Artikel Feinstfilterung im Schutzgaskreislauf

Die MS-Schramberg Magnet- und Kunststofftechnik mit Sitz in Schramberg-Sulgen ist einer der führenden europäischen Hersteller von Permanentmagneten, Kunststoff- und Kunststoffverbundteilen sowie Baugruppen. Mit mehr als 350 Mitarbeitern entwickelt, produziert und vertreibt der seit 45 Jahren erfolgreiche Mittelständler gesinterte und kunststoffgebundene Magnete, Kunststoffteile und Baugruppen mit magnetischen Komponenten. Die rund 5000 verschiedenen Artikel werden zum Beispiel in der Automobilindustrie und Antriebstechnik, in der Mess-, Regel- und Steuerungstechnik sowie auch in Werkzeugmaschinen, Elektrowerkzeugen und Haushaltsgeräten eingesetzt.

Mahlen im geschlossenen System

Bei den in Sintertechnik hergestellten Dauermagneten werden die Rohstoffe zunächst pulverfein gemahlen, dann in eine Form gepresst und schließlich bei hohen Temperaturen gesintert. Hartferritmagnete werden nach diesem Verfahren aus Eisenoxid und Barium- bzw. Strontiumcarbonat hergestellt. Die extrem leistungsstarken Seltenerd-Magnete werden dagegen hauptsächlich aus Verbindungen der Seltenerdmetalle Samarium und Neodym gefertigt. Diese Ausgangsstoffe sind im gemahlenen Zustand allerdings sehr reaktionsfreudig und würden sich bei Kontakt mit Sauerstoff sofort entzünden; aus diesem Grund erfolgt das Mahlen, Pressen und Sintern unter Schutzgas-Atmosphäre.

Zum Mahlen setzt das Unternehmen daher eine Mahlanlage ein, bei der die Ausgangsstoffe in einer Atmosphäre aus Stickstoff oder Argon aufgemahlen werden. Um den Gasbedarf zu reduzieren und eine Kontamination der Umgebung mit den Substanzen zu vermeiden, werden diese Mühlen in einem geschlossenen System betrieben. Ein Kompressor verdichtet darin das Schutzgas, das durch die Mahlanlage geblasen wird und dabei das gemahlene Produkt in einen Fliehkraft-Abscheider transportiert. Hier wird der Staubanteil vom Gasstrom abgetrennt und kann zur Weiterverarbeitung aus der Anlage entnommen werden.
Da der Fliehkraft-Abscheider aber nicht alle Partikel abscheiden kann, wird der Gasstrom anschließend in einer Feinstfilteranlage gefiltert, um so den folgenden Gasverdichter vor den Restpartikeln zu schützen und seinen Verschleiß zu minimieren.

Feinstfilterung schützt Anlage

An diese Filteranlagen werden hohe Anforderungen gestellt, denn sie sollen nicht nur im Produktionsprozess kontinuierlich feinste Partikel aus dem Gasstrom entfernen, sondern auch gasdicht sein, um den Gasverlust so gering wie möglich zu halten. Bei der Integration der Seltenerd-Fertigung in das Hauptwerk im Jahr 2008 entschied sich die MS-Schramberg, die Pulveraufbereitung hinsichtlich der filtertechnischen Anlagen auf den neuesten Stand zu bringen. Dem entsprechend wurden die zwei Mahlanlagen jeweils mit einer zweistufigen Filteranlage des Typs Infa-Micron-Patronenfilter MPR 2/20–2/20 ausgerüstet.

Diese Feinstfilteranlagen sind auch für problematische Stäube geeignet, die zum Anbacken und Verkleben neigen und daher schwierig abzureinigen sind. „Anders als bei den zuvor eingesetzten Geräten, die aus Kassettenfiltern bestanden, wird hier anstelle einer abblasenden Reinigung eine Pulsabreinigung genutzt“, erläutert Matthias Brenn, der bei MS-Schramberg den Bereich Pulveraufbereitung verantwortet. Dazu ist das System mit einer sogenannten Jetabreinigung ausgerüstet, bei der über einen Ringspaltinjektor in bestimmten Zeitintervallen kurze Druckstöße entgegen der Strömungsrichtung erzeugt werden, die die Filterpatronen gegenspülen. Trotz der kurzen Dauer der Pulse von nur 0,1s baut der Injektor einen sehr hohen Druck auf, der darüber hinaus viel Sekundärluft nachzieht und damit das Filterelement sehr gut und effizient ausreinigt. Zwischengeschaltete Absetz- und Beruhigungszeiten stellen die Sedimentation von enthaltenen Schwebstoffen sicher. „Dieses Verfahren führt zu einem wesentlich effizienteren Abreinigungs-Verhalten, so dass der Staubaustrag heute deutlich besser ist als bei herkömmlichen Systemen – ein entscheidender Vorteil für unsere Produktion“, bestätigt Brenn.
Die beiden Filterstufen der Feinstfilteranlagen sind mit patronenförmigen Schwebstofffilterstufen ausgerüstet, die gegenläufig vom Gas durchströmt werden. Die erste Stufe wird von außen nach innen vom Rohgas durchströmt, während die zweite Stufe von innen nach außen durchströmt wird. Die Filterstufen weisen eine Filterfläche von je 40m² auf und erreichen die Filterklasse H11 bzw. H13 nach EN1822. Die Staubbelastung des Rohgases wird nach der Filterung auf einen Reststaubgehalt von weniger als 1µg/m³ reduziert.

Problemloser Filterwechsel

Die beiden Reinigungsstufen sind mit jeweils zwei Kammern ausgerüstet, die im Wechsel betrieben werden können. Das macht es möglich, jede Filterpatrone periodisch mit einem kurzen Druckluftstoß zu reinigen, ohne dabei den Betrieb zu unterbrechen. Durch die Zwei-Kammer-Lösung lassen sich die Filterpatronen sogar im laufenden Betrieb wechseln. Darüber hinaus war dieser Wechsel bei den früher eingesetzten Anlagen immer mit Risiken verbunden, denn beim Wechsel musste der Deckel der Filterkammern abgenommen werden. Das führte zum Eindringen von Sauerstoff, so dass die Filterkassetten sofort Feuer fingen – ein erhebliches Risiko für die Mitarbeiter, die beim Filterwechsel spezielle Schutzanzüge tragen mussten.

Mit der neuen Filteranlage gehören diese Probleme der Vergangenheit an, denn das System ist mit der Safe-Change-Sackwechseltechnik ausgerüstet, die einen sehr einfachen Austausch der Filter möglich macht. Der Kontakt mit der Umgebungsluft oder der Austritt von Staub sind dabei ausgeschlossen – ein enormer Vorteil nicht nur beim Umgang mit entzündlichen Stäuben, sondern auch dann, wenn zum Beispiel bei Anwendungen in der Pharma- oder Chemieindustrie toxische Substanzen gefiltert werden.
Bei dem für den Filterwechsel angewendeten Verfahren werden nach Entfernen der Wartungsdeckel die pneumatischen Verriegelungen der Filterpatrone gelöst. Nun wird die Filterpatrone in den auf einem vor der Öffnung sitzenden Kunststoffsack gezogen.
Dieser Kunststoffsack ist auf einem doppelrilligen Wechselkragen mit einem Spannring so montiert, dass die Filterpatrone ohne Kontakt mit der Umgebungsluft in den Sack gezogen werden kann und sich luftdicht verschließen lässt. Der Sack wird hinter dem Wechselkragen verschweißt und getrennt. Der Sackrest bleibt auf dem Wechselkragen mit dem Spannring. Die Patrone kann luftdicht verpackt entsorgt werden. Eine neue Filterpatrone wird auf dem umgekehrten Weg eingesetzt: Sie kommt in einen neuen Sack, der auf dem Wechselkragen in der zweiten Rille mit Spannring luftdicht verspannt wird.

Produktionsalltag deutlich erleichtert

Mit der Sackwechseltechnik wird der Sackrest nun in den neuen Sack hinter die Patrone gezogen, so dass die neue Patrone in das Filtergehäuse geschoben werden kann. Die Patrone wird pneumatisch verspannt und dichtet dann das Gehäuse wieder gasdicht ab. Der Wartungsdeckel verschließt die Öffnung zusätzlich luftdicht und schützt zugleich den Sack vor Beschädigungen. „Dieser problemlose Austausch der Filterpatronen ohne Luftberührung ist für uns bei der Investitionsentscheidung von größter Bedeutung gewesen“, resümiert Matthias Brenn. „Gleichzeitig verlängert die hohe Effizienz der Abreinigung die Standzeit der Filterpatronen und reduziert damit unseren Wartungsaufwand. Unter dem Strich haben wir mit den Patronenfilter eine technisch hochwertige Filteranlage installiert, die alle Anforderungen erfüllt und uns den Produktionsalltag deutlich erleichtert.“

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Für Anwender

• Die bei MS-Schramberg verarbeiteten Ausgangsstoffe sind sehr reaktionsfreudig; aus diesem Grund erfolgt die Produktion unter Schutzgas-Atmosphäre.
• Zum Mahlen setzt das Unternehmen daher eine Mahlanlage ein, bei der die Ausgangsstoffe in einer Atmosphäre aus Stickstoff oder Argon aufgemahlen werden.
• Um den Gasbedarf zu reduzieren und eine Kontamination der Umgebung mit den Substanzen zu vermeiden, werden diese Mühlen in einem geschlossenen System betrieben.
• Ein Kompressor verdichtet darin das Schutzgas, das durch die Mahlanlage geblasen wird und dabei das gemahlene Produkt in einen Fliehkraft-Abscheider transportiert.
• Da der Fliehkraft-Abscheider aber nicht alle Partikel abscheiden kann, wird der Gasstrom anschließend in einer Feinstfilteranlage gefiltert, um so den folgenden Gasverdichter vor den Restpartikeln zu schützen und seinen Verschleiß zu minimieren.

„Der Staubaustrag ist deutlich besser als bei herkömmlichen Systemen“
Matthias Brenn, verantwortlich für den Bereich Pulveraufbereitung bei MS-Schramberg