Entwicklung, Konstruktion und Fertigung einer Mehrfachfilterhalterung zur gravimetrischen Messung von Staubkonzentrationen in Luftströmen

Status:

laufend

Zielsetzung:

Sowohl im Bereich Prüfung und Zertifizierung als auch im Rahmen von Forschungsprojekten oder nachstellenden Untersuchungen stellt die gravimetrische Ermittlung von Staubkonzentrationen in Luftströmen eine wiederkehrende Messaufgabe im Referat 3.4 Gefahrstoffemission dar. Gerade bei höheren Volumenströmen oder höheren Staubkonzentrationen gelangt das aktuell im Referat vorhandene Equipment an seine Grenzen. Weiterhin entspricht es nicht mehr dem Stand der Technik und es besteht Optimierungsbedarf z. B. in Bezug auf erzielbare Messunsicherheiten. Die vorhandene Einrichtung zur gravimetrischen Ermittlung von Staubkonzentrationen in Luftströmen verfügt nicht über eine Volumenstromregelung. Dadurch sinkt der Volumenstrom mit zunehmender Filterbelegung immer weiter ab, was bei halboffener Erfassung der Emissionen einen Einfluss auf den Erfassungsgrad hat. Außerdem ist aus Voruntersuchungen bekannt, dass die Luftgeschwindigkeit im System einen Einfluss auf die Wandablagerungen hat. Daher ist eine Förderung mit konstantem Volumenstrom anzustreben, was durch eine Volumenstromregelung realisiert werden kann. Die vorhandene Einrichtung ist darüber hinaus nicht leicht zu reinigen, sodass Wandablagerungen aus vorherigen Messungen die nachfolgenden Messungen verfälschen können. Auch die Art der Konstruktion begünstigt momentan Staubablagerungen auf Flächen im System. Zudem besteht bei zu hoher Filterbelegung die Gefahr, dass Filter aufgrund der hohen Druckdifferenz reißen, was eine Wiederholung der Messung erforderlich machen würde. Aus den genannten Gründen soll am Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (IFA) eine neue, verbesserte und flexibel einzusetzende Mehrfach-Filterhalterung (inkl. Luftfördereinheit) entwickelt, konstruiert und gebaut werden.

Aktivitäten/Methoden:

Um die Anforderungen an die optimierte Mehrfach-Filterhalterung möglichst konkret definieren zu können, müssen zunächst einige kleinere Versuchsserien durchgeführt werden. Beispielsweise muss ermittelt werden, welcher Druckdifferenz die Filter noch sicher standhalten, ohne zu reißen. Weiterhin ist herauszufinden, welche Leistung (geförderter Volumenstrom und bereitgestellter Unterdruck) die Luftfördereinheit (vermutlich Seitenkanalverdichter) für das neue System haben muss. Die Erkenntnisse der Vorversuche dienen damit als Entscheidungsgrundlage für die Auswahl der zu beschaffenden Komponenten. Infolge müssen erste Entwürfe für die Mehrfach-Filterhalterung konzipiert, diskutiert und konstruiert werden. Dabei ist zu beachten, dass das neue System eine einfache Reinigung zulassen soll und dass es schon durch seine Konstruktion Staubablagerungen möglichst verhindert. Durch eine Volumenstromregelung soll ein konstanter Volumenstrom sichergestellt werden. Eine Überwachung der Druckdifferenz über die Filter soll diese vor Zerreißen schützen. Im Anschluss an die Vorversuche und die Erstellung erster Konstruktionsentwürfe ist eine Strömungssimulation mit SolidWorks FlowSimulation vorgesehen, um evtl. Schwachstellen der Konstruktion erkennen zu können. Evtl. ist der Bau eines Prototypen, an dem erneut kleinere Versuchsserien durchgeführt werden, sinnvoll. Neben der Konstruktion und Fertigung der Mehrfach-Filterhalterung müssen Komponenten ausgewählt und beschafft werden (z. B. Seitenkanalverdichter, Mess-Sensorik, Rohrleitungen etc.). Die Konformität mit der Maschinenverordnung muss bedacht und erklärt werden (Konformitätserklärung).

Nach der Fertigung des neuen Systems ist eine Validierung der Messeinrichtung im Hinblick auf die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse geplant. Dafür wird eine Versuchsserie unter Beachtung von sinnvollen statistischen Auswertemöglichkeiten geplant und durchgeführt. Eine Messunsicherheitsbetrachtung wird mithilfe der Software QGUMPro4_SRV erstellt. Es sind außerdem vergleichende Versuche zwischen der alten und der neuen Einrichtung geplant.

Stand: