Wie Donaldson innovative Filtrationssysteme abschließt

Die Bedeutung einer hochwertigen Luftfilterung in staubigen Arbeitsumgebungen kann nicht hoch genug eingeschätzt werden. Bild: Adobe Stock

Viele Branchen – insbesondere solche, die schwere Maschinen einsetzen – könnten jedoch ihre Produktivität durch zusätzliche Maßnahmen steigern. Wäre es nicht sinnvoll, durch Investitionen mehr als nur marginale Gewinne zu erzielen?

Nur wenige würden etwas so Unscheinbares wie die Luftfiltration als Allheilmittel betrachten, aber im Hinblick auf ungeplante Ausfallzeiten von Anlagen ist sie durchaus erwähnenswert – und wenn Staub und Verunreinigungen den Luftfilter eines Motors passieren, ist ein Rückgang der Maschinenleistung möglicherweise nur die Spitze des Eisbergs der Ausfallzeiten.

Diesen Punkt unterstreicht Mark Sala, Leiter des Produktmanagements für Luftprodukte bei Donaldson, einem Unternehmen, das seit 1915 Filtrationssysteme für OEMs entwickelt.

Im Straßenbau schützen Luftfilter sowohl teure Geräte als auch die Bediener. Bild: Adobe Stock

Donaldson ist weltweit bekannt für die Bereitstellung von technischen Lösungen für Kundenprobleme – von der Optimierung der Motorleistung bis hin zur Einhaltung strenger Emissionsvorschriften.

Die Vermeidung von Motorschäden durch Verunreinigungen steht im Mittelpunkt der Arbeit der Luftfahrtabteilung des Unternehmens.

Wie Sala sagt: „Oftmals verschmutzt zuerst der Turbofan, aber schließlich gelangen die Verunreinigungen in die Verbrennungsreaktion selbst. Einspritzdüsen, Kolben, Zylinderlaufbuchsen – sie alle werden beschädigt.“

„An diesem Punkt verlieren Sie Kompression und Leistung, es kommt zum Ölverbrauch und Leckagen an vielen Stellen – und auch die Emissionen werden zum Problem.“

Die Ausfallzeiten aufgrund solcher Schäden können je nach Anwendung und Standort von lästig bis katastrophal reichen.

Bei einer guten Filterung geht es darum, diese Extreme zu vermeiden – aber auch darum, den schleichenden, weniger sichtbaren Leistungsabfall zu minimieren. Beides hängt maßgeblich davon ab, wie zuverlässig jeder Liter Ansaugluft durch das Filtermedium und nirgendwo anders hindurchgeleitet werden kann.

Das Problem mit der Bedienerschnittstelle

„Branchenprofis warten in der Regel alles nach einem Wartungsplan“, sagt Sala.

„Wir haben dies in unserer Luftfahrtabteilung ausführlich diskutiert und über ein Produkt nachgedacht, das dieser Erwartung entspricht, aber auch einen Mehrwert in Bezug auf Kosten und Zuverlässigkeit bietet.“

Regelmäßige Wartung ist zwar üblich, doch es ist auch bekannt, dass vorzeitige Wartung das Risiko erhöht. Bei jeder Wartung besteht die Möglichkeit, Schäden zu verursachen – insbesondere in staubigen Baustellenumgebungen.

Sala sagt: „Bei jeder Filterwartung besteht die Möglichkeit, dass Verunreinigungen in das System gelangen. Die beiden schlimmsten Tage im Leben eines Filters sind der Tag des Ausbaus zum Austausch und der erste Tag des Einbaus, an dem er seine Aufgabe am wenigsten effizient erfüllt.“

Mark Sala, Donaldsons Direktor für Luftproduktmanagement

Sala versteht, dass Maschinenführer vor Ort oft selbst Hand anlegen, wenn die Leistung einer Maschine nachlässt – sie ziehen Filter heraus, schlagen sie gegen die Reifen und setzen sie wieder ein, nur um weiterarbeiten zu können. Zeit ist schließlich Geld. Doch die Kombination aus billigen Filtern und dem häufigen Aufwand, sie zu handhaben, hat ihren Preis.

Ein weiterer Experte für Luftfiltration mit umfassender Praxiserfahrung ist Steve Campbell, ein Engineering Manager, der sein 25-jähriges Jubiläum bei Donaldson feiert. Als Erfinder hat Campbell mit Anwendern zusammengearbeitet, um Filtrationsprobleme in verschiedenen Ländern und Regionen sowie in einer Vielzahl von Anwendungen zu lösen.

Als Antwort darauf sagt er, er habe „…kontinuierlich versucht, diese Probleme anzugehen und im Laufe der Zeit bessere Produkte zu entwickeln.“

„Und eines hören wir immer wieder von unseren Kunden: Sie wollen ihr Verhalten nicht ändern. Deshalb müssen wir Produkte entwickeln, die dieser Erwartung entsprechen und es ihnen ermöglichen, weiterhin das zu tun, was sie gerne tun. Darüber hinaus bieten wir ihnen aber auch einen Mehrwert – sei es durch Kosteneinsparungen, Zuverlässigkeit oder eine Leistungssteigerung.“

Wie Sala sagt: „Jeder kann sich einen billigen Filter besorgen, aber es besteht ein direkter Zusammenhang zwischen der Menge an Staub, die während der Lebensdauer eines Filters in den Abgasstrom gelangt, und den Auswirkungen auf dessen Lebensdauer sowie auf die Motorleistung.“

„Je häufiger der Filter betätigt wird, desto mehr Verunreinigungen gelangen in den nachgelagerten Bereich und desto kürzer wird die Zeit bis zu einer größeren Wartung. Eine möglichst lange Nutzungsdauer dieser Zeit ist der beste Weg, die Betriebskosten der Maschine zu senken.“

Unter normalen Umständen führt eine solche Verschmutzung nicht zu einem dramatischen Motorausfall, aber früher oder später wird es zumindest zu einer Leistungsreduzierung kommen.

„Im Allgemeinen wird man einen langfristigen, schleichenden Leistungsverlust feststellen“, erklärt Campbell. „Man bemerkt einen leichten Kompressionsverlust, einen leichten Leistungsverlust, und das macht sich allmählich bemerkbar. Deshalb ist es so schwer, den Unterschied zwischen guter und schlechter Filtration wirklich zu verstehen; es ist schließlich eine langfristige Investition.“

Das Siegel ist der Schlüssel

Das Herzstück der Luftfiltration ist die Dichtung – das Element, das dafür sorgt, dass die gesamte Luft das Filtermedium ohne Leckage durchströmt.

Donaldson Luftfilter mit ArmorSeal™-Technologie

Wie Sala sagt: „Wenn man an einen heutigen Dieselmotor denkt, verbraucht er für jeden Liter Kraftstoff etwa 15 Liter Luft. Das ist ein enormes zusätzliches Volumen, das wir im Vergleich zu einigen unserer flüssigen Pendants schützen müssen – und wir haben nur einen Versuch.“

„Das Öl zirkuliert im Kreislauf, sodass der Filter ausreichend Gelegenheit hat, es aufzufangen. Unsere Aufgabe besteht darin, jederzeit ein sehr großes Luftvolumen abzufangen, und dieses strömt ständig. Wenn der Filter dies an irgendeiner Stelle nicht schafft, kann es zu einem katastrophalen Ausfall kommen.“

Laut Sala gibt es bei der Luftfiltration zwei entscheidende Aspekte: Erstens das Filtermedium selbst, das die Luft filtert; zweitens die Abdichtung, die sicherstellen soll, dass die Luft nur durch das Filtermedium und nirgendwo anders hin gelangt.

Da jedes ungeplante Serviceereignis aufgrund der Luftfiltration sowohl eine negative Auswirkung auf die Leistung als auch ein Kontaminationsrisiko darstellt, ist die Dichtung zwischen diesen Ereignissen von entscheidender Bedeutung und muss den Belastungen der realen Beanspruchung standhalten können.

Bei Donaldson erhielten Campbell und sein Team die, wie er (nur halb im Scherz) beschreibt, „unmögliche Aufgabe“, eine Dichtung zu entwickeln, die dazu beitragen könnte, die Wartungsintervalle für Luftfilter sinnvoll zu verlängern.

Er sagt: „Wir wussten, dass wir wieder auf eine Radialdichtung zurückgreifen wollten, die Donaldson tatsächlich erfunden, patentiert und 1987 auf den Markt gebracht hat. Das ist im Grunde der Industriestandard, an dem alles gemessen wird.“

„Wir wollten zu den Grundlagen der Filtration zurückkehren, was bedeutete, etwas extrem Robustes und Zuverlässiges zu bieten, aber ohne die damit verbundenen zusätzlichen Kosten.“

„Natürlich wissen wir, dass die Leute Filter gegen Reifen und Kotflügel schlagen – sie werden alles tun, um weiterfahren zu können, wenn sie mit Ausfallzeiten oder Leistungsverlusten konfrontiert werden, selbst wenn das später zu größeren Problemen führen wird.“

„Als Mark mir die Rahmenbedingungen für diesen Auftrag nannte, wusste ich, dass es sich um eine große Sache handelte. Es ist tatsächlich ziemlich schwierig, eine Dichtung zu entwickeln, die sowohl für große als auch für kleine Geräte geeignet ist. Etwas, das alles schützen kann, vom millionenschweren Motor bis hin zum Rasenmäher, ohne dass es ausgetauscht werden muss.“

Die unmögliche Aufgabe

Die Herausforderung für Campbell begann damit, dass die Radialdichtung, in seinen Worten, „im Grunde ein Geniestreich“ sei.

Donaldsons technischer Leiter, Steve Campbell

Die Radialdichtung ist einfach, aber sehr robust und zudem eine der kostengünstigsten Lösungen, die es je in der Branche gab.

Sala stimmt dem zu und sagt: „Wir haben schlechte Fertigungsprozesse gesehen und wir haben erlebt, wie Kunden Filter unsachgemäß behandelt haben, aber Radialdichtungen haben die Fähigkeit, solche Dinge unglaublich gut zu absorbieren. Wir mussten einen Weg finden, diese Fähigkeit beizubehalten und sie gleichzeitig so weiterzuentwickeln, dass sie einen Mehrwert bietet.“

Dies waren einige der Parameter, die Campbell zu Beginn eines intensiven Entwicklungsprozesses berücksichtigen musste.

Zunächst zum Material sagt er: „2013 habe ich eine Kombination aus hartem und weichem Urethan erfunden, und als wir anfingen, über die neue Dichtung zu sprechen, beschloss ich, einige Untersuchungen darüber durchzuführen, wie sich das Material in der Praxis bewährt.“

„Ich stellte fest, dass wir seit 2013 8 Millionen Filter hergestellt hatten und für diese Technologie keine einzige Garantieklage eingegangen war.“

„Ich erinnere mich daran, wie ich Mark sagte, wie robust diese Lösung sei, und uns war sofort klar, dass wir damit etwas anfangen konnten.“

Es folgten eine Kombination aus Computermodellierung, Prototyping und rigorosen Tests, bis das Team nach etwa 500 Iterationen die Version entwickelte, die demnächst unter dem Namen ArmorSeal ^™ auf den Markt kommen wird.

„Wir wussten, dass wir da etwas Besonderes entwickelt hatten, als wir es in den Dauertests einfach nicht zum Versagen bringen konnten“, erinnert er sich. „Ein Element war so voller Staub, dass zwei Leute es vom Boden heben mussten. Es schoss während des Tests sogar aus dem Luftfilter heraus, blieb aber dicht. Als wir es wieder einsetzten, bestand es den Test trotzdem.“

Im Baubereich, wo Filter Vibrationen, Stößen, unsachgemäßer Bedienung und extremen Umweltbedingungen ausgesetzt sind, ist eine solche Sicherheitsmarge von erheblicher Bedeutung.

Wenn die Gewinne über den marginalen Bereich hinausgehen

ArmorSeal ^™ ist aber nicht nur eine neue Dichtungsgeometrie, sondern eine Technologie, die Vorteile für jeden Aspekt der Luftfiltration bietet.

Campbell formuliert es so: „Es ist tatsächlich auf allen Ebenen ein Gewinn, weshalb wir uns so freuen, es auf dem Markt zu sehen. Wir sehen eine Verringerung der Einschränkungen, Verbesserungen der Staubaufnahmekapazität und auch erhebliche Vorteile bei der Wartungsfreundlichkeit.“

Donaldsons ArmorSeal verspricht eine unkomplizierte Filtrationslösung für große und kleine Maschinen. Bild: Adobe Stock

Zu den weiteren Vorteilen gehört die haptische Rückmeldung der Dichtung. Sala erklärt: „Wenn man die Dichtung am Filter gefunden hat, weiß man zweifelsfrei, dass sie richtig sitzt, und das kann man blind überprüfen. Man könnte den Filter sogar einhändig warten.“

Die Arbeit des Teams an der Dichtungskonstruktion veranlasste Donaldson auch dazu, die Schnittstelle zum Gehäuse zu überdenken, insbesondere bei Anwendungen mit starken Vibrationen, bei denen die Luftfilter direkt am Motor montiert sind.

„Das ist wirklich eine Plug-and-Play-Lösung“, sagt Sala, „die die Wiederverwendung von Komponenten ermöglicht und die Investitionen des Kunden minimiert.“

Dies liegt daran, dass die ArmorSeal-Schnittstelle mit verschiedenen Auslassgeometrien kombiniert werden kann, ohne dass die Dichtung jedes Mal neu validiert werden muss.

Und wenn ArmorSeal Anfang 2026 auf den Markt kommt, hofft Donaldson, dass es von den OEMs als Dichtungsarchitektur angesehen wird, die die offensichtlichen Schwachstellen der Luftfiltration abdichtet, damit sich zukünftige Innovationen auf andere Bereiche konzentrieren können.

„Das ist im Grunde der Kern von Donaldsons Tätigkeit“, resümiert Sala. „Ja, wir verkaufen Filter und Luftreiniger, aber ich habe das Gefühl, dass wir eigentlich für diese Art der Kundenanpassung bezahlt werden – es geht darum, Probleme zu lösen.“

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Dieser Artikel wurde von KHL Content Studio in Zusammenarbeit mit Experten von Donaldson erstellt.

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Alle nicht gekennzeichneten Bilder mit freundlicher Genehmigung von Donaldson.

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