Abschlussprojekt 2016
Entwicklung und Konstruktion eines Prüfstands

Das finale Konzept zur endgültigen Ausarbeitung ist die Variante der Filtertrommel. Dieses zeigt gegenüber den anderen Varianten einige Vorteile auf, welche im Folgenden dargestellt werden.

Als Vorteil der Filtertrommel gilt die beständige und freie Filterfläche, sodass der Volumenstrom möglichst ohne Druckverluste durch den Prüfstand dringen kann und dennoch alle Spangrößen abgetragen werden. Die Varianten der Filterschublade hingegen besitzen diese Eigenschaft nicht. Im Verlauf des Prüfvorgangs bildet sich ein Filterkuchen auf der Filterfläche. Dieser Filterkuchen setzt die die Filterfläche zu und verursacht einen Druckverlust. Da bei dieser Variante ebenfalls Luftklingen im Einsatz sind, diese jedoch gegen den eigentlichen Volumenstrom arbeiten, ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass das System durch den starken Gegendruck nicht gereinigt wird, sondern weiterhin mit einem Filterkuchen bedeckt ist.

Durch die leichte Entnahme, der mit Spänen gefüllten Schublade, ist auch das Wiegen der gesamten Späne möglich, ohne während des Bearbeitungsvorgangs an der Maschine eine Pause zum Reinigen und Entnehmen der Späne einstellen zu müssen. Die Schublade kann, muss aber nicht mitgewogen werden. Als zusätzliche Option besteht auch die Möglichkeit einen Beutel aus Kunststoff in die Schublade einzulegen, da so auch eine große Spanmasse gewogen werden kann.

Durch die Variabilität dieses Konzepts ist die Trennung der Spanmasse aus dem Rohgas möglich und die Einstellbarkeit der Trommelgröße und des Filtermaterials ist dennoch, wenn gefordert, gegeben. So kann zudem geprüft werden, welches Filtermaterial die unterschiedliche Span- und Staubart von unterschiedlichen Hölzern am Besten aufnimmt bzw. abscheidet.

 
 Konstruktion

Das Konzept der Trommel basiert auf dem Prinzip eines Schaufelrads. Das Rohgas (Partikelbeladene Luft) tritt oben durch einen Einlass in die Konstruktion und strömt durch die wahlweise plissierte oder glatte, mit einer frei nach Anspruch wählbaren Maschenweite gewobenen, Filterfläche in Richtung Austrittsrohr. Die gesamte Spanmasse wird zuvor auf der Filterfläche abgeschieden und mittels einer axialen Drehbewegung in die unten liegende Schublade geführt.

Um sicherzustellen, dass sich kein Span zwischen der Trommel und dem Gehäuse verklemmt, wird der Abstand zwischen Trommel und Gehäuse so groß ausgelegt, dass auch größere Späne ungehindert in den Auffangbehälter gelangen können. Die entstehenden Verwirbelungen sind zu vernachlässigen, da der Auffangbehälter vergrößert wird und so keine Späne im System verloren gehen. Um dies zu gewährleisten, besteht zudem die Möglichkeit, die Innenseiten des Gehäuses antistatisch zu beschichten. Der Volumenstrom drückt einen Teil der Späne auf das Filtermedium, wodurch diese leicht mit der Drehbewegung zum Auffangbehälter gelangen. Durch diese Konstruktion ist der sichere Lauf der Trommel gegeben, ohne sich zu verklemmen.

Um die Trommel gleichmäßig im Gehäuse laufen zu lassen, ist ein Gleichstrommotor für den Antrieb an die Trommel angeschlossen. Dieser ist stufenlos regelbar. Dadurch kann bei Bedarf die Drehzahl je nach Spanmenge erhöht oder vermindert werden. Die Filtertrommel ist an beiden Stirnflächen konstruktiv mit einem überstehenden Kreisring ausgestattet. Diese Kreisringe  werden in abgedichteten Kreisringführungen aus hochfestem, mit guten Gleiteigenschaften ausgestattetem Kunststoff gelagert. Durch die Dichtung aus Filz oder einem Labyrinthsystem wird verhindert, dass durch die Führungen einzelne Späne in den Innenraum der Trommel gelangen, genauso wie der Schaden an den Führungen durch verklemmende Späne verhindert wird.

Um den Auffangbehälter möglichst von allen Strömungen abzuschirmen, sind an den „Zahnspitzen“ der Trommel innen und außen Dichtungen angebracht. Diese laufen einseitig in geringem Abstand zur Gehäusewand, um dort möglichst keine Luft mitzuziehen und keine Späne wieder zum Einlassrohr zu transportieren. Der Bereich ist zusätzlich durch ein Abschirmblech geschützt, welches zwei Drittel der gesamten Umfangsfläche abdeckt.

Ist die Trommel nicht in Falten gelegt, ist der Anspruch dennoch vorhanden, keine Späne durch die Drehbewegung aufzuwirbeln und zurück in Richtung des Einlassrohrs zu führen. Aus diesem Grund ist die Trommel außerhalb der Mitte gelagert, sodass der Spalt zwischen Gehäuse und Filter auf einer Seite der Konstruktion möglichst gering ist.

Um den Volumenstrom zu messen wird im Rohrsystem hinter dem Prüfstand ein Flügelradanemometer eingebaut. Das Flügelradanemometer kann in das Rohr verbaut werden, ohne einen großen Widerstand für den Luftstrom darzustellen, da sich letztlich nur ein geringer Teil der Messeinheit innerhalb des Volumenstroms befindet.

Damit der Druck vor und hinter dem Prüfstand gemessen werden kann, wird zudem auf der Einlassseite und der Austrittsseite ein Differenzdruckmesssystem in die Rohrleitung installiert. Das Messsystem kann, ebenfalls wie das Flügelradanemometer im Eintritts- und Austrittsrohr, zum Messen des Druckverlusts angebracht werden. Von dem gesamten Differenzdruckmesser befindet sich nur ein kleiner Sensor innerhalb des Rohrs auf beiden Seiten, sodass der Volumenstrom ohne großen Widerstand passieren kann. Auch die Späne haben so keine Möglichkeit, das Messsystem zu beschädigen.

Aufgrund der unterschiedlichen Möglichkeiten bei der Gestaltung der Trommel, sowohl vom Filtermaterial und der Größe der gesamten Anlage, als auch bei der Wahl, ob die Filterfläche glatt oder gefalten sein soll, besteht die Möglichkeit, dass auf beschriebene Details verzichtet wird, wie beispielsweise die Dichtungen an den Zahnspitzen, da diese bei einem Filtermaterial aus Kunststoff oder Faservlies nicht angebracht werden können.