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Der elektropneumatische Feinstaubfilter PDF (12,5 MB)

Der elektropneumatische Feinstaubfilter

Der elektronische Feinstaubfilter ist ein Feinstaubabscheider, der insbesondere Feinstaubartikel im Bereich von 0,05 – 0,5 µm aus Gasen entfernt und der vorzugsweise bei der Reinigung der Abluft aus der Druck- und Kopiertechnik eingesetzt wird. Hintergrund dieser Entwicklungen ist die Tatsache, dass durch die Übertragung des Toners auf das Papier sowie die Erhitzung beim Druck- oder Kopiervorgang winzige Partikel im Nanobereich freigesetzt werden. Es gilt zwischenzeitlich als erwiesen, dass Laserdrucker und Farbkopierer zu den stärksten Feinstaubquellen zählen. Feinstaub ist enorm gesundheitsschädlich und kann unter anderem zu Kopfschmerzen, gereizten Augen und sogar Krebs führen. Von besonderem Interesse sind dabei Partikelgrößen von 0,05 µm – 0,500 µm, da diese durch den menschlichen Körper nicht ausgeschieden werden.

Aufbau
Querschnitt elektropneumatischer Feinstaubfilter
Querschnitt elektropneumatischer Feinstaubfilter

Der Feinstaubfilter besteht aus einer Öffnung für die Luftzufuhr, folgend von einem Sieb aus einem elektrisch leitfähigen Material, Kunststofflochplatten aus einem elektrisch nicht leitenden Material und wieder mehreren Sieben aus dem elektrisch leitfähigen Material. Hinter den Sieben folgt ein Luftraum mit einer Breite von 0,7 mm zum nächsten Element, hinter den Kunststofflochplatten beträgt der Abstand 2 mm. Die kunststofflochplatten werden so angeordnet, dass die Löcher der folgenden Platte zu den Löchern der davorliegenden Platte versetzt werden.

Funktionsweise
Filterquerschnitt mit Luftströmung Filterquerschnitt mit Luftströmung

Die Filterleistung beruht auf der elektrostatischen und pneumatischen Beeinflussung der Feinpartikel, die in der Abluft enthalten sind, auch Feinstaub genannt.

An den Filter wird eine Spannung zwischen 8 – 14 kV angelegt. Im Eingangsbereich liegt die Null(Minus)spannung an, im Ausgangsbereich die Plusspannung. Dadurch entsteht ein elektrostatisches Feld, das mit steigender Anzahl der Siebe größer wird, da die Feldstärke abhängig von der Drahtlänge in den Sieben ist.

Die Kunststofflochplatten sind so angeordnet, dass sich die Bohrungen nicht hintereinander befinden. Damit wird erreicht, dass der Luftstrom nach dem Passieren einer Platte auf die nächsten Platte als ein Hindernis triff. In diesem Moment filtern die Platten an ihrer Vorderseite die negativ geladenen Partikel, weil sie von dem elektrostatischen Feld direkt angezogen werden und die Partikel wegen des Aufpralls auf die Platte ihre kinetische Energie verloren haben, die sie bräuchten, um sich in einer anderen Richtung als der direkten Anziehungskraft durch das elektrostatische Feld zu bewegen.

Durch die gesteuerte Luftströmung entsteht auf der Rückseite der Platte über den Flächen zwischen den Bohrungen ein Unterdruck, der die Feinstaubpartikel anzieht. Dieser Effekt wird durch das elektrostatische Feld unterstützt. Durch dieses werden die positiv geladenen Partikel derart stark abgestoßen, dass die Partikel an die Rückseite der Kunststofflochplatten gedrückt werden.

Für die Filterung der neutralen Teilchen ist die "Stoßionisation" der maßgebliche Mechanismus der Ladungserzeugung. Die in der Luft vorhandenen freien Elektronen werden im elektrostatischen Feld in der Umgebung der Siebe stark beschleunigt. Beim Auftreffen auf Gasmoleküle werden entweder weitere Elektronen abgespaltet oder an die Gasmoleküle angelagert. Im ersten Fall entstehen so neue freie Elektronen und positive Gasionen, im zweiten Fall negative Gasionen. Die negativen Gasionen werden von den Sieben neutralisiert, während die positiven Ladungen in Richtung der Einlassöffnung des Filters wandern. Die Aufladung eines Staubteilchens beginnt mit seinem Eintritt in den Filter und wird verursacht durch die Anlagerung von positiven Ladungen, wenn diese mit dem Staubkorn zusammenstoßen. Der Aufladevorgang erfolgt durch Diffusionsaufladung, d.h. die Staubpartikel werden durch, von der Bewegung der positiven Gasionen verursachte, Stoßvorgänge aufgeladen und wie die anderen positiv geladenen Partikel an die Rückseite der Kunststofflochplatten gedrückt.

Die letzten neutralen Teilchen werden im Raum zwischen der letzten Kunststofflochplatte und den Sieben abgefangen. Das hat zwei wesentliche Ursachen. Das elektrostatische Feld ist hier am stärksten, so dass die, durch die "Stoßionisation" erzeugten, positiven Gasionen am stärksten Richtung Einlassöffnung beschleunigt werden und die meisten neutralen Teilchen schon in den Öffnungen der letzten Kunststofflochplatte durch den beschriebenen Vorgang der Diffusionsladung aufgeladen. Die restlichen Neutralteilchen werden im Raum vor den Sieben durch positive Gasionen aufgeladen. Dabei wirkt sich positiv aus, dass sich die Durchlassöffnung von 12 % in den Kunststofflochplatten auf 28 % in den Sieben erhöht und die kinetische Energie der Partikel verringert wird.

Der Prototyp
Feinstaubfilter PrototypFeinstaubfilter Prototyp
Messergebnisse

Die Wirksamkeit des Filters wurde durch unabhängige Messungen durch Dipl. Chem. Martin Wesselmann im Bau-Institut Hamburg-Harburg bestätigt:

Konzentrationsverlauf ultrafeiner Partikel

Die Messungen haben gezeigt, dass durch den Filter eine Reduzierung der ultrafeinen Partikel um 90 % erreicht wurde.

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