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Was Sie über Luftaufbereitung wissen sollten

Auch wenn die meisten Fabriken über Luftaufbereitungsanlagen verfügen, um ihre pneumatische Ausrüstung zu schützen, ist das Thema noch immer nicht gut bekannt und birgt eine Reihe von interessanten Aspekten und Optimierungspotenzialen. Eine der zentralen Fragen lautet: Wie sollte meine Druckluft aufbereitet sein? Darauf gibt es keine einfache Antwort. Die Qualität von Druckluft hängt von einer Vielzahl von Variablen ab, darunter die Luftqualität am Eingang (vom Kompressor), die Anforderungen an die Luftqualität in den nachgeschalteten Anwendungen, die Prozess- oder Branchenanforderungen oder sogar die Position der Filtereinheiten. Bei all diesen Unsicherheiten kann SMC, Experte für Luftaufbereitung, unterstützen.

  Von Mark Brinsley, Sales Engineering Group; Air and Fluid Equipment, SMC UK


OKTOBER 2021
Drei wichtige Faktoren
Bei der Druckluftqualität sind drei Aspekte zu berücksichtigen:

  • Staub und andere Partikel in der Luft: Die aus dem Kompressorraum austretende Druckluft, die bereits einen Filter passiert hat, enthält noch immer Partikel. Wenn die Luftqualität zu schlecht ist, kann dies in nur wenigen Monaten selbst die besten Antriebe beeinträchtigen, ganz zu schweigen von den möglichen Schäden an empfindlicher Endausrüstung wie Durchflusssensoren. Nicht behandelte Druckluft enthält unterschiedliche Mengen von Partikeln, die Ihre Produktionsprozesse beeinträchtigen werden: Die Folge ist die Bildung von Partikelablagerungen, die mechanische Reibung verursachen, z. B. zwischen Zylinderwand und Kolbendichtung.
  • Wassertröpfchen oder großes Kondensationspotenzial: Dies führt letztlich zur Korrosion von Teilen und lässt Rostpartikel entstehen, die mechanische Schäden verursachen oder kleine Durchflussquerschnitte blockieren können. Feuchtigkeit kann auch Dichtungen aufquellen lassen, was zusätzliche Reibung in Antrieben erzeugt. Als weitere mögliche Probleme können auftreten:
    • Veränderungen bei Farbe, Haftung und Oberflächenqualität beim Lackieren
    • Haftung und Oberflächenqualität bei industriellen Tintenstrahldruckern
    • Viskosität und Materialkonsistenz bei Blasformen von Kunststoffflaschen
    • Haftfestigkeit von Klebungen/Klebebändern bei Kartonverpackungen
    • Zusammensetzung und Unversehrtheit von Arzneimitteln
    • Verunreinigungen in der Lebensmittelverarbeitung durch Wachstum von Mikroorganismen
    • Probleme bei Luftspülung oder Luftkühlung verursacht durch Feuchtigkeit
  • Austritt von Ölnebel oder Geruch aus einem Kompressor: Die Folge ist das Verklumpen der Partikel, was Querschnitte blockieren kann. Zusätzlich kann Öl bestimmte Elastomere, wie sie in Dichtungen verwendet werden, aufquellen lassen.

Kurz gesagt, verursacht eine unzureichende Druckluftaufbereitung höhere Wartungskosten, Fehlfunktionen im Betrieb, eine verkürzte Lebensdauer sowie höhere Energiekosten aufgrund von Leckagen. Problemen, die es zu vermeiden gilt.

Optimiertes Filtrationssystem:
Elemente zur Entfernung von Verunreinigungen in Ihrer Druckluft

Je nachdem, welche Verunreinigungen Sie entfernen wollen, benötigen Sie unterschiedliche Elemente. Beim Stichwort Luftaufbereitung denken wir meist nur an Filter. Doch ein optimiertes Filtrationssystem geht darüber hinaus. Luftaufbereitung ist mehr als nur der Einsatz eines Filters. Sie sollte als Komplettsystem betrachtet werden:

1. Filter zur Entfernung von Staub und Partikeln sind Teil einer kombinierten Wartungseinheit, die aus einem Luftfilter, einem Mikrofilter, einem Submikrofilter und einem Aktivkohlefilter besteht. SMC bietet ein umfassendes Produktportfolio mit einheitlichem Design: Luftaufbereitungskomponenten zur Erfüllung der höchsten Luftqualitätsstandards durch mehrstufige Filtration, von einfacher Partikelentfernung (AF-Serie) über Mikrofilter (AFM/AFD) und Aktivkohlefilter (AMK) bis hin zur Entfernung von Bakterien (SFDA). Die Regelung des Versorgungsdrucks wird von Reglern oder Filter-Regler-Einheiten ausgeführt. Ohne eine lokale Regeleinheit könnte sich der Versorgungsdruck aus dem Kompressor negativ auf die Energieeffizienz auswirken sowie potenziell gefährlich sein, da höhere Kräfte von den Antrieben möglich wären. Es gibt außerdem eine Vielzahl von Situationen, in denen der höhere Druck die lokale Pneumatik-Ausrüstung beschädigen könnte. Um das Entfernen der Feuchtigkeit zu verbessern, kann ein Membranfilter zu der FRL-Einheit hinzugefügt werden. Dies kann auch in Umgebungen sinnvoll sein, in denen die Fabrikleitungsanschlüsse Umgebungstemperaturen ausgesetzt sind, die unter dem durch Kühltrockung erreichbaren Taupunkt liegen.2. Hinzu kommen weitere Komponenten, die zur Kontrolle des Betriebs beitragen:

  • Elektronische Proportionaldruckregler, ermöglichen die elektronische Regelung des Drucks. (nützlich für Stand-by-Druckreduzierung)
  • Luftdurchflusssensor mit integrierter Temperaturerfassung (zur Bestimmung der „normalen“ Verbrauchsmengen sowie zur Auslösung des Sensors, wenn sich diese
  • Bedingungen ändern, zum Beispiel bei Entstehung einer undichten Stelle)
  • Sicherheitsentlüftungsventil mit Erkennung der Ventilschieber-Position (für Sicherheitsschaltkreise)
  • Integrierte Druckabfrage (zur Prüfung auf zu hohe oder zu niedrige Drucke) oder Kontrolle für langsamen Druckaufbau (zur Verhinderung von Problemen mit plötzlichem Anfahren von Antrieben)

Wenn Ihre Druckluftversorgung – die überwacht werden sollte – angemessen aufbereitet wurde, ist Ihre Ausrüstung geschützt. Die Zustandsüberwachung kann auch die Planung von Routine-Wartungsarbeiten zur Gewährleistung eines effizienten Betriebs erleichtern. Druckschalter und Durchflusssensoren helfen, zu erkennen, wann Wartungsarbeiten an einem Filter durchgeführt werden sollten, wie z. B. das Entleeren von Staubabscheidern.

3. Kältetrockner zur Entfernung von Feuchtigkeit. Diese sollten durch einen Hauptleitungsfilter geschützt werden. Ein Kältetrockner kühlt die Druckluft weiter herunter, indem er an seiner Einlassseite Wärme abführt und deren Taupunkttemperatur auf 3 ºC absenkt, um anschließend das Kondensat durch einen automatischen Kondensationsablass auszuscheiden. Der Trockner erwärmt dann die getrocknete Druckluft wieder auf Umgebungstemperatur, indem die zuvor abgeführte Wärme durch einen Wärmetauschprozess wieder zugeführt wird. Diese erneute Erwärmung der Druckluft auf Umgebungstemperatur verhindert das „Schwitzen“ an kalten Leitungen beim Betrieb in feuchten Fabrikumgebungen.

Zusätzlich sind Wasserabscheider eine wichtige Option. Sie nutzen mechanische Trennverfahren, um in großem Umfang Kondenswasser aus der Fabrikluft zu entfernen, entweder indem die Einlassluft in eine Spirale geleitet wird, wo mithilfe der Zentrifugalkraft das Wasser von der Druckluft getrennt wird, oder indem die Einlassluft durch einen großmaschigen Spezialkunststoff-Filter geleitet wird, der Wasserpartikel auffängt, die dann in einen Sammelbehälter fallen, während die Druckluft durchgelassen wird. Die neue SMC Serie AFF aus Wasserabscheidern, die Wasserentfernung UND Partikelfiltration IN EINEM EINZIGEN FILTER kombinieren, ist in der Lage, Wassertröpfchen mithilfe eines Spezialkunststofffilters abzufangen und so bis zu 99 % des Wassers zu entfernen.

Ein Wasserabscheider ist jedoch nur darauf ausgelegt, Wasser zu entfernen; er senkt den Taupunkt nicht ab. Dies wird gewöhnlich durch einen Kältetrockner erreicht. Wenn dies nicht ausreicht, können Sie einen Membranfilter verwenden, um den Taupunkt am Nutzungspunkt zu senken.

Setzen Sie die Spezifikationen nicht zu hoch an
Die Bestimmung des akzeptablen Niveaus an Staub, Feuchtigkeit und anderen potenziellen Verunreinigungen beruht auf der Anwendung sowie auf den verschiedenen Problemen, die auftreten könnten. Für empfindliche Ausrüstung hilft die ISO-Norm 8375-1 bei der Bestimmung der geeigneten numerischen Einstufung für Partikel- und Ölgehalt. Einfach ausgedrückt: Je niedriger die Nummer für die jeweilige Kategorie, desto sauberer die Druckluft.

Luftaufbereitungskomponenten wurden in den vergangenen Jahrzehnten optimiert, wobei der Durchflussverlust im Kreislauf dank der Optimierung der internen Ventilkonstruktion minimiert wurde. Dennoch muss die Druckluftmenge (Durchfluss) berücksichtigt werden, um sicherzustellen, dass die Durchflussanforderungen Ihrer Ausrüstung erfüllt werden können. Das bedeutet, die Komponenten im Druckluftkreislauf, ausgehend von Ihren Durchflussanforderungen, müssen angemessen dimensioniert sein. Wählt man sie zu klein, sind sie ineffizient, und es kommt zu einem größeren Druckabfall; sind sie dagegen zu groß, wird Geld verschwendet.

Natürlich sollte der Druck der Druckluft bei der Auswahl Ihres Modells beachtet werden, um sicherzustellen, dass alle Komponenten auf Ihren benötigten Systemdruck ausgelegt sind. Ein optimierter Betriebsdruck erhöht den Wirkungsgrad; der Wirkungsgrad erhöht sich durch den Betrieb der Ausrüstung bei niedrigeren Drucken und reduziert so den Druckluftverlust durch undichte Stellen. Wenn Sie den Betriebsdruck Ihrer Ausrüstung senken, könnten Sie auch den Bedarf seitens des Kompressors senken und die Leistungsaufnahme verringern.

Entscheidend ist, dass Sie bei der Auswahl von Filtrationskomponenten für eine effiziente Luftqualitätslösung Druck und Durchfluss berücksichtigen. Es ist sehr wichtig, die Reinheit der Druckluft NICHT ZU HOCH ANZUSETZEN. Eine unnötige übermäßige Filterung kann häufiger potenzielle Druckabfälle zur Folge haben, den Wirkungsgrad eines Druckluftsystems senken und eine extremhohe Stromrechnung verursachen.


Ein wichtiger abschließender Schritt: Reinigung der Filterelemente
Warum leeren Sie den Beutel Ihres Staubsaugers hin und wieder? Weil er andernfalls nicht optimal funktioniert. Das Gleiche gilt für Ihre Filtereinheiten. Wenn das Filterelement voll ist, sinkt die Leistung, was zu Druckabfällen führt; erhebliche Druckabfälle verursachen eine unzureichende Funktion der Maschine, was in vielen Fällen zur Folge hat, dass der Regler höher eingestellt wird. Wenn Sie also das Filterelement genauso wie Ihren Staubsauger gelegentlich reinigen, ist das einfacher, als den Druck zu erhöhen, was teuer und ineffizient sein kann. 

Das Fazit lautet also: Aus dem Kompressor abgelassene Luft enthält grundsätzlich Verunreinigungen. Wenn die Luft nicht den Anforderungen Ihres Arbeitsprozesses entsprechend behandelt wird, gelangen diese Verunreinigungen zu Ihrem Prozessausgang. Unterschiedliche Anwendungen erfordern ein unterschiedliches Maß an Filtration und allgemeiner Luftbehandlung. Sie können sich darauf verlassen, dass die Experten von SMC die beste Luftaufbereitung für Ihr Druckluftsystem finden. 

Ihr Weg zur richtigen Druckluftqualität

Mark begann in den frühen 1990er Jahren als technischer Lehrling bei SMC UK zu arbeiten. 1997 wechselte er in den Bereich zur Konstruktion von Steuerungssystemen. Nach drei Jahren im European Technical Centre von SMC wechselte Mark 2003 in den technischen Support der britischen SMC-Niederlassung, wo er sich um Luftaufbereitungsanlagen und Temperaturregelungsprodukte kümmert. Neben seiner Arbeit geht Mark gerne schwimmen, läuft und fährt Rad.

 

Mark Brinsley | Sales Engineering Group, Air and Fluid Equipment, SMC UK

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