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Gewebefilter für die Chemietechnik

Bei vielen industriellen Prozessen in der Chemietechnik müssen feste Partikel von Flüssigkeiten oder auch von Gasen wie Luft abgetrennt werden. Neben der Sedimentation und dem Zentrifugieren ist die Filtration eine häufig genutzte Technik. Entsprechend der zahlreichen Einsatzgebiete der Filtration gibt es viele verschiedene Typen von Filtern, die sich in Material und Eigenschaften unterscheiden.

Unter diese Filter-Ausführungen fallen auch die sogenannten Gewebefilter. Welche Anforderungen an Filter gestellt werden, aus welchen Materialien die Gewebe hergestellt werden und in welchen Bereichen diese eingesetzt werden, soll im Folgenden erläutert werden.

Was versteht man unter „Filtration“?

Aus technischer Sicht gehört die Filtration zu den mechanischen Trennverfahren. Die Filtration ist eines der gängigsten Verfahren in der Industrie zur Separation von Feststoffen aus einem flüssigen oder gasförmigen Medium. In der Chemietechnik kommt neben der drucklosen Filtration auch die Vakuumfiltration zum Einsatz, bei der mittels einer Pumpe ein Vakuum erzeugt wird und das Filtrat durch den Filter gesaugt wird.

Auch im Haushalt finden Filter täglich Anwendung, zum Beispiel beim Zubereiten von Kaffee. Hier handelt es sich genaugenommen nicht nur um eine Filtration, da gleichzeitig eine Extraktion von Coffein und Aromen stattfindet; dennoch ist das Prinzip dasselbe.

Das zu trennende Kaffeepulver-Wasser-Gemisch läuft durch einen Filter, einen Papier- oder Gewebefilter. Im Filter verbleibt nach dem Durchlaufen der Flüssigkeit ein fester Rückstand, der sogenannte Filterkuchen. In die Kaffeetasse läuft der frisch gebrühte Kaffee, das Filtrat.

Die Qualität oder Partikel-Belastung des Filtrats ist direkt von der Beschaffenheit des Filters abhängig, denn die Maschenweite oder Porengröße des Filtergewebes bestimmt die Größe der Partikel, die den Filter noch passieren können. Diese Erfahrung macht im Jahr 1908 in Dresden auch Amalie Auguste Melitta Bentz, die Tochter eines Verlagsbuchhändlers. Sie filtrierte wie zu der Zeit üblich ihren Kaffee mit einem Gewebefilter aus Stoff oder einem Sieb und war mit dem Ergebnis nicht zufrieden. Deshalb probierte sie es mit einem Stück Löschpapier, war begeistert und erfand so den ersten Kaffeefilter aus Papier.

Ein Kaffeefilter aus Papier
Ein Kaffeefilter aus Papier

Die Funktion von Filtern besteht darin, dass nur Partikel zurückgehalten werden, die größer als die Porengröße des Filters sind. Zusätzlich zur Porengröße spielen weitere Faktoren wie Partikelträgheit, Diffusionseffekte, Elektrostatik oder Sperreffekte eine Rolle beim Filtrationsprozess. Es können also auch Partikel abgeschieden werden, die kleiner als die Porengröße des Filters sind.

Was sind Gewebefilter?

Unter Gewebefiltern versteht man Filter aus Geweben, meist sensible Gebilde aus feinen, verwobenen natürlichen oder synthetischen Fasern. Ein alltägliches Beispiel für einen Gewebefilter ist der Teebeutel. Der Erste seiner Art wurde von dem amerikanischen Teehändler Thomas Sullivan Anfang des 20. Jahrhunderts erfunden - ein Seidensäckchen. Heute finden sich aufgrund der hohen Materialkosten kaum noch Seiden-Teebeutel, dafür aber neben Papierteebeuteln auch solche aus Kunststoffgeweben.

Das muss ein Filter können

Seit der Erfindung des Seidensäckchens hat sich in der Filtertechnik viel getan und es gibt neben Teebeuteln zahlreiche weitere Einsatzgebiete für Gewebefilter. Durch die Anwendung von Gewebefiltern in Industriebereichen wie der Chemietechnik haben sich auch die Anforderungen an die Gewebe stark verändert. Sie müssen in jedem Fall mechanisch, thermisch und chemisch beständig sein. Denn je nach Einsatzgebiet werden sie unterschiedlichen Temperaturen, neutralen, trockenen, feuchten oder chemisch aggressiven Flüssigkeiten und Gasen sowie feinen oder groben Feststoffen ausgesetzt. Die Feststoffe können filtertechnisch unbedenklich sein oder abrasive Eigenschaften haben.

In-Line-Filter aus PTFE Filterhalter aus PC

Ein ideales Filtermaterial muss somit beständig in seiner Form sowie gegenüber hohen Temperaturen und chemischen Einflüssen sein; wichtig ist auch eine gute Biege- und Zugfestigkeit, damit durch die mechanische Bewegung während der Filtration keine Schädigung erfolgt.

Ein kleiner Einblick in die Filtertechnik

Die Auswahl der im Gewebefilter verwendeten Faserart wird durch Temperatur, Partikelgröße sowie Partikelbeschaffenheit und die chemische Zusammensetzung des zu reinigenden Mediums bestimmt.

Bei der Herstellung von Filtern beeinflusst die Faserlänge die Verarbeitbarkeit der Fasern. Die Porosität wird sowohl durch die Maschenweite, also die Enge der Maschen, als auch von deren Durchmesser vorgegeben. Bei Textilien wird der Faserdurchmesser auch als Titer bezeichnet und in der Einheit tex (1 tex = 1 g / 1000 m Faser) angegeben.

Auch die Filtration mit Küchenutensilien wie Sieben und Abseihlöffeln basiert auf den gleichen mechanischen Trennverfahren
Auch die Filtration mit Küchenutensilien wie Sieben und Abseihlöffeln
basiert auf den gleichen mechanischen Trennverfahren

Die Faseroberfläche in Filtern dient Partikeln zur Anlagerung oder steht bei chemisch funktionalisierten Fasern als „Membranoberfläche“ zur Diffusion ins Faserinnere zur Verfügung. Sie hängt unmittelbar mit dem Titer zusammen, denn je feiner die Faser, desto größer die spezifische Oberfläche und damit der Abscheideeffekt.

Welcher Gewebefilter für welche Anwendung?

Sehr flexible Gewebefilter, wie das bereits erwähnte Seidensäckchen, werden in der heutigen Zeit aus Materialien wie PET/PETP (Polyethylenterephthalat) hergestellt. Sie werden zur Filtration von Stäuben aus der Luft oder für die Nassfiltration in Käsereien verwendet. Unter den Begriff Gewebefilter fallen aber nicht nur Textilien oder textilähnliche Filter, sondern auch Siebgewebe.

Siebgewebe aus Kunststoffen und Metallen

Siebgewebe werden in den unterschiedlichsten Bereichen benötigt und dementsprechend aus zahlreichen Materialien, wie ETFE (Ethylen-Tetrafluorethylen), PA 6.6 (Polyamid 6.6, auch als Nylon bekannt), Polyestern, PP (Polypropylen), PVDC (Polyvinylidenchlorid), PVDF (Polyvinylidenfluorid) und Metallen wie rostfreiem Stahl, hergestellt. Im Vergleich mit einem Filtertuch, welches auch gebunden oder geknotet werden kann, sind Siebgewebe starrere Gewebe.

Je nach Einsatzbereich sollte auch die Maschenweite des Filtermaterials gewählt werden. Technische Siebgewebe sind mit Maschenweiten von 5 µm bis 4.000 µm verfügbar. Gewebefilter aus Kunststoffen werden aufgrund der hohen Faserqualität, der Präzision und Regelmäßigkeit der Maschenweiten, der Unempfindlichkeit gegen Vibrationen sowie der sehr hohen Abriebfestigkeit und Flexibilität für vielfältige Sieb- und Filtrationszwecke eingesetzt. In der Vlies-, Holz- und Lebensmittelindustrie sowie der Papierherstellung werden die Siebgewebe zur Filtration, Entwässerung und zur Trocknung verwendet.

Siebgewebe aus PA 6.6 (Polyamid 6.6, Nylon) - Ronde Siebgewebe aus PA 6.6 (Polyamid 6.6, Nylon) - Abschnitt

So lassen sich Gewebe aus Polypropylen, Nylon, Polyestern und ETFE aufgrund ihrer guten Eigenschaften für Sieb- und Filtrationszwecke in vielen Branchen einsetzen. Nylonsiebgewebe sind auch in antistatischer Ausführung mit eingearbeiteten elektrisch leitenden Fäden verfügbar. Durch Einsatz solcher elektrisch ableitenden Filtergewebe lassen sich auch trockene und elektrostatisch aufladbare Medien filtrieren, ohne dass die Maschen verstopfen oder die Gefahr einer elektrischen Entladung (Funkenbildung) besteht.

Gewebe aus den Polyhalogenolefinen PVDF und PVDC zeichnen sich durch eine gute mechanische Festigkeit und hohe chemische sowie thermische Beständigkeit aus. Die Hochleistungskunststoffe kommen bei anspruchsvolleren Filtrationsaufgaben in der Nukleartechnik, der Chemietechnik, der Luftfahrttechnik und der Prozesstechnik zum Einsatz.

Was sind die Unterschiede zu Filtervliesen?

Auch der Begriff „Vlies“ taucht häufig im Zusammenhang mit Gewebefiltern auf, bezeichnet jedoch genaugenommen kein Gewebe. Ein Vlies besteht aus lose übereinander liegenden Fasern mit begrenzter Länge, Endlosfasern oder geschnittenen Garnen. Die Fasern werden mittels verschiedener Methoden verfestigt und ergeben in fester Form einen Vliesstoff. Vliesstoffe sind sehr vielseitig und lassen sich für viele Anforderungen mit angepassten Eigenschaften produzieren. So können sie zum Beispiel auch mit Aktivkohle beladen werden.

Sinterstab aus mikroporösem PTFE Sinterplatte aus porösem PTFE

Mit Aktivkohle beladene Vliesstoffe aus Polyethylen kommen in Abhängigkeit von ihrer Porengröße in den unterschiedlichsten Bereichen zum Einsatz. Solche Vliese mit Porengrößen von 30 bis 235 µm kommen bei der Filtration von galvanischen Bädern, der Luft- und Reinraum-Filtration sowie für medizinische Begasungssysteme zum Einsatz. Sehr grobe Vliese werden hingegen als Filtermatten bezeichnet und sind vor allem in Heizungen, Klima- und Lüftungssystemen zu finden.

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Bildquellen:

Beitragsbild | © FER737NG - stock.adobe.com
Grafik: Ein Kaffeefilter aus Papier | © artrachen - stock.adobe.com
Grafik: Filtration mit Küchenutensilien  | © Donovan Govan - commons.wikimedia.org

 

 

 

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