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Und was ändert sich bei der Magnetfiltration?

 

Das Schlagwort des Jahres 1999 in der Filterbranche heißt sicherlich "ISO MTD". Nachdem nun der bereits seit längerem nicht mehr hergestellte ACFTD - auch als Arizona-Staub bekannt - endgültig von dem ISO MTD Teststaub abgelöst wurde, sind auch die entsprechenden Normen zur Beurteilung der Filterleistung erstellt worden. Sie heißen u. a. ISO 4406:xxxx, wobei "xxxx" die voraussichtliche Einführung darstellt. Auch das macht deutlich, dass man sich z. Zt. in einer Übergangsphase befindet.

Beurteilung einer hochsensitiven Technologie in Anbetracht der Neuordnung der Filternormen

Das Schlagwort des Jahres 1999 in der Filterbranche heißt sicherlich "ISO MTD". Nachdem nun der bereits seit längerem nicht mehr hergestellte ACFTD - auch als Arizona-Staub bekannt - endgültig von dem ISO MTD Teststaub abgelöst wurde, sind auch die entsprechenden Normen zur Beurteilung der Filterleistung erstellt worden. Sie heißen u. a. ISO 4406:xxxx, wobei "xxxx" die voraussichtliche Einführung darstellt. Auch das macht deutlich, dass man sich z. Zt. in einer Übergangsphase befindet. Wie bereits veröffentlicht, werden durch die Verwendung des neuen Teststaubes genau dieselben Filter nun besser oder auch schlechter in ihrer Bewertung als bisher. Gleichzeitig wird in der ISO-Norm FDIS 4406.2 die Beurteilung des Filtrationsergebnisses, also der Ölreinheitsklasse ebenfalls geändert und zwar so, dass die bislang allgemein noch gar nicht gültige Norm mit drei Teilchengrößenklassen - >2, >5 und >15 µm - nach Änderung der Kalibrierungsgrößen in >4 µm(c), >6µm(c) und >14 µm(c) eine Wertverschiebung erhält. Dabei erhöht sich die erste Code-Zahl um 0 bis 2 Werte - als Faustregel gilt 1 -, die zweite und dritte Code-Zahl ändert sich dagegen nicht.

Wen wundert es, wenn bei all diesen Änderungen, Wertverschiebungen und Neubeurteilungen der Anwender verunsichert wird und nicht mehr so recht weiß nach welchen Kriterien er die Leistung des ihm angebotenen Filters bewerten soll. Eines hat sich jedoch nicht geändert: das Testmedium hat weiterhin keinen Bezug zur realen Werkstoff-Zusammensetzung der Verschmutzung in einem Hydraulikkreislauf. Und genau hier setzt die magnetische Vorfilterstufe an, die "ungenormt", von der RT-Filtertechnik GmbH - ehem. Regeltechnik Friedrichshafen GmbH - weiterentwickelt und eingesetzt wird.

Betrachtet man den Verschleiß von Bauteilen hydraulischer Anlagen, so ist dieser weitgehend von Art und Grad der Verunreinigungen abhängig, die in Druckflüssigkeiten anzutreffen sind. Man geht davon aus, dass ca. 70% der entsprechenden Ausfälle auf Feststoff-Verschmutzungen zurückzuführen sind. In vielen Fällen handelt es sich dabei um ferritische Abriebspartikel, die durch die Hydraulikkomponenten selbst erzeugt werden. Durch die wirksame magnetische Vorfiltrierung mit nachgeschaltetem mechanischem Filtersystem ist ein optimaler Reinigungseffekt des Betriebsmediums gewährleistet. Versuche haben ergeben, dass an einem Permanentmagnet, der einem Feinstfilter „w = 3 mm„ – ohne Magnetstufe –, nachgeschaltet wurde, noch eine beträchtliche Menge feinster Feststoffpartikel bis zu einer Größe von 0,1 µm abgeschieden wurden.

Wie die Praxis zeigt, nehmen Permanentmagnete nicht nur ferromagnetische Abriebsteilchen – die in den Anlagen dauernd erzeugt werden – auf, sondern scheiden auch große Mengen von Fasern, Kernsandrückständen, Buntmetallabrieb und ähnliche nicht magnetische Körper ab. Die Menge dieser Partikel kann bis zu 30% der gesamten Schmutzaufnahme erreichen! Zu erwähnen ist noch das Zusammenfügen kleinster ferromagnetischer Teilchen beim Durchgang in einem magnetischen Feld. Es kommt zustande indem ein solches Teilchen im Magnetfeld zu einem Dipol wird. D. h. selbst zu einem Magneten, der als solches dann weitere Teilchen anzieht und zu einem Agglomerat zusammenhaftet, wobei die einzelnen Partikel lediglich durch die relativ schwachen Kräfte ihres remanenten Magnetismus zusammengehalten werden. Sollte so ein Agglomerat einmal in einen engen Spalt geraten, so wird es trotzdem zu keiner Schadensbildung kommen, da es durch die dann auftretenden Kräfte sofort wieder in die ursprünglich kleinen Bestandteile zerfällt und, bedingt durch die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums, durch das System gespült wird, Partikelgrößen im Bereich von 1...5 µm vorausgesetzt.

Ein ganz wichtiger Faktor ist hierbei die Konstruktion eines gut funktionierenden Magnetfilters. Es ist dabei notwendig, möglichst starke magnetische Felder innerhalb des Filterelementes zu erzeugen, durch die das Betriebsmedium zur Reinigung hindurchgeschickt wird. Dies kann z. B. durch eine starke Zerklüftung der Polstücke, sowie durch Vorsehen von Kanten und Spitzen an denselben geschehen. Bei der genaueren Betrachtung des Abscheidevorganges ergibt es sich, dass die Verunreinigungen quer zum Flüssigkeitsstrom wandern müssen um sich an den Polstücken festsetzen zu können. Als wesentliches Hindernis gegen diese Bewegung sind Turbulenzen und Verwirbelungen des Flüssigkeitsstromes im Abscheideraum. Solche Verwirbelungen können immer auftreten, insbesondere beim Eintritt des Flüssigkeitstromes in das Filtergehäuse. Für den Bau besonders wirksamer Magnetfilter ist es daher unbedingt notwendig, den Flüssigkeitsstrom durch einen hydrodynamischen Gleichrichter zu schicken – wie er ja aus der Strömungslehre bekannt ist – und damit zu beruhigen.

Bei der RT-Magnetfilterkonstruktion wird dieses Problem dadurch gelöst, dass man das magnetische System mit den scharfkantigen Polstücken zylindrisch ausbildet und es innerhalb eines dünnwandigen nichtmagnetischen Rohres mit glatter Oberfläche zusammenfügt. Nur auf diese Weise ist es möglich, eine glatt verlaufende Strömung mit der Forderung nach scharfkantigen und zerklüfteten Polstücken zur Erzeugung eines inhomogenen Feldes zu erzielen. Zum Teil ist es auch vorteilhaft, die Magnetkerze mit Längsflügeln auszurüsten, um insbesondere Drehbewegungen der Flüssigkeit um das Magnetsystem zu verhindern. Die Flüssigkeit strömt so weitgehend entlang der Oberfläche des Magnetsystems und die Verunreinigungen wandern gegen die Polstücke, wo sie sich absetzen. Es ist von äußerster Wichtigkeit, dass im Bereich der magnetischen Kraftwirkung der Flüssigkeitsstrom möglichst wirbelfrei verläuft. In einem solch beruhigten Flüssigkeitsstrom – ideale Strömungsgeschwindigkeit = 0,25 m/s – können die Magnete mit sehr großer Effizienz selbst kleinste Teilchen erfassen und festhalten, ohne der Gefahr durch Wirbelbildung wieder abgerissen zu werden.

Ein weiterer Vorteil der magnetischen Vorfiltration ist deren große Dauerhaftigkeit. Wirksame Magnetfilter – an geeigneter Stelle eingesetzt – können die Standzeit von Hydraulikbauteilen ebenso erhöhen wie die Verwendungsdauer von Hydraulikflüssigkeiten verlängern. Entsprechend den Fortschritten der Magnettechnik sind die magnetischen Haftkräfte in den letzten Jahrzehnten wesentlich gesteigert worden. Es werden u. a. Dauermagnete der Markengruppen OXIT (Barium-Ferrit), OERSTIT (Aluminium-Nickel-Kobalt) sowie auch SECOLIT (Seltene Erden-Kobalt) verwendet. Auch bei Benutzung über lange Zeiträume ist dabei in den Magnetbauteilen kein Abfall der Leistung zu erwarten. Hand in Hand mit der Beständigkeit der Filterwirkung bewirkt die große Schmutzaufnahmekapazität der Magnetkerze eine wertvoll verlängerte Standzeit des nachgeschalteten Filterelementes.

Der große Einfluß der magnetischen Filterung auf ein Durchlaufmedium wird durch ein weiteres Beispiel deutlich, das man in der einschlägigen Fachliteratur nachlesen kann (Schüler-Brinkmann) und als besonders eindrucksvoll hier vorstellen, auch wenn es um ein Anwendungsgebiet außerhalb der klassischen Hydraulik geht: Transformatoren-Isolieröl wird durch Förderpumpen umgewälzt. Dabei gelangen durch Abrieb innerhalb der Pumpe entstehende ferritische Teilchen in den Ölkreislauf. Bei Betrieb ohne Magnetfilter über einen Zeitraum von 500 h zeigte sich ein ständige gleichmäßige Verschlechterung des dielektrischen (nichtleitenden, isolierenden) Verlustfaktors. Nach Einschalten eines Magnetfilters fiel der Verlustfaktor etwa in der gleichen Zeit wieder auf den Ausgangswert zurück.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß die Anwendung von Magnetfiltern – vorausgesetzt sie sind nach physikalischen Prinzipien korrekt gebaut – besondere Vorteile bieten. Als technisch ungenügend müssen dagegen Filterkonstruktionen beurteilt werden, die lediglich Magnetstopfen oder in den Ölstrom gesetzte Ringmagnete direkt im Filterkopf als magnetische Vorfiltrierung anbieten. Abgesehen von der geringen Schmutzaufnahmekapazität und der Wartungsunfreundlichkeit kann bei derartigen Konstruktionen ein Abspülen der Fe-Partikel kaum verhindert werden, zumal in diesem Bereich auch ein relativ hohe Turbulenz auftritt. Ein weiteres Problem bei diesen Lösungen besteht darin, dass bei Belastung durch starker Volumenstrompulsation und den damit verbundenen Druckschwankungen, von dem an sich spröden Werkstoff Magnet Partikel abgerissen und in das System gespült werden können.

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