Verfahren zum Aufbereiten von Flüssigkeiten und Hydrozyklon zur Durchführung dieses Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auf bereiten bei einem spanabhebenden Vorgang benutz ter und mit abgehobenen Werkstoffteilchen ver mischter Flüssigkeiten und einen Hydrozyklon zur Durchführung dieses Verfahrens.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist gekennzeich net durch die Verwendung eines Hydrozyklons zum Trennen der aufzubereitenden Flüssigkeit in eine die Mehrzahl der Werkstoffteilchen enthaltende breiige Masse und in eine Flüssigkeit. Zur Durchführung dieses Verfahrens wird zweckmässig ein Hydro- zyklon gemäss der Erfindung verwendet,
bei dem sich an eine zylindrische Zuflusskammer mit tangen- tialem Einlass ein spitzer Kegel anschliesst und bei dem in Höhe der Zuflusskammer und in radialem Abstand von deren Wand eine an ihrem oberen Ende mit der Kammerwand verbundene innere zylindri sche Trennwand angeordnet ist, über der eine Abflusskammer mit Abfluss liegt, und der dadurch gekennzeichnet ist, dass der Zuflusskanal der Wand der Zuflusskammer entlanggeführt,
zu seiner Mün dung hin im Radius verengt und in Richtung der Mantellinien der Wand erweitert ist, wobei der an fänglich im Querschnitt kreisförmige Zuflusskanal kontinuierlich in einen flachen rechteckigen, an die Kammerwand geschmiegten Kanal mit rechteckiger Mündung übergeht.
Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich zum Aufbereiten von heterogenen und emulgierten, bei spanabhebenden Bearbeitungsverfahren besonders zum Kühlen und/oder Schmieren verwendeten Flüs sigkeiten.
Gegenüber der Verwendung von Filteranlagen mit Regeleinrichtungen ist das erfindungsgemässe Verfahren billig; es erfordert nur geringe Wartungs kosten. Gegenüber der Verwendung von Magnet- abscheidern besteht der Vorteil, dass nicht nur ferro- magnetische, sondern auch unmagnetische Stoffe abgeschieden werden können. Im Gegensatz zur Ver wendung von Dekantierzentrifugen lässt sich das erfindungsgemässe Verfahren auch für grosse Durch sätze in der Zeiteinheit anwenden. Es wird auch weniger Platz gebraucht als etwa bei der Schwer kraftabscheidung in Absetzbehältern.
Die gemäss der Erfindung ausgebildeten Hydro- zyklone stellen verhältnismässig einfach herzustel lende Reinigungsvorrichtungen dar. Die sich ahnüt- zenden Teile solcher Vorrichtungen können aus abriebfesten Werkstoffen, z. B. Hartgummi, Polyamid oder Polytetrafluoräthylen, bestehen. Durch die Anwendung eines Zyklons wird es möglich, die Flüs sigkeit kontinuierlich zu reinigen.
Auch braucht der Zyklon wenig Platz, so dass er -sich unmittelbar an einer Bearbeitungsmaschine anordnen lässt und lange Zuleitungen, Ventile oder Zwischenbehälter wegfal len, in denen sich Feststoffe absetzen könnten,, deren Entfernung sehr mühsam wäre.
Bei einem Hydrozyklon fallen überdies die Fest stoffe in leicht zu transportierender Form an. Ein besonderer Vorteil liegt auch darin, dass bei der Verwendung von Zyklonen, besonders unmittelbar an der Bearbeitungsmaschine, eine sehr schnelle Rei nigung der verschmutzten Flüssigkeiten ermöglicht wird, die wegen der Alterung ölhaltiger Flüssigkeiten von besonderer Bedeutung ist. Die in der Flüssigkeit befindlichen fremden Festteilchen beschleunigen die Alterung. Schnell von den Festteilchen gereinigte Flüssigkeiten bleiben deshalb länger verwendungs fähig als Flüssigkeiten, in denen die Feststoffteilchen längere Zeit verbleiben.
Im Gegensatz zur Wirkung von Zentrifugen werden Emulsionen bei der Ver wendung von Hydrozyklonen zur Reinigung nicht in unerwünschter Weise zerlegt. Von starken zentrifuga len Kräften werden heterogene Flüssigkeiten in die einzelnen Bestandteile aufgespalten. Die aus einem Zyklon austretende heterogene Flüssigkeit hat dage gen den gleichen Mischungsgrad wie beim Einlauf. Das erfindungsgemässe Verfahren und der zu seiner Durchführung verwendete Zyklon sind daher auch für die Aufbereitung von Flüssigkeiten vorteilhaft verwendbar, die aus zwei oder mehr Komponenten zusammengesetzt sind.
Der Zyklon kann im Hauptstrom, der zur reini genden Flüssigkeit oder in einem Nebenstrom, z. B. zur Reinigung der in einem Sammelbehälter befind lichen Flüssigkeit verwendet werden. Wenn die Lei stung eines Zyklones nicht ausreicht, so können mehrere Zyklone parallel geschaltet werden, wobei die die Feststoffe austragenden Öffnungen an einen gemeinsamen Sammelbehälter angeschlossen werden können. Jeder spanabhebenden Werkzeugmaschine kann ein besonderer Hydrozyklon zugeordnet sein.
Die aus dem Zyklon ausgeschiedene breiige Masse kann einer dem Zyklon nachgeschalteten Vor richtung zugeführt werden, in der eine zusätzliche Ausscheidung der Flüssigkeit aus der breiigen Masse erreicht wird. Die ausgeschiedene Flüssigkeit wird dem Einlauf des Zyklons wieder zugeleitet. Durch diese Massnahme geht der aus der Auslauföffnung des Zyklons austretende Flüssigkeitsanteil nicht verloren. Da die hier gewonnene Flüssigkeit nicht frei von Feststoffteilchen ist, wird sie zweckmässig dem Sumpf einer dem Hydrozyklon vorgeschalteten Speisepumpe zugeführt.
Ist die Viskosität der zu reinigenden Arbeitsflüs sigkeit zu hoch, um einen befriedigenden Durchsatz und Reinigungsgrad zu erreichen, so kann die Flüs sigkeit zur Erhöhung der Reinigungswirkung erwärmt werden, bevor sie dem Zyklon zugeführt wird.
Infolge der besonderen Ausbildung des Zyklons gemäss der Erfindung wird die dem Zyklon zuflie ssende Flüssigkeit von einem Rohr runden Quer schnittes, wie es für Leitungen in der Regel ver wendet wird, in einen Kanal oder in ein Rohr mit flachem, rechteckigem Querschnitt übergeführt und erhält eine Richtung, wie es für den Einlauf der Flüssigkeit in einen Zyklon günstig ist. Der Flüssig keit wird schon in dem in Richtung der Zylinder wand geführten Rohrabschnitt ein Drall erteilt, wo durch Verwirbelungen in der Flüssigkeit beim Aus tritt aus der rechteckigen Mündung des Rohres ver mieden werden. In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbei spiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Zyklon nach Linie 1-I in Fig. 2, Fig. 2 einen Querschnitt nach Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 bis 7 je einen Zyklon mit einer nach geschalteten Vorrichtung in schematischer Darstel lung. Ein Zyklon hat einen hohlzylindrischen Körper 1, mit dem ein hohlkegeliger Körper 3 verbunden ist. Das freie Ende des Körpers 3 weist eine Mündung 4 auf.
In den zylindrischen Körper 1 ist ein Zulauf rohr 6 etwa spiralförmig eingeführt, das ausserhalb des Körpers einen Kreisquerschnitt hat, der sich im Verlauf der Einführung in den zylindrischen Kör per 1 stetig zu einem flachen Rechteck ändert, des sen lange Seitenkanten parallel der Wand des zylin drischen Körpers 1 angeordnet sind. Hierbei wird die Breite des freien Querschnittes in radialer Rich tung immer kleiner. Der in Richtung der Zylinder wand geführte Rohrabschnitt soll einen Winkel von 90 bis 120 überstreichen. Der in Durchflussrich- tung vorhergehende Rohrabschnitt wird etwa im umgekehrten Verhältnis zur Verringerung des Zy- klondurchmessers an seinem zylindrischen Abschnitt länger gewählt.
Die Mittelachse des Zulaufrohres 6 ist zur Achse und zur dazu senkrechten Querebene des Zyklons geneigt angeordnet.
Etwa im Mittelabschnitt des zylindrischen Kör pers 1 ist mit Hilfe eines Flansches 8 eine zylindri sche Trennwand 9 befestigt. In dem von dieser Trennwand und dem zylindrischen Körper 1 gebil deten Zwischenraum liegt die Mündung des Zulauf rohres 6. Der zylindrische Körper 1 ist durch einen Deckel 11 abgeschlossen, der in der Mitte einen zum Innern des zylindrischen Körpers gerichteten Vor sprung 12 in Form eines durch einen Bogen erzeug ten spitzen Rotationskörpers hat.
Zwischen dem Deckel 11 und dem Flansch 8 liegt eine Auslaufkammer 14, in welche in der Nähe des Flansches 8 ein tangential zum zylindrischen Körper 1 angeordnetes Auslassrohr 16 kreisförmigen Querschnittes mündet.
Der stetige Übergang vom runden Querschnitt zum rechteckigen Querschnitt im Rohr 6 und dessen Einführung etwa entlang der zylindrischen Wand vermindert die Verwirbelung der in den Zyklon ein laufenden Flüssigkeit, wodurch sich eine der Zulauf geschwindigkeit entsprechende optimale Winkel geschwindigkeit einstellt, ohne dass wesentliche Ver luste durch Wirbelbildung entstehen.
Während des Durchlaufes der zugeführten Flüs sigkeit durch den Zyklon werden die Feststoffteil- chen aus der Flüssigkeit infolge der Fliehkraftwir- kung der entlang der Zyklonwand etwa schrauben förmig verlaufenden Flüssigkeit ausgeschieden. Die Feststoffteilchen sammeln sich an der Wand und werden die Wand entlang zum Auslass 4 geführt, wo sie, entsprechend den Einlaufbedingungen und dem Durchmesser des Auslaufes mit mehr oder weni ger Flüssigkeit vermischt, austreten.
Die gereinigte Flüssigkeit kehrt dagegen innerhalb des Zyklons um, wird unter Freilassen einer zentrischen Luftsäule nach oben geführt und fliesst durch den Trennzylin der 9 hindurch in die Auslaufkammer 14, von wo sie durch den tangentiel angeordneten Auslass 16 austritt. In Fig. 3 ist ein Zyklon 20 dargestellt, der mit Hilfe einer Pumpe 22 über eine Zulaufleitung 24 gespeist wird. Aus dem Zyklon führt eine Auslass leitung 26 für die gereinigte Flüssigkeit heraus. Unten am Zyklon ist eine Unterlaufföffnung 28, an die sich ein Behälter 30 anschliesst.
An dem Behälter ist unten eine Transportschnecke 32 zur Austragung von aus der Flüssigkeit ausgeschiedenen Feststoffteilchen. Zwischen dem Behälter 30 und der Transport schnecke 32 ist eine nicht dargestellte, äffen- und schliessbare Klappe angebracht. Am oberen Abschnitt des Behälters 30 ist ein Sammelgefäss 34 angeordnet, das mit dem Einlass der Pumpe 22 über eine Leitung 36 verbunden ist.
Die aus der Unterlauföffnung 28 austretende breiige Masse gelangt in den Behälter 30, wo sich die Feststoffteilchen nach unten absetzen und die Flüssigkeit sich darüber ansammelt. Die Feststoff teilchen werden durch die Schnecke 32 ausgetragen und in einen Wagen 38 gefördert, während die Flüs sigkeit über den Rand des Behälters 30 läuft, in das Sammelgefäss 34 und von dort über eine Leitung 36 in den Einlass der Pumpe 22 fliesst.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist unterhalb des Zyklons 20 ein geneigtes Schwing sieb 40 über einem Behälter 42 angeordnet, der über die Leitung 36 mit der Pumpe 22 verbunden ist. Die aus der Unterlauföffnung 28 austretende breiige Masse wird mit Hilfe des Schwingsiebes in einen Flüssigkeitsanteil und einen Anteil an Feststoffteil- chen getrennt. Diese gelangen auf dem geneigt angeordneten Schwingsieb 40 in den Wagen 38. Die Flüssigkeit fliesst durch das Schwingsieb 40 hindurch in den Behälter 42 und wird von dort in die Leitung 36 zur Pumpe 22 geführt.
Das dritte Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 unter scheidet sich von dem ersten durch einen anders ausgebildeten hier mit 44 bezeichneten Sammelbe- hälter, der unten kegelig zuläuft und mit einem Hahn zum Abzug der ausgeschiedenen Feststoffteil- chen ausgestattet ist. Innerhalb des Sammelbehälters 44 ist ein überlaufrohr 46 angeordnet, das mit der Pumpe 22 verbunden ist.
Unter der Unterlauföffnung 28 ist "beim vierten Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 eine Schüttelrinne 48 geneigt angeordnet. Unterhalb des oberen Endes der Schüttelrinne 48 steht der Wagen 38, und unter halb des unteren Endes ist ein Sammelbehälter 50 angeordnet, der über die Leitung 36 an die Pumpe 22 angeschlossen ist.
Die aus der Unterlauföffnung 28 austretende breiige Masse kommt auf die Schüttel rinne 48 und wird dort in der Weise getrennt, dass die Feststoffteilchen auf der Schüttelrinne 48 nach oben wandern und schliesslich in den Wagen 38 gelangen und dass die Flüssigkeit die Schüttelrinne herab in den Behälter 50 fliesst. Die Flüssigkeit gelangt über die Leitung 36 wieder zum Einlass der Pumpe 22.
Die Fig. 7 zeigt schematisch die Anordnung einer Dekantierzentrifuge 52 unterhalb der Unterlauföff- nung 28. Die Zentrifuge 52 ist in einem Behälter 54 untergebracht, der über die Leitung 36 mit der Pumpe 22 verbunden ist.
Infolge der auf die in der Zentrifuge befindlichen Flüssigkeit einwirkenden zentrifugalen Kräfte werden die Feststoffteilchen an die Wand des Zentrifugenbehälters geschleudert, während die von den Feststoffteilchen im wesentli chen freie Flüssigkeit über die Wand des Zentri- fugenbehälters in den Behälter 54 geschleudert wird. Von dort fliesst sie der Pumpe 22 über die Leitung 36 zu. Der Zentrifugenbehälter muss von Zeit zu Zeit gereinigt werden.
Einem Zyklon wird zweckmässigerweise eine Zen trifuge vorgeschaltet, wenn die zu reinigende Flüs sigkeit einen erheblichen Prozentsatz an groben Teil chen mit sich führt, deren Länge oder Breite mehr als die Hälfte des Durchmessers der Unterlauföff- nung ist.
Der Durchmesser der Öffnungen des Zen trifugenrotors beträgt zweckmässigerweise etwa die Hälfte des Durchmessers der Auslauföffnung des Hydrozyklons, damit die groben Teilchen in der Zentrifuge zurückgehalten werden. Kleinere Teilchen können durch die frei bleibenden Öffnungen hin durchgehen;
sie werden im Zyklon aus der Flüssig keit ausgeschieden und der Zentrifuge in der aus der Unterlauföffnung austretenden breiigen Masse wieder zugeführt. Infolge der jeweils am Mantel des Zentrifugenrotors sich anlagernden gröberen Teilchen treten im Laufe der Zeit aus der Zentrifuge immer nur die jeweils feineren Teilchen aus. Im Verlauf des Prozesses wird eine Art Anschwemmschicht gebil det, die in der Lage ist, die Teilchen der immer feinere Teilchen aufweisenden, aus dem Unterlauf des Hydrozyklons austretenden breiigen Masse zurückzuhalten. Die Zentrifuge wird von Zeit zu Zeit z.
B. durch Austausch des als Transportbehälter ausgebildeten Zentrifugenkessels gereinigt.
Unter spanabhebenden Vorgängen sind auch solche Vorgänge zu verstehen, bei denen Abnutzungs oder Verschleisserscheinungen auftreten und bei denen eine Flüssigkeit, z. B. Schmieröl, durch Ver schleissteilchen verunreinigt wird.
Die Bearbeitung von Werkstoffen mit Hilfe der Elektroerosion ist ebenfalls ein werkstoffabhebender Vorgang, der einem spanabhebenden Vorgang ent spricht. Zum Kühlen des mit Hilfe der Elektro erosion bearbeiteten Werkstückes wird eine Kühl flüssigkeit verwendet, die durch die vom Werkstoff abgetragenen Teilchen verunreinigt wird. Zur Reini gung dieser verunreinigten Flüssigkeit kann ebenfalls ein Hydrozyklon verwendet werden.