Technischer Leitfaden zur Filterauslegung

In 7 Schritten zur verfahrenstechnisch und wirtschaftlich optimalen Lösung

Die Auslegung eines Entstaubungs- oder Produktfilters basiert auf klar definierten Prozessparametern. Neben dem reinen Volumenstrom sind insbesondere Rohgasbeladung, Produkteigenschaften, Explosionskenndaten, Emissionsanforderungen und Einbausituation maßgeblich.

Unser Ziel ist eine betriebssichere, energieoptimierte und regelkonforme Lösung – individuell ausgelegt und gefertigt.

1. Anwendungsfall definieren

Die Art der Anwendung beschreibt, in welchem prozesstechnischen Umfeld der Filter eingesetzt wird. Sie definiert primär die zu erwartende Rohgasbeladung und bildet damit die Grundlage für die weitere Auslegung.

Prozessart

Aspiration (geringe Rohgasbeladung)

  • z. B. Punktabsaugungen, Übergabestellen, Silobelüftung
  • Rohgasstaubbeladung meist 1–10 g/m³
  • Fokus: Emissionsgrenzwerte, kompakte Bauform, geringer Δp


Entstaubung (mittlere Rohgasbeladung)

  • z. B. Mischer, Trockner, Mahlanlagen
  • Rohgasbeladung meist 10–100 g/m³
  • Fokus: robuste Abreinigung, Austragskonzept, Filterflächenbelastung


Pneumatische Förderung (hohe Rohgasbeladung)

  • z. B. Druckförderung von Pulvern, Vakuumförderung, Förderleitungen mit Produktabscheider
  • Rohgasbeladung meist > 100 g/m³
  • Fokus: hohe und konstante Abscheideleistung, druckfeste Ausführung, kompakte Bauweise

2. Verfahrensparameter erfassen

Im nächsten Schritt werden die anlagenseitigen Randbedingungen aufgenommen, die für Dimensionierung und Ausführung entscheidend sind: Volumenstrom- und Lastkollektive, Temperaturfenster sowie die gewählte Abreinigungsart. Diese Parameter beeinflussen direkt Filterflächenbedarf, Auslegung von Ventilator/Druckluftsystem und das Betriebsverhalten (Δp-Verlauf, Reinigungsintervalle).

2.1 Volumenstrom

  • m³/h (min / nominal / max)
  • Betriebsweise (kontinuierlich / diskontinuierlich)
  • Anzahl Absaugstellen
  • Endschwall bei Silobefüllung


2.2 Temperatur

  • Dauer- und Spitzentemperatur
  • Einfluss auf Filtermedium, Dichtungen, ATEX-Betrachtung


2.3 Betriebsdruckverhältnisse

  • Überdruck / Unterdruck (insb. bei pneumatischer Förderung)
  • Druckschwankungen und Lastwechsel (Anfahren/Abfahren, Chargenbetrieb)
  • Maximaler Druckverlust durch den Filter


2.4 Abreinigungsart

  • Druckluftabreinigung (meist 4–6 bar Impulse)
  • Mechanische Abreinigung (Rüttelfilter)

3. Einbausituation und Bauform

Nach Festlegung der Prozessparameter wird die konstruktive Grundform definiert.
Hier wird entschieden, welcher „Baukörper“ die technische Lösung trägt.

  • Kompaktfilter / Aufsatzfilter / Zentralfilter / Totalabscheider
  • Bauform rund oder eckig
  • Innenaufstellung / Außenaufstellung
  • Druckfestigkeit
  • Wartungszugänglichkeit
  • Aufstellfläche / Bauhöhe
  • Austragskonzept (Schleuse, Schnecke, BigBag, Rückführung)
  • Schallemissionen
  • Integration in bestehende Rohrleitungsführung

4. Produkteigenschaften – maßgeblich für die Elementwahl

Die Produkteigenschaften bestimmen wesentlich, ob Patronen, Taschen, Filterplatten oder Membranelemente eingesetzt werden.

Kritische Eigenschaften

  • Klebend / harzend → Gefahr der Faltenverblockung
  • Hygroskopisch / feuchtebelastet → Anbackungen, Δp-Anstieg
  • Faserig → mechanisches Einhaken in Faltenstrukturen
  • Abrasiv → erhöhter Medien- und Gehäuseverschleiß
  • Sehr feinkörnig → hohe Reststaubanforderung
  • Elektrostatisch aufladbar → ATEX-relevant
  • Temperatur- oder chemisch belastend


Warum nicht jedes Produkt für Patronen und Filterplatten geeignet ist

Plissierte Filterelemente bieten eine hohe spezifische Filterfläche bei kompakter Bauweise.


Grenzen entstehen bei:

  • Klebenden oder feuchten Stäuben → Faltenverblockung
  • Faserigen Produkten → mechanisches Zusetzen
  • Hoher Rohgasbeladung → schnelles Zuwachsen der Faltenzwischenräume


Folgen:

  • Anstieg des Differenzdrucks
  • Erhöhter Ventilatorenergiebedarf
  • Häufigere Abreinigungszyklen → höherer Druckluftverbrauch
  • Reduzierte Standzeit


In solchen Fällen sind Filtertaschen oder Membranelemente wirtschaftlicher, trotz höheren Investitionskosten zu Beginn.

5. Wahl der Filterelemente und der Oberflächenausrüstung

Die Auswahl des Filterelements erfolgt nicht nur nach Bauform (Tasche, Patrone etc.), sondern auch nach Filtermedium, Oberflächenausrüstung und ggf. Membranlaminierung. Diese bestimmen Abscheidegrad, Abreinigungsverhalten, Differenzdruckstabilität und Beständigkeit gegenüber Temperatur, Feuchte, Öl oder chemischer Belastung.

5.1 Filterarten

Schlauch- / Taschenfilter

  • Oberflächenfiltration und leichte Tiefenfiltration
  • Robust gegenüber höherer Staubbeladung
  • Glatte Oberfläche, keine Verblockung
  • Beste Abreinigbarkeit aller Filterarten
  • Größerer Bauraumbedarf


Typischer Einsatz:

Pneumatische Förderung und Entstaubung mit hoher Rohgasbeladung, agglomerierende Stäube

Micropore-Filterplatten

  • Oberflächenfiltration
  • Plissierte Oberfläche → hohe Filterfläche pro Volumen
  • Gute mechanische Stabilität
  • Gute Abreinigbarkeit, geringe Neigung zur Faltenverblockung
  • Kompakte Bauweise, geringerer Bauraumbedarf
  • Nur bedingt geeignet bei klebenden/faserigen Stäuben


Typischer Einsatz:

Entstaubung mit mittlere Rohgasbeladung, begrenzter Bauraum, trockene Stäube

Filterpatronen

  • Oberflächenfiltration
  • Plissierte Oberfläche → hohe Filterfläche pro Volumen
  • Gute mechanische Stabilität
  • Sehr kompakte Bauweise, geringster Bauraumbedarf
  • Nicht geeignet bei klebenden/faserigen Stäuben


Typischer Einsatz:

Aspiration mit geringer Rohgasbeladung, begrenzter Bauraum, trockene Stäube

Sinbran-Elemente

  • Membranbasierte Oberflächenfiltration
  • Sehr gute Reststaubwerte
  • Sehr gute Abreinigbarkeit bei feinen, trockenen Stäuben
  • Begrenzungen bei mechanisch anspruchsvollen oder stark abrasiven Medien


Typischer Einsatz:

Feinstaubanwendungen mit hohen Emissionsanforderungen

Tiefenfilter / Endfilter (z. B. HEPA)

  • Klassische Tiefenfiltration mit sehr hoher Abscheideleistung
  • Einsatz als Sicherheits- bzw. Endstufe (Polizeifilter) zur Reststaubabscheidung
  • Nicht abreinigbar → Auslegung über Standzeit und zulässigen End-Δp
  • Relevant bei hohen Anforderungen an Reingasqualität (z. B. Umluft, sensibler Umgebung, Produktschutz)


Typischer Einsatz:

Endfiltration nach Vorabscheider/Entstaubungsfilter, Reingas-/Sicherheitsstufe


5.2 Wahl der Oberflächenausrüstung

Je nach Produkt- und Prozessanforderung werden Filtermedien gezielt ausgerüstet:

Membranlaminierung (z. B. PTFE-Membran)

  • Reine Oberflächenfiltration
  • Sehr hoher Abscheidegrad bereits ab Inbetriebnahme
  • Geringere Staubeindringung ins Trägermedium
  • Vorteilhaft bei feinen und trockenen Stäuben


Hydrophobe / oleophobe Ausrüstung

  • Reduzierte Benetzung durch Feuchte oder ölhaltige Aerosole
  • Stabileres Δp-Verhalten bei kondensationsgefährdeten Anwendungen
  • Verlängerte Standzeit bei kritischen Medien


Polyimid Fasern

  • Hohe Temperaturbeständigkeit, bis 240°C


Antistatische Ausführung

  • Ableitung elektrostatischer Aufladung
  • Relevanz bei ATEX-Anwendungen


Abriebfeste oder chemisch beständige Medien

  • Für abrasive oder chemisch aggressive Produkte

Die richtige Kombination aus Bauform, Filtermedium und Oberflächenausrüstung ist entscheidend für Standzeit, Energieverbrauch und Betriebssicherheit.

6. Emissionsanforderungen

Die Anforderungen an die Reingasqualität definieren den notwendigen Abscheidegrad sowie die mögliche Notwendigkeit zusätzlicher Sicherheits- oder Endfilterstufen. Dabei ist zu unterscheiden, ob die gereinigte Luft ins Freie abgeführt oder in den Arbeitsbereich zurückgeführt wird.

6.1 Abluft ins Freie

  • Einhaltung gesetzlicher Grenzwerte (z. B. TA Luft)
  • Reststaubüberwachung möglich
  • Berücksichtigung von Temperatur, Kondensation, Korrosion


6.2 Umluftbetrieb

  • Fokus auf Arbeitsplatzgrenzwerte
  • Sicherheitsbetrachtung bei ATEX
  • Monitoringkonzept empfehlenswert

7. ATEX und Explosionsschutz

Bei brennbaren Stäuben oder Gasen ist eine explosionsschutztechnische Bewertung zwingend erforderlich. Auf Basis der Zoneneinteilung und der explosionsrelevanten Stoffdaten wird das notwendige Schutzkonzept definiert – konstruktiv, organisatorisch und anlagentechnisch.

Zoneneinteilung (Staub)

  • Zone 20 – explosionsfähige Staubatmosphäre ist ständig, über lange Zeiträume oder häufig vorhanden (z. B. im Inneren von Filtern, Silos oder Behältern im Regelbetrieb)
  • Zone 21 – explosionsfähige Staubatmosphäre tritt im Normalbetrieb gelegentlich auf
  • Zone 22 – explosionsfähige Staubatmosphäre tritt im Normalbetrieb normalerweise nicht oder nur kurzzeitig auf (z. B. bei Störungen oder Leckagen)

Die Zoneneinteilung definiert die Anforderungen an elektrische und mechanische Komponenten sowie an konstruktive Schutzmaßnahmen


Relevante Kenndaten

  • Kst-Wert – Staubexplosionsindex (bar·m/s); beschreibt die Explosionsheftigkeit und dient zur Auslegung von Druckentlastungsflächen oder Unterdrückungssystemen
  • Pmax – maximaler Explosionsüberdruck eines Staubes unter Prüfbedingungen; maßgeblich für die Druckstoßfestigkeit von Gehäusen
  • MIE (Minimum Ignition Energy) – Mindestzündenergie; beschreibt, wie empfindlich ein Staub gegenüber Zündquellen (z. B. elektrostatische Entladung) ist
  • MIT (Minimum Ignition Temperature) – Mindestzündtemperatur einer Staubwolke bzw. Staubschicht; relevant für Oberflächentemperaturen von Bauteilen

Diese Kenndaten bestimmen:

  • erforderliche Druckstoßfestigkeit oder reduzierte Druckentlastung
  • Dimensionierung von Explosionsentlastungen
  • Auswahl geeigneter Entkopplungssysteme
  • Erdungs- und Potenzialausgleichskonzepte


Konstruktive Schutzmaßnahmen

Auf Basis der Kenndaten wird das Explosionsschutzkonzept definiert:


Druckstoßfeste Ausführung

Das Gehäuse wird für einen bestimmten Explosionsüberdruck (z. B. bis Pmax) konstruktiv ausgelegt.
Vorteil: Keine Druckentlastung nach außen erforderlich.
Nachteil: Hoher konstruktiver Aufwand und Materialeinsatz.


Druckentlastung für reduzierten Explosionsdruck (Explosion Venting)

Hierbei wird im Explosionsfall der Druck über definierte Berstscheiben oder flammenlose Systeme kontrolliert abgeführt. Der Explosionsdruck im Filter wird somit erheblich reduziert.

Wesentliche Auslegungsgröße ist der:

  • Pred (reduzierter Explosionsüberdruck) – maximaler Druck, der nach Druckentlastung im Gehäuse verbleibt.

Die Entlastungsfläche wird so dimensioniert, dass:

  • Pred < zulässige Gehäusefestigkeit
  • die Druckanstiegsrate (abhängig vom Kst-Wert) sicher beherrscht wird

Zu beachten:

  • Freie Ausblaszone
  • ggf. flammenlose Druckentlastung (für Innenaufstellung)
  • Temperatur- und Flammenaustritt


Explosionsunterdrückung

Ein Sensorsystem erkennt die Druckanstiegsgeschwindigkeit und injiziert Löschmittel in das Gehäuse, bevor der maximale Druck erreicht wird.

Vorteil:

  • Kein Flammenaustritt
  • Keine Ausblasfläche erforderlich

Nachteil:

  • Höhere Systemkomplexität
  • Wartungsintensiver


Explosionsentkopplung

Verhindert die Flammen- oder Druckweiterleitung in angrenzende Anlagenteile (z. B. Rohrleitungen).

Typische Entkopplungsarten:

  • Schnellschlussschieber
  • Löschmittelsperren
  • Rückschlagklappen
  • Berstscheiben mit Flammensperre

Die Auswahl erfolgt in Abhängigkeit von:

  • Rohrleitungsdurchmesser
  • Druckniveau (Über-/Unterdruck)
  • Förderart
  • ATEX-Zone


Ergebnis der ATEX-Bewertung

Die Kombination aus:

  • Zoneneinteilung
  • Kst / Pmax
  • baulichen Randbedingungen
  • Aufstellort

führt zu einem definierten Schutzkonzept hinsichtlich:

Gehäuseausführung

Druckentlastung oder Druckstoßfestigkeit

Entkopplung

Erdungskonzept

Auswahl ATEX-konformer Komponenten

Fazit: Vom Prozess zur maßgeschneiderten Lösung

Die Auslegung eines Filters ist kein Standardvorgang, sondern das Ergebnis einer systematischen Bewertung von Prozessart, Volumenstrom, Druckverhältnissen, Bauform, Filtertechnik, Emissionsanforderungen und Explosionsschutz.

Die Vielzahl dieser Einflussgrößen zeigt: Eine pauschale Standardlösung wird den tatsächlichen Betriebsbedingungen nur äußerst selten gerecht. Eine unzureichend ausgelegte Filterlösung, führt zu hohem Energiebedarf, verkürzte Standzeiten mit hohem Wartungsbedarf, sowie unsichere Prozesse.

Erst die technisch konsistente Kombination dieser Parameter führt zu:

  • stabilen Differenzdruckverhältnissen
  • hoher und konstanter Abscheideleistung
  • wirtschaftlichem Energieeinsatz
  • langer Standzeit der Filterelemente
  • norm- und ATEX-konformer Ausführung


Wir analysieren Ihre Anwendung strukturiert entlang dieser Schritte und entwickeln daraus eine individuell ausgelegte und gefertigte Filterlösung – technisch sicher, wirtschaftlich optimiert und langfristig betriebssicher.

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Pascal Wieland

Pascal Wieland
Key Account Manager und Productmanagement

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pascal.wieland@bg-filtration.de