Hydraulikfilter, Bild: Argo-Hytos

Bei den Hydraulikfiltern hat sich in den vergangenen Jahren einiges getan. Bild: Argo-Hytos

Auf den ersten Blick könnte man den Eindruck gewinnen, an Standardfilterelementen hätte sich über die Jahre nur wenig geändert. Doch auch wenn die heutigen Filter denen der vergangenen Filtergenerationen ähnlich sehen, so ist die Leistungskapazität stark gestiegen. Die wesentlichen Parameter sind Schmutzaufnahmekapazität und Druckverlust. Im Jahr 2000 hatte ein typisches Filterelement zum Beispiel von Argo-Hytos mit der Feinheit 10 µm(c) eine spezifische Schmutzaufnahmekapazität von etwa sechs Milligramm pro Quadratzentimeter. Heute hat sich diese Kapazität um mehr als 130 Prozent auf etwa 14 Milligramm pro Quadratzentimeter erhöht, gleichzeitig konnte der Druckverlust um etwa 50 Prozent reduziert werden.

Dafür gibt es mehrere Gründe. Zum einen hat die Forschung zu besseren Filtermedien geführt. Das Erhöhen der Schmutzaufnahmekapazität von Glasfasermedien bei gleichem Druckabfall war ein wichtiger Faktor für die verbesserte Leistung. Das Porenvolumen ist dabei einer der Haupt-Parameter: Feinere Fasern gewährleisten das größtmögliche Porenvolumen und schaffen mehr Kapazität für eine höhere Schmutzaufnahme.

Druckprofil in einer Filterfalte, Bild: Argo-Hytos
Die Faltenkonstruktion ist von großer Bedeutung. Oben in der Grafik ist das Druckprofil bei einer Falte, die sich unter Druck verbiegt, zu sehen. Unten ist das Druckprofil bei einer Faltenkonstruktion, die sich unter Belastung offen bleibt, zu sehen. Hier ist die effiziente Filtration mit geringem Druckabfall gewährleistet. Bild: Argo-Hytos

Verbesserte Filtermedien führten zu einem geringeren Druckabfall, was wiederum Filter mit zusätzlichen Schichten ermöglichte. In der Vergangenheit hatten Filter typischerweise eine einzige Glasfaserschicht, um Schmutzpartikeln zu erfassen und zu halten. Heute sind die meisten Hochleistungsfilter doppellagig ausgestattet. Diese Lagen bestehen aus einer gröberen Vorfilterschicht, um die größeren Partikel zu erfassen und einer Hauptschicht, um kleinere Teilchen abzuscheiden. Die Kombination aus Vor- und Feinfiltrationsschicht erhöht die gesamte Schmutzaufnahmekapazität und verbessert dabei die Ölreinheit.

Der deutlich geringere Druckabfall ist neben besseren Filtermedien auf ein verbessertes Design des Stütz- und Schutzgewebes zurückzuführen. Glasfaserfiltermedien sind weich und brechen unter Druck. Drahtgeflechte, typischerweise aus Stahl beziehungsweise rostfreiem Stahl, bieten strukturelle Integrität an den inneren und äußeren Oberflächen der Medien.

Auch Änderungen in der Gewebestruktur waren von großer Bedeutung. In der Vergangenheit wurden die Drähte typischerweise in einem quadratischen Raster gewoben. Hier bestand jedoch die Gefahr, dass sich bei diesem Muster die Gewebe unter Druck verbogen und die Falte somit komplett verschlossen wurden. Heute stellen festere Gewebekonstruktionen sicher, dass die Filterelementfalten offen bleiben und sich nicht verschließen können. Selbst unter Belastung behält das Element immer einen Minimumabstand in der Falte, und gewährleistet damit eine effiziente Filtration mit geringem Druckabfall.

Die optimierte Filtermaterialstruktur des Exapor-Max-2-Elementes reduziert beispielsweise den Druckverlust in den Filterelementfalten um bis zu 50 Prozent und bis zu 40 Prozent im Filterelement. Umgekehrt können die Filterelemente bei konstantem Druckverlust eine um bis zu 65 Prozent höhere Durchflussrate erreichen.

Der Anwender profitiert in mehrfacher Hinsicht: durch eine verbesserte Schmutzaufnahmekapazität und durch erhöhte Leistung. Filter der gleichen Größe verfügen jetzt über längere Filterwechselintervalle, eine verbesserte Ölreinheit und einen höheren Nennvolumenstrom. Bei gleichbleibenden Filterwechselintervallen können Anwender kleinere und kostengünstigere Filter verwenden. Das schont die Umwelt und die Ressourcen.

Vorsicht bei Nachbau-Filtern

Während namhafte Filterhersteller erhebliche Produktverbesserungen vorgenommen haben, bedeutet dies nicht, dass die besseren Produkte in die Hände der Anwender gelangen. Die Verbreitung von Nachbildungen wird zu einem Problem in der Branche. Lieferanten von Nachbau-Produkten verweisen auf namhafte Hersteller und behaupten, ihre Produkte seien originalgetreue Ersatzelemente bei gleicher Leistung.

Es ist daher wichtig zu erwähnen, dass viele Filterelemente zwar ähnlich erscheinen, es aber nicht unbedingt sind. Filterelemente sind, auch wenn das nicht offentsichtlich ist, komplexe hydraulische Komponenten. Neben Parametern wie Schmutzaufnahmekapazität, Filterfeinheit und Druckverlust sollten die Anwender weitere entscheidende Betriebseigenschaften berücksichtigen:

Die Abscheideleistung eines Filterelementes, gekennzeichnet durch die Filterfeinheit, ist über die gesamte Einsatzdauer maßgeblich für die Ölreinheit in einem System.

Die Durchflussermüdungsfestigkeit des Filtermaterials gewährleistet die Ölreinheit auch bei wechselnder Durchflussbelastung. Eine hohe Schmutzaufnahmekapazität sorgt für lange Filterwechselintervalle, vorausgesetzt, die Filtereinheit besitzt die erforderliche Durchflussermüdungsfestigkeit und ist mit dem Hydraulikfluid kompatibel. Eine gute Differenzdruckstabilität gewährleistet, dass bei häufigen Kaltstarts, die das Material aufgrund der niedrigen Viskosität des Hydrauliköles stark belasten, die Filterelemente intakt und funktionsfähig bleiben.

Umweltfreundliche Flüssigkeiten filtern

Seit einigen Jahren geht der Trend hin zur Verwendung von umweltfreundlichen Flüssigkeiten in Hydrauliksystemen, wie zum Beispiel höher raffinierter Grundöle, wegen ihrer verbesserten technischen Eigenschaften wie etwa Alterungsbeständigkeit. Allerdings weisen diese Öle eine geringere Leitfähigkeit auf. Neuere Additivpakete beeinflussen die Leitfähigkeit zudem erheblich.

In der Vergangenheit enthielten konventionelle Hydrauliköle oft Zinkdithiophosphat (ZDDP), was vor Verschleiß und Korrosion schützte und als Antioxidans wirkte. Da dieser Bestandteil nun als schädlich eingestuft wurde, haben die Anwender zu zinkfreien Ölen gewechselt. Die Verringerung der Menge an metallorganischen Zusätzen wie ZDDP senkt die Leitfähigkeit des Öls. Deshalb reduziert die Beseitigung dieses Additivs, wie zum Beispiel in umweltfreundlichem Öl, die Leitfähigkeit und erhöht die Gefahr einer elektrostatischen Aufladung.

Wenn ein nicht oder nur wenig leitendes Hydrauliköl durch ein System fließt, kann an den Schnittstellen zwischen Öl und nicht leitenden Oberflächen wie Filtervlies und Schläuchen eine elektrostatische Aufladung entstehen. Diese Aufladung wird durch die schnelle Trennung zweier nicht leitfähiger Oberflächen erzeugt. Filterelemente haben eine große nicht leitfähige Oberfläche und der Ladungsaufbau verstärkt sich mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit des Öls. Sobald die Ladungsmenge groß genug ist, kommt es zu Entladungen in Form von Funken oder Blitzen.

Herkömmliches Filtermaterial kann durch Entladungsblitze und damit verbundene hohen Temperaturen selektiv zerstört werden. Es entstehen Löcher, durch die Schmutzpartikel ungefiltert passieren können. Dies führt zu erhöhtem Verschleiß von Hydraulikkomponenten und später zu Funktionsstörungen und zum Ausfall der Maschine. Die hohen Temperaturen der Entladungsblitze tragen aber auch zu einer beschleunigten Ölalterung bei, also zu einer Verschlechterung der Öleigenschaften und zur Verkürzung der Ölstandzeiten. Ölalterungsbedingte Nebenprodukte reduzieren die Standzeiten der Filterelemente. Auch benachbarte elektronische Bauteile können aufgrund von elektrischen Entladungen beschädigt werden.

Filter mit Schäden, Bild: Argo-Hytos
Elektrostatische Aufladung kann Filter lokal zerstören und so deren Schutzwirkung zunichtemachen. Bild: Argo-Hytos

Zur Vermeidung solcher Probleme muss ein Ladungsausgleich stattfinden. Hierzu entwickelte der Filteranbieter einen speziellen Filterelementaufbau, der für Ladungsausgleich sorgt und zerstörerische Entladungsblitze verhindert. Der Exapor Spark Protect vermeidet vollständig zerstörerische Entladungsblitze. Die Filterelemente sind kompatibel zu den Standardfilterelementen wie Exapor Max 2 und erfordern somit keine Umbau- oder Zusatzmaßnahmen am Hydrauliksystem. Anders als bei einem nachträglich ergänzten elektrostatischen Entladungsschutz bleiben alle übrigen Filtereigenschaften unverändert. Ihre Anwendung empfiehlt der Hersteller, wenn die elektrische Leitfähigkeit des Hydrauliköls in einem System geringer als 500 pS/m ist.

Systemlösungen gefordert

Ein weiterer anhaltender Trend ist, dass Hersteller von Filtern für Hydraulikflüssigkeiten nicht nur einzelne Komponenten liefern, sondern sich zu Lieferanten von kompletten Systemlösungen entwickeln. Viele Anwender wollen heute mehr als ein Filtergehäuse mit einem Filterelement. Sie erwarten alles rund um den Filter, von der Hardware-Montage und Fluidverbindungen bis zu Druckschaltern und Temperatursensoren.

So hat der Filterhersteller ein kundenspezifisches Saugfilter entwickelt, das ein Druckhalteventil für den Schmierkreislauf, einen Druckschalter, einen Temperatursensor und ein modulares, patentiertes Anschlusssystem beinhaltete. Damit konnten Installationszeit, Aufwand und Kosten deutlich reduziert werden.

Filter in der Industrie 4.0

Filter, Bild: Argo-Hytos
Mit dem Filterelement und -gehäuse ist es heute oft nicht mehr getan: Viele Anwender bevorzugen es, alle filterbezogenen Komponenten und Dienstleistungen aus einer Hand zu bekommen, bis hin zu Temperatursensoren und Hardwaremontage. Bild: Argo-Hytos

Das Industrial Internet of Things (IIoT) und die Industrie 4.0 sind momentan kein wesentlicher Hauptantrieb für die Filtrationstechnologie. Aber das Potenzial, Fabrikanlagen wie zum Beispiel Filter digital mit der Cloud zu vernetzen, bietet spannende Möglichkeiten.

Nehmen wir das Beispiel eines Datensignals eines Filters. Heute kann eine Ein-/Ausanzeige in einem Traktor feststellen, ob das Filterelement normal funktioniert oder ob es verschmutzt ist. Eine sozusagen intelligente Anzeige könnte jedoch mit der elektronischen Steuerung einer Maschine verbunden sein, um Parameter wie Temperatur, Durchfluss und Motorendrehzahl zu überwachen und möglicherweise das Filterverhalten wie zum Beispiel beim Kaltstart zu verfolgen.

Mit einem einfachen Algorithmus könnte der Anwender Informationen darüber gewinnen, ob das System innerhalb der vorgegebenen Grenzen arbeitet oder ob der Betrieb außerhalb der Norm läuft, zum Beispiel ob der Volumenstrom niedriger oder höher ist als erwartet.

Letztendlich bekommt der Anwender eine Wartungsmeldung für den Öl- oder Filterwechsel nur dann, wenn sie tatsächlich erforderlich ist, anstatt die Filter unabhängig vom Arbeitszyklus in regelmäßigen Abständen zu wechseln.

Diese Technologie wird auf Filtrationssysteme der Zukunft angepasst werden. Der Trend zur Verbesserung der Zuverlässigkeit wird sich fortsetzen und durch den Bedarf an Informationen und ausgefeilten Überwachungs- und Steuerungsalgorithmen noch gestützt werden. Sogar Maschinen an entfernten Standorten werden vor bevorstehendem Maschinenschaden gewarnt, um ungeplante Ausfallzeiten zu verhindern und Betriebskosten zu senken. do

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