Druckluftaufbereitung

An overview of the key steps to ensure clean, reliable compressed air

Luft ist verschmutzt

Mit bloßem Auge kaum erkennbar: Pollen, Keime, Partikel, Fasern, Aerosole sowie Schwermetalle wie Blei und Cadmium. Verunreinigungen in der Umgebungsluft können die Funktion des Druckgassystems, die Qualität der Produkte und sogar die Gesundheit der Verbraucher beeinträchtigen.

Der Kompressor verdichtet die angesaugte Umgebungsluft auf das erforderliche Druckniveau. Durch die Verdichtung der Umgebungsluft werden auch die Verunreinigungen verdichtet. Ohne die entsprechende Aufbereitungstechnik würden die Verunreinigungen leicht in das Druckluftsystem eindringen und je nach Produktionsprozess in das Endprodukt gelangen. Damit ist die Druckluftaufbereitung auch eine Frage der Prozesssicherheit.

Warum die Druckluftqualität den Aufbereitungsprozess bestimmt

Das Energieträgermedium Luft steht weltweit in nahezu unbegrenzten Mengen zur Verfügung, doch ihre Qualität ist nicht überall gleich. In den verschiedenen Klimazonen bestehen erhebliche Unterschiede in der Luftqualität, die auf unterschiedliche Schadstoffemissionen aus Verkehr, Industrie, Landwirtschaft und anderen Einflüssen zurückzuführen sind. Dies muss bei der Druckluftaufbereitung entsprechend berücksichtigt werden. Die richtige Druckluftaufbereitung kann Maschinenausfälle und Stillstandszeiten deutlich reduzieren. Nicht nur die Maschinen benötigen saubere und trockene Druckluft. Als Prozessmedium muss Druckluft technische Anforderungen erfüllen und entsprechend aufbereitet werden. Aus diesem Grund richtet sich die Qualität der Druckluft nach den jeweiligen Anforderungen.

Die Norm ISO 8573-1 legt die zulässige Menge an Verunreinigungen pro Kubikmeter Druckluft fest. Feststoffpartikel, Wasser und Öl werden als die drei Hauptverunreinigungen genannt.

Drei Codes bezeichnen die jeweilige Qualitätsklasse gemäß ISO 8573-1.

Dementsprechend greifen bei der Druckluftaufbereitung verschiedene Prozesse ineinander. Besondere Beachtung muss der Verunreinigung durch Keime und Bakterien geschenkt werden. Die Norm DIN ISO 8573-1 definiert jedoch keine Grenzwerte für Keime oder Mikroorganismen.

Weitere Informationen zum Thema Druckluftqualität nach ISO 8573-1 finden Sie hier …

Partikelkonzentration

Bei der Erzeugung von Druckluft wird Umgebungsluft angesaugt und durch einen Kompressor verdichtet. Das bedeutet, dass Staub, Feuchtigkeit, Öle, Aerosole sowie mikrobiologische Bestandteile in entsprechenden Anteilen in die Druckluft gelangen.

Die richtige Partikelkonzentration lässt sich schrittweise durch geeignete Filter erreichen.

Restfeuchte

Wasser ist die problematischste aller Verunreinigungen in Druckluft. Es verursacht nicht nur Schäden in Form von Korrosion, sondern begünstigt auch das Wachstum von Mikroorganismen, die sowohl den Anwendern schaden als auch Produkte und Prozesse verunreinigen können.

Der erforderliche Restfeuchtegehalt kann mit geeigneten Trocknern erreicht werden.

Restölgehalt

Die Umgebungsluft enthält Öl in gasförmigem Zustand (Öldampf). Typische Schadstoffwerte liegen zwischen 0,05 mg/m³ und 0,5 mg/m³. In dicht bebauten Stadtgebieten oder auf Industriegebieten kann dieser Wert jedoch höher sein.

Der Restölgehalt kann durch geeignete Verfahren reduziert und überwacht werden.

Keimfrei

Druckluftsysteme enthalten große Mengen an mikrobiologischen Verunreinigungen, und ein warmes, feuchtes Druckluftsystem bietet ideale Wachstumsbedingungen.

Doch Keime und Mikroorganismen lassen sich auch dauerhaft aus der Druckluft entfernen – mithilfe von Druckluftaufbereitungstechnologien wie Sterilfiltern oder Katalysetechnologie.

Technologien zur Druckluftaufbereitung

Im Zusammenhang mit Druckluftfiltern stößt man auf eine Vielzahl unterschiedlicher Begriffe. Einige dieser Bezeichnungen sind herstellerspezifisch, andere haben sich einfach im Sprachgebrauch etabliert oder sind Fachbegriffe. Im Folgenden werden einige der häufig verwendeten Begriffe erläutert.

Wasserabscheider / Zyklonabscheider

Der Wasserabscheider ist kein Filter im klassischen Sinne, sondern, wie der Name bereits andeutet, ein Abscheider. Er sperrt den Weg für langsam fließende Flüssigkeitsmengen in der Druckluft und trennt Wasser mithilfe von Schwerkraft und Zentrifugalkraft ab.

Mit anderen Worten: Wasserabscheider entfernen große Mengen an Flüssigkeit aus einem System und entlasten so nachgeschaltete Trockner usw. Diese Flüssigkeit wird als Kondensat bezeichnet und muss entsprechend aufbereitet werden (Kondensataufbereitung).

Nassfilter / Koaleszenzfilter

Die gängigsten Koaleszenzfilter kombinieren verschiedene Filtertechniken, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Hierfür werden häufig Vliesfiltermedien mit unterschiedlichen Materialeigenschaften und geeigneten Herstellungsverfahren (Falten, Wickeln, …) eingesetzt. Die einzelnen Hersteller versuchen, sowohl Partikel als auch Flüssigkeits- und Öltropfen sowie Aerosole in einem Gehäuse abzuscheiden. Die folgenden Abbildungen veranschaulichen, wie dies funktioniert.

Oberflächenfiltration

Partikel, die größer sind als der Abstand zwischen den Fasern des Vliesfiltermaterials, werden direkt zwischen diesen Fasern zurückgehalten, also wie in einem Sieb aufgefangen. Da dies meist an der Oberfläche geschieht, wird häufig der Begriff Oberflächenfiltration verwendet.

Tiefenfiltration

Bei der Tiefenfiltration, auch als Kollisionsabscheidung bezeichnet, gelangen Feststoffpartikel und Aerosole in das Filterbett. Dort prallen sie auf zahlreiche feine Fasern, verlieren an kinetischer Energie, werden immer langsamer und bleiben schließlich an den Fasern haften

Brownsche Bewegung

Winzige Aerosole prallen durch Brownsche Bewegung gegen die Fasern, bewegen sich entlang der Außenwand der Faser in Richtung des Druckluftstroms. An den Abzweigungen bilden sie größere Tropfen und fließen in einen Auffangbehälter, aus dem sie als Druckluftkondensat abgeleitet werden müssen.

Grenzen der Koaleszenzfiltration

Koaleszenzfilter entfernen flüssiges Öl und Aerosole wirksam, indem sie kleine Tröpfchen zu größeren zusammenwachsen lassen.

Öldämpfe können auf diese Weise jedoch nicht aufgefangen werden und passieren den Filter. Da die Norm ISO 8573-1 alle Ölkomponenten berücksichtigt, sind zusätzliche Technologien wie Adsorption oder katalytische Behandlung erforderlich, um die höchsten Luftqualitätsklassen zu erreichen.

Mehrstufige Filtration

Um das Ergebnis nach der Filtration zu verbessern, können mehrere Partikelfilter nacheinander eingesetzt werden. Der gröbere Filter muss immer vor dem feineren Filter installiert werden. Dieses Verfahren wird als mehrstufige Filtration bezeichnet, da die gewünschte Qualität Stufe für Stufe gefiltert wird. BEKO TECHNOLOGIES liefert Koaleszenzfilter in 3 Stufen:

	Ölaerosol			-	Partikel
Filtrationsrate	Abscheidungsrate des Ölaerosols	Konzentration am Einlass	Konzentration am Auslass	-	Partikelabscheidung	Partikelgröße	Klasse gemäß ISO 8573-1
Grobfilter C	84,00 %	30 mg/m³	<=5 mg/m³	-	99,00 %	2,0 -5,0 µm	4. - 4.
Feinfilter F	99,50 %	10 mg/m³	0,05 mg/m³	-	99,83 %	0,5 -2,0 µm	2. - 2.
Ultrafeinfilter S	99,95 %	10 mg/m³	0,005 mg/m³	-	99,98 %	0,1 -0,5 µm	1. - 2.*

* Um die Klasse 1.-.1 zu erreichen, sind in der Regel ein zusätzlicher Aktivkohlefilter und ein Staubfilter erforderlich, da der Koaleszenzfilter den Öldampf nicht zurückhalten kann.

Trocknung (Regulierung der Restfeuchte)

Wasserdampf in Druckluft kann zu Korrosion, Betriebsstörungen und Problemen mit der Produktqualität führen.

Drucklufttrockner werden eingesetzt, um die Restfeuchte zu reduzieren und einen definierten Drucktaupunkt zu erreichen. Je nach Anwendung kommen unterschiedliche Trocknungstechnologien zum Einsatz, um einen zuverlässigen Betrieb und eine gleichbleibende Luftqualität zu gewährleisten.

Verfahren	Kältetrockner	Membrantrockner	Adsorptionstrockner
Drucktaupunkt	Die Drucktaupunkte liegen zwischen +3 und +10 °C	Die Drucktaupunkte liegen zwischen +10 und -40 °C	Die Drucktaupunkte liegen zwischen -20 und -70 °C
Volumenstrom	ca. 20 bis 17.600 m³/h	ca. 20 bis 2.250 l/min	ca. 10 bis 100.000 m³/h
Funktionsprinzip	Kompressor und Wärmetauscher nach dem Kondensationsprinzip	Die Feuchtigkeit wird über die Abluft an die Umgebung abgegeben	Die Feuchtigkeit wird von einem Adsorptionsmittel adsorbiert
Hinweis	Nicht geeignet für Umgebungstemperaturen unter dem Gefrierpunkt	Endtrockner, auch für frostgefährdete Druckluftverteiler einsetzbar	Sehr großer Bereich möglicher Drucktaupunkte und hohe Volumenströme

Kältetrockner werden in der Regel am Anfang einer Druckluftanlage eingesetzt, im Anschluss an eine geeignete Wasserabscheidung und Kondensatableitung. Membrantrockner werden häufig in der Nähe der Anwendung, also nahe dem Endpunkt, platziert. Sie werden oft als Ergänzung zu Kältetrocknern eingesetzt, als sogenannte Endtrockner für kleinere Volumenströme. Adsorptionstrockner werden je nach Art der Anwendung entweder am Anfang des Druckluftsystems oder in der Nähe der Anwendung eingesetzt und eignen sich für sehr große Volumenströme.

Restölgehalt und Keime in der Druckluft

In vielen Branchen kommt Druckluft in direkten Kontakt mit Produkten und Verpackungen. Selbst geringste Verunreinigungen durch Öl oder Mikroorganismen können die Produktqualität, die Sicherheit und den Ruf der Marke gefährden.

Zuverlässiger Schutz hängt von einer Sache ab: einem perfekt abgestimmten Aufbereitungssystem – doch Verunreinigungsrisiken werden oft unterschätzt.

Erfahren Sie mehr

Ihr Weg zum Druckluft-Experten

Bei der Druckluftaufbereitung greifen verschiedene Prozesse ineinander. Die richtige Reihenfolge, Auslegung und Dimensionierung der beteiligten Komponenten ist entscheidend für die Qualität, und eine effiziente Aufbereitung trägt wesentlich zur Senkung der Betriebskosten bei.

Möchten Sie mehr über die Grundlagen von Druckluft und Druckluftaufbereitung erfahren? Dann empfehlen wir Ihnen unser umfassendes Schulungsangebot.