Magazine September 2010

Aktuelle Informationen aus der textilen Welt

Perfektionieren Sie die Herstellung von Filterfilzen

Filterfilze haben die Aufgabe, aus gasförmigen und flüssigen Medien Feststoffe unterschiedlichster Größe abzuscheiden. Je nach herauszufilternder Partikelgröße und gewünschtem Wirkungsgrad fällt die Konstruktion der Filze unterschiedlich aus. Standardmäßig werden PES, PAC, aber auch Aramide, Fluoro-, Glas-, Keramik-, Kohlenstoff- und Metallfasern für spezielle Anwendungen verwendet. Die Vernadelung kann hierbei sowohl leicht als auch sehr dicht ausfallen. Abhängig von der Anforderung werden zudem auch Trägermaterialien in gewirkter, gestrickter oder gewebter Form sowie sogenannte Bändchen­gewebe in den Filter eingenadelt. Filterfilze können daher grob nach Gas- oder Flüssigfiltration oder nach der Ausstattung mit und ohne Träger eingeteilt werden:

Die folgenden Beispiele zeigen die ausschlaggebenden Faktoren, die bei der Vernadelung von Filterfilzen beachten werden müssen:

Filter mit Trägermaterial

i.d.R. eher hohes Flächengewicht

Filter ohne Trägermaterial

i.d.R. eher niedriges Flächengewicht


 

Anwendungsbeispiel:

Filterkerzen zur industriellen Heißgasfiltration

 

Anwendungsbeispiel:

Luftfilter für Elektrogeräte und Automobile


 

Anwendungsbeispiel:

Filtertaschen zur industriellen Ölfiltration

 

Anwendungsbeispiel:

Filtration von Lebensmitteln wie Milch, Getränke, Speiseöl


Beispiel 1: Filterkerzen mit Trägermaterial zur industriellen Heißgasfiltration

  1. Fasern: 100% Aramid
  2. Faserfeinheit: 4,4 dtex
  3. Trägergewebe: aus 100% Aramid
  4. Flächengewicht: 200-400 g/m²

Bei der Heißgasfiltration handelt es sich um die sogenannte Kuchen- oder Oberflächenfiltration. Die hierbei eingesetzten Filter sind starken mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt. Sie werden daher aus hitzebeständigen Fasern (Aramid) hergestellt und enthalten meistens ein Träger­material. Aus den Filtereigenschaften leiten sich entsprechend die Anforderungen an die eingesetzten Nadeln ab:

Beispiel 1: die Anforderungen

Fasern

Für die in diesem Beispiel verwendeten hitzebeständigen, aber höchst abrasiven, Aramidfasern bieten sich besonders verschleißbeständige Nadeln an. Chrom- oder GEBEDUR-beschichtete Nadeln zeichnen sich auch bei sehr aggressiven Fasern durch eine hohe Lebensdauer aus.

Oberflächengüte

Eine optimale Filterwirkung kann bei der Oberflächenfiltration nur mit einer entsprechenden Oberflächengüte erreicht werden. Daher werden die Filter oftmals mehrstufig – mit Vor-, Zwischen- und Finishvernadelung – verfestigt. Dabei spielt die Anpassung der Nadelfeinheit an die erforderliche Porengröße des Filters eine wichtige Rolle. Da bei der Heißgasfiltration vornehmlich Feinstpartikel ausgefiltert werden, sind die Feingauge-Nadeln von Groz-Beckert hierfür bestens geeignet. Die besonders feinen Nadeln hinterlassen im Produkt nur kleinste Einstichlöcher. Bei oben genanntem Beispiel lautet die Empfehlung, in der Vor- und Zwischenvernadelung 38 gg bzw. 40 gg Nadeln und 42 gg Nadeln in der Finish-Passage einzusetzen – für ein optimales Oberflächenergebnis.

Für eine kompakte Verdichtung des Filters werden Nadeln mit großem und kleinem Kerbenabstand in Kombination eingesetzt. Hier können auch sogenannte Kompakt-Kerbennadeln mit sehr kleinem Kerbenabstand zur Anwendung kommen. Die dicht aneinander liegenden, exakt angepassten Kerben ermöglichen eine Vernadelung mit geringster Faser- und Trägerschädigung.

Daneben sind allerdings auch Einstichdichte und Einstichtiefe wichtige Parameter. Die richtige Einstellung dieser beiden Werte entscheidet nicht zuletzt über das spätere optische und physikalische Ergebnis des Filters. So wird etwa der Heißgasfilter mit Trägermaterial stark verdichtet, was eine Einstichdichte von 400-600 E/cm2 erfordert.

Trägermaterial

Werden wie bei diesem Beispiel Vliesstoffe mit Trägermaterialien vernadelt, muss auf höchste Trägerschonung geachtet werden.

Oftmals werden Nadeln verwendet, bei denen nur ein oder zwei Kanten mit Kerben versehen sind. Zusätzlich muss die Größe des Kick-up auf das Trägergewebe abgestimmt werden. Nadeln mit Tropfenformarbeitsteil tragen zudem zur maximalen Trägerschonung bei, da sie im Vergleich zum Standardarbeitsteil nur eine Kante besitzen, während die zwei restlichen Kanten vollends verrundet sind. Um zusätzlich eine Schädigung des Träger­materials durch zu scharfe Nadelspitzen zu vermeiden, kommen Nadeln mit verrundeten Spitzen zum Einsatz.

Ebenso werden oftmals Kerben mit HL-Form verwendet. Im Vergleich zu konventionellen Kerben bieten HL-Kerben nicht nur den Vorteil eines ver­rundeten Einlaufbereichs, sondern auch einen verrundeten Kerbenbrustbereich. Dadurch werden Träger­materia­lien und Fasern gleichermaßen geschont. Durch die verrundete Kerbenbrust werden die Fasern außerdem besser in der Kerbe gehalten, was zu geringerem Abrieb und reduziertem Verschleiß führt. Die HL-Form ist deshalb in der Lage, länger als konventionelle Kerben die ursprüngliche Kerbenform beizubehalten. Natürlich ist auch hier darauf zu achten, dass Faserfeinheit und Kerbengröße exakt aufeinander abgestimmt sind.

Beispiel 2: Filtration von Lebensmitteln

  1. Fasern: Viskose/PES
  2. Faserfeinheit: 4,4 dtex/6,7 dtex
  3. Flächengewicht: 60-150 g/m²

Im Gegensatz zur Heißgasfiltration findet bei diesen Fluidfiltern keine Oberflächen-, sondern eine Tiefenfiltration statt. Besonders wichtig bei der Tiefenfiltration ist eine gleichmäßige, homogene Struktur über das gesamte Produkt. Die Produkte werden oft nur leicht vernadelt und teilweise anschließend chemisch oder thermisch verfestigt. Auch hieraus leiten sich wieder entsprechende Anforderungen an die eingesetzten Nadeln ab:

Beispiel 2: die Anforderungen

Fasern

Die verwendeten Fasern stellen keine speziellen Anforderungen an die Nadeln, so dass hier Standardnadeln mit Dreikantarbeitsteil und normaler Spitze verwendet werden können.

Struktur

Anders als bei der Oberflächenfiltration steht bei der Tiefenfiltration die Struktur des Vliesstoffs im Vordergrund. Eine optimale Filterwirkung kann nur mit einer höchst gleichmäßigen Struktur über den gesamten Filterquerschnitt erreicht werden. Natürlich muss aber auch hier die Nadelfeinheit der Porengröße angepasst werden. Die Poren der Fluidfilter sind meist etwas gröber als bei Luftfiltern, so dass in der Regel Nadeln mit einer Feinheit von 36-40 gg verwendet werden.

Um das Volumen des Filters weitestgehend zu erhalten, gleichzeitig aber eine gute Durchnadelung zu erzielen, werden tendenziell eher Nadeln mit kleineren Kerben und großem oder mittlerem Kerbenabstand eingesetzt. Ebenso wird die Einstichdichte entsprechend eingestellt. Der voluminöse Filter ohne Träger wird in diesem Beispiel mit einer Einstichdichte von ca. 50-150 E/cm2 vernadelt.

Zusätzlich spielt die Kerbenform bei der Vernadelung des Filters eine wichtige Rolle. Oftmals kommen hier RF-Kerben zum Einsatz. Diese sind neben einer verrundeten Kerbenbrust zusätzlich mit einem effizienteren Kerbenbrustwinkel ausgestattet und vernadeln dadurch effizienter, aber zugleich auch schonender als konventionelle Kerben. Die Wahrscheinlichkeit, dass Fasern während der Einstichphase der Nadel die Kerbe wieder verlassen, ist dadurch deutlich geringer. Dies ermöglicht eine definierte Vernadelungsleistung pro Einstich. Der Verschleiß findet überwiegend im Kerbenbrustbereich und nicht am Kerben­über­stand statt. Somit bleibt die Ursprungsform bei RF-Kerben länger erhalten. Im günstigsten Fall wird die Kerbe bei leicht wachsendem Kerbengrund nach hinten eingearbeitet, und somit sozusagen „nachgeschärft". Deshalb transportieren RF-Kerben auch dann noch Fasern, wenn andere Kerbenformen bereits verschlissen sind.

Wie allein an diesen beiden Beispielen zu erkennen ist, stellen die Filter, ihre Eigenschaften und Einsatzgebiete komplexe Anforderungen an den Herstellungsprozess, die Anlagen und Werkzeuge. Groz-Beckert steht als Partner des Kunden daher jederzeit für Beratung und zum Dialog zur Verfügung – für eine optimale Gestaltung Ihrer Filterproduktion.

Übrigens: Grundlegendes zum Thema Filtration erfahren Sie im Artikel

„Filtertechnologie"