naar top
Menu
Logo Print

FILTERING EN FILTERS IN INDUSTRIELE HYDRAULICA

Voorbeeld van een filterelement

Nog steeds wordt er inefficiënt gefilterd in de hydraulicawereld en nog steeds wil of kan men het niet snappen. Nog steeds worden er op pompgroepen filters geplaatst, omdat men dat nu eenmaal doet; iedereen doet het en misschien kan er nog aan verdiend worden met wisselelementen. Dat dit nog gebeurt in scholen en opleidingscentra, kan men nog eventueel begrijpen, die dingen draaien niet zoveel; of eigenlijk is dat meer om te demonstreren … Maar, in scholen en opleidingscentra moet men leren hoe het moet. Leren is 'zien', 'begrijpen' en 'ervaren' … Dus ook in de scholen en opleidingscentra moeten de filters in de lessen niet besproken worden als accessoires; meestal stopt men die bij de koelers en verwarmers, ook van die 'dingen' die men eigenlijk niet echt nodig heeft bij een hydraulisch systeem. Vergeten we niet dat de functie van een filter niet is om de olie zuiver te maken, maar om de werkingskosten te verminderen.

TECHNISCH GEDEELTE VAN HET FILTEREN EN DE FILTER

Na de 'nominale waarde' en de 'absolute waarde' van een filter, zoals beschreven in een vroeger hoofdstuk, heeft men geoordeeld dat de filterwaarde niet uitsluitend afhankelijk is van de constructie, maar ook van de werking van de filter, dus ook de volumestroom en de werkdruk spelen een rol.

β-waarde

Om die reden heeft men de β-waarde als naam gekozen en vastgelegd als de enige 'officiële' waarde. De β-verhouding wordt gedefinieerd als de verhouding van het aantal deeltjes, groter dan een vooraf bepaalde afmeting stroomopwaarts van de testfilter, gedeeld door het aantal deeltjes van dezelfde grootte stroomafwaarts van de testfilter.

Een voorbeeldje

Het aantal deeltjes groter dan 10 μm vóór het filteren wordt gemeten en ook het aantal na het filteren. Stel, er worden 2.000 deeltjes groter dan 10 μm vóór de filter gemeten en 1.000 na het filteren. De verhouding is dan 2000:1000 = 2 of β10 = 2, waarbij het rendement slechts 50% is. Worden er echter 100 deeltjes na het filteren gemeten, dan is de β10 = 20 of een rendement van 95%, wat stukken beter is. Vroeger nam Pall aan dat de β-verhouding minstens 75 mocht bedragen of 98,70%; later werd dit bijgesteld door Vickers, die vond dat de β-verhouding minstens 100 moest zijn, of een rendement van 99%. Nog later brachten bepaalde firma's filters op de markt met een β-verhouding van 2.000 of een rendement van 99,95%. Laten we het houden bij een β-verhouding van 100 (η = 99%) om een beetje realistisch te blijven. De β-waarde kan men ook schrijven als:
βx = nx,o /nx,a
waarbij n het aantal is, x de grootte en groter, o is stroomopwaarts en a stroomafwaarts. Het rendement kan ook voorgesteld worden als het aantal deeltjes vóór het filteren min het aantal na het filteren, gedeeld door het aantal deeltjes vóór de filter of

ηx = (nx,o - nx,a) / nx,o of = 1- 1/ βx

HOE WORDT EEN MEETSYSTEEM OPGESTELD?

Deze afbeelding laat zien hoe een test opgesteld wordt. Voor en achter de testfilter worden het aantal en de grootte van de deeltjes gemeten. De testpartikels worden rechts op de tekening ingebracht. Het zijn referentiepartikels waarbij de benaming ACFTD (= air cleaner fine test dust) gebruikt wordt. Deze deeltjes werden vroeger gevonden in de woestijn van Arizona (US). Deze deeltjes (zandkorrels) hadden blijkbaar een constante vorm en afmeting. Heden ten dage zijn deze partikels vervangen door kunststof deeltjes en heten ze nu MTD (medium test dust) volgens ISO 12103-1.Tot nu toe is de grootte van de deeltjes als 'x' bestempeld, omdat die x zowel 1, 2, 5, 10, 16 of meer kan zijn.

DE VLOEISTOFZUIVERHEID KWANTIFICEREN

208px

Om een bepaalde zuiverheidsgraad van een hydraulische vloeistof te behalen die nodig is voor een specifiek hydraulisch systeem, moet men precies kunnen weten wat er in die vloeistof zit van vervuiling. De meting verloopt als volgt (zie afbeelding): een buisje met blauwe vloeistof is tussen een lichtbron (laser) en een fotodetectorscherm geplaatst. De rode vuildeeltjes verstoren de lichtstraal tussen de bron en de gevoelige plaat, die minder licht krijgt en dus de grootte van de deeltjes meet en ook het aantal.De hoeveelheden deeltjes worden getransformeerd naar codegetallen om vervolgens een code vast te stellen die gebruikt kan worden in de definitie voor de zuiverheidsgraad van een vloeistof. Dit codediagram heeft als abscis de deeltjesgrootte en als ordinaat de aantallen deeltjes op een logaritmische schaal. Op basis daarvan worden de codegetallen (van 1 tot 25) bij de deeltjesgrootte samengevoegd in een ISO-code zoals 20/14/12. Deze code toont alle gegevens over de zuiverheidsgraad van de vloeistof.Diezelfde code zal later ook gebruikt worden bij de componenten van een hydraulisch systeem, en dat op basis van de werkdruk en de vuilgevoeligheid van het component.In dit laatste geval is alleen de fabrikant van deze componenten bevoegd en verantwoordelijk voor de code.

SYSTEEMGEBONDEN ZUIVERHEIDSGRAAD

In de tabel van de aanbevolen zuiverheidscodes staat naast de componenten hun vuilgevoeligheid, in functie van de werkdruk. Een voorbeeld van de firma Vickers Systems wordt hieronder afgedrukt. Deze tabel van de aanbevolen zuiverheidscodes vraagt wat meer uitleg, en dat gebeurt in drie stappen. Aan de hand van de tabel wordt de zuiverste vloeistof (laagste cijfercode) voor ieder component van het systeem bepaald. Alle componenten die hydraulische vloeistof krijgen uit hetzelfde reservoir, worden beschouwd als delen van hetzelfde systeem, zelfs als hun functies onafhankelijk van elkaar of in volgorde gebeuren (bijvoorbeeld een centrale eenheid die meerdere machines bedient). De drukklasse van het systeem is de maximumdruk die in een machine voorkomt gedurende een volledige cyclus.

  • Voor ieder systeem waarbij de vloeistof niet 100% minerale olie is, moet de streefwaarde één cijferpunt lager zijn voor elke deeltjesgrootte.

Voorbeeld: indien de vereiste zuiverste code een 17/15/13 was en de vloeistof waterglycol is, dan wordt de streefwaarde 16/14/12.

  • Indien twee van volgende voorwaarden vervuld zijn door het systeem of de machine, moet de streefzuiverheidsgraad een waarde lager liggen voor elke deeltjesgrootte.
  • Regelmatig koud starten bij een temperatuur lager dan - 18° C.
  • Intermitterende werking met vloeistoftemperaturen hoger dan 70 °C.
  • Sterke trillingen of schokken.
  • Kritieke afhankelijkheid van het systeem als deel van een proces.
  • De persoonlijke veiligheid van de bediener of van andere personen in de werkzone komt in gevaar bij een storing van het systeem.

Bij het bovenvermelde voorbeeld, voor een systeem dat koud moet starten, met risico op menselijke kwetsuren, wordt de streefwaarde 15/13/11. Met deze driestappenmethode wordt de streefzuiverheidsgraad vastgelegd.

WELKE FILTER KIEZEN EN WAAR IN HET CIRCUIT PLAATSEN

Op het diagram in deze afbeelding zien we dat. de horizontale lijn de plaats van de filter(s) beschrijft en de verticale lijn de streefzuiverheidsgraad. Hierboven werd een zuiverheidscode bepaald, en die is de sleutel voor verdere keuze(s). De gekleurde vakjes stellen een filtercode voor die geïnterpreteerd kan worden als: de filter heeft een β-waarde van min. 100 (η=99%):
03 >β3 = 100
05 > β5 = 100

10 > β10 = 100

  • eerste kolom: volstroom in de drukleiding of in de retourleiding (terugloopleiding);
  • tweede kolom: volstroom in de drukleiding en in de retourleiding
    deze plaatsing wordt aanbevolen voor systemen met een grote kans op vuilinbreng en pompen met een vast slagvolume;
  • derde kolom: volstroom in de drukleiding en nevenstroomomloop van 20% van het systeemvolume per minuut (stel dat het totaalvolume van het systeem bijvoorbeeld 200 l/min is, dan is het debiet in de nevenstroom 0,2 x 200 = 40 l/ min). Deze plaatsing wordt aanbevolen voor systemen met pompen met een veranderlijk slagvolume;
  • vierde kolom: volstroom in de drukleiding en in de retourleiding plus een nevenstroomcircuit - deze plaatsing wordt aanbevolen voor systemen met een grote kans op vuilinbreng en met pompen met een veranderlijk slagvolume;
  • vijfde kolom: nevenstroomomloop van 20% van het systeemvolume per minuut;
  • zesde kolom: nevenstroomomloop van 10% van het systeemvolume per minuut.Voorbeeld: de streefzuiverheidscode is vastgesteld op 17/15/ 13. Daaruit volgt: kolom 1 stelt een 03 filter voor in de drukleiding of de retourlijn. Kolom 2 stelt een 05 filter voor in de druk- en terugloop. Kolom 3 stelt een 05 filter voor in druk- en nevenstroom. Kolommen 4, 5 en 6 stellen dan ook 05 (10) en 03 voor, naargelang van de eigenschappen van het circuit en de beschreven aanbevelingen.

Opmerking: met nevenstroomomloop wordt hier een aparte pompgroep met een filtergroep bedoeld en niet een deel van de hoofdstroom naar een apart filtersysteem. Er bestaan nog veel andere filteringssystemen, die we hier niet kunnen behandelen, maar die hier en daar toch furore maken.

DE FILTER VOOR INDUSTRIELE HYDRAULICA

Aparte pompgroep met filtering

Uit wat hierboven beschreven is, blijkt dat er alleen filters in druk en retour gebruikt worden, hoewel meerdere 'hydrauliekers' zweren bij aanzuigfilters, vulfilters, luchtfilters enz. Laten we klaar en duidelijk zijn: als de overtuiging bestaat dat een reservoir de bron is van alle vuil, dan is er een enorm probleem. Een reservoir kan schoongemaakt worden vóór de ingebruikname. Als de overtuiging bestaat dat hydraulische vloeistof met een trechter het reservoir in gegoten moet worden, is er ook een probleem. Als de overtuiging bestaat dat de pompinlaat een filter moet krijgen om die te beschermen tegen vuilinbreng, dan weet men niet wat cavitatie is en hoe de pomp binnenin zeer snel verandert in schroot. 

207px

Vulfilters zijn ook een soort zeven die de grote brokken kunnen tegenhouden, maar daar blijft het ook bij (zie afbeelding hiernaast). Een reservoir wordt het best gevuld via de retourfilter (als die er is) of via het nevenstroomcircuit.Luchtfilters op een reservoir zijn ook belangrijk, en dan liever niet die met droogkorrels die toch in het reservoir kunnen belanden. Het vloeistofniveau in het reservoir kan variëren door cilinders die in- en uitschuiven. Of accumulators die gevuld, respectievelijk geledigd worden.De lucht is het best droog, maar veelal kan men niet kiezen. Er bestaan wel luchtfilters (3 μm!) die het vocht in de lucht niet binnenlaten, maar wel naar buiten sturen, zoals in het voorbeeld.

FILTERS VOLGENS DRUKKLASSE

Vanzelfsprekend is de filter in de drukleiding een drukfilter, de terugloopfilter een lagedrukfilter, en zijn er middeldrukfilters voor bijvoorbeeld de nevenstroomsystemen of voor het vulcircuit van een kringloopsysteem of bij de hydrostatische aandrijving.Filters kunnen er zo uitzien als op de foto onderaan, waarbij helemaal links een hogedrukfilter (420 bar), rechts een middeldrukfilter (46 bar) en rechts boven een aanzuigelement, eronder een hogedrukelement met Δp: 210 bar en helemaal rechts een (lagedruk)tanktopfilter getoond wordt.

Voor specialisten is het eveneens vanzelfsprekend dat iedere filter uitgerust is met een optische of elektrische indicator zoals op deze afbeelding. Deze indicatoren 'meten' de verschildruk over de filter en geven zo aan dat het element vervangen moet worden.In de meeste filters zit er ook een veiligheid, meestal in de vorm van een terugslagklep. Het gevaar van deze veiligheid is dat die te veel gebruikt wordt. Bedoeld wordt dat als de 'bypass' opengaat, de vervuiling niet meer langs de filter gaat, maar doorgaat in de leiding.Een veiligheid was oorspronkelijk bedoeld om bij een koudstart (dikke olie die niet door een fijnfilter kan) een korte tijd open te gaan tot de temperatuur hoog genoeg was.Men moet ervan uitgaan dat een bypass nooit opengaat (dat is ook een veiligheidsprincipe).Er komen nu drukfilters op de markt die niet eens een 'bypass' hebben, omdat het risico op opengaan te groot is. De vervuilingsgraad-indicator kan ook falen en daarom zijn dergelijke filters uitgerust met elementen met een Δp van bv. 210 bar. Wanneer de inlaatdruk van de filter te groot wordt ten opzichte van de uitlaatdruk, dan zal de algemene veiligheidsklep opengaan en zal het systeem vastzitten, maar zal er geen vuil doorgelaten zijn. Daarom is het van groot belang dat de indicatoren van hoge kwaliteit en bedrijfszeker zijn.

RESULTAAT

De zuiverheidsgraad van een systeem wordt bepaald door de streefzuiverheidsgraad. Deze code geldt voor het gehele systeem. Toch kan de neiging bestaan om zeer delicate en vuilgevoelige componenten extra te willen beschermen. Daar is niets mis mee, op voorwaarde dat die extra's (extra filters bv.) geen invloed hebben op de algemene zuiverheid van het systeem. Stel dat de zuiverheidscode vastgesteld is op 16/14/12 met bv. een 05 codefilter voor het gehele systeem. Toch wil men een bepaalde klep extra beveiligen: dat kan met een 10 codefilter juist vóór deze belangrijke klep. Zou men een 03 codefilter gebruiken, dan verstoort men het gehele systeem en wordt die filter overbelast; dit betekent ook dat men al van in het begin een fout gemaakt heeft bij het bepalen van de streefzuiverheidsgraad, terwijl de gevoeligste component de zuiverheidsgraad bepaalt ...