Filter im Fokus

Hydraulikfilter - »Qualität ist, wenn der Kunde wieder kommt und nicht das Produkt.« Welche Tragweite sich hinter diesem Statement verbirgt, zeigt der genaue Blick auf das Thema Filter. Maschinenhersteller erwarten Mehrwertlösungen mit besten Eigenschaften.

15. September 2005

Neben den HLP-Mineralölen haben sich parallel Innovationen unterschiedlichster Art vollzogen. Anfang der 90er-Jahre kamen Bioöle auf den Markt, deren durchgängige Akzeptanz lange Jahre auf sich warten ließ. Heute werden sie in allen Bereichen der Industrie als native Ester, synthetische Ester oder Polyglykole eingesetzt. Immer wieder wird auch von so genannten ZAF-Ölen gesprochen. Diese zink- und aschefreien Flüssigkeiten setzen sich in Europa nach und nach durch.

All diese Trends wirken sich auf den Bereich der Filtration stark aus. Blickt man zurück, zeigen sich die Veränderungen auf breiter Front. Statt imprägnierte Zellulosepapiere sind heute Glasfaservliese state-of-the-art. Kompakte Mehrwertlösungen treten heute an die Stelle einer simplen Volumenstromfiltration. Hohe Schmutzaufnahmekapazitäten sowie Rückhalteraten ersetzen einfach plissierte Filterkartuschen.

»Ein Trend, den wir zusehends erkennen, ist, dass klassische Saugfilter nicht mehr in dem Maße ›in‹ sind wie es früher der Fall war«, berichtet Dipl.-Ing. Peter Botka, Leiter der Abteilung Technik & Service beim Filterhersteller RT-Filtertechnik. Das soll nicht darüber hinwegtäuschen, dass sie in manchen mobilhydraulischen Systemen absolut notwendig sind.

Vor allem bei Leitungsfiltern stehen die Kosten stark im Vordergrund. Gleichermaßen wichtig für Anwender ist, dass es feine Abstufungen bei den Durchflusswerten gibt. Feinfilter sollten aufgrund ihrer schnelleren Verschmutzung und den höheren Widerständen nur dort eingesetzt werden, wo es aufgrund der eingesetzten Hydraulikkomponenten wie Proportional- oder Servoventile zwingend ist. RT-Filtertechnik zum Beispiel bietet Kombi-Filtereinsätze aus plissiertem Glasfaservlies, die mehrere unterschiedliche Filterfeinheiten in einem Element vereinen. Der große Vorteil dabei ist, dass bei erhöhter Schmutzaufnahmekapazität eine feinere Filtration aufgrund von ›Nebenstromfiltrations-Effekten‹ erzielbar ist. Das Abscheideverhältnis von feinem zu grobem Filter-Segment pendelt sich heute bei etwa 30 Prozent zu 70 Prozent ein. »Diese Verteilung wollen wir künftig individueller auslegen können«, erwähnt Peter Botka. Von den Vliesherstellern wünschen sich die Filterhersteller deshalb eine gleichmäßige Verteilung der Faser sowie das gleichmäßige Verschweißen der Berührungsstellen ohne das bisher eingesetzte Bindemittel. Diese Technologie bezeichnet man in Fachkreisen als ›Meltblown‹. Über dieses Verfahren hergestellte Vliese schaffen die Basis für eine zeitgemäße Filtrationstechnik. Da Druckflüssigkeiten immer komplexer werden, müssen Filterhersteller viel Know-how mitbringen, um in entsprechendem Maße Produkte entwickeln zu können. Praktiker berichten zum Beispiel, dass wasserhaltige Flüssigkeiten einen guten Nährboden für Bakterien bilden, die in der Folge das Filtermaterial angefressen haben.

Vollsynthetische Flüssigkeiten dagegen, die heute gerne aufgrund ihrer langen Standzeiten und ihrer technischen Überlegenheit eingesetzt werden, zeigen sich im Extremfall aggressiv gegenüber den Filterwerkstoffen. Peter Botka weiß: »Wer hier nicht umfassend testet, verursacht dem Kunden vielleicht enorme Folgekosten.«

Der Filterhersteller setzt indes auf umfassende Qualitätstests wie zum Beispiel die Bubble-Point-Prüfung nach ISO 2942. Dadurch wird sichergestellt, dass die Filterelemente nach dem Fertigungsprozess die zugesagte Filtrationsleistung erfüllen.

Nichtlinearer Zusammenhang

Was viele Praktiker wahrscheinlich nicht ahnen, ist der nichtlineare Zusammenhang zwischen der Faltenzahl eines Filters und seines Durchflusswiderstands Dp. Tests bei RT-Filtertechnik gemäß der Norm ISO 3968 haben gezeigt, dass zum Beispiel bei einer Faltenhöhe von 14 mm und einer Durchflussrate von 60 l/min das minimale Δp zwischen 45 und 50 Falten erreicht wird. Ein solches Verhalten ergibt sich nahezu unabhängig von der Viskosität der Hydraulikflüssigkeit. Peter Botka argumentiert: »Damit machen wir deutlich, dass ein Mehr an Filtervlies zwar eine etwas höhere Schmutzaufnahme zur Folge haben kann, sich aber automatisch negativ auf den inneren Widerstand des Elements auswirkt.«

2005 ist allerdings damit zu rechnen, dass RT-Filtertechnik einen neuen Filter präsentiert, der aufgrund neuer Filtermaterialien einiges zu bieten hat. Das bedeutet, niedrigerer Durchflusswiderstand bei höherer Schmutzaufnahmekapazität. Entsprechende Feldtests im Vorfeld verifizieren die im Labor gewonnenen Ergebnisse.

Mit dem neuen Prüfstand im Werk Kromsdorf bei Weimar lassen sich unterschiedliche Filtergrößen bis 325 mm Durchmesser und einer Leistung von 1.200 l/min überprüfen. Durch die Verwendung unterschiedlicher Ölsorten im Prüfstand ist der Filterhersteller sogar in der Lage, das Kaltstartverhalten eines Hydraulikfilters bei Umgebungstemperatur zu untersuchen.

Kaltstartverhalten durch zähes Öl

Sowohl die Zusammenhänge in einem Filter als auch die Testmethoden werden zusehends komplexer. Renommierte Filterhersteller arbeiten deshalb mit Wissenschaftlern zusammen, die zusätzliches Test-Equipment und Know-how mit in die Entwicklung einfließen lassen. Ein Partner von RT-Filtertechnik ist die Technische Universität Ilmenau. Gemeinsam wurde eine PC-gestützte Automatisierung und Auswertung in der Filterprüftechnik auf Basis der Programmiersoftware Labview entwickelt. Damit sind die Friedrichshafener Filterspezialisten in der Lage, Filterdaten sehr schnell und exakt zu ermitteln.

Eine wichtige Untersuchung stellt die Prüfung der Durchfluss-Ermüdungseigenschaften nach ISO 3724 dar. Nach Ablauf der festgelegten Belastungszyklen dürfen keine sichtbaren Anzeichen für ein Versagen des Filteraufbaus, der Dichtungen oder des Filterwerkstoffs vorhanden sein. Das klingt primär nicht besonders spektakulär. Auf den zweiten Blick allerdings kommt dieser Prüfung eine hohe Bedeutung zu, wie auch Peter Botka bestätigt: »Wir haben neue Elementaufbauten mit getoxten Blechverbindungen sowie Polyamidvarianten getestet, die solchen Belastungen aus nicht gewachsen waren.«

Elemente, die all diese Tests durchlaufen, werden zuletzt nach ISO 2941, dem Berstdruckversuch, gequält. All das folgt dem Ziel, die Sicherheit im Filtrationsprozess zu gewährleisten. Anschließend erreichen die Elemente den Multipass-Prüfstand gemäß ISO 16889, auf dem die Abscheiderate - der bekannte Beta-Wert - verifiziert wird. Ein Filtrationsverhältnis von β 10=100 besagt, dass von 100 Partikeln ≥ ≥10 µm im Umlauf nur 1 Teilchen nicht abgeschieden wird. Aufgrund der Vielfalt der eingesetzten Hydraulikmedien gehören bei RT-Filtertechnik der Verträglichkeitstest nach ISO 2943 und auch die Wasserbestimmung nach Karl-Fischer zum Standard-Testprogramm.

Ein wichtiger Trend bei der Filtration von hydraulischen Systemen deutet darauf hin, dass Maschinenhersteller heute mehr denn je Mehrwertlösungen einsetzen möchten. Vor gut zehn Jahren ist RT-Filtertechnik mit ihrem Saug-Rücklauffilter in den Markt der kombinierten Filtration eingestiegen. Damals wurde dieser Filter mit integrierter Vorfilterung, entsprechender Feinfilterung und einer Druckvorspannung des Hydraulik­öls für Maschinen mit hydrostatischem Fahrantrieb entwickelt. Den Wandel dokumentiert Peter Botka: »Dieser Filtertyp wird heute immer häufiger auch außerhalb hydrostatischer Antriebslösungen eingesetzt. Der Vorteil: man spart sich teure Druckfilter in der Druckleitung .«

Gerade bei Dauerbelastungen trennt sich die Spreu vom Weizen. Denn hohe Drücke, häufige Pulsationen und hohe Temperaturen verlangen den Filtersystemen ein hohes Maß an Zuverlässigkeit ab. Hier sollten Maschinenhersteller sicher gehen, dass ihre Zulieferer die eingangs erwähnten Qualitätstests ohne Abstriche durchführen.

Voraussichtlich wird die Filterentwicklung darauf hinauslaufen, dass zusätzliche Funktionen integriert werden. Das heißt nichts anderes, als dass Hightech-Filter die Kühlung des Druckmediums vereinfachen sollen, Einfüllstutzen, Be- und Entlüftungsfilter sowie Bypass-Elemente plus eine Leckölfiltration beinhalten. Im nächsten Schritt rundet ein Temperatur-Controlling das Subsystem Filter ab. Wie nah solche Gedanken an der Realität liegen, bestätigt Peter Botka: »Wir sind auf dem Weg, zusätzliche Sensoren in die Filter zu integrieren.«

Frank Philippin, RT-Filtertechnik GmbH

Erschienen in Ausgabe: 06/2005