Die Filterkartuschenprüfung umfasst die systematische Untersuchung von Filterkartuschen hinsichtlich Abscheideleistung, strömungsmechanischem Verhalten, mechanischer Integrität und materialtechnischer Unbedenklichkeit. Filterkartuschen kommen in der Raumlufttechnik, in Reinstumgebungen, in der Flüssigkeitsfiltration sowie in Prozessanlagen verschiedenster Branchen zum Einsatz. Ihre Qualität entscheidet darüber, ob definierte Reinheitsklassen eingehalten und nachgeschaltete Prozesse oder Produkte geschützt werden. Der vorliegende Beitrag beschreibt den Prüfablauf von der Probenahme über partikelzahlbasierte Effizienzmessungen und den DOP-Test bis zu Druckverlust-, Integritäts- und materialanalytischen Untersuchungen. Abschließend werden die Bewertungskriterien und die anwendbaren Normen ISO 29463 und EN 1822 erläutert, die den Rahmen für die Klassifizierung von Schwebstofffiltern bilden.
Prüfobjekt und Probenahme
Prüfobjekt ist die Filterkartusche als komplette Baueinheit aus Filtermedium, Stützkörper, Rahmen und Dichtelement. Da das Verhalten der Kartusche im eingebauten Zustand geprüft werden soll, ist eine unbeschädigte, repräsentative Probe Voraussetzung für belastbare Ergebnisse. Vor Beginn der Prüfung werden die Kartuschen auf sichtbare Schäden, Produktionsfehler und Transportbeeinträchtigungen kontrolliert und dokumentiert. Die Konditionierung erfolgt in der Regel über eine definierte Lagerung im Klimaraum, damit Temperatur und Luftfeuchte die Messergebnisse nicht verfälschen. Vor der Prüfung ist die Kartusche mittels Dichtleiste oder Dichtmasse in einen Prüfhalters eingespannt, so dass jegliche Umgehungströmung zwischen Kartusche und Halterung ausgeschlossen ist. Eine Leckage am Rand würde die Abscheide- und Integritätsmessung verfälschen. Zusätzlich werden Nennvolumenstrom, Medienfläche und Herstellerangaben erfasst, da diese Parameter als Bezugswerte für die spätere Bewertung von Druckverlust und Durchlassgrad dienen. Die Kennzeichnung der Probe sowie eine lückenlose Dokumentation der Probenahmebedingungen sind Bestandteil eines rückverfolgbaren Prüfberichts.
Prüfung
der Abscheideleistung – Partikelzahlmessung und DOP-Test
Zur Bestimmung der Abscheideleistung wird die Partikelkonzentration stromauf und stromab der Kartusche mit einem optischen Partikelzähler gemessen. Aus dem Verhältnis der Zählwerte wird der Durchlassgrad für definierte Partikelgrößenkanäle berechnet; die Abscheideleistung ergibt sich als Komplement zum Durchlassgrad. Als Prüfaerosol dient je nach Aufgabenstellung ein polydisperses oder monodisperses Aerosol; beim klassischen DOP-Test wird ein Aerosol auf Dioctylphthalat-Basis beziehungsweise aus alternativen Ersatzflüssigkeiten erzeugt. Das Aerosol wird bei definiertem Volumenstrom und gleichmäßiger Flächenbeaufschlagung durch die Kartusche geführt. Bei Filtern der höheren Klassen liegt der Durchlassgrad im Bereich weniger Prozent oder darunter, weshalb Partikelzähler mit ausreichendem Messbereich verwendet werden müssen. Der sogenannte Scan-Test am installierten Filter erlaubt zusätzlich die Lokalisierung einzelner Leckstellen im Medium oder in der Dichtfuge. Zu beachten ist, dass hohe Eingangskonzentrationen den Zähler sättigen können, während zu geringe Konzentrationen die Statistik der Durchlassmessung schwächen. Die Aerosolkonzentration ist daher vor der Messung auf den Arbeitsbereich des Zählers abzustimmen.
Druckverlust- und Durchflussmessung
Die strömungsmechanische Charakterisierung erfasst den Druckverlust der Kartusche in Abhängigkeit vom Volumenstrom. Gemessen wird die Differenz der statischen Drücke vor und hinter der Kartusche mit geeichten Differenzdruckmessgeräten, während der Volumenstrom über eine Drossel- oder Regelstrecke stufenweise variiert wird. Aus den Messpunkten wird die Widerstandscharakteristik als Kurve erstellt, die den Auslegungspunkt, den Anfangsdruckverlust und das Beladungsverhalten während des Betriebs beschreibt. Ein erhöhter Anfangsdruckverlust gegenüber den Herstellerangaben deutet auf Fertigungsabweichungen, komprimierte Faltenlagen oder fehlende Stützstrukturen hin. In der Praxis werden Kartuschen häufig bis zu einem definierten Enddruckverlust betrieben, der den Wechselzyklus festlegt; die Messung liefert damit auch betriebswirtschaftliche Kenngrößen. Bei der Durchflussmessung ist auf gleichmäßige Anströmung zu achten, da Verwirbelungen und unsymmetrische Geschwindigkeitsprofile die Messwerte verfälschen. Flüssigkeitsfiltrationskartuschen werden analog mit Wasser oder Prozessflüssigkeit bei kontrollierter Temperatur geprüft, da die Viskosität der Flüssigkeit den Druckverlust unmittelbar beeinflusst. Die Messungen sind bei stationären Bedingungen durchzuführen und mehrfach zu wiederholen.
Integritätsprüfung
– Bubble-Point- und Diffusionstest
Die Integritätsprüfung bewertet, ob das Filtermedium frei von Mikrolecks ist, die im Betrieb nicht durch Partikelbeladung verschlossen werden. Beim Bubble-Point-Test wird die vollständig benetzte Kartusche mit einem inertem Gas druckbeaufschlagt; der Druck wird stufenweise erhöht, bis die erste kontinuierliche Blasenfolge an der Flüssigkeitsoberfläche auftritt. Dieser Druck korreliert mit der größten Pore des Mediums und wird mit dem herstellerseitigen Referenzwert verglichen. Beim Diffusionstest wird ein konstanter Druck unterhalb des Bubble-Points gehalten und der über die benetzte Membran diffundierende Gasstrom gemessen. Ein erhöhter Diffusionsstrom gegenüber dem Grenzwert zeigt Makroporen oder defekte Stellen an. Voraussetzung für beide Verfahren ist die vollständige Benetzung des Mediums mit einer Prüf Flüssigkeit definierter Oberflächenspannung, üblicherweise Wasser oder ein Alkohol-Wasser-Gemisch, da unbenetzte Bereiche falsch-positive Leckindikationen erzeugen. Diese Prüfungen werden häufig zerstörungsfrei durchgeführt und eignen sich sowohl für die Erstmusterbewertung als auch für Wiederholungsprüfungen vor dem Einbau. Dokumentiert werden Prüfdruck, Haltezeit, Temperatur und gemessener Gasstrom.
Materialanalytik
– Extraktionsstoffe per GC-MS und HPLC
Die materialanalytische Prüfung klärt, welche Substanzen aus der Kartusche in das Filtrat oder die Luft übergehen können. Hierzu werden Materialproben des Filtermediums, der Stütz- und Rahmenwerkstoffe sowie der Dichtelemente unter definierten Bedingungen extrahiert. Je nach Matrize kommen Lösungsmittelextraktion, Thermodesorption oder Headspace-Verfahren zum Einsatz. Die gaschromatographische Analyse mit massenspektrometrischer Detektion (GC-MS) identifiziert und quantifiziert flüchtige und semi-flüchtige organische Verbindungen, etwa Weichmacher, Lösungsmittelreste oder Antioxidantien. Nichtflüchtige Extraktionsstoffe, Monomere und Additive werden mittels Hochleistungsflüssigchromatographie (HPLC) mit UV- oder massenspektrometrischer Detektion bestimmt. Für Anwendungen mit Lebensmittel- oder Pharmakontakt sind Migrationsprüfungen unter verschärften Bedingungen üblich, bei denen Extraktionsmedium, Temperatur und Zeitdauer die spätere Anwendung simulieren. Die Identifizierung erfolgt durch Vergleich mit Spektrenbibliotheken und Referenzsubstanzen; die Quantifizierung über Kalibrierreihen mit internen Standards. Bewertet werden die Ergebnisse gegen produktspezifische Grenzwerte oder Kundenvereinbarungen. Diese Untersuchungen ergänzen die funktionalen Prüfungen, da auch eine mechanisch einwandfreie Kartusche durch abgebende Werkstoffe das Filtrat belasten kann.
Prüfkriterien
und anwendbare Normen (ISO 29463, EN 1822)
Die Bewertung von Schwebstoffilterkartuschen orientiert sich an der Normenreihe EN 1822 sowie der funktional gleichwertigen ISO 29463. Beide Normen definieren Filterklassen anhand der Gesamtabscheideleistung und des lokalen Durchlassgrades. Die E-Klassen erfassen grobe und feine Partikel, die H-Klassen adressieren Hochleistungsschwebstofffilter für Reinraum- und Luftpersistenzanforderungen, und die U-Klassen decken Ultra-Low-Penetration-Anwendungen ab. Mit steigender Klassenzahl sinkt der zulässige Durchlassgrad. Die Normen regeln neben der Klassifizierung auch die Prüfverfahren, insbesondere die fraktionsabhängige Durchlassgradmessung und den Lecktest am installierten Filter. Ergänzend kommen je nach Anwendung nationale Vorschriften, Hygienestandards und produktspezifische Kundenvereinbarungen hinzu. Für flüssigkeitsfiltrierende Kartuschen sind davon getrennte Prüfnormen heranzuziehen, da Partikelgenerierung, Benetzungsverhalten und Bewertungsmetriken abweichen. Das Prüfergebnis wird im Bericht mit Prüfaerosol, Volumenstrom, Klimabedingungen, gemessenen Durchlassgraden und Druckverlustwerten dokumentiert. Die Gegenüberstellung mit den Grenzwerten der eingestuften Filterklasse ergibt die Konformitätsaussage. Diese dient dem Vergleich von Produkten, der Freigabe für den Einsatz in sensiblen Prozessen und der Qualitätsüberwachung laufender Fertigungslose.
FAQ
Was steht im Prüfbericht einer Filterkartuschenprüfung und wofür wird er verwendet?
Der Prüfbericht dokumentiert die Ergebnisse der Abscheideleistung (Partikelzahlmessung, DOP-Test), der Druckverlust- und Durchflussmessung sowie der Integritätsprüfung. Ergänzend werden Materialanalysen zu Extraktionsstoffen und die Bewertung anhand der Prüfkriterien nach ISO 29463 und EN 1822 aufgeführt. Er dient dem Nachweis der Einhaltung von Spezifikationen und der Qualitätssicherung.
Wie läuft die Beauftragung einer Filterkartuschenprüfung ab und welche Angaben sind wichtig?
Zunächst ist zu klären, welche Prüfungen gewünscht sind – etwa Abscheideleistung, Druckverlust, Integritätsprüfung oder Materialanalytik. Wichtig sind Angaben zur Probenahme, zum Einsatzbereich der Kartusche sowie zu den anzuwendenden Normen wie ISO 29463 und EN 1822. Diese Informationen ermöglichen eine passgenaue Prüfung und Berichterstattung.
Welche
Faktoren beeinflussen die Kosten einer Filterkartuschenprüfung?
Die Kosten hängen vom Umfang der gewählten Prüfungen ab: Partikelzahlmessung und DOP-Test, Druckverlust- und Durchflussmessung, Integritätsprüfung sowie Materialanalytik mit GC-MS und HPLC unterscheiden sich im Aufwand. Auch die Anzahl der Prüfkriterien und die anzuwendenden Normen beeinflussen den Prüfumfang und damit die Kosten.