenzdruck, den ein Manometer zwischen Filterein- und ausgang anzeigen kann. Wird ein zuvor definierter Grenzwert erreicht, muss der Filter ohne Wenn und Aber gewechselt werden. Von daher ist die Standdauer eines Filters unter den jeweiligen Einsatzbedingungen ein weiterer wichtiger Parameter, den es zu ermitteln gilt.
Die Wirtschaftlichkeit ermitteln
Sind alle für die Filterauswahl relevanten Parameter bekannt und konnte daraus eine Anzahl von nutzbaren Filtrationsvarianten abgeleitet werden, ist das letzte Kriterium die Wirtschaftlichkeit. Die Tabelle zeigt eine beispielhafte Kostenberechnung für zwei Filter-Typen in zwei unterschiedlichen Szenarien. In Szenario 1 kommt ein Umschaltfilter zum Einsatz. Diese erhöht zwar die Investitionskosten, dafür kann der Filter im laufenden Betrieb getauscht werden und die Maschinenverfügbarkeit steigt. In Szenario 2 wird dagegen auf Umschaltfilter verzichtet.
Insbesondere, wenn die Auslastung einer Anlage unter einem gewissen Level liegt, kann das die kosteneffizientere Lösung sein. Die meisten Hersteller von Maschinen und Anlagen für die industrielle Teilereinigung liefern ihre Produkte inklusive standardisierter Filtereinheiten aus – auch im Hinblick auf die Wahl der eingesetzten Filtrierelemente. Silberhorn bietet hier auf Wunsch zusätzliche Tests und Beratungsdienstleistungen an: „Wir raten unseren Kunden dazu, uns vorab ihre originalverschmutzten Teile zu schicken“, so Seger, „damit wir mit der gewünschten Anlage den kompletten Reinigungsprozess unter realen Bedingungen durchspielen und individuell optimieren können – auch im Hinblick auf die Filterleistung."
Bereits installierte Anlagen umbauen und optimieren
Umbauten und Optimierungen bietet Silberhorn auch für bereits installierte Anlagen an. Tests an der Maschine vor Ort sind – neben dem herstellerunabhängigen Filtrationswissen der Silberhorn Ingenieure – auch in diesen Fällen ein zentraler Schlüssel zum Erfolg. Die gereinigten Bauteile kommen anschließend ins unternehmenseigene Labor in Lupburg und werden dort auf Sauberkeit untersucht. So können die Erfolge der vorgenommenen Optimierungsmaßnahmen direkt kontrolliert und der Gesamtprozess sukzessive verbessert werden. Der Aufwand amortisiert sich meist umgehend – schließlich lassen sich, je nach Prozess, allein durch die Wahl der richtigen Filterelemente jährlich mehrere Tausend Euro sparen. Um diese Dienstleistung ausbauen zu können, wurde gerade erst in ein größeres Spülkabinett investiert, um ein noch größeres Bauteilespektrum analysieren zu können.
Maschinenbau Silberhorn GmbH
www.silberhorn-gruppe.de