Luftfilter, wie funktionieren sie?

Ein Luftfilter reinigt die Luft, bevor sie in den Motor gelangt. Das macht Sinn. Doch es steckt noch viel mehr dahinter und das erklären wir Ihnen in diesem Blog.

Die Basics eines Luftfilters

Ein Luftfilter besteht normalerweise aus einem Primär- und einem Sekundärfilter. Die erste dient zum Filtern der feinen und groben Verunreinigungen, die Sie nicht im Motor haben möchten. Der Sekundärfilter hat eine andere Funktion als viele denken. Dieser Filter dient nicht als zweite Stufe zur Filterung noch kleinerer Partikel, sondern dient dazu, beim Austausch des Primärfilters zu verhindern, dass Staub in den Lufteinlass des Motors gelangt. Dies ist eines der größten Missverständnisse über den Sekundärfilter.

Die Investition in einen Vorreiniger lohnt sich

Wenn Sie eine Maschine haben, die häufig in staubigen Umgebungen arbeitet, kann es sich schnell lohnen, einen Vorreiniger an Ihrer Maschine zu installieren. Hierbei handelt es sich um einen zusätzlichen Filter, den Sie am Lufteinlass Ihrer Maschine anbringen und der dafür sorgt, dass der erste grobe Schmutz aus der Luft entfernt wird, bevor er den Hauptfilter erreicht, der die Luft wirklich filtern muss, bevor sie zum Motor gelangt.

Ein Vorreiniger arbeitet auf Basis der Luftzirkulation. Im Vorfilter wird die Luft sozusagen herumgewirbelt, wodurch die schwereren Schmutzpartikel nach außen und gegen das Gehäuse des Vorfilters geschleudert werden. Dieses Gehäuse enthält einen Austragskanal, durch den diese schwereren Partikel ausgestoßen werden. Für extreme Bedingungen gibt es auch Vorfilter, die aus zwei Stufen bestehen. Der sogenannte zweistufige Vorreiniger. Die Funktionsweise des „zweiten“ Vorfilters ist grundsätzlich dieselbe wie die des ersten.

Da ein Vorfilter bereits einen Großteil der Schadstoffe aus der Luft filtert, wird der Primärfilter deutlich weniger genutzt und kann daher deutlich länger halten. Wenn Ihre Maschine in staubigen Umgebungen nicht viel leistet, benötigen Sie keinen Vorfilter.

Die Bedeutung eines Luftfilters für Ihr Motor

Es klingt so logisch, dass Ihr Motor länger hält, wenn Sie den Luftfilter rechtzeitig austauschen. Das stimmt zum Teil, aber dazu später mehr. Gelangt Staub in den Motor, ist er an der Verbrennung in den Zylindern beteiligt. Wenn dieser Schadstoff in der Zuluft in den Zylindern verbrennt, bildet sich auf der Innenseite Ihrer Zylinder eine schicht. Diese Schicht ist oft um ein Vielfaches härter als Stahl und löst sich daher nie ab. Dies verursacht zusätzlichen Verschleiß und verkürzt die Lebensdauer Ihres Motors.

Als Faustregel kann man sagen, dass bereits 50 Gramm Staubbelastung in der Zuluft einen Kleinmotor dauerhaft zerstören können. Bei größeren Motoren, etwa in LKWs und Baggern, sind es ca. 100-150 Gramm und selbst die größten Motoren, etwa in Bergbaumaschinen, können ausfallen, sobald mehr als 200 Gramm Staub in die Verbrennung gelangen. Das ist äußerst wenig, wenn man den Hubraum und die Größe dieser Motoren betrachtet. Daher ist es für die Lebensdauer Ihres Motors wichtig, dass Sie die Bildung dieser Silikatschicht verhindern und Ihrem Motor saubere Luft zuführen.

Wie viel Luft strömt durch Ihren Motor?

Moderne Motoren müssen immer sparsamer und effizienter arbeiten. Das liegt zum einen an Emissionsauflagen, zum anderen aber auch daran, dass Unternehmen bei geringeren Kosten oder bestimmten Ausschreibungen zunehmend auf den Verbrauch der Maschinen achten. Bei modernen Motoren wird häufig viel Luft in den Motor geleitet, da sie mit Turbos ausgestattet sind oder eine zusätzliche Kühlung des Motors erforderlich ist. Diese zusätzliche Kühlung durch Nach- oder Ladeluftkühler erfordert auch, dass mehr Luft durch den Filter strömt.

Ein gutes praktisches Beispiel hierfür ist der Cummins 4B-Motor. Dieses gibt es in drei Varianten:

1. Cummins 4B 3,9 Liter ungeblasen
2. Cummins 4B 3,9 Liter mit Turbo
3. Cummins 4B 3,9 Liter mit Turbo und Nachkühler

Die erste Version leistet 76 PS, die zweite Version mit Turbo 105 PS und die dritte, mit Nachkühler und Turbo, leistet 120 PS. In der Praxis bedeutet dies, dass die neueste Version etwa die doppelte Leistung der ersten Version liefert.

Betrachtet man die Luftmenge, die diese Motoren benötigen, so benötigt der erste Motor ohne Turbo und Kühler 11.700 Liter Luft, um nur 1 Liter Diesel zu verbrennen. Der zweite Motor benötigt 17.100 Liter, um 1 Liter Diesel zu verbrennen und die dritte Variante benötigt sogar mehr als 20.000 Liter Luft, um nur 1 Liter Diesel zu verbrennen.

Betrachtet man das Volumen, verbraucht der erste Motor etwa 4 M³ Luft pro Minute, der zweite 7 M³ und der dritte sogar 9 M³ Luft pro Minute.

Seltsam aber wahr: Ein gebrauchter Luftfilter ist besser als ein neuer

Es erscheint logisch, dass ein Filter ausgetauscht werden sollte, sobald er verschmutzt und voller Staub ist. Auf den ersten Blick scheint ein verstaubter Filter ein Hinweis darauf zu sein, dass der Filter ausgetauscht werden muss. Das ist nicht unbedingt wahr. Wussten Sie beispielsweise, dass ein Luftfilter noch besser filtert, wenn Staub auf das Filtermedium gelangt?

Denn die erste Staubschicht auf dem Filter besteht oft aus etwas gröberen Verunreinigungen. Diese erste Schicht zurückgehaltener Verschmutzungen und Staub sorgt dafür, dass diese Schicht dazu beiträgt, kleinere Partikel in der angesaugten Luft zurückzuhalten. Die größeren Partikel der ersten Staubschicht lassen immer noch Luft durch, helfen aber dabei, kleinere Partikel herauszufiltern. Tatsächlich werden von allen Verunreinigungen, die ein Filter während seiner gesamten Lebensdauer durchlässt, etwa 10 % im Neuzustand des Filters durchgelassen. Dies ist der Zeitraum, in dem sich die erste grobe Schmutzschicht noch nicht gebildet hat. Die Effizienz eines Luftfilters verbessert sich daher zunächst ab dem ersten Staub, den der Filter aufnimmt. Tatsächlich funktioniert ein Filter am besten und ist am effektivsten, wenn er wirklich verstopft ist, nicht mehr genügend Luft zum Motor durchlässt und ausgetauscht werden muss.

Überprüfen Sie Ihren Luftfilter

Eine Sichtprüfung gibt manchmal Hinweise darauf, dass ein Filter ausgetauscht werden muss. Aber mit dem oben Gesagten im Hinterkopf ist es nicht so einfach. Auch wenn ein Filter voller Staub ist, kann er immer noch eine bessere Filterleistung haben als ein neuer Filter. Das hilft dir also nicht viel. Ein weiterer Nachteil der Sichtprüfung besteht darin, dass Sie den Filter jedes Mal aus dem Gehäuse entfernen müssen. Dies erhöht das Risiko eines falschen Austauschs und einer Verformung oder Beschädigung der Filterdichtung. Die Nachteile der Sichtprüfung:

• Sie können nicht sehen, ob ein Filter noch seine Aufgabe erfüllt. Ein Filter mit einer dicken Staubschicht funktioniert oft sogar besser als ein neuer Filter
• Bei einer Sichtprüfung können Sie die Dichtungen verformen oder beschädigen, was dazu führen kann, dass Schmutz in Ihren Motor gelangt

Was auch oft beim Einbau eines neuen Filters gemacht wird, ist das Datum und die Betriebsstunden der Maschine auf den Filter zu schreiben. Dadurch können Sie geplante Wartungsarbeiten besser überwachen. Diese Form der Inspektion hat auch einige Nachteile:

• Sie müssen die Betriebsstunden in einem Dokument oder Excel nachverfolgen
• Man kann nicht abschätzen, wie stark der Filter gelitten hat. Musste er unter harten Bedingungen arbeiten oder ist das nicht so schlimm und hält der Filter noch viele Betriebsstunden durch?
• Oft tauschen Sie Ihren Filter viel zu früh aus
• Sie führen regelmäßig unnötige Inspektionen durch, um zu sehen, welches Datum und welche Betriebsstunden der Filter hatte

Eine mögliche Lösung sind die elektronischen Anzeigen, die viele Filtermarken mittlerweile anbieten. Ein solcher Indikator misst, wie viel Luft noch durchgelassen wird und ob noch genügend Luft zum Motor gelangt. Diese Indikatoren sind die kleine Investition durchaus wert. Nicht nur wegen der Bequemlichkeit, sondern vor allem auch, weil sie sich schnell amortisieren. Da Sie nicht erkennen können, wann ein Filter ausgetauscht werden muss, und Sie daher anhand der Betriebsstunden nur begrenzte Einblicke in die verbleibende Lebensdauer Ihres Filters haben, kann es leicht passieren, dass ein Filter zu früh ausgetauscht wird. Mit einer Anzeige erhalten Sie die maximale Lebensdauer Ihres Luftfilters. Da Sie den Filter genau zum richtigen Zeitpunkt austauschen, hält Ihr Motor auch länger, was jedoch schwer zu berechnen ist. Die Berechnung einer vorzeitigen Ablösung ist gar nicht so schwierig. Untersuchungen haben gezeigt, dass Luftfilter häufig etwa 30 % zu früh ausgetauscht werden. Wenn Ihr Filter 30 % länger hält, müssen Sie während der Lebensdauer Ihrer Maschine einfach viel weniger Filter ersetzen. Vorteile eines elektronischen Anzeigegeräts:

• Ihre Filter halten länger, da Sie sie genau am Ende ihrer Lebensdauer austauschen
• Sie sparen Kosten, da Sie Filter länger nutzen können
• Sie vermeiden, einen Filter zu lange zu verwenden und dass der Filter seine Lebensdauer bereits überschritten hat