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2026-01-24T16:19:53Z

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{{Redundanztext
|3=Dichtesortierer
|4=Hydrozyklon
|5=Massenkraftabscheider|6=Fliehkraftabscheider|2=November 2021|1=[[Benutzer:Jbergner|Jbergner]] ([[Benutzer Diskussion:Jbergner|Diskussion]]) 08:26, 12. Nov. 2021 (CET)}}
[[Datei:Silo fuer Holzspaene Holzhandel Klagenfurt 15102007 01.jpg|miniatur|Zyklone auf dem Dach eines Holzspänesilos]]
[[Datei:HL Damals – Einsiedelstraße.jpg|miniatur|Ein zum Abriss freigegebener Unternehmensteil mit dominierenden Zyklonabscheidern]]
'''Fliehkraftabscheider''', manchmal auch '''[[Zyklon]]''', '''Zyklonabscheider''', '''Zyklonfilter''', '''Zyklon(en)entstauber''' oder '''Wirbler''' genannt, dienen als [[Massenkraftabscheider]] in [[Technische Anlage|technischen Anlagen]] zur [[Abscheidung]] von festen oder flüssigen [[Teilchen|Partikeln]], die in Gasen enthalten sind, z. B. zur [[Abgasreinigung]]. Als [[Trennen (Verfahrenstechnik)|Trennverfahren]] werden [[Zentrifugalkraft|Zentrifugalkräfte]] verwendet, die durch Erzeugung einer [[Wirbelströmung]] entstehen.<ref name="q1">Franz Joseph Dreyhaupt (Hrsg.): ''VDI-Lexikon Umwelttechnik.'' VDI-Verlag Düsseldorf, 1994, ISBN 3-18-400891-6, S. 497–498.</ref>

Zur Trennung von [[Emulsion]]en und [[Suspension (Chemie)|Suspension]]en werden [[Hydrozyklon]]e verwendet.

== Abgrenzung ==
In [[Schwerkraftabscheider|Schwerkraft-]], [[Trägheitsabscheider|Trägheits-]] und Fliehkraftabscheidern sowie [[Zentrifuge|Zentrifugen]] werden Stoffe durch ihre Dichteunterschiede getrennt. Größere Partikel werden dabei schneller und damit besser abgetrennt als kleinere (aber gleicher Dichte). Im Wasser beispielsweise sinkt ein großer Stein viel schneller als ein Sandkorn gleichen Materials und eine große Luftblase steigt schneller auf als ein winziges Bläschen. Weil das Volumen (und damit Trägheit, Fliehkraft, Schwerkraft und Auftrieb) mit der Ausdehnung stärker wächst als der Strömungswiderstand, müssen sich größere Partikel schneller durch das Medium bewegen, um ein Kräftegleichgewicht herzustellen.

Die [[Fliehkraft]] ist eine Scheinkraft, die im mitdrehenden Bezugssystem auftritt und der Trägheit im ruhenden Bezugssystem entspricht. Die beiden sind also ident, der Unterschied entsteht nur aus der unterschiedlichen Betrachtungsweise.

=== Abgrenzung zur Zentrifuge ===
Sowohl Fliehkraftabscheider als auch Zentrifugen nutzen die auf die jeweiligen Apparatinhalte wirkende Zentrifugalbeschleunigung zur Stofftrennung.

Während jedoch bei einer Zentrifuge die notwendige [[kinetische Energie]] durch die [[Rotationsbewegung]] ''des Behälters'' auf das aufzutrennende Medium übertragen wird,<ref>Frieder Schuh (Red.): ''Enzyklopädie Naturwissenschaft und Technik.'' Band 5. Verlag Moderne Industrie, München 1981, ISBN 3-478-41910-7, S. 5227.</ref> werden im Fliehkraftabscheider die Gase – als Träger der abzuscheidenden Partikel – aufgrund ihrer eigenen Strömungsgeschwindigkeit durch den entsprechend gestalteten ''feststehenden'' Abscheider hindurch in eine Drehbewegung versetzt.<ref>VDI 3676:1999-09 ''Massenkraftabscheider (Inertial Separators).'' Beuth Verlag, Berlin, S. 12.</ref>

=== Abgrenzung zu anderen Massenkraftabscheidern ===
Wie bei [[Schwerkraftabscheider|Schwerkraft-]] oder [[Trägheitsabscheider]]n werden bei Fliehkraftabscheidern massenproportionale Kräfte zur Partikelabscheidung eingesetzt.<ref>Franz Joseph Dreyhaupt (Hrsg.): ''VDI-Lexikon Umwelttechnik.'' VDI-Verlag Düsseldorf, 1994, ISBN 3-18-400891-6, S. 792.</ref> Die wirksamen Kräfte sind bei den vorgenannten Abscheidern im Wesentlichen die [[Schwerkraft]] bzw. die [[Trägheitskraft]]. Bei Trägheitsabscheidern wird – anders als bei Fliehkraftabscheidern – der aufzutrennende Stoffstrom nicht länger in Drehung versetzt, sondern nur umgelenkt.

== Aufbau ==
Gängige Außendurchmesser von Fliehkraftabscheidern bewegen sich zwischen 20 cm und 6 m.<ref name="q1"/> Die Zuführung des partikelbeladenen Gases zum rotationssymmetrischen Abscheideraum kann tangential (Tangential-Zyklonabscheider) oder axial (Axialabscheider) erfolgen. Bei beiden Bauarten erfolgt ein Transport der Partikel zur Wandung des Abscheideraums.

=== Tangential-Zyklonabscheider ===
[[Datei:Cyclone Separator german.jpg|miniatur|Funktionsprinzip eines Tangential-Zyklonabscheiders]]
[[Datei:Fliehkraftabscheider BMK.JPG|miniatur|hochkant|Kleiner Fliehkraftabscheider in einer Mühle]]
[[Datei:Hochofen 5.jpg|mini|[[Hochofen]]anlage mit „Wirbler“ (Bildmitte) und [[Staubsack]]]]
[[Datei:Staubabscheider.jpg|mini|Staubabscheider als [[Industriedenkmal]] auf einer [[Nutzung_(Gebäude)#Nutzungsänderung|umgenutzten]] Fabrik]]
Ein Tangential-Zyklonabscheider besteht im Wesentlichen aus vier Teilen: dem Einlauf[[Zylinder (Geometrie)|zylinder]] (oben), dem [[Kegel (Geometrie)|Kegel]] (Mitte), dem Partikelauffangbehälter (''Bunker'', unten) und dem Tauchrohr (mittig von oben herab im Einlaufzylinder angebracht).

Im Einlaufzylinder wird das Gas-/Partikelgemisch bzw. Flüssigkeit-/Partikelgemisch tangential eingeblasen und auf eine kreisförmige Bahn gebracht. Durch die Verjüngung des anschließenden Kegels nimmt die Drehgeschwindigkeit dermaßen zu, dass die Partikel durch die Fliehkraft an die Kegelwände geschleudert und so weit abgebremst werden, dass sie sich aus der Strömung lösen und nach unten in den Auffangbehälter rieseln. Bei entsprechend schweren Partikeln ist der Kegel nicht unbedingt nötig. Das gereinigte Gas bzw. die Flüssigkeit verlässt den Kegel durch das mittige Tauchrohr nach oben.

Die Führung des Gemisches kann durch schneckenförmig an der Innenwand des Abscheiders angebrachte Leitbleche verstärkt werden. Um zu vermeiden, dass der Wirbel Partikel aus dem Bunker wieder herausreißt, ist der Übergang vom Kegel zum Bunker oft zusätzlich durch einen in der Mitte stehenden ''Apexkegel'' (''apex'' ist lateinisch für „Spitze“) verschlossen, sodass lediglich ein ringförmiger Schlitz zwischen Kegelwand und Apexkegel bleibt, durch den die Partikel in den Bunker gelangen.<ref>Matthias Stieß: ''Mechanische Verfahrenstechnik.'' Band 2. Springer, Berlin u. a. 1994, ISBN 3-540-55852-7, Abschnitt 7.2.3.1, [http://books.google.at/books?id=RdbQNvqiQpYC&pg=PA8&dq=Apexkegel#v=onepage&q=Apexkegel&f=false Ausschnittsweise online bei Google-Books].</ref>

Der Bunker kann während des Betriebs geleert werden, wobei der Austrag zur Vermeidung eines Gasaustausches mit der Umgebung über eine [[Zellenradschleuse]] erfolgt.

=== Axialabscheider ===
Bei Axialabscheidern wird der Drall zumeist durch Leitschaufeln erzeugt. Das Tauchrohr befindet sich dem Gaseinlass gegenüber. Die abgeschiedenen Partikel gelangen durch einen Ringspalt zwischen Abscheiderwand und Tauchrohr in einen Sammelbehälter.

Im Gegensatz zum Tangential-Zyklonabscheider wird beim Axialabscheider die Strömungsrichtung nicht umgekehrt. [[Abscheidegrad]] und [[Druckverlust]] sind beim Axialabscheider geringer.

=== Multizyklon ===
Da es nicht sinnvoll ist, bei größeren Abgasströmen einen entsprechend großen Zyklon zu verwenden, werden in solchen Fällen mehrere kleinere parallel<ref>VDI 3459 Blatt 7:2018-09 ''Terminologie in der Energie- und Abfallwirtschaft; Abgasbehandlung.'' Beuth Verlag, Berlin, S. 7.</ref> geschaltete Zyklone in einem Gehäuse zu einem Multizyklon zusammengefasst. Für den Betrieb von Multizyklonen werden in der Regel Axialabscheider eingesetzt.<ref>[[VDI 3460|VDI 3460 Blatt 1]]:2014-02 ''Emissionsminderung; Thermische Abfallbehandlung; Grundlagen (Emission control; Thermal waste treatment; Fundamentals).'' Beuth Verlag, Berlin, S. 94.</ref> Diese können aus bis zu mehreren hundert Einzelabscheidern bestehen.

== Einsatzgebiete ==
Mittels Fliehkraftabscheider lässt sich einfache [[Entstaubung]] mit verhältnismäßig geringem Aufwand lösen.<ref>Walter Barth: ''Grenzen und Möglichkeiten der mechanischen Entstaubung.'' In: ''[[Gefahrstoffe – Reinhaltung der Luft|Staub]].'' 23, Nr. 3, 1963, S. 176–180.</ref> In der Industrie ist er seit langem für seine robuste und wartungsarme Bauweise bekannt. Der Einsatz erstreckt sich über einen weiten Druckbereich von 0,01 [[Bar (Einheit)|bar]] bis 100 bar und Temperaturen bis über 1000 [[Grad Celsius|°C]].<ref name="q1"/> Wegen der im Vergleich zu anderen Verfahren nur mäßigen [[Staubabscheideleistung]] bei feinsten Partikeln wird er oft als Vorabscheider eingesetzt, wie beispielsweise in [[Krematorium|Krematorien]].<ref>Harald Pfaller, Heinz-Uwe Riedel, Clemens Marb: ''Abgasemissionen thermischer Anlagen: Vom Stillstand über den instationären zum (quasi-)stationären Betrieb.'' In: ''[[Gefahrstoffe – Reinhaltung der Luft|Gefahrstoffe – Reinhalt. Luft]].'' 70, Nr. 5, 2010, {{ISSN|0949-8036}}, S. 188–196.</ref> Hinter [[Gaswäscher]]n werden Zyklone häufig als [[Tropfenabscheider]] eingesetzt.<ref>VDI 3679 Blatt 3:2010-6 ''Nassabscheider; Tropfenabscheider (Wet separators; Mist eliminators).'' Beuth Verlag, Berlin. S. 36.</ref>

Die in einer Hochofenanlage als „Wirbler“ oder „Zyklone“ bezeichneten Fliehkraftabscheider sind beispielsweise als Zwischenglied zur feineren Grobentstaubung des [[Gichtgas]]es dem einfacheren [[Staubsack]] nach- und dem [[Elektrofilter]] vorgeschaltet.<ref>Hans Schoppa: ''Was der Hochöfner von seiner Arbeit wissen muss'' (= ''Stahleisen-Schriften.'' Bd. 5). 4., neubearbeitete Auflage. Stahleisen, Düsseldorf 1992, ISBN 3-514-00443-9.</ref>

Arbeitszyklone werden auch zur Wasserabscheidung von [[Frischdampf]] zwischen [[Dampferzeuger]] und [[Turbine]] in [[Dampfkraftwerk]]en und [[Kernkraftwerk]]en oder zur Kondensatabscheidung in [[Gaskühler]]n verwendet.

In der Analysentechnik werden Zyklone als Messgaskühler eingesetzt. Dort soll eingebrachtes Kondensat und durch Kühlung (zur Trocknung) gebildetes Kondensat/Tropfen vom Gasstrom abgetrennt werden.

Die Bestimmung von [[Feinstaub]]fraktionen gemäß Norm [[Europäische Norm|EN]] 481 oder [[Johannesburger Konvention]] kann mithilfe von Fliehkraftabscheidern erfolgen.<ref>Heinrich Thürmer, Horst Bytel, Erhardt Gierke: ''Der Übergang von der Johannesburger Konvention zur DIN EN 481 – gravimetrische Vergleichsmessungen an Arbeitsplätzen.'' In: ''Gefahrstoffe – Reinhalt. Luft.'' 62, Nr. 11/12, 2002, {{ISSN|0949-8036}}, S. 447–454.</ref>

In [[Mühle]]n werden Fliehkraftabscheider eingesetzt, um den Staub aus der Aspirationsluft zu entfernen. In Mühlen werden alle größeren Maschinen abgesaugt, da [[Mehl]]staub die Gesundheit gefährden kann (Mehlasthma) und ein großes Risiko für eine [[Staubexplosion]] darstellt.

[[Datei:Nissan Patrol offroad.jpg|mini|[[Geländewagen]] mit an der [[A-Säule]] montiertem Schnorchel mit einem Zyklonfilter am Einlass auf Höhe der Dachkante, um staubige Ansaugluft noch vor dem eigentlichen Motor-[[Luftfilter]] zu reinigen.]]
Bei [[Kraftfahrzeug]]en mit Verbrennungsmotor, die häufig in staubiger Umgebung arbeiten (wie beispielsweise [[Landmaschine]]n oder [[Geländefahrzeug]]e), wird ein Fliehkraftabscheider als Vorabscheider vor dem eigentlichen [[Luftfilter]] eingesetzt. Der sogenannte ''Zyklonfilter'' entfernt Staub und Wasser und entlastet so den eigentlichen Luftfilter. Dies führt zu einer deutlichen Standzeiterhöhung des Luftfilters.

Ältere [[Staubsauger]] und moderne Industriesauger (Allessauger) arbeiten ebenfalls nach dem Zyklon-Prinzip. Sie besitzen lediglich einen zylindrischen Behälter mit tangentialem Einlauf, in dem sich Feststoffe und Wasser sammeln. Das Tauchrohr ist häufig mit einem Partikelfilter versehen und besitzt teilweise ein Schwimmerventil, um das Sauggebläse bei vollem Behälter vor Wasser zu schützen. Der Partikelfilter war bei älteren Staubsaugern ein textiles Teil, an dem sich der Feinstaub außen sammelte. Heute werden zylindrische Filterkassetten verwendet.

Der Brite [[James Dyson]] entwickelte im Jahr 1985 einen ebenfalls auf dem Zyklon-Abscheiderprinzip basierenden beutellosen Haushaltsstaubsauger. Darauf basierende Weiterentwicklungen werden unter seinem Familiennamen, aber auch von anderen Herstellern vertrieben. Allerdings besteht bei diesen das Problem der mangelhaften Abscheidung von [[Feinstaub|Feinstäuben]], daher besitzen auf diesem Funktionsprinzip basierende Staubsauger in der Regel noch einen [[Schwebstoffilter|Endfilter]].

== Literatur ==
* [[Friedrich Löffler (Verfahrenstechniker)|Friedrich Löffler]]: ''Staubabscheiden.'' Georg Thieme, Stuttgart u. a. 1988, ISBN 3-13-712201-5.
* VDI 3676:1999-09 ''Massenkraftabscheider (Inertial Separators).'' Beuth Verlag, Berlin. ([http://www.vdi.de/richtlinie/vdi_3676-massenkraftabscheider/ Zusammenfassung und Inhaltsverzeichnis online])

== Weblinks ==
{{Commonscat|Cyclonic separators|Fliehkraftabscheider (Zyklone)}}
{{Wiktionary|Zyklon}}

== Einzelnachweise ==
<references responsive />

[[Kategorie:Entstaubendes Gasreinigungsverfahren]]
[[Kategorie:Apparat (Verfahrenstechnik)]]
[[Kategorie:Klassierverfahren]]

Fliehkraftabscheider - Versionsgeschichte

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