Fliehkraftabscheider

Fliehkraftabscheider, manchmal auch Zyklon, Zyklonabscheider, Zyklonfilter oder Wirbler genannt, dienen in großtechnischen Anlagen zur Absonderung von in Gasen enthaltenen festen oder flüssigen Partikeln (zum Beispiel zur Abgasreinigung). Zur Trennung von Flüssiggemischen werden spezielle Hydrozyklone verwendet.

Zur Reinigung gemischter Aerosole (staubhaltige Luft), wie sie beispielsweise allgemein im Haushalt oder beim Bohren und Schleifen entstehen, werden auch Staubsauger eingesetzt.

Abgrenzung zur Zentrifuge

Im Fliehkraftabscheider werden im Gegensatz zur Zentrifuge die Gase als Träger durch deren eigene Strömungsgeschwindigkeit und entsprechende konstruktive Gestaltung des Abscheiders in eine Drehbewegung versetzt. Die auf die Partikel wirkenden Zentrifugalkräfte beschleunigen diese radial nach außen. Sie werden dadurch vom Gasstrom getrennt, der nach innen geleitet und abgeführt wird. Die begriffliche Trennung ist nicht immer deutlich, beispielsweise für Ultrazentrifugen, die ebenfalls zu den Zyklonen gehören.

Aufbau

Schematische Darstellung des Funktionsprinzips
Kleiner Fliehkraftabscheider in einer Mühle
Hochofenanlage mit „Wirbler“ (Bildmitte) und Staubsack

Ein Fliehkraftabscheider besteht im Wesentlichen aus vier Teilen: Dem Einlaufzylinder (oben), dem Kegel (Mitte), dem Partikelauffangbehälter (Bunker, unten) und dem Tauchrohr (mittig von oben herab im Einlaufzylinder angebracht).

Im Einlaufzylinder wird das Gas-/Partikelgemisch bzw. Flüssigkeit-/Partikelgemisch durch tangentiales Einblasen auf eine kreisförmige Bahn gebracht. Durch die Verjüngung des anschließenden Kegels nimmt die Drehgeschwindigkeit dermaßen zu, dass die Partikel durch die Fliehkraft an die Kegelwände geschleudert und soweit abgebremst werden, dass sie sich aus der Strömung lösen und nach unten in den Auffangbehälter rieseln. Bei entsprechend schweren Partikeln ist der Kegel nicht unbedingt nötig. Das gereinigte Gas bzw. die Flüssigkeit verlässt den Kegel durch das mittige Tauchrohr nach oben.

Die Führung des Gemisches kann durch schneckenförmig an der Innenwand des Abscheiders angebrachte Leitbleche verstärkt werden. Um zu vermeiden, dass der Wirbel Partikel aus dem Bunker wieder herausreißt, ist der Übergang vom Kegel zum Bunker oft zusätzlich durch einen in der Mitte stehenden sogenannten Apexkegel verschlossen, sodass lediglich ein ringförmiger Schlitz zwischen Kegelwand und Apexkegel bleibt, durch den die Partikel in den Bunker gelangen.

Der Bunker kann während des Betriebs geleert werden, wobei der Austrag zur Vermeidung eines Gasaustausches mit der Umgebung über eine Zellenradschleuse erfolgt.

Einsatzgebiete

In der Industrie ist der Fliehkraftabscheider seit langem für seine robuste und wartungsarme Bauweise bekannt. Der Einsatzbereich erstreckt sich über einen weiten Druckbereich bis 100 Bar und Temperaturen bis 1000 °C. Wegen der im Vergleich zu anderen Verfahren nur mäßigen Filterleistung bei feinsten Partikeln wird er oft als Teil einer Filterkette eingesetzt.

Die in einer Hochofenanlage als „Wirbler“ oder „Zyklone“ bezeichneten Fliehkraftabscheider sind beispielsweise als Zwischenglied zur feineren Grobentstaubung des Gichtgases dem einfacheren Staubsack nach- und dem Elektrofilter vorgeschaltet.

Arbeitszyklone finden auch zur Wasserabscheidung von Frischdampf zwischen Dampferzeuger und Turbine in Dampfkraftwerken und Kernkraftwerken oder zur Kondensatabscheidung in Gaskühlern Verwendung.

In der Analysentechnik werden Zyklone als Messgaskühler eingesetzt. Dort soll eingebrachtes Kondensat und durch Kühlung (zur Trocknung) gebildetes Kondensat/Tropfen vom Gasstrom abgetrennt werden.

In Mühlen werden Fliehkraftabscheider eingesetzt, um den Staub aus der Aspirationsluft zu entfernen. In Mühlen werden alle größeren Maschinen abgesaugt, da Mehlstaub die Gesundheit gefährden kann (Mehlasthma) und ein großes Risiko für eine Staubexplosion darstellt.

Das Hydrozyklonverfahren setzt man zur Sortierung von Granulat ein.

Bei Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor, die häufig in staubiger Umgebung arbeiten (wie beispielsweise Landmaschinen oder Geländefahrzeuge) wird ein Fliehkraftabscheider als Vorfilter vor dem eigentlichen Luftfilter eingesetzt. Der sogenannte Zyklonfilter entfernt Staub und Wasser und entlastet so den eigentlichen Luftfilter. Dies führt zu einer deutlichen Standzeiterhöhung des Luftfilters.

Ältere Staubsauger und moderne Industriesauger (Allessauger) arbeiten ebenfalls nach dem Zyklon-Prinzip. Sie besitzen lediglich einen zylindrischen Behälter mit tangentialem Einlauf, in dem sich Feststoffe und Wasser sammeln. Das Tauchrohr ist häufig mit einem Partikelfilter versehen und besitzt teilweise ein Schwimmerventil, um das Sauggebläse bei vollem Behälter vor Wasser zu schützen. Der Partikelfilter war bei älteren Staubsaugern ein textiles Teil, an dem sich der Feinstaub außen sammelte. Heute werden zylindrische Filterkassetten verwendet.

Sir James Dyson entwickelte 1985 einen ebenfalls auf dem Zyklon-Abscheiderprinzip basierenden beutellosen Haushaltsstaubsauger. Die auf dem Grundmodell basierenden Weiterentwicklungen werden unter seinem Familiennamen vertrieben. Allerdings besteht bei diesen das Problem der mangelhaften Abscheidung von Feinstäuben, daher besitzen auf diesem Funktionsprinzip basierende Staubsauger in der Regel noch einen Endfilter.

Literatur

  •  Friedrich Löffler: Staubabscheiden. Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1988, ISBN 978-3137122012.
  •  Hans Schoppa: Was der Hochöfner von seiner Arbeit wissen muss. 4 Auflage. Verlag Stahleisen mbH, Düsseldorf 1992, ISBN 3-514-00443-9, S. 61-62.

Siehe auch

  • Trägheitsabscheider

Weblinks

 Commons: Fliehkraftabscheider (Zyklone) – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
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