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[[Datei:Filter apparatus.jpg|mini|Papierfilter mit [[Filterkuchen]]]]
Ein '''Filter''' (fachsprachlich [[Neutrum]], gemeinsprachlich [[Maskulinum]]<ref>Duden: Band 1, Die deutsche Rechtschreibung. 23. Auflage. Dudenverlag, Mannheim 2004, ISBN 3-411-04013-0, Seite 375</ref>) hält, wie ein [[Sieb]], Feststoffe aus einem Gas- oder Flüssigkeitsstrom zurück.

Die feststofffreie [[Phase (Materie)|Phase]] wird bei der [[Filtration (Trennverfahren)|Filtration]] von Flüssigkeiten als ''Filtrat'' und in der Gasfiltration meist als ''Reingas'' bezeichnet. An der Oberfläche des Filters zurückbleibender Feststoff heißt [[Filterkuchen]], die Filtration findet jedoch insbesondere in der Gasphase je nach Aufbau des Filters auch oder ausschließlich in dessen Innerem statt ([[Tiefenfilter]]), sodass nicht in jedem Fall ein Filterkuchen entsteht.

Die treibende Kraft einer Filtration ist eine [[Druck (Physik)|Druck]]<nowiki/>differenz des Transportmediums vor und nach dem Filter. Das Medium wird entweder durch den Filter [[Unterdruck|gesaugt]] (Beispiel [[Zigarettenfilter]], [[Nutsche]]) oder mit [[Überdruck]] durch den Filter gepresst.

== Funktionsprinzip ==
Die Filtration geschieht durch:
* [[Oberflächenfilter|Oberflächenfiltration]]
** [[Kuchenfiltration]]: Das Filtrat wird in Strömungsrichtung abgezogen. Auf dem Filtermedium bildet sich ein Filterkuchen wachsender Dicke, der selbst als immer dichter werdendes Filtermedium wirkt. Der Filterkuchen muss regelmäßig abgetragen werden. Man erhält sowohl den Feststoff als auch das gereinigte Trägermedium.
** [[Querstromfiltration]] (auch ''Cross-Flow''-Filtration genannt): Das Filtrat wird ''quer'' zur Strömungsrichtung abgezogen.  Die [[Scherkraft|Scherkräfte]] verhindern, dass sich ein Filterkuchen bildet, die Oberfläche wird abgereinigt. In Strömungsrichtung konzentriert sich die [[Suspension (Chemie)|Suspension]], das Konzentrat muss abgeführt werden.
* [[Tiefenfilter|Tiefenfiltration]]: Bei Tiefen- oder Speicherfiltern erfolgt die Abscheidung im Inneren (in der ''Tiefe'') des Filtermediums. Hierbei ist das [[fluid]]e Medium der [[Wertstoff]], da sich der Feststoff nur schwer aus dem Filter extrahieren lässt.

Die Filterwirkung beruht auf folgenden physikalischen Eigenschaften:
* Die Partikel sind größer als die [[Pore]]n des Filters und können daher nicht in das Filtermedium eindringen. Dieser Effekt wird als Siebeffekt bezeichnet und tritt vornehmlich bei [[Membrantechnik|membranbeschichteten]] [[Oberflächenfilter]]n und bei der Filtration von [[Suspension (Chemie)|Suspensionen]] auf.
* Aufgrund ihrer [[Trägheit]] können die Partikel der Strömung nicht folgen und treffen auf das Filtermaterial, an dem das Medium tangential vorbeiströmt. Als Maß für die Trägheitsabscheidung dient die [[Stokes-Zahl]].
* Aufgrund der [[Brownsche Molekularbewegung|Brownschen Molekularbewegung]] schwankt die Partikelbahn statistisch um die [[Stromlinie]], auf der sich das Partikel bewegt, wodurch es zum Kontakt der Partikel mit dem Filtermaterial kommen kann. Diesen auch als [[Diffusion]]s<nowiki/>abscheidung bezeichneten Effekt beschreibt die [[Peclet-Zahl]]. Er spielt nur für sehr kleine Partikel (kleiner als wenige hundert [[Nanometer]]) eine Rolle.
* In Filterkuchen von [[Oberflächenfilter]]n ist der [[Sperreffekt]] der bestimmende Abscheidemechanismus. Dabei führt die Bahn des [[Masseschwerpunkt]]es der Partikel zwar am Filtermaterial vorbei, das Partikel kann aber aufgrund seiner geometrischen Ausdehnung das Filtermaterial nicht passieren und wird abgeschieden.
* Bei genügend langer Wartezeit trennen sich die Partikel durch [[Thermophorese]], wenn sie entlang eines [[Temperaturgradient]]en diffundieren.
* Im Gasstrom lassen sich kleine Partikel [[elektrostatisch]] herausfiltern. Dazu verwendet man [[Elektret-Filter]]: [[Vliesstoff|Vlies]]filter, deren Fasern bei der Herstellung [[Polarisation (Elektrizität)|elektrisch polarisiert]] oder [[elektrische Ladung|geladen]] werden ([[Elektret]]-Fasern).

== Einteilung und Benennung ==
Filter können nach unterschiedlichen Kriterien eingeteilt und benannt werden. Daher können auf einen Filter mehrere Benennungen aus den folgenden Kategorien zutreffen, z. B. ist ein Zigarettenfilter gleichzeitig ein Luftfilter und ein Partikelfilter:
* nach dem Einsatzgebiet bzw. der Anwendung: [[Zigarettenfilter]], [[Atemschutzfilter]], [[Aquariumfilter]], [[Innenraumfilter]] usw.
* nach dem Funktionsprinzip: [[Oberflächenfilter]], [[Tiefenfilter]], [[Membranfilter]], [[Elektret-Filter]], [[Siebfilter]], [[Anschwemmfilter]] usw. (s. o.)
* nach dem zu reinigenden Strom: [[Luftfilter]], [[Wasserfilter]], [[Ölfilter]], [[Kaffeefilter]], [[Umluftfilter]], [[Heißgasfiltration|Heißgasfilter]] usw.
* nach den abzuscheidenden Stoffen: [[Partikelfilter]], [[Schwebstofffilter]], [[Rußfilter]], [[Fettfilter]] usw.
* nach der Ausführung bzw. Bauform: [[Schlauchfilter]], [[Kerzenfilter]], [[Taschenfilter]], [[Schüttschichtfilter]], [[Polstofffiltration#Funktionsweise und Ausführungsformen|Scheiben- oder Trommelfilter]] usw.
* nach der Feinheit: [[Mikrofiltration|Mikrofilter]], [[Ultrafiltration|Ultrafilter]], [[Nanofiltration|Nanofilter]], [[HEPA-Filter]] usw.
* nach der Funktion bzw. Position in einer mehrstufigen Filteranlage: Vorfilter, Endfilter, [[Polizeifilter]] usw.
* nach dem Filtermaterial bzw. -medium: [[Filterpapier|Papierfilter]], [[Gewebefilter]], [[Drahtfilter]], [[Polstofffiltration|Polstofffilter]], [[Sandfilter]], [[Kiesfilter]] usw. (s. u.)

== Filtermedien ==
[[Datei:ÖlfilterFilzKunst.JPG|mini|Ölfilter einer [[Ölheizung]]]]
Filtermedien können unterschieden werden in:<ref name="q1">VDI 3677 Blatt 1:2010-11 ''Filternde Abscheider; Oberflächenfilter (Filtering separators; Surface filters)''. Beuth Verlag, Berlin. S. 13.</ref>
* Flexible Filtermedien, dazu zählen [[Gewebe (Textil)|Gewebe]], [[Papier]] und [[Vliesstoff|Vliese]] ([[Vliesstoff#Unterteilung nach der Faserorientierung|faserorientierte Vliese]] wie z. B. [[Filz]]e, [[Polstofffiltration#Filtermedium|Polstoff]] und [[Wirrfaser]]vliese wie z. B. Spinnvliese). Die in früheren Jahren eingesetzten [[Naturfaser]]n wurden bei industriellen Anwendungen weitgehend durch [[synthetische Fasern]] ersetzt.<ref name="q1"/> Bei Fasern liegt in der Regel eine Größenverteilung vor; deshalb ist davon auszugehen, dass [[Schwebstofffilter]] aus Faservliesen [[inhomogen]] sind.<ref>Tobias Lücke, René Adam: ''Untersuchungen zum Abscheidegradminimum von Faserfiltern für die Schwebstoffiltration.'' In: ''[[Gefahrstoffe – Reinhaltung der Luft|Staub – Reinhalt. Luft]].'' 54, Nr. 12, 1994, {{ISSN|0949-8036}}, S. 443–448.</ref>
* Starre Filtermedien, die durch hohe [[Steifigkeit]] und Eigen[[festigkeit]] gekennzeichnet sind, bestehen in der Regel aus Fasern oder Körnern. Das Grundmaterial, das in der Regel [[Sintern|versintert]] wird, ist Kunststoff, Metall oder Keramik.<ref name="q2">VDI 3677 Blatt 1:2010-11 ''Filternde Abscheider; Oberflächenfilter (Filtering separators; Surface filters)''. Beuth Verlag, Berlin. S. 23–24.</ref> Ausführungsbeispiele sind [[porös]]e [[Festkörper]] und [[Filterkerze]]n. Kornkeramische Filterelemente mit [[Blähton]] oder [[Siliziumkarbid]] als Grundstoff können zur [[Heißgasfiltration]] eingesetzt werden.<ref>VDI 3677 Blatt 3:2012-11 ''Filternde Abscheider; Heißgasfiltration (Filtering-separators; High-temperature gas filtration)''. Beuth Verlag, Berlin. S. 15–18.</ref>
* [[Schüttschichtfilter]] sind im Gegensatz zu den anderen Filtermedien nur ein loser Verbund körnigen Materials, der vom Fluid durchströmt wird.<ref name="q1"/> Sie sind aufgebaut aus körnigem Material, dessen Art und [[Korngröße]]nverteilung hinsichtlich der Trennaufgabe angepasst werden kann.<ref name="q2"/> Häufig handelt es sich dabei um oxidische Materialien.

Für Filtrationsaufgaben können je nach Einsatzgebiet verschiedene Materialien zum Einsatz kommen, beispielsweise [[Kunstfaser]]n (aus [[Polyester]], [[Polyphenylensulfid]], [[Polytetrafluorethylen]] etc.), [[Keramik|keramische]] Fasern/Sinterkörper, [[Glasfaser]]n oder auch [[Metall]]e. Diese können chemisch oder physikalisch behandelt werden (beispielsweise bei Filzen [[Gasieren|sengen]] und [[kalander]]n) und [[Oberflächenbeschichtung]]en aufweisen (zum Beispiel [[Membran (Trennschicht)|Membran]]en). [[Kabinenluftfilter]] sind häufig Kombinationsfilter aus textilem Filter und [[Adsorbens]].<ref>Frank Schmidt, Uta Sager, Eckhard Däuber: ''Dynamic Adsorption Behaviour of Cabin Air Filters.'' Filtration & Separation, {{ISSN|0015-1882}}, 39 (7) 2002, S. 42–47.</ref>

== Eigenschaften eines Filters ==
Folgende Eigenschaften dienen zur Beurteilung und Klassifizierung von Filtern:
* Die ''[[Abscheidegrad|Filterwirksamkeit]]'' beschreibt die [[Effektivität]], mit der das Trenngut vom Medium abgeschieden wird. 100 % bedeutet, dass sämtliches Trenngut ''herausgefiltert wird''.
* Bei der ''Einlagerung'' des Trennguts wird zwischen oberflächlicher (Oberflächenfilter) und innerer (Tiefenfilter) Einlagerung unterschieden.
* Der ''[[Druckverlust]]'' am Filter entsteht dadurch, dass das Medium durch das Filter hindurchströmt. Dabei muss unterschieden werden zwischen dem Anfangsdruckverlust des Filtermaterials und dem Druckabfall durch steigende Einlagerung und Anlagerung des Trennguts.
* Die ''Reinigung'' des Filters beschreibt, inwieweit das Trenngut aus dem Filter wieder herausgeholt werden kann. Es gibt dabei Filter, die nur einmal genutzt werden können, da das Trenngut nicht mehr herausgeholt werden kann. Hierbei ist auch zu unterscheiden, ob das Trenngut unmittelbar genutzt, weiter- oder aufgearbeitet oder entsorgt wird.

== Beispiele ==
=== Übersicht Filtermaterialien ===
[[Datei:Staubsaugerbeutel3 (fcm).jpg|mini|Auch ein Staubsaugerbeutel ist ein Filter]]
;Siebe
Ein Filter in seiner einfachsten Form ist das [[Sieb]]. [[Kaffeefilter #Dauerfilter|Wiederverwendbare Kaffeefilter]] bestehen aus einem [[Ätzen|geätzten]] Metallsieb oder einem Kunstfasergewebe.
;Papierfilter
[[Filterpapier|Papierfilter]] bestehen aus nassfestem Papier. Anwendungsbeispiel sind [[Staubsaugerbeutel]] und [[Kaffeefilter#Einwegfilter|Einmal-Kaffeefilter]].
;Glasfaservlies
[[Vliesstoff|Vlies]]filter finden sich zum Beispiel als [[Zigarettenfilter]], in [[Dunstabzugshaube]]n oder als [[Luftfilter]], Zusatzfilter für Staubsauger, Filterkassetten für [[Industriesauger]], Laminarboxen und in Filteranlagen von [[Klimaanlage]]n und für [[Reinraum|Reinräume]].<br />
Als [[Japanmatte]] bezeichnet man spezielle Filter, die in Pools und Gartenteichen zum Filtern des Wassers verwendet werden. Treib- und Schmierstoffe werden durch [[Kraftstofffilter|Kraftstoff-]] und [[Ölfilter]] gereinigt. [[Atemschutzfilter]] enthalten je nach Anwendung auch [[Aktivkohle]], deren große innere Oberfläche adsorbiert komplexe Gasmoleküle.<br />
Mikrofilter/[[Feinstaubfilter]] (HEPA-Filter, [[Membrantechnik|Filtermembran]]) halten in der Medizin und bei der Wasseraufbereitung [[Mikrobe]]n zurück.
;Keramik
Keramikfilterelemente bestehen aus offenporiger [[Technische Keramik|Keramik]].
In der [[Gießerei]] werden keramische Filter zur Reinigung von Metallschmelzen eingesetzt. Auch [[Wasserfilter]] werden teilweise aus Keramik gefertigt.<br />
[[Dieselrußpartikelfilter]] können die Partikelemissionen eines Kraftfahrzeugdieselmotors deutlich reduzieren.
;Sintermetall
Offenporige [[Sintermetall]]-Filterelemente werden neben Vliesfiltern unter anderem in der Fertigung von Mikroelektronik zur Filterung von Gasen und Flüssigkeiten eingesetzt (Reinräume).
;Nadelfilz
Vor allem im Bereich der großindustriellen Gasfiltration (beispielsweise in [[Müllverbrennungsanlage]]n, [[Gießerei]]en etc.) werden vornehmlich Nadel[[filz]]e als [[Oberflächenfilter|abreinigbare Filtermedien]] eingesetzt.
;Polstoff
Textile Polstoffe werden als [[Polstofffiltration#Filtermedium|Filtermedien]] in der Wasser- und Abwasserreinigung eingesetzt.

Zusatzfilter zur Absicherung werden [[Polizeifilter]] genannt.

=== Rückspülfilter ===
[[Bild:Filter mit Antrieb01.jpg|mini|Schemazeichnung eines Rückspülfilters
1 Eintrittsgehäuse
2 Austrittsgehäuse
3 Rückspülrotor
4 Filtereinsatz
5 Rückspülverstärker
6 [[Getriebemotor]]
7 [[Flansch (Rohrleitung)|Flansche]] für die Differenzdrucküberwachung
8 Flansch für die Spülwasserleitung]]

Das Bild zeigt einen kontinuierlich arbeitenden ''Rückspülfilter''. Hierbei wird die sich auf der Filterfläche bildende Masse aus Feststoffen durch einen geringen Teilstrom der Flüssigkeit abgespült. Ein über der Filterfläche umlaufender und wie ein [[Staubsauger]] wirkender Rotor fördert dabei die Feststoffe aus dem Filter über eine angeschlossene [[Rohrleitung]] heraus. Die Technologie wird zur [[Filtration (Trennverfahren)|Filtration]] großer Kühlwassermengen innerhalb von [[Dampfkraftwerk]]en verwendet, um [[Kondensator (Dampfturbine)|Turbinenkondensatoren]] und [[Rohrbündelwärmeübertrager]] von [[Fouling (Kühlwasser)|Fouling]] freizuhalten. Eine besondere Herausforderung in der Konstruktion ist die Filtration [[Faser|langfaseriger]] Verschmutzungen wie beispielsweise das [[Affenhaar]] aus dem Kühlwasser.

Eine Weiterentwicklung im Bereich dieser Rückspülfilter sind die sogenannten ''aktiven Filterelemente''. Diese Elemente verhalten sich im Betrieb wie ganz normale Filterflächen, während des Rückspülvorgangs geben sie jedoch einen vergrößerten [[Querschnittsfläche|Querschnitt]] frei, so dass sich die filtrierten Feststoffe leichter von der Filterfläche ablösen können. Solche Filter werden für die Feinfiltration von Festkörpern von 1000 [[Meter#Mikrometer|µm]] bis 50 µm Größe hergestellt.

=== Wasserfilter in der Haustechnik ===
Das [[Wasserwerk]] liefert Trinkwasser, welches den Qualitätsanforderungen der [[Liste von DIN-Normen|DIN 2000]] entspricht; insbesondere ist es danach auch frei von festen und Feinstpartikeln. Auf dem Weg zur Hausinstallation können sich jedoch [[Sinter]]inkrustationen von den Rohren lösen und in die Wasserleitung gelangen, so wie es auch möglich ist, dass in Neubaugebieten oder bei Arbeiten am öffentlichen Netz Sand und andere Verschmutzungen in die Hausanschlussleitung gelangen. Damit diese Einschwemmungen keine Schäden verursachen, sind entsprechend [[Liste von DIN-Normen|DIN 1988]] für metallische Rohre pflichtgemäß und für Kunststoffrohre empfohlenermaßen Filter nach [[Liste von DIN-Normen|DIN 19632]] einzubauen. Diese Filter, auch Feinstfilter genannt, werden im [[Hausanschlussraum]] zwischen dem [[Wasserzähler]] und dem [[Druckminderer]] installiert. Die metallenen Rohre werden so vor diversen Korrosionserscheinungen wie [[Lochfraßkorrosion|Lochfraß]] mit möglich folgendem Rohrbruch geschützt; die Armaturen setzen sich nicht zu und bleiben funktionsfähig.

Im Wesentlichen gibt es zwei Filterbauarten, rückspülbare und nicht-rückspülbare Filter, sowie solche mit automatischer Anzeige aufgrund des größer werdenden Differenzdruckes des sich zusetzenden Filters. Bei rückspülbaren Filtern wird mit Öffnen eines Kugelhahnes die Durchflussrichtung geändert, wobei sich die Filterpartikel vom Filtergewebe lösen und über einen Ablauf fortgeschwemmt werden. Bei nicht-rückspülbaren Filtern muss der Filtereinsatz, meist ein Filterstrumpf, ausgewechselt werden.

Beide Filterarten bedürfen einer regelmäßigen Inspektion und Wartung, die entweder vom Betreiber der Hausanlage oder von einem Vertragsinstallationsunternehmen (VIU) durchzuführen ist.

=== Technische Wasserfilter ===
Viele unterschiedliche Typen von ''Filter'' werden bei der Aufbereitung von Brauchwässern für die Industrie und der Trinkwassergewinnung verwendet. Die wichtigsten Filtertypen sind:
* Behälter mit Schüttungen von Filtermassen, kurz als X-Filter bezeichnet. X steht dabei für den Namen der verwendeten Filtermasse wie beispielsweise ''Sand'', ''[[Kiesfilter|Kies]]'', ''[[Aktivkohlefilter|Aktivkohle]]'', ''Hydroanthrazit'', ''Kalkstein'' oder basische Materialien wie ''[[Magno (Chemikalie)|Magno]]''.
* ''[[Anschwemmfilter]]''
* ''[[Polstofffiltration|Polstofffilter]]''
* ''[[Kerzenfilter]]''
* ''[[Kiesfilter|Raumfilter]]''
* ''[[Kiesfilter|Schichtbettfilter]]''
* ''[[Elektromagnet#Anwendungen|Magnetfilter]]''

Mit diesen Filtern werden im Rohwasser enthaltene ungelöste Substanzen und Schad- und Trübstoffe vermindert oder entfernt. Im Rohwasser gelöste Eisen- und Manganverbindungen werden durch Zugabe von Luftsauerstoff oder seltener oxidativer Chemikalien in unlösliche [[Eisenhydroxide|Oxidhydrate]] umgewandelt und können im Filter abgetrennt werden. Für die bessere Entfernung von Trübstoffen werden häufig [[Flockungsmittel]] und/oder [[Flockungshilfsmittel]] zusätzlich vor den Filtern dem Rohwasser zudosiert. [[Chloramine]], [[Chlororganische Verbindungen|organische Halogenverbindungen]] und Spuren von [[Pestizid]]en können mit Aktivkohle durch [[Adsorption]] entfernt werden.
[[Kohlensäure#Aggressive Kohlensäure und Verwandte|Aggressive Kohlensäure]] wird über basische Filtermassen abgebunden; weiteres hierzu unter [[Entsäuerung]].

=== Abtropf-Filter in der Alchemie ===
[[Datei:Destillatio per filtrum.png|mini|Destillatio per filtrum (Abtropfen durch ein Filter)]]

In seinem ''[[Kleines Destillierbuch#Inhalt des Ersten Buchs über Destillation (Geräte und Methoden)|Kleinen Destillierbuch]]'' (1500) beschrieb [[Hieronymus Brunschwig]] alchemistische Destillationstechniken. Dazu gehörte auch die „distillatio per filtrum“ – Destillation (Abtropfen) durch ein Filter (aus [[Filz]] oder Wolltuch<ref>Vgl. [[Udo Benzenhöfer]]: ''[[Johannes de Rupescissa|Johannes’ de Rupescissa]] „Liber de consideratione quintae essentiae omnium rerum“ deutsch. Studien zur Alchemia medica des 15. bis 17. Jahrhunderts mit kritischer Edition des Textes'' (= ''Heidelberger Studien zur Naturkunde der frühen Neuzeit.'' Band 1). Steiner, Wiesbaden/Stuttgart 1989, ISBN 3-515-05388-3 (Zugleich Philosophische Dissertation, Universität Heidelberg, 1988), S. 184.</ref>): Dreieckige Schafswollfilze wurden drei [[Querfinger]] tief mit dem breiten Ende in ein offenes, glasiertes Gefäß eingetaucht, in dem sich die zu filternde („destillierende“) Flüssigkeit befand. Das spitze Ende des Filzes tauchte in ein tiefer gesetztes Gefäß („viole“) ein, in dem das Destillat aufgefangen wurde. Dieses Verfahren wurde vornehmlich zur Reinigung („rectifizierung“) von Wässern genutzt, die man mit anderen Verfahren gewonnen hatte. Das Verfahren ähnelte unserer Filtration, konnte aber auch zur Trennung nicht mischbarer Flüssigkeiten eingesetzt werden.<ref>Hieronymus Brunschwig. ''Kleines Destillierbuch.'' Grüninger, Straßburg 1500, Blatt 6v-7r [http://bildsuche.digitale-sammlungen.de/index.html?c=viewer&bandnummer=bsb00031146&pimage=52&v=100&nav=&l=de Digitalisat MDZ München]</ref><ref>[[Lawrence M. Principe]]: ''Arbeitsmethoden''. In: Claus Priesner und Karin Figala: ''Alchemie. Lexikon einer hermetischen Wissenschaft.'' Beck, München 1998, S. 51–57.</ref>

== Siehe auch ==
* [[Sickerströmung]] – Berechnung von Strömungen in Filtermedien

== Weblinks ==
* {{Toter Link |date=2021-06-28 |url=http://dbindustrie.work.svhfi.de/AI/resources/bdc89e9eaeb.pdf |text= Stufenfiltration von Kühlwasser}}

== Einzelnachweise ==
<references/>

[[Kategorie:Filter (Fluidtechnik)| ]]

Filter (Fluidtechnik) - Versionsgeschichte

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