Filtermedien aus Mischpapier werden seit Jahrzehnten in industriellen Entstaubungs- und Rauchgasabsaugsystemen eingesetzt. Sie bestehen aus Zellulose- (80-85 %) und Polyester- (15-20 %) fasern und sammeln Partikel in einer Vielzahl von staub-, rauch- und/oder raucherzeugenden Anwendungen, wie z. B. Metallbearbeitung, Schweißen, Plasmaschneiden und Laserschneiden. Mit der Weiterentwicklung und Verfügbarkeit der Nanofasertechnologie sind diese Filter nun in der Lage, mehr - und kleinere - Partikel als je zuvor aufzufangen, während sie gleichzeitig länger halten, weniger Ventilator- und Druckluftenergie verbrauchen und weniger Wartung erfordern als ihre Vorgänger.

Was sind Nanofaser-Filtermedien?

Nanofaser selbst ist eine synthetische Polymerfaser, die typischerweise kleiner als 200 Nanometer und häufig kleiner als 100 Nanometer im Durchmesser ist. Sie wird durch einen Sprühprozess auf die Oberseite eines Filtermediums aufgebracht, um dessen Filtrationseigenschaften, höhere Effizienz und bessere Reinigungsfähigkeit zu verbessern.  Bei Betrachtung mit einem Hochleistungsmikroskop, wie z. B. einem Rasterelektronenmikroskop (REM), kann man deutlich eine Schicht aus sehr feinen Fasern erkennen, die wie ein superfeines Sieb aussieht, welches oben auf dem Trägermedium oder Substrat liegt.  Bild 1 unten ist eine Draufsicht auf das Nanofasergewebe auf einem gemischten Papiermedium. Die sehr kleinen Nanofasern sind etwa 100 Nanometer groß, während die größeren Fasern darunter etwa 20 Mikrometer (20.000 Nanofasern) und größer sind.  Es ist dieses superfeine Gitter, das alle Vorteile bietet. Bild 2 zeigt einen Querschnitt durch das gesamte Medium. Oben im Bild können Sie sehen, wie dünn die Nanofaserschicht im Vergleich zum Rest des Papiermediums ist, etwa 1/3000stel so dick. Es ist kaum zu glauben, dass etwas so Kleines bei der Luftfiltration von so großem Wert sein kann.

Bild 1 Draufsicht auf das Nanofasernetz	Bild 2 Seitenansicht, Nanofaser auf 80/20-Mischpapier

Oberflächen-Filterflächenbelastung vs. Tiefen-Filterbelastungsfiltration

Jahrzehntelang wurden in der Luftfiltrationsbranche Filter und Filtersysteme so ausgelegt, dass eine hohe Effizienz erst nach Stunden bis Wochen des Betriebs erreicht wurde. Bei der Inbetriebnahme eines Systems mit neuen Filtern mussten die Filter erst verschmutzen, bevor sie den erwarteten Wirkungsgrad liefern konnten.  Da sich der Schmutz in der Tiefe der Filterfasern festsetzt und eine dünne Schicht über der Oberfläche des Filters aufbaut, bleibt dieser erste Staub über die Lebensdauer des Filters dort liegen. Man nennt das einen Staubkuchen. Selbst die stärkste Impulsreinigung entfernt diese erste feine Staubschicht nicht. Dies wird als Tiefenfilterung bezeichnet, und in vielen Systemen mit herkömmlichen Patronenmedien wird die Systemleistung durch diese oberflächenbelastete Staubschicht bestimmt.

Bei der oberflächenbeladenen Filtration lässt die Oberfläche des Filtermediums den Staub nicht in die Tiefe des Filtermediums eindringen.  Der Staub wird an der Oberfläche aufgehalten, kann sich an der Oberfläche ablagern und wenn es an der Zeit ist, den Filter mit Druckluft abzureinigen, wird fast der gesamte Staub entfernt. Die Technologie der Oberflächenbeladung gibt es schon seit Jahrzehnten, auch für das Auffangen von sehr feinen Rauch- und Dunstpartikeln, die bei der Metallzerspanung entstehen. Aber dies erforderte typischerweise die Beschichtung des Filters mit einem Material wie zerkleinertem Kalkstein oder Kieselgur als erste Vorbeschichtung.  Bei einigen Anwendungen musste diese Staubbeschichtung beim Abreinigen wiederholt und in einigen Fällen kontinuierlich aufgetragen werden, um einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen und die Lebensdauer des Filters zu verbessern.

Der Nanofaser-Vorteil

Die Vorteile der Oberflächenbeladung des gesammelten Staubs sind vielfältig.  Die Verwendung von Nanofasern als Mittel zur Oberflächenbeladung von Staub kann die beste Option für Ihren Entstaubungsbedarf sein.

1. Einfachere Abreinigung - das Abreinigen des Staubs von der Oberfläche des Filters ist einfacher und schneller, als ihn aus der Tiefe des Mediums herauszutragen. Weniger Staub auf dem Filter bedeutet einen geringeren Betriebsdruckabfall, einen höheren Luftstrom an den Erfassungspunkten, l Weniger Reinigungszyklen und weniger Druckluftverbrauch senken die Betriebskosten und erhöhen die Systemeffizienz.
2. Kleinere Staubabscheider - Die Dimensionierung von Staubabscheidern basiert auf der Staubgröße, der Staubmenge und dem Luftstrom.  Wenn Filter leichter zu reinigen sind, weil der Staub auf der Oberfläche verbleibt, kann mehr Luftstrom pro Patrone realisiert werden. Dies führt zu kleineren Abscheidern, weniger Filtern und insgesamt zu geringeren Kosten in der Anschaffung und geringeren Kosten für Betrieb und Wartung.
3. Energieeinsparung - durch die Oberflächenbeladung, die bessere Abreinigbarkeit der Filter und die Tatsache, dass kein Staub in der Tiefe des Mediums eingeschlossen wird, bleibt der Druckabfall über dem Filter geringer.  Durch den Einsatz eines VFD zur Aufrechterhaltung eines konstanten Luftstroms wird Energie für den Betrieb des Ventilators eingespart, was die Betriebskosten des Systems reduziert.
4. Reduced maintenance – Geringere Wartung - wenn Filter leichter zu reinigen sind und der Druckabfall niedriger bleibt, hält der Filter länger; das Ergebnis sind Filter, die länger halten.  Da weniger Zeit für den Filterwechsel benötigt wird, weniger Filter gekauft werden müssen und weniger Entsorgungskosten anfallen, sind die Wartungs- und Betriebskosten eine echte Einsparung für die Anlage.

Abhängig von den Anforderungen Ihrer Anlage, der Art des Staubs und anderen Anwendungsvariablen sowie davon, ob Sie ein neues System benötigen oder nur ein älteres System aufrüsten möchten, bieten Filter mit neuester Nanofasertechnologie voraussichtlich Betriebs- und Wartungsvorteile in Form von niedrigeren Betriebskosten. 

Nanofaser-Patronenfilter sind auf dem Weg, ein neuer Standard zu werden

Nederman's neuer MCP-SmartFilter, sowie die meisten ähnlichen Systeme auf dem Markt, verwenden Patronenfilter. Die Patronenfiltermedien aus Papiergemisch (Typ 175) sind seit langem ein Standardbestandteil unserer Entstaubungssysteme, werden aber jetzt durch die neue Patrone Typ 178 ersetzt, die aus Papiergemisch mit Nanofasern besteht. Ausgestattet mit Nanofaser-Filtermedien kann der Typ 178 in vielen verschiedenen Systemen und Geräten eingesetzt werden, wie z. B. in den stationären Nederman-Filtersystemen für die Staub- und Rauchabsaugung MCP, FMC, LCP, MJB, MJC Mini und SiloSafe sowie in unseren mobilen Staubabscheidern und Rauchabsaugern FilterBox und FilterCart. Er kann in verschiedene ältere Maschinentypen nachgerüstet werden und wird zu einer Standardkomponente in allen Nederman-Patronenstaubabscheidern. 

 

In der Zukunft werden wir wahrscheinlich sehen, dass sich Nanofaser-Filtermedien weiter entwickeln, mit noch kleineren Fasern als heute. Dies würde zum Beispiel eine noch bessere Oberflächenbeladung, eine einfachere Reinigung und eine höhere Effizienz der Partikelsammlung ermöglichen.  Bleiben Sie mit Nederman in Verbindung, um aus erster Hand zu erfahren, wann diese zukünftigen Verbesserungen verfügbar sein werden und welche anderen technologischen Verbesserungen für Ihre Anlage von Vorteil sein könnten.
Wenn Sie Fragen zu Nanofaser-Filtermedien und der Arbeit von Nederman auf diesem Gebiet haben, können Sie uns gerne unter [email protected] kontaktieren. Außerdem finden Sie hier im Nederman Knowledge Center viele weitere Artikel zu Themen wie: Filtration brennbarer Stäube, Schweißrauchabsaugung mit Robotern, Staub- und Rauchabsaugung beim 3D-Druck.