Luftfilter

  Als Luftfilter werden alle Abscheider bezeichnet, die unerwünschte Schwebstoffe wie Krankheitserreger, Pollen, Stäube oder Gase aus der Luft herausfiltern.

Genauer handelt es sich dabei um filternde Abscheider, die in einem filternden Medium Substanzen aus einem Luftstrom entfernen. Als Filtermedium (Kollektoren) kommen meist Fasern oder Körner zum Einsatz. Es wird in Faserschichtfilter, Schüttschichtfilter und Filter mit festem Medium (seltener, wie Sinterschichten, Keramik) unterschieden.

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Trockenfilter

Diese Filterart entstand im vorigen Jahrhundert und wird auch heute noch in der Fahrzeugindustrie verwendet. Es sind papierähnliche ringförmige (oder, seltener, rechteckig flache) Gebilde, die zickzackförmig gefaltetes Gewebe als Filterelement haben. Die Faltung vergrößert die Filterfläche und verringert den Strömungswiderstand bei gleichzeitiger Erhöhung der Standzeit. In den meisten Fällen des Ringzylinders wird die kontaminierte Luft außerhalb des Zylinders angesaugt und die gefilterte gesäuberte Luft innerhalb weitergeleitet. Diese Filterart ist sehr zuverlässig und hermetisch abgedichtet. Dieses papierähnliche Gewebe ist zwischen zwei Deckel einvulkanisiert oder geklebt. Diese Filtereinsätze werden nach einmaligem Gebrauch entsorgt, es sind sogenannte „Wegwerffilter“.

Als Varianten sind auch flächige Luftfilter gebräuchlich. Hier wird in einem Luftfilterkasten das Filterelement durch eine ebene in einem Rahmen fixierte und gefaltete Filtermatte dargestellt. Die Luft strömt meist von unten nach oben durch das horizontal ausgerichtete Filterelement. Abgeschiedene größere Fremdkörper können so bei Stillstand des Luftstromes auf den Boden des Filterkastens fallen und behindern so den Luftstrom nicht zusätzlich.

Papierbasierte Luftfilter sind einfach herzustellen und sehr preisgünstig.

Zyklonfilter

Bei Kraftfahrzeugen, die häufig in staubiger Umgebung arbeiten (wie z. B. Landmaschinen oder Nutzfahrzeuge), wird eine Variante des Fliehkraftabscheider als Vorfilter vor dem eigentlichen Luftfilter eingesetzt. Der sogenannte Zyklonfilter entfernt Staub und Wasser und entlastet so den eigentlichen Luftfilter. Dies trägt zu einer deutlichen Standzeiterhöhung des gesamten Filtersystemes bei.

Flüssigkeitsfilter (Ölbadluftfilter)

Seltener werden zum Filtern Flüssigkeiten verwendet, durch die die Luft hindurch geführt wird, zum Beispiel bei den Ölbadluftfiltern früherer PKW und LKW. Der Luftstrom wird senkrecht auf das Ölbad geleitet und dort stark abgelenkt. Die schweren luftgetragenen Partikel behalten aufgrund ihrer Trägheit ihre Richtung auf das Ölbad bei, werden durch die Flüssigkeit gebunden und sammeln sich in dieser. Die Reinigung erfolgt, indem das im Ölbad befindliche Stahlsieb mit Waschbenzin oder Kaltreiniger ausgewaschen wird. Zusätzlich muss das Öl nach einem bestimmten Intervall gewechselt werden, da sich die Schmutzpartikel, welche das Stahlsieb zurückgehalten hat, mit dem Öl vermengt haben. Eine Verwendung von Ölbad-Luftfiltern erfolgt bei zu erwartendem hohen Schmutzanfall und möglicher schlechter Ersatzteilversorgung (z. B. Militär). Ein Nachteil dieser sehr robusten Filterkonstruktion ist der durch die Ablenkung des Luftstroms entstehende hohe Strömungwiderstand und die damit verbundene Leistungseinbuße. Im PKW-Bereich findet diese Technik, von Ausnahmefällen abgesehen, keine Anwendung mehr.

Ölgetränkte Filter

Eine weitere Version ist der ölgetränkte Stahlnetz-Luftfilter (es ist kein Ölbad vorhanden), der bei Motorrädern wie z. B. bei der BMW R 25/3 verbaut wurde. Diese Stahlnetz-Luftfilter werden mit Motorenöl getränkt, wodurch sich bei Ansaugen die Staubpartikel des Luftstromes an dem Öl festsetzen. Dadurch erreicht man eine grobe Filterung der Ansaugluft. Dieses mit Öl getränkte Stahlsieb kann man mit Waschbenzin reinigen bzw. auswaschen und somit wieder von dem Staub befreien. Nach dem Reinigen muss das Sieb wieder mit Öl getränkt werden.

Von einigen namhaften Herstellern wie beispielsweise K&N gibt es für viele PKW- und Motorrad-Fabrikate spezielle Austauschluftfilter, welche die aus Filterpapier bestehenden originalen Luftfilter ersetzen. Die Besonderheit ist, dass es sich hierbei um sogenannte „Dauerluftfilter“ handelt, die laut Hersteller bis zu 100.000 km ohne Wechsel aushalten können. Bei dem Material handelt es sich um in spezielles Filteröl getränkte Baumwolle. Um der Veränderung des Luftdurchsatzes Rechnung zu tragen, ist bei manchen Motoren die Gemischeinstellung anzupassen.

Elektrofilter

Elektrofilter werden im wesentlichen in stationären Großanlagen wie Kraftwerken (Rauchgasfilter) oder Zechen (Kompressorschutzfilter) benutzt. In Elektrofiltern werden Staubpartikel elektrostatisch aufgeladen und an den Elektrodenflächen abgeschieden. Die Verschmutzung wird durch getaktete "Abklopfzyklen" und nachfolgendes maschinelles Entfernen der in Trichtern aufgefangenen Stäube über Rohrförderschnecken beseitigt. Nachteil von Elektrofiltern ist die mangelnde Betriebssicherheit: bei Ausfall der Hochspannungsversorgung werden in aller Regel hohe Mengen Schadstoffe ungefiltert durchgeleitet.

Hersteller großer Elekrofilter sind die Lurgi Bischoff GmbH in Essen und die ELEX AG in Schwerzenbach in der Schweiz.

Schlauchfilter

Alternativ zu Elektrofiltern werden in industriellen Anwendungen Schlauchfilter eingesetzt. Diese sind Filter, die mit einer Vielzahl von auf Drahtkörben aufgesteckten einzelnen Gewebeschläuchen ausgerüstet sind. Die Körbe hängen senkrecht nach unten; an ihrer zylindrischen bzw. wurstförmigen Außenseite sammelt sich der Staub. Auch diese Filter werden entweder gemäß ihrem Verschmutzungsgrad (per Überwachung der Druckdifferenz) oder aber zeit-zyklisch abgereinigt, indem für kurze Zeit ein hoher Luftstrom mit Stoßdruck aus Druckstoßbehältern (sogenannte "Shock Blower") in Gegenrichtung erzeugt wird. Der Druckstoß wirft die Staubschicht von der Vielzahl der Schläuche ab und macht die Gewebe wieder für längere Zeit durchlässig. Die Filtergewebe sind Verschleißteile. Der von den Gewebekörben herabfallende Staub wird ebenso in Trichtern aufgefangen und über Rohrschneckenförderer oder Zellenradschleusen aus dem System entfernt, in Silos gelagert oder den folgenden Prozessen (z.B. Feuerung, Zementherstellung) zugegeben.

Die sogenannten STEAG-Steine, mit einem Aussehen ähnlich den Kalksandsteinen, sind zu hohen Anteilen mit Zement verbackene Filterstäube aus Kraftwerken und Heizkraftwerken.

Hersteller sehr großer industrieller Schlauchfilter dieser Bauart sind z.B. Intensiv Filter GmbH & Co. in Velbert oder Standard Filter Corporation, Carlsbad, Kalifornien.

Phasen der Filtration

• Tiefenfiltration: Partikel werden durch Trägheit, Diffusion, Elektrostatik, Adsorption oder Siebeffekt im Filtermedium positioniert (Verstopfungsphase)
• Oberflächenfiltration: Aufbau eines Filter- oder Oberflächenkuchens, welcher wesentlich zur Wirkung beiträgt (ähnliche Wirkmechanismen wie erster Punkt)

Anwendung

Luftfilter werden beispielsweise eingesetzt

• in Kraftfahrzeugen mit Otto- oder Dieselmotor, um die Verbrennungsluft vor dem Ansaugen in den Vergaser oder die Zylinder zu reinigen,
• in der staubemittierenden Industrie (z. B. Papier, Zement) (Umweltschutz),
• in Lüftungsanlagen, um Schadstoffe von Wohnungen fernzuhalten,
• in Staubsaugern, um die austretende Luft vollständig zu reinigen, uvm.

Siehe auch

• Filter
• Abgasfilter
• HEPA-Filter
• Partikelfilter
• Fliehkraftabscheider
• Staubsauger