18. Mai 2013

Zyklon - Fliehkraftabscheider

In diesem Beitrag geht es in allen Einzelheiten um den kompletten Selbstbau meines Zyklons. Angefangen hat alles mit dem Ärgernis der ständig vollen und teuren Staubsaugerbeutel. Umgehend habe ich mich in sämtliche Literatur im Internet vertieft, die sich mit dem Bau von Zyklonen und dem gewerblichen Vertrieb davon beschäftigt.
Einen Gekauften wollte ich aus Geld- und Ehrgeizgründen nicht haben. Nachdem die Infos sich wochenlang gesetzt haben, begann ich mit dem Entwurf am Pc, um mir einen Überblick zu verschaffen, ob das für mich überhaupt umsetzbar ist.

Entwurf und schematische Darstellung meines Zyklons

Ich habe mich für die Kombination aus Zylinder und Kegel entschieden, weil ich der Meinung bin, dass die Spirale leichter an einem Zylinder konzipiert werden kann, als an einer enger werdenden Wandung, wie es bei einem großen Kegel der Fall wäre. Nachdem ich dann durch Zufall für 6 Euro eine 30l Tonne aus stabilem Blech ersteigert habe, war der Startschuss gefallen. Als nächstes besorgte ich mir 0,8mm Blech und zeichnete meine benötigten Blechteile an.

Anriss der Einzelteile auf der Blechtafel

Ich habe mich für 0,8mm entschieden, da ich 0,6mm einfach für zu dünn und nachgiebig befand. Damit stand dann auch fest, dass ich Hilfe für die Blecharbeiten brauchte. Fündig wurde ich wieder in meinem Bekanntenkreis der Hobby-Holzwerker.

Nochmals vielen Dank an Dominic für die große Hilfe, ohne die der Zyklon in dieser Form und Qualität nicht entstanden wäre!!! Dazu muss man auch erwähnen, dass die Werkstatt nun mal mit allen benötigten Maschinen ausgestattet ist.

Grobzuschnitt im Freien auf einer alten, aber tadellos funktionierenden Schlagschere.

Grobzuschnitt mit der Schlagschere

Anschließend ging es in die Werkstatt an die Metallbandsäge für die Kreisschnitte und die Aussparung in der Zylinderabwicklung.

Zuschnitt auf der Bandsäge

Das Highlight, eine Rollen-Biege-Maschine für die Herstellung des Kegels und Zylinders.

Herstellung des Kegels

Der Kegel wird zusammengepunktet, um anschließend mit einer durchgängigen Schweißnaht verbunden zu werden. Das 0,8er Blech ist dabei aber auch mit Vorsicht zu genießen - Ruckzuck sind durch die Hitze Löcher rein gebrannt.

Gepunkteter Kegelstumpf

Weiter geht's mit dem Abschleifen der Schweißnähte auf dem Bandschleifer, damit keine Verletzungsgefahr an den entstandenen Metallspitzen besteht

Arbeiten am Bandschleifer

Das Ziel rückt langsam in greifbare Nähe - alle vorgeschweißten und zugeschnittenen Teile: Äußerer Zylinder, Kegel, innerer Zylinder für die Absaugung und die Spirale.

Die Einzelteile des Zyklons

Als nächstes haben wir den Kegelstumpf mit dem großen Zylinder und die Spirale an den inneren Zylinder geschweißt. Dieses Vorgehen erschien uns sinnvoller, da man so besser an die Kontaktflächen zwischen Zylinder und Spirale herankommt, um sie anzupunkten.

Schweißen der Spirale

Zum Abschluss wird der innere Zylinder mit der angeschweißten Spirale in den Zylinder mit Kegel eingesetzt und mit ein paar wenigen Schweißpunkten fixiert. Die Dichtigkeit ist dabei nicht so wichtig, da innerhalb des Zyklons sowieso überall Unterdruck herrscht. Die Außenhülle dagegen sollte absolut löcherfrei sein.

Abkühlen nach Beendigung der Schweißarbeiten

Nach 4 Stunden Arbeit noch ein bisschen für hübsch außen am Zyklon und dann gings mit dem fertigen Zyklon im Gepäck wieder nach Hause.
Das alles entscheidende Maß für den Bau eines Zyklons ist der obere Durchmesser des Kegels. Nach diesem richtet sich der obere Zylinder und der Durchmesser der Spirale. Wenn dieses Maß bekannt ist und nicht mehr veränderlich, können alle Teile Stück für Stück fertig gestellt werden.

Letzer Schliff über die Schweißnähte

Am nächsten Tag hat schon ein gewisser Selbstbau- und Besitzerstolz eingesetzt. Jetzt geht es darum den Zyklon zum Leben zu erwecken und für Kompatibilität zu meinen Maschinen zu sorgen.

Das Ergebnis vom vorherigen Abend

Ein Deckel für die Blechtonne ist schnell gefräst. An der Unterseite läuft eine Nut, in die der Tonnenrand exakt reinpasst. Jetzt ging der Aufwand aber erst los. Durch die Eigenherstellung der Zylinder und des Kegels ist kein Grundriss exakt kreisförmig. Alles ist mehr oder weniger eiförmig mit vielen unterschiedlichen Radien.

Oberer und untere "Deckel" des Zyklons

Es geht voran - Die Holzstücke für den Lufteinlass sind gewählt und schon grob zugeschnitten. Durch den "freien" Bau ist jedes Stück ein Unikat und so vorher nicht planbar gewesen. Hier noch eine Ecke fräsen, dort noch ein Streifen wegschneiden. Dann oben ein bisschen mit der Zwinge anziehen und siehe da..... es passt :).

Bau des Lufteinlasses

Nachdem der Lufteinlass geformt war, ging es daran alle Löcher, Lücken und Spalten abzudichten. Auf Dominics Empfehlung hin, habe ich Heißkleber genommen. Wie sich mit der Zeit herausstellte, ist Heißkleber nicht ganz immun gegen starke Temperaturschwankungen und die damit verbundenen Verformungen des Blechs. Nach zwei Wintern und Sommern im Freien ist fast jede Klebefuge aufgeplatzt gewesen und die Saugleistung ging gegen Null. Aber dazu später mehr.

Abdichten und Verbinden des Bleches mit den Holzteilen

Ihr mögt euch jetzt fragen, warum nicht einfach ein Rohr als Absauganschluss mit angeschweißt wurde.
Ich wollte mir die Option, durch eine wechselbare Frontplatte, der Nutzung mehrere Schläuche offen halten. Ich besitze einen 60mm Schlauch von Kärcher für die Erika und groben Dreck, sowie einen 27mm Schlauch mit Gummimuffe für alle Handmaschinen. Außerdem ist der Lufteinlass so groß, dass sogar ein Schlauch bis 75mm Durchmesser angeschlossen werden kann. Gleiches gilt auch für den Deckel oben. Die oberste Platte ist abschraubbar und damit für einen neuen Sauger oder Schlauch gewappnet.
Da steht er nun, der fertig abgedichtete Zyklon. In den Lufteinlass habe ich aus einem alten Boschabsaugadapter mit 58mm Durchmesser noch einen leichten Winkel gebastelt, der den Luftstrom direkt in die Spirale im Inneren lenkt.

Der Zyklon kurz vor seinem ersten Einsatz

Der erste Testlauf verlief schon sehr viel versprechend. Ich habe meinen ganzen Unterstand gesaugt und es kam nicht ein Holzspan im Sauger an. Wie es mit Feinstaub aussieht kann ich nicht sagen. Dafür muss ich erst ein bisschen mit dem Zyklon arbeiten.

Ergebnis des Testsaugens


Die Suche nach der verlorenen Saugleistung

Beim Anschluss eines selbst entworfenen und nicht maschinenbautechnisch optimierten Zyklons an einen Werkstattsauger ist durch das größere Luftvolumen zwischen Sauger und Maschine, sowie zwangsläufige Undichtigkeiten und Verwirbelungen im Inneren des Zyklons ein Verlust der Saugkraft zu erwarten.

Mein alter Kärcher 2000E (58 l/s Volumenstrom und 145mbar Unterdruck) hat bei mir ein zufrieden stellendes Ergebnis bei Oberfräse, Tauchsäge und Exzenterschleifer abgeliefert. Mit dem 60er Schlauch vom Zyklon zur Erika und der dort nötigen großvolumigen Absaugung war er allerdings überfordert. Ersetzen der Filter und ein neuer Staubbeutel brachte auch keine große Verbesserung.

Kärcher 2000E mit Zyklon

Um zu untersuche, ob mein alter Kärcher (Baujahr ~1990) zu schwach, oder der Zyklon noch eine Kinderkrankheit hat, habe ich mir einfach testweise einen neuen Sauger bestellt, um zu sehen, ob man das Problem so in den Griff bekommt.
Das Auswahlkriterium für einen neuen Sauger war ein hoher Luftdurchsatz und Unterdruck. Zugegebenermaßen musste ich mich dabei auf die Herstellerangabe verlassen, aber zurückschicken ist 2 Wochen lang möglich. Und durch den Zyklon wird ja auch nichts dreckig, was nicht schnell wieder zu reinigen wäre...

Die Wahl fiel auf einen Kärcher WD 5.400. Die Onlinerezessionen sind zwar nicht so berauschend, aber wenn man sich die bemängelten Punkte durchliest, sind diese für mich alle erst einmal irrelevant (sehr laut, fällt um, wenn man ihn zieht, saugt zu stark (!? Dies war in einer Rezession, ohne Witz, der Grund für eine schlechte Bewertung), Putz zerstört den Filterbeutel, das Saugrohr (35mm) verstopft bei großen Schuttbrocken, ... usw.).
Der Preis ist für die versprochene Leistung von 80 l/s Volumenstrom und 230mbar Unterdruck mit 120Euro dagegen ziemlich günstig.

Der Sauger macht in der Tat mehr Lärm als das alte Modell, dafür finde ich, ist es eine angenehmere Frequenz, die nicht so weit trägt. Die Saugleistung hat sich dafür wirklich erheblich verbessert, ich habe zum Testen mal wieder meine Tonne ausgekippt und danach aufgesaugt. Dabei konnte ich gleichzeitig noch einmal meinen Feinstaubtest machen - der Saugerbeutel ist nagelneu und unbenutzt. Ich habe 15-20l Späne aufgesaugt und es kam ungefähr ein gehäufter Teelöffel feinster Staub im Beutel des Saugers an. Mit dieser Quote kann ich wirklich leben. Ich würde schätzen das entspricht einem Abscheidegrad von über 95%.

Neuer Sauger für den Zyklon


Ergänzung - Zeitsprung in die Gegenwart (Mai 2013)

Nachdem mein Zyklon in Verbindung mit dem Kärcher WD 5.400 in letzter Zeit stetig an Saugleistung nachgelassen hat, habe ich mich auf die Fehlersuche gemacht. Die Saugleistung war zu Beginn deutlich höher.

Die Fehlerquelle war schnell gefunden. Durch die doch heftigen Temperaturwechsel über das Jahr (-15° bis 40°) in der Gartenhütte, hat der Heißkleber aufgegeben (siehe Bemerkung in der Baudokumentation) und auch das Holz hat ein bisschen gearbeitet und die entstandenen Ritze weiter aufgesprengt. Deswegen habe ich den Zyklon reingeholt und rundum alle Fugen mit Dicht- und Klebmasse für den Sanitärbereich neu abgedichtet. Außerdem habe ich im Inneren eine riesigen Absatz, an dem sich garantiert Luftwirbel bilden, zugeschmiert. In Zukunft wird er jedenfalls nicht mehr draußen übernachten müssen.
Die Gelegenheit war aber auch gut das Experiment zu wagen und zu schauen, was der Kärcher für seine 120 Euro im Vergleich zu meinem neuen Festool CTL 26 so wirklich leistet.

Kärcher WD 5.400 - 1800W für 80 l/s Volumenstrom und 230mbar Unterdruck (laut Hersteller)
Festool CTL 26 - 1200W für  65 l/s Volumenstrom und 240mbar Unterdruck (laut Hersteller)

Ich habe lange überlegt, wie ich ohne großen Aufwand die Saugleistung messen kann. Letztendlich ist mir nichts besseres eingefallen als Sägemehl vor dem Saugschlauch zu verteilen und den abgesaugten Bereich zu vergleichen. Dabei spielen technische Daten erst einmal keine Rolle, wenn der Dreck am Ende des Schlauchs liegen bleibt, hilft auch der beste Motor auf dem Papier nichts.

Der Versuchsaufbau - hier exemplarisch mit dem Kärcher - besteht aus dem Sauger mit 2,5m (58mm) Saugschlauch zum Zyklon und von dort ein 2,5m (d=58mm) Schlauch, bzw. 3,5m (d=27mm) zum Sägemehl.

Versuchsaufbau im Überblick

Der Saugschlauch wurde mit einer Zwinge fixiert und musste so beim Saugerwechsel nicht bewegt werden. Das Sägemehl wurde verteilt und dann der Sauger für ca. 10sec eingeschaltet , ausgeschaltet und die Umrissform des verbleibenden Sägemehls nachgezeichnet.

Versuchsdurchführung

Die Ergebnisse habe ich kurz aufbereitet und sind folgend dargestellt.

Für D=27mm - Schlauch für Handmaschinen

Für D=58mm - Schlauch für Tischkreissäge

Als Test zur Überprüfung des Saugkraftverlustes im Zyklon habe ich beim 58er Schlauch den Festool-Sauger auch einmal ohne Zyklon angeschlossen. Ich bin überrascht, wie gering der Saugverlust doch ist.

Beim 27er Schlauch ist der Unterschied zwischen Festool und Kärcher vergleichsweise klein.
Beim 58er Schlauch zeigt sich der Unterschied deutlicher. Der Abstand oben in der Mitte zwischen den Linien (grün und blau) beträgt ungefähr 1cm.

Fazit:

Obwohl der Kärcher dem Festool unterlegen ist, möchte ich hier noch mal hervorheben, dass auch der Kärcher in der Lage ist mit einem Zyklon meine Fräse, Tauchkreissäge und Erika sehr ordentlich abzusaugen!
Der Preis von 120,- im Vergleich zu 500,- für den kleinsten Festool mit dieser Saugturbine relativiert den geringen Saugleistungsvorteil noch einmal. Nach diesem Test zeigt sich, dass man bei Kärcher für sein Geld viel Saugleistung bekommt. Aber mit den Abstrichen der hohe Leistungsaufnahme von 1800W und fürs Schleifen mit dem Exzenter der fehlende Saugkraftregulierung, sowie der Lautstärke allgemein.
Fräse und Kreissägen verlangen dagegen nach maximaler Saugleistung, wodurch dieser Sauger für Sparfüchse mit Zyklon von meiner Seite aus zu empfehlen ist. Die fehlende Saugkraftregulierung lässt sich mit ein bisschen elektronischem Know-How selber bauen und vorschalten, wodurch der Vorteil des Festool dann vollends dahin ist.



Anmerkung (Mitte Mai 2013):

Eigentlich war mittelfristig nicht geplant den Kärcher zu ersetzen, denn die fehlenden Saugkraftregulierung und der Lärm stören mich nicht so sehr und die Saugleistung ist fast auf dem Niveau vom Festool-Sauger. Wie es das Schicksal aber so will, ist mir neulich ein günstiger (nicht Ebay - sondern wirklich günstig) gebrauchter Festool CT33 über den Weg gelaufen, dem ich nicht widerstehen konnte. In den nächsten Tagen werde ich eine Verkaufsanzeige für den Kärcher in die Woodwork*.*-Foren stellen. Dort sind dann auch Bilder und nähere Angaben.



Kommentare :

  1. Hallo Tobi,

    hast Du mit dem Kärcher auch immer statische Stromschläge bekommen, oder merzt ein Zyklon das Problem aus ?

    Vielen Dank

    Gruß Andi

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    1. Servus Andi,

      ja und nein. Zwischen Zyklon und Sauger ist alles in Ordnung, aber vom Zyklon zur Maschine bekomme ich beim Schleifen gelegentlich eine gewischt. Ohne Zyklon sind die Schläge aber deutlich stärker.

      Gruß Tobi

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  2. Hallo Tobi,

    da du ja mittlerweile beide Sauger (kärcher und festool) hast kannst du mir evtl. eine Frage beantworten. Passt der Festoolschlauch evtl. in die Muffe des Kärcher Saugers?

    Wäre nett wenn du mir kurz bescheid geben könntest!

    Gruß

    Manuel

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    1. Hi Manuel,

      den Kärcher besitze ich schon seit ein paar Monaten nicht mehr, aber ich bin mir zu 95% sicher, dass der Festool-Anschluss des Schlauches nicht in den Kärchersauger passt. Es fehlte nicht viel (ob kleiner oder größer weiß ich nicht mehr), aber bevor ich den Zyklon hatte, habe ich den großen Kärcherschlauch (60mm) am Sauger und mit einem selbst gebastelten Adapter dann den Festoolschlauch als Verlängerung angeschlossen.

      Falls noch Fragen sind nur zu ;)

      Liebe Grüße
      Tobi

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  3. Danke Tobi,

    für die schnelle Antwort. Mein Problem ist das ich einen Kärcher (kleineres Modell) mit einem 35 mm Schlauch habe (nicht antistatisch). Es wäre natürlich relativ einfach gewesen nur den Schlauch zu tauschen, da ich mit dem Sauger an sich ganz zufrieden bin.

    Trotzdem danke für die schnelle Antwort

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    1. Moin,

      die Antistatikfunktion muss auch vom Sauger unterstützt werden, sonst kann die statische Aufladung doch gar nicht "abfließen". Die Festoolsauger haben dafür in der Anschlussmuffe im Sauger 2 große Kontakte, die wahrscheinlich an die Erde im Kabel angeschlossen sind.

      Gruß
      Tobi

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  4. Wow das sieht super professionell aus! Saubere Arbeit!
    Hab mir so einen Zyklonabscheider aus einem Straßenpylon gebaut, sieht aber nicht so professionell aus wie deiner!

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