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50 Jahre O+P: Fluidfiltration im Wandel der Zeit

Von: Frank Philippin

Wie bereits in den vergangenen Artikeln dieser Serie zu lesen war, unterlagen die Hydrauliksysteme im Wandel der Zeit entscheidenden Veränderungen. Dieses gilt selbstverständlich auch für die Fluidfiltration.

Vom Schmutzfänger zum Systemerhalter

Betrachtet man die Filtrationssysteme der 1930er- und 1940er-Jahre, wie man sie vor den Firmenzentralen einiger Mobil-Maschinenhersteller noch bestaunen kann, so muss man aus heutiger Sicht von Schmutzfängern sprechen. Einfache grobe Siebfilter schützten die Komponenten vor Verschmutzung. Von Schmutzaufnahmekapazität und Reinheitsklassenwar noch nicht die Rede.

Wer sein System zusätzlich schützen wollte, bediente sich der magnetischen Vorfiltration. Ein System, dass im Wesentlichen von dem bekannten Wegbegleiter und -be-reiter der Hydraulik, Herrn Prof. Hans Thoma, entwickelt wurde. Er war es, der bereits in den 1930er-Jahren mit dieser Tech-nologie experimentierte und entsprechende Patente erlang. Auf sein Betreiben hin, verwendete sein Schwiegersohn, Herr Dipl.-Ing. Friedrich Landwehr, Magnetfiltration nach dem „Thoma-Prinzip” in den Filtersystemen der damaligen Regeltechnik Friedrichshafen.

Bis heute findet diese Technik Verwendung in modernen Filtersystemen und hat, trotz veränderter Materialien, wie Aluminium und Kunststoff, durchaus ihre Berechtigung, nicht nur als Entlastung für das Filterelement, sondern viel mehr als Indikator für Verschmutzung.In einem verschmutzten Filterelement sieht man keine Partikel, als Anhaftung an der Magnetkerze sehr wohl.

Mit den gestiegenen Anforderungen und der damit verbundenen Weiterentwicklung der Hydrauliksysteme war es zwingend notwendig, der Reinheit der Hydraulikflüssigkeit mehr Beachtung zu schenken. Feinere Dosierbarkeit, effektivere und leisere Pumpen und Motore erforderten geringere Spaltmaße. Komponentenausfälle durch Verschmutzung war die Folge. Also waren die Filterhersteller gefragt, für eine sauberere Hydraulikflüssigkeit und systemunterstützende Filtrationssysteme zu sorgen.

Die klassischen Filtersysteme, wie Saugfilter, Rücklauffilter und Druckfilter wurden kontinuierlich verbessert und haben nach wie vor ihre Berechtigung. Es kamen die DIN-Filter, Fluch oder Segen sei einmal dahingestellt, vor allem im Bereich der Stationärhydraulik dazu. Aber der eigentliche Durchbruch, zumindest im Bereich der Mobilhydraulik, stellte sicherlich die Entwicklung der Saug-Rücklauf-Filter Anfang der 1990er-Jahre dar. Mit diesem System wurde erstmals durch entsprechende Ventiltechnik und geregeltem Eingriff in den Kühlkreislauf die Funktionalität eines Hydrauliksystems mitbestimmt. Bei den Saug-Rücklauf-Filtern geht es eben nicht nur darum, mit einem sorgfältig ausgewählten Filterelement die Hydraulikflüssigkeit so lange wie möglich sauber zu halten. Das Zusammenspiel von Vorspann- und Nachsaugventilen sorgt viel mehr für eine zuverlässige und erweiterte Verfügbarkeitder Maschinen.

Mussten mobile Arbeitsmaschinen in der Vergangenheit nach einem Kaltstart erst eine zeitraubende und energieverschwendende Warmlaufphase absolvieren, sind sie, mit modernen Saug-Rücklauf-Filtern ausgestattet, sofort einsetzbar. Dem Motto „Zeit ist Geld” wird durch die Verwendung der Saug-Rücklauf-Filter vollkommen Rechnung getragen, und das in mehrerlei Hinsicht. Denn immerhin vereint ein Saug- Rücklauf-Filter zwei Filter, nämlich den Saugfilter und den Rücklauffilter in einem Gehäuse. Das spart einen zusätzlichen Tankausschnitt und damit Herstellungs- und Montagekosten, ein zusätzliches Filterelement und damit Wartungskosten und – abhängig von dem Gesamtsystem – oft auch die teuren Druckfilter. Als positiver Nebeneffekt wird dem System in allen Betriebszuständen gefiltertes Öl zur Verfügung gestellt. Es sollte allerdings darauf geachtet werden, dass der Maschinenhersteller schon in einer sehr frühen Planungsphase den Filterhersteller mit in die Hydrauliksystemplanung einbezieht, um dieses komplexe Filtrationssystem optimal abzustimmen.

Neben den innovativen Entwicklungen bei den Filtersystemen sind auch die Filterelemente entschieden weiterentwickelt und optimiert worden. Denn, was nützt das beste Filtrationskonzept, wenn die technischen Vorteile und Kostenvorteile durch häufigen Elementwechsel und unzureichende Reinheitsklassen zunichte gemacht werden.

Die Aufgabenstellung war und ist komplex und sehr anspruchsvoll: bessere Filtrationsleistung, Reinheitsklassen, höhere Schmutzaufnahmekapazität, verlängerte Wartungsintervalle, geringere Durchflusswiderstände, kleine Baugrößen und geringere Energieverluste sind die Herausforderungen. Ausgehend von einfachen, rein metallischen Siebelementen, die zwar einen geringen Durchflusswiderstand hatten, dafür aber eine sehr geringe Schmutzaufnahmekapazität und aus heutiger Sicht eine unzureichende Abscheidung, entstanden bald darauf Filterelemente mit phenolharzgetränktem Papier als Filtermedium. Hier war zwar die Filtrationsleistung wesentlich besser und, aufgrund der Möglichkeit mehr Filterfläche in vergleichbare Baugrößen unter zu bekommen, die Schmutzaufnahmekapazität besser, allerdings bei einem höheren Durchflusswiderstand.

Diese Papierelemente sind immer noch im Einsatz, hauptsächlich aus vermeintlichen Kostenvorteilen, sollten aber in modernen Hydrauliksystemen keine Verwendung mehr finden. Sie sind Glasfaserelementen in punkto Schmutzaufnahmekapazität, Abscheiderate und universeller Verwendbarkeit deutlich unterlegen. Hinzu kommt noch, dass die Papierelemente im Kontakt mit verschiedenen Hydraulikflüssigkeiten aufquellen.

Bei den Glasfaserelementen gibt es eine enge Zusammenarbeit zwischen den Medienherstellern und den Elemententwicklern, die hoch interessante Konstruktionen hervorbringen. Neue Filtermaterialien in unterschiedlichsten Kombinationen bringen erstaunliche Ergebnisse. Die Abscheideraten verbessern sich kontinuierlich, die Schmutzaufnahmekapazitäten erhöhen sich wesentlich und die Durchflusswiderstände verringern sich. Verbunden mit der Einbringung von zusätzlichen, wasseraufnehmenden Schichten lassen sich höchst effektive und für den Anwender interessante Filterelemente gestalten. Auch die Entwicklungen im Bereich der Polyamidgewebe sind in vollem Gange und finden in immer mehr Elementtypen Verwendung.

Doch trotz aller innovativen und interessanten Entwicklung im Bereich der Filtration sollten auch kritische Aspekte nicht unerwähnt bleiben. Der Kostendruck, dem letztlich alle unterworfen sind, bringt immer wieder Anbieter hervor, die mit teilweise abenteuerlichen Argumenten ihre Produkte verkaufen wollen. Denken wir nur an die Aussagen von Anbietern, die suggerieren, dass der Anwender nie mehr das Öl wechseln muss, wenn seine Filter verwendet werden. Jeder, der sich mit dem Thema Öl näher befasst und einschätzen kann, welchem Verschleiß die Öle in HochleistungsHydraulikanwendungen unterworfen sind, kann vor dieser Aussage nur warnen, so populär sie auch sein mag.

Auch vor den immer wieder zu findenden Anbietern, die Glasfaser-Filterelemente angeblich reinigen können, kann nur gewarnt werden. Glasfaserelemente sind Tiefenfilter, in denen sich die Partikel in einem „Labyrinth” von Gewebefasern verfangen. Wie sollen sich also die einmal unter Druck in das Gewebe hineingepressten und verfangenen Partikel wieder herauslösen lassen? Außerdem haben Versuche gezeigt, dass die Verbindungen der Glasfasern im Ultraschallbad zerstört werden. Abgesehen davon, unterliegen Filterelemente in Hydrauliksystemen einer mehr oder weniger großen Pulsationsbelastung. Das heißt, dass die Lebensdauer eines Filterelements nicht nur durch die Schmutzaufnahmekapazität, sondern auch durch die Stabilität des Stützgewebes begrenzt ist. Wenn ein Filterelement also länger benutzt wird, als es eigentlich ausgelegt ist, besteht die Gefahr, dass es zerstört wird, ohne dass der Anwender etwas bemerkt. Kostspielige Komponentenschäden sind somit vorprogrammiert. So reizvoll solche Angebote auch sein mögen, so gefährlich können sie auch sein.

Doch wäre es nicht fair, nur die sogenannten Nischenanbieter zu kritisieren. Auch bei den etablierten Filterherstellern bleiben wichtige Aspekte oft unberücksichtigt. Nehmen wir das Thema Umweltschutz: ein Thema, das gerade für Filterhersteller ein sehr Wichtiges sein sollte und dem auch in verschiedenen Bereichen, zum Beispiel bei veraschbaren Kunststoff-Filterelementen oder Filterelementen mit höherer Schmutzaufnahmekapazität und damit weiniger Elementwechseln, Beachtung geschenkt wird. Allerdings ist und bleibt ein verschmutztes Filterelement in jedem Fall Sondermüll und ist entsprechend zu entsorgen. Doch das ist nicht der Punkt.

Schauen wir uns doch einmal an, was bei einem Elementwechsel in einer Maschine passiert. Zumindest im Bereich der Druckfilter, die sehr verbreitet verbaut sind, wird bei einem Elementwechsel in der Regel eine Filterglocke, die mit Öl gefüllt ist, nach unten abgeschraubt. Wer schon einmal bei seinem PKW einen Ölfilter gewechselt hat, weiß, was passiert. Das betriebswarme Öl fließt dem Servicetechniker über die Hände, verschmutzt die Maschine und gegebenenfalls die Umwelt und muss entsprechend wieder aufgefüllt werden. Auch im Bereich der Saugfilter, die sinnvoller Weise horizontal unter Ölniveau eingebaut werden, ist normaler Weise ein leckagefreier Elementwechsel nicht möglich. Diese Resourcenverschwendung und Umweltbelastung wird nicht thematisiert.

Dabei gibt es bereits Filtersysteme, bei denen die Filterelemente nach oben entnommen werden können. In Verbindnung mit der Durchströmungsrichtung von Innen nach Außen, bleibt der Schmutz beim Elementwechsel im Filterelement und das Öl im System. Dass dieser Mehraufwand nicht kostenlos zu bekommen ist, ist klar, doch sollte sich jeder Anwender fragen, was ihm die Erhaltung der Umwelt wert ist.

Gesamt gesehen kann man sicherlich sagen, dass die Entwicklungen im Bereich der Filtration hoch interessant waren und weiterhin sein werden. Filtration hat mittlerweile einen höheren Stellenwert bekommen und wird nicht nur als notwendiges Übel betrachtet. Den Maschinenherstellern ist daran gelegen, die Zuverlässigkeit Ihrer Maschinen so gut wie möglich zu gewährleisten. Dazu gehört auch ein sauberes und damit funktionierendes Hydrauliksystem, was ohne gute Filtration nicht möglich ist.

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