Filterkerzen

1. Einführung: Was sind Filterkerzen?

Filterkerzen sind zylindrische, meist poröse Filterelemente, die zur effizienten Abtrennung von Feststoffen, Partikeln oder unerwünschten Bestandteilen aus Flüssigkeiten und Gasen eingesetzt werden. Aufgrund ihrer Vielseitigkeit, einfachen Handhabung und Wirtschaftlichkeit zählen Filterkerzen in vielen Branchen zum Standard bei Filtrationsaufgaben – von der Wasseraufbereitung über die Lebensmitteltechnik bis hin zur Pharmaindustrie und chemischen Produktion.

Das Filtermedium einer Kerze kann dabei aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen – etwa Polypropylen, Polyester, Baumwolle, Aktivkohle, Edelstahl oder Keramik. Filterkerzen werden häufig in Filtergehäusen verwendet, die eine sichere und effiziente Durchströmung gewährleisten.

Filterkerzen bieten dem Anwender somit eine moderne, bewährte Lösung, wenn es um Zuverlässigkeit und Prozesssicherheit bei der Medienfiltration geht.

2. Funktionsprinzip einer Filterkerze

Das grundlegende Funktionsprinzip von Filterkerzen basiert auf der Durchströmung eines porösen Hohlzylinders durch das zu filternde Medium. Meist erfolgt die Durchströmung von außen nach innen: Die zu reinigende Flüssigkeit oder das Gas trifft zunächst auf die Außenseite der Filterkerze, durchläuft das poröse Material und tritt – von Feststoffen befreit – im Inneren der Kerze wieder aus.

Je nach Bauart und Anwendung unterscheidet man zwei zentrale Filtrationsprinzipien:

2.1 Oberflächenfiltration

• Oberflächenfilter besitzen eine relativ dichte, meist glatte Filtermembran.
• Partikel werden primär an der äußeren Oberfläche des Filtermediums zurückgehalten.
• Es bildet sich mit der Zeit ein sogenannter Filterkuchen – eine Schicht aus abgelagerten Partikeln.
• Charakteristisch: Geeignet für grobe bis mittelfeine Partikel, Filterleistung hängt stark von der Belastung ab.
• Sobald die Oberfläche gesättigt ist, steigt der Differenzdruck, und der Filter muss gereinigt oder gewechselt werden.

2.2 Tiefenfiltration

• Tiefenfilter verfügen über ein mehrschichtiges, poröses Medium (oft mit graduierter Porengröße von außen nach innen).
• Partikel werden nicht nur an der Oberfläche, sondern im gesamten Filtervolumen zurückgehalten.
• Neben der mechanischen Rückhaltung wirken auch Adsorptionskräfte (insbesondere bei sehr feinen oder kolloidalen Partikeln).
• Vorteil: Hohe Schmutzaufnahmekapazität und längere Standzeiten – auch geeignet für Medien mit hoher Schwebstoffbeladung.

Viele moderne Filterkerzen kombinieren beide Prinzipien: Sie filtern zunächst grobe Partikel an der Oberfläche ab, während feine Bestandteile tief im Material eingeschlossen werden.

3. Aufbau und Arten von Filterkerzen

Filterkerzen unterscheiden sich in Material, Bauform und Funktionsweise. Die Wahl des passenden Typs hängt von Prozess, Medium und geforderter Filterleistung ab. Im Folgenden werden die wichtigsten Varianten im Detail beschrieben:

3.1 Wickelfilterkerzen (Tiefenfilter)

• Konstruktion: Aus einem Faden (z.B. Polypropylen, Baumwolle, Glasfaser) spiralförmig auf einen stabilen Kern gewickelt. Durch variierende Wickeldichte entstehen abgestufte Porengrößen.
• Eigenschaften: Hohe Schmutzaufnahmekapazität, variable Feinheiten (typisch 1–200 µm), geringe Kosten. Keine exakt definierte Abscheideleistung („nominal").
• Anwendung: Oft als Vorfilter in Wasseraufbereitung, Prozesswasser, Galvanikbädern, Heizungsanlagen, Schutz vor nachgelagerten Feinfiltern.

3.2 Schmelzgeblasene Filterkerzen (Meltblown, Tiefenfilter)

• Konstruktion: Im Meltblown-Verfahren hergestellt: Kunststofffasern (häufig Polypropylen) werden aufgeschmolzen und zu einer dichten, mehrlagigen Filterschicht geblasen.
• Eigenschaften: Bindemittelfrei (thermisch verbunden), sehr reines Medium, gleichmäßige Porenstruktur. Typische Feinheiten: 0,5–150 µm. Hohe chemische Beständigkeit, netzmittelfrei.
• Anwendung: Universell einsetzbar – Kühlwasser, Harze, Farben/Lacke, Getränkefiltration, Vorfiltration in Pharma und Biotech.

3.3 Membranfilterkerzen

• Konstruktion: Enthalten eine oder mehrere plissierte (gefaltete) Filtermembranen, meist aus Polyethersulfon (PES), Polypropylen (PP), Nylon oder PTFE. Die Plissierung vergrößert die Filterfläche erheblich.
• Eigenschaften: Exakt definierte Porengrößen (bis in den submikron-Bereich: 0,02–1 µm). Absolute Abscheideraten. Autoklavierbar, chemisch beständig, hohe Durchsatzleistung bei feiner Filtration.
• Anwendung: Sterilfiltration in Pharma und Medizin (Injektionslösungen, Reinwasser), Lebensmittel-Endfiltration, Mikroelektronik (Chipproduktion), Getränkeindustrie.

3.4 Aktivkohle-Filterkerzen (Adsorptionsfilter)

• Konstruktion: Filtermedium besteht aus Aktivkohle (Granulat, Extrudat oder Block), oft eingebettet in ein Polypropylenvlies, teilweise kombiniert mit Vorfilterschichten.
• Eigenschaften: Adsorption von organischen Stoffen, Entfernung von Geschmack, Geruch, Chlor, Ozon, Schwermetallen. Mechanische Filtration von Partikeln ist möglich, aber sekundär. Kapazität begrenzt – Austausch erforderlich, wenn Adsorptionsvermögen erschöpft ist.
• Anwendung: Trinkwasseraufbereitung, Lebensmittelverarbeitung (Geruchs-/Geschmacksverbesserung), Abluftreinigung, Schwimmbäder.

3.5 Metall-Filterkerzen (Oberflächen- und Tiefenfilter)

• Konstruktion: Aus Edelstahldrahtgewebe, Sintermetall oder Metallvlies gefertigt. In der Regel komplett verschweißt, mit hoher mechanischer Festigkeit.
• Eigenschaften: Sehr robust, hitzebeständig (>200°C), chemisch resistent. Wiederverwendbar durch Reinigung (Rückspülung, Ultraschall, chemisch). Porenweiten von 1–1000 µm möglich.
• Anwendung: Filtration bei hohen Temperaturen, aggressiven Medien, als Sicherheits-/Schutzfilter in Chemieanlagen, Kraftwerken, Lufttechnik.

Anschluss- und Endkappenausführungen

Wichtig: Filterkerzen verfügen je nach Anwendungsfall über verschiedene Enden:

• DOE (Double Open End): Beide Enden offen, für Standard-Kerzengehäuse geeignet. Häufig in Wasser- und Chemieanwendungen.
• SOE (Single Open End): Nur ein Ende offen (oft mit O-Ring oder Bajonettanschluss für sicheren Sitz und Dichtheit), häufig in der Pharmaindustrie und für spezielle Gehäuse.

4. Anwendungsbereiche von Filterkerzen

Filterkerzen finden sich in nahezu allen Branchen mit Anforderungen an Flüssigkeits- oder Gasfiltration. Im Folgenden werden die wichtigsten Sektoren vorgestellt, jeweils mit Praxisbeispielen und spezifischen Anforderungen.

4.1 Wasseraufbereitung

Einsatzbereiche:

• Trinkwasseraufbereitung: Entfernung von Partikeln, Sand, Rost, Mikroorganismen (oft als Vor- und Nachfilter)
• Prozesswasser: Aufbereitung in industriellen Anlagen, z.B. für Kühlkreisläufe, Kesselwasser
• Schwimmbäder: Rückhalt von Schwebstoffen, Schutz vor Verkeimung
• Meerwasserentsalzung: Vorfiltration zur Reduzierung des Membranverschleißes

Typen: Meltblown- oder Wickelfilterkerzen aus Polypropylen, Membranfilter gelegentlich Aktivkohle zur Chlorentfernung.

4.2 Lebensmittel- und Getränkeindustrie

Einsatzbereiche:

• Bierfiltration: Hefeentfernung, Vorfiltration vor Endfiltern (Membran)
• Wein und Säfte: Klärung, Entfernung von Trubstoffen, Schutz der nachgeschalteten Filtrationsschritte
• Mineralwasser: Rückhalt feiner Partikel, Aktivkohle zur Geschmacksverbesserung

Typen: Kunststoffkerzen mit Lebensmittelzulassung (FDA/EU-konform), keine Zusatzstoffe oder Bindemittel, ggf. spezielle Membranfilter für Endsterilfiltration.

4.3 Chemische Industrie und Galvanik

Einsatzbereiche:

• Säuren, Laugen, Lösungsmittel: Entfernung von Partikeln vor Prozessschritten, Produktreinheit
• Galvanikbäder: Filtration von Metallschlämmen, Schutz der Badqualität
• Lacke, Farben: Entfernung von Agglomeraten, Verbesserung der Oberflächenqualität

Typen: Polypropylen-, PTFE- oder Edelstahlkerzen – je nach Chemikalienbeständigkeit und Temperatur. Oft Wickel- und Meltblown-Tiefenfilter als Vorstufe, plissierte Membranfilter als Feinfilter.

4.4 Pharmazeutische und medizinische Anwendungen

Einsatzbereiche:

• Sterilfiltration: Herstellung von Injektionslösungen, Infusionswasser
• Reinstwasser für die Produktion: Entfernen von Bakterien, Endotoxinen, Partikeln
• Luftfiltration in Reinräumen: Kerzen in Belüftungsanlagen, Druckluftaufbereitung

Typen: Plissierte Membranfilterkerzen aus PES oder PTFE, absolute Abscheideraten (typisch 0,2 µm oder feiner), validierbar, autoklavierbar, dokumentierte Chargenrückverfolgbarkeit.

4.5 Mikroelektronik & Halbleiterfertigung

Einsatzbereiche:

• Ultrareine Prozessflüssigkeiten: Filtration von Wasser, Chemikalien zur Reduktion von Fehlerraten
• Fotolacke und Ätzbäder: Partikelarmer Betrieb, Schutz sensibler Oberflächen

Typen: Membranfilterkerzen mit extrem feinen Poren (0,02–0,05 µm), hydrophobe (PTFE) und hydrophile (PES) Ausführungen, hohe Chemikalienbeständigkeit.

4.6 Luft- und Gasfiltration

Einsatzbereiche:

• Steril-Entlüftung: Fermentationsprozesse, pharmazeutische Anlagen
• Luftreiniger, Abluftanlagen: Entfernung von Gerüchen (Aktivkohle), Partikelfiltration (Metallkerzen)

Typen: Metallkerzen (reversibel reinigbar), Aktivkohlekerzen für Gasphasenadsorption.

5. Auswahl der richtigen Filterkerze: Kriterien und Leitfaden

Die Auswahl der optimalen Filterkerze richtet sich nach einer Vielzahl technischer Parameter und betrieblicher Anforderungen. Die wichtigsten Entscheidungsfaktoren im Überblick:

5.1 Filtrationsfeinheit & Abscheiderate

• Nominale Filterkerzen: Definieren eine typische Abscheidung (z.B. ≥60% der Partikel mit einer bestimmten Größe), wirtschaftlich bei weniger kritischen Prozessen.
• Absolute Filterkerzen: Garantieren eine minimale Abscheiderate (meist ≥99,98%) für die spezifizierte Partikelgröße – wichtig in sterilen oder validierten Anwendungen.

5.2 Partikelbeladung und Durchsatz

• Hohes Schmutzaufkommen: Besser mehrlagige Tiefenfilter mit großer Schmutzaufnahmekapazität (z.B. Wickelfilter, Meltblown).
• Hoher Durchsatz bei feiner Filtration: Plissierte Membranfilter – größere Filterfläche für niedrigeren Druckverlust.

5.3 Medium-Eigenschaften (Kompatibilität)

• Chemische Beständigkeit: Polypropylen (PP) für die meisten wässrigen Medien, PTFE oder Edelstahl bei aggressiven Chemikalien und Lösungsmitteln.
• Temperatur: Kunststoffkerzen (PP, PES) bis ca. 80°C, spezielle Ausführungen und Metallkerzen für höhere Temperaturen.
• Viskosität: Höhere Viskosität erfordert entweder größere Filterfläche oder grobere Poren, da der Durchfluss sonst sinkt.

5.4 Anlagentyp und Anschlussnormen

• Gehäusekompatibilität: Passende Endkappen (DOE, SOE, 222/Bajonett, 226 etc.) wählen, um Dichtheit und sicheren Sitz zu gewährleisten.
• Austauschbarkeit: Standardisierte Längen (5", 10", 20", 30", 40") und Durchmesser erleichtern die Nachrüstung oder Umrüstung bestehender Anlagen.

5.5 Regulatorische und branchenspezifische Anforderungen

• Zertifizierungen: FDA-, EU-Lebensmittelzulassung, USP Class VI für Medizinprodukte, validierbare Membranfilter (Pharma).
• Extraktables/Leachables: Für pharmazeutische und Lebensmittelanwendungen: Werkstoffe ohne Weichmacher, Bindemittel, Netzmittel.

5.6 Wirtschaftlichkeit & Betriebskosten

• Einweg vs. wiederverwendbar: Metallkerzen bieten lange Lebensdauer und können gereinigt werden – höhere Anschaffungskosten, dafür weniger Abfall. Kunststoffkerzen sind günstiger, müssen jedoch häufiger ersetzt werden.
• Filterstandzeit: Vorfiltration durch preisgünstige Kerzen kann die Lebensdauer nachgeschalteter Feinfilter verlängern und so die Betriebskosten optimieren.

6. Wartung und Handling von Filterkerzen

Ein optimaler Betrieb hängt entscheidend von Wartung, Wechselintervallen und korrektem Handling ab. Einige zentrale Hinweise:

6.1 Erkennung von gesättigten Filterkerzen

• Druckdifferenzmessung: Der häufigste Indikator ist ein Anstieg des Differenzdrucks am Filtergehäuse (Eingang vs. Ausgang). Hersteller geben meist eine maximale Druckdifferenz an, ab der die Kerze gewechselt werden sollte.
• Verminderter Durchfluss: Ein merklicher Abfall der Durchflussmenge deutet auf zunehmende Verblockung hin.

6.2 Austausch und Reinigung

• Wechsel: Gehäuse drucklos machen, Restmedium ablassen, Kerze entnehmen. Beim Einsetzen neuer Kerzen auf korrekten Sitz und Unversehrtheit der Dichtungen achten.
• Reinigung: Metallkerzen und einige Sinterkerzen können rückgespült oder chemisch gereinigt werden. Kunststoffkerzen sind in der Regel Einwegprodukte.

6.3 Sicherheit beim Handling

• Schutzmaßnahmen: Je nach gefiltertem Medium Schutzhandschuhe, Atemschutz oder geeignete Kleidung verwenden (z.B. bei Säuren, Laugen, infektiösen Medien).
• Entsorgung: Kontaminierte Filterkerzen müssen nach lokalen Vorschriften entsorgt werden, insbesondere bei gefährlichen Medien.

7. Zusammenfassung & Beratung durch MTS & APIC

Filterkerzen sind eine universelle Lösung zur Partikel- und Stoffabtrennung in nahezu allen Industriezweigen. Ihre Stärken liegen in der Kombination aus Flexibilität, einfacher Wartung, umfangreicher Material- und Feinheiten-Auswahl sowie in der Anpassungsfähigkeit an unterschiedlichste Medien und Anforderungen.

Ihr Ansprechpartner für industrielle Filterkerzen: MTS & APIC bietet ein breites Sortiment an Filterkerzen aller gängigen und spezialisierten Bauarten – von preiswerten Vorfiltern bis zu High-End-Membranen und Edelstahl-Patronen. Unser Expertenteam unterstützt Sie bei der Auswahl des optimalen Filterelements für Ihren Prozess – inklusive Beratung zu Material, Anschluss, Normen und Betriebskosten.

Kontaktieren Sie uns für eine individuelle Fachberatung oder ein auf Ihren Bedarf zugeschnittenes Angebot.