Die Erfindung betrifft ein Gerät zu Abscheidung von Fremdsubstanzen
aus einem Luftstrom mit einem Gehäuse, welches einen Einlaß für den
zu reinigenden Luftstrom, mindestens eine von dem Luftstrom durch
strömte Abscheideeinrichtung und einen Auslaß für den gereinigten
Luftstrom umfaßt.
In zunehmendem Maße werden bei Bearbeitungsmaschinen, beispiels
weise bei Fräsmaschinen oder Drehmaschinen, die bei der Bearbeitung
entstehenden Fremdsubstanzen, wie Rauchgase, Schmiermittelpartikel,
Materialspäne etc. dadurch entfernt, daß diese Fremdsubstanzen zu
sammen mit einem Luftstrom aus dem Bearbeitungsbereich abgesaugt
werden, dieser Luftstrom wird dann durch ein Gerät zur Abscheidung
dieser Fremdsubstanzen hindurchgeleitet und nach Reinigung wieder in
die Umgebung ausgeblasen. Die Abscheidung der Fremdsubstanzen
aus einem solchen Luftstrom erfolgt dabei üblicherweise in einem Ab
scheidegerät, das unmittelbar an dem Bearbeitungsgerät angeordnet
ist und ein Gehäuse aufweist, in dem eine oder mehrere Abscheideein
richtungen angeordnet sind (DE 39 23 829 C2; EP 0 879 671 A2).
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Gerät so auszubil
den, daß eine besonders wirksame Abscheidung der Fremdsubstanzen
erreicht werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einem Gerät der eingangs beschriebenen Art
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gehäuse einen Nebeneinlaß
für einen Umgebungsluftstrom aufweist, der so in das Gehäuse ein
mündet, daß dem zu reinigenden Luftstrom stromaufwärts von minde
stens einer Abscheideeinrichtung Umgebungsluft zuführbar ist.
Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß durch diese Zu
fuhr eines Nebenluftstromes zu dem zu reinigenden Hauptluftstrom
eine erhebliche Verbesserung der Abscheidung in den nachfolgenden
Abscheideeinrichtungen erfolgt. Dies liegt einmal daran, daß die Strö
mungsverhältnisse des Hauptluftstromes durch die Zufuhr des Neben
luftstromes verbessert werden, so daß eine optimale Anströmung der
Abscheideeinrichtungen erfolgt, zum anderen aber auch daran, daß der
zu reinigende Hauptluftstrom durch den Nebenluftstrom gekühlt wird,
so daß durch Kondensation die Abscheidung von flüssigen Fremdsub
stanzen im zu reinigenden Hauptluftstrom verbessert wird.
Wenn im Zusammenhang mit dem über den Nebeneinlaß zugeführten
Gasstrom von einem Umgebungsluftstrom gesprochen wird, so ist dar
unter im breitesten Sinne ein Gasstrom zu verstehen, der im wesentli
chen frei ist von Fremdsubstanzen, es kann sich dabei im einfachsten
Falle um Umgebungsluft handeln, die aus der Werkshalle angesaugt
wird, in der eine Bearbeitungsmaschine aufgestellt ist, diese Umge
bungsluft kann aber auch außerhalb einer solchen Werkhalle angesaugt
werden, und es ist natürlich auch möglich, daß diesem Nebenluftstrom
andere Gase beigemischt sind oder dieser Nebenluftstrom ganz aus
anderen Gasen als Luft besteht, beispielsweise könnte bei speziellen
Verwendungen ein Edelgasstrom oder ein reiner Stickstoffstrom ver
wendet werden, der Ausdruck "Umgebungsluftstrom" soll all diese
möglichen Zusammensetzungen umfassen.
Grundsätzlich kann der Nebeneinlaß an beliebiger Stelle des zu reini
genden Luftstromes angeordnet werden, sofern die Zuführung des
Umgebungsluftstromes stromaufwärts von mindestens einer Abschei
deeinrichtung erfolgt, es ist aber besonders vorteilhaft, wenn der Ne
beneinlaß bei einem Gehäuse mit mehreren Abscheideeinrichtungen
stromaufwärts einer ersten Abscheideeinrichtung in das Gehäuse ein
mündet, so daß die Vermengung des zu reinigenden Luftstromes und
des Umgebungsluftstromes erfolgt, bevor der Gesamtluftstrom auf eine
Abscheideeinrichtung trifft.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen,
daß der Nebeneinlaß so in das Gehäuse eintritt, daß an seinem gehäu
seseitigen Austrittsende durch den an ihm vorbeiströmenden, zu reini
genden Luftstrom ein Umgebungsluft durch den Nebeneinlaß ansau
gender Unterdruck entsteht. Der zu reinigende Luftstrom saugt also
über den Nebeneinlaß Umgebungsluft an, die ihm beigemischt wird. Es
ist dabei vorteilhaft, wenn der Nebeneinlaß unmittelbar stromabwärts
des Einlasses in das Gehäuse angeordnet ist.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, daß der Nebeneinlaß unter einem
Winkel von 30° bis 60° zur Strömungsrichtung des zu reinigenden
Luftstromes angeordnet ist.
Es ist besonders günstig, wenn sich der Querschnitt des Nebeneinlas
ses in Strömungsrichtung verengt, dadurch wird die Strömungsge
schwindigkeit des durch den Nebeneinlaß eintretenden Umge
bungsstromes erhöht, so daß sich eine gute Durchmischung mit dem
zu reinigenden Luftstrom ergibt. Der Nebeneinlaß kann insbesondere
als quer zur Strömungsrichtung des zu reinigenden Luftstromes ver
laufende spaltförmige Öffnung ausgebildet sein.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Ne
beneinlaß eine Vorderwand und eine Rückwand aufweist, die strom
aufwärts eines engsten Querschnittes angeordnete Einströmflächen
ausbilden, die sich in Strömungsrichtung einander annähern.
Diese Einströmflächen können insbesondere im wesentlichen eben
sein.
Es ist günstig, wenn die Einströmflächen zwischen 10° und 45° gegen
einander geneigt sind.
An die Rückwand kann sich stromabwärts des engsten Querschnittes
des Nebeneinlasses eine entgegen der Strömungsrichtung des zu reini
genden Luftstromes abgebogene Ausströmfläche anschließen, wobei es
günstig ist, wenn die abgebogene Ausströmfläche schon geringfügig
stromaufwärts des engsten Querschnittes des Nebeneinlasses beginnt.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, daß die Krümmung der Ausström
fläche der Rückwand in Strömungsrichtung des Umgebungsluftstromes
zunächst zunimmt und dann wieder abnimmt.
Insbesondere kann die Rückwand an ihrem ausströmseitigen Ende im
wesentlichen parallel zu dem zu reinigenden Luftstrom angeordnet
sein.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn sich an die Vorderwand stromabwärts
des engsten Querschnittes des Nebeneinlasses eine in Strömungsrich
tung des zu reinigenden Luftstromes abgebogene Ausströmfläche an
schließt, wobei diese bei einer besonderen Ausführungsform schon ge
ringfügig stromaufwärts des engsten Querschnittes des Nebeneinlasses
beginnen kann.
Günstig ist es, wenn die Krümmung der Ausströmfläche der Vorder
wand in Strömungsrichtung des Umgebungsluftstromes zunächst zu
nimmt und dann wieder abnimmt.
Auch bei der Vorderwand ist es vorteilhaft, wenn diese an ihrem aus
strömseitigen Ende im wesentlichen parallel zu dem zu reinigenden
Luftstrom angeordnet ist.
Die Rückwand und die Vorderwand können an ihren ausströmseitigen
Enden miteinander fluchtend angeordnet sein.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß dem Ne
beneinlaß eine Einrichtung zur Regulierung der durch ihn einfließenden
Menge an Umgebungsluft zugeordnet ist. Dadurch ist es möglich, die
Menge der dem zu reinigenden Luftstrom zugeführten Umgebungsluft
zu dosieren und dadurch eine optimale Abscheidewirkung zu erzielen.
Günstig ist es, wenn dem Nebeneinlaß eine Einströmkammer vorge
schaltet ist, die ihrerseits mit einer Öffnung mit der Umgebung in Ver
bindung steht. Diese Öffnung kann insbesondere durch einen Verschluß
mehr oder weniger verschließbar sein, so daß die Einrichtung zur Re
gulierung der einfließenden Menge an Umgebungsluft in diese Öffnung
der Einströmkammer verlegt ist.
Die Anordnung kann so gewählt sein, daß der Nebeneinlaß in eine
Mischkammer im Gehäuse einmündet, in die auch der zu reinigende
Luftstrom eintritt.
Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist eine erste Abschei
deeinrichtung als Tröpfchenabscheider mit einem labyrinthförmigen
Strömungsweg ausgebildet, beispielsweise kann eine solche Abschei
deeinrichtung aus mehreren parallel zueinander angeordneten Profil
schienen bestehen, die eine quer zur Strömungsrichtung angeordnete,
plattenförmige Abscheideeinheit ausbilden.
Stromabwärts der ersten Abscheideeinrichtung kann als zweite Ab
scheideeinrichtung ein Vorfilter der Filterklasse F5 bis F9 angeordnet
sein, bei einer anderen Ausgestaltung ist eine zweite Abscheideein
richtung vorgesehen, die als Agglomerator arbeitet, beispielsweise
kann dieser aus einem Metallgewebe bestehen, an dem kleine Tröpf
chen im Luftstrom zu größeren Tröpfchen vereinigt werden.
Es ist vorteilhaft, wenn als dritte Abscheideeinrichtung stromabwärts
der zweiten Abscheideeinrichtung ein Schwebstoffilter angeordnet ist
oder aber ein Tröpfchenabscheider mit einem labyrinthförmigen Strö
mungsweg, wobei die Auswahl davon abhängt, ob der zu reinigende
Luftstrom sehr trocken ist oder sehr viele Flüssigkeitsteilchen mitführt.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn stromabwärts der dritten Abscheide
einrichtung eine vierte Abscheideeinrichtung in Form eines Aktivkohle
filters angeordnet ist, das Aktivkohlefilter kann dabei beispielsweise
aus mehreren übereinanderliegenden, quer vom zu reinigenden Luft
strom durchströmten Aktivkohlematten bestehen.
Alternativ zu dem Aktivkohlefilter kann auch ein elektrostatischer Fil
tereinsatz vorgesehen sein.
Es ist weiterhin günstig, wenn im Inneren des Gehäuses ein den zu
reinigenden Luftstrom und den Umgebungsluftstrom ansaugender
Ventilator angeordnet ist.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
das Gehäuse quaderförmig ausgebildet und der Einlaß ist an einer
Stirnseite des Gehäuses angeordnet, während sich der Nebeneinlaß auf
der Oberseite des Gehäuses befindet.
In dem Gehäuse können nacheinander mehrere Abscheideeinrichtun
gen und ein Ventilator angeordnet sein, und der vom Ventilator geför
derte Luftstrom kann durch die Oberseite des Gehäuses abgegeben
werden.
Bei einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß auf dem Gehäuse
eine Filterkammer für ein Aktivkohlefilter oder ein elektrostatisches
Filter angeordnet ist, in die der vom Ventilator geförderte Luftstrom an
deren Unterseite ein- und an deren Oberseite wieder austritt.
Günstig ist es, wenn neben der Filterkammer auf dem Gehäuse eine
dem Nebeneinlaß vorgeschaltete Einströmkammer angeordnet ist.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient
im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es
zeigen:
Fig. 1 Eine Längsschnittansicht durch ein Gerät zur Abscheidung
von Fremdsubstanzen aus einem Luftstrom und
Fig. 2 eine vergrößerte Querschnittsansicht des Nebeneinlasses
im Bereich A in Fig. 1.
Das in der Zeichnung dargestellte Gerät 1 kann als selbständiges Gerät
zur Reinigung eines Luftstromes eingesetzt werden, es kann aber ins
besondere unmittelbar auf eine Bearbeitungsmaschine aufgesetzt wer
den, beispielsweise eine Fräsmaschine oder eine Drehmaschine, so daß
dieses Gerät dann ein Zubehörteil für eine solche Maschine darstellt.
Das Gerät 1 umfaßt ein quaderförmiges Gehäuse 2 aus Metall, welches
vorzugsweise lackiert oder pulverbeschichtet ist, in dessen einer Stirn
seite ein Einlaß 3 mit einem relativ großen Querschnitt angeordnet ist.
Auf der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 2 befindet sich in ei
ner Saugkammer 4 ein Ventilator 5, der durch den Einlaß 3 einen Luft
strom in das Innere des Gehäuses 2 einsaugt und diesen durch eine
Auslaßöffnung 6 an der Oberseite der Saugkammer 4 wieder abgibt.
Zwischen den Einlaß 3 und die Saugkammer 4 sind in dem in der
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel in Strömungsrichtung des
Luftstromes hintereinander drei Abscheideeinrichtungen 7, 8, 9 einge
setzt, durch die der von dem Ventilator 5 angesaugte Luftstrom hin
durchtritt.
Die Abscheideeinrichtungen 7, 8, 9 können unterschiedlich ausgebildet
sein, so daß je nach der Natur der von dem angesaugten Luftstrom
mitgeführten Fremdsubstanzen eine optimale Abscheidung dieser
Fremdsubstanzen aus dem Luftstrom möglich ist.
Beispielsweise kann die erste Abscheideeinrichtung 7 ein Tröpfchenab
scheider sein, zum Beispiel bestehend aus mehreren parallel zueinan
der verlaufenden Profilschienen, die einen labyrinthförmigen Strö
mungsweg ausbilden.
Die zweite Abscheideeinrichtung 8 kann beispielsweise ein Vorfilter der
Filterklasse F5 bis F9 sein oder aber ein sogenannter Agglomerator,
beispielsweise ein Metallgestrickfilter, in dem kleine Tröpfchen zu grö
ßeren Tröpfcheneinheiten vereinigt werden. Die dritte Abscheideein
richtung 9 besteht beispielsweise wieder aus einem Tröpfchenabschei
der oder aber aus einem Schwebstoffilter, beispielsweise der Filterklas
se H10 bis H14. Die Auswahl der bestimmten Abscheideeinrichtungen
hängt von den Verunreinigungen im Luftstrom ab, beispielsweise ist es
günstig, bei Bearbeitungsmaschinen mit sogenannter Minimalmengen
schmierung die erste Abscheideeinrichtung 7 als Tröpfchenabscheide
einrichtung auszubilden, ihr ein Vorfilter der Filterklasse F5 bis F9 fol
gen zu lassen und dann ein Schwebstoffilter der Filterklasse H10 bis H
14 anzuschließen, während es bei herkömmlichen Bearbeitungsma
schinen mit der üblichen Verwendung von Kühl- und Schmiermitteln
günstig ist, dem Tröpfchenabscheider in der ersten Abscheideeinrich
tung 7 einen Agglomerator folgen zu lassen und daran anschließend
eine weitere Tröpfchenabscheideeinrichtung vorzusehen.
Als Vorfilter können beispielsweise Luftfilter verwendet werden, die aus
einem Papp-, Holz- oder Metallrahmen bestehen mit einem Zick-Zack
Filtermedium aus Kunstfaserbahnen, z. B. aus Polypropylen oder Mi
krofasern, oder aus Glasfaserbahnen. Bei den Schwebstofffiltern kann
es sich um Luftfilter handeln, die aus einem Holz- oder Metallrahmen
bestehen mit einem feinstgefalteten Filtermedium aus feinstem Mikro
glasfaservlies.
Oberhalb des quaderförmigen Gehäuses 2 sind nebeneinander eine
Einströmkammer 10 und eine Filterkammer 11 angeordnet. Die Ein
strömkammer 10 ist dabei zwischen der die Einlaßöffnung 3 aufwei
senden Stirnseite und der ersten Abscheideeinrichtung 7 angeordnet,
während sich die Filterkammer 11 über das übrige Gehäuse 2 erstreckt
und über die Auslaßöffnung 6 mit der Saugkammer 4 in Verbindung
steht. Im Inneren der Filterkammer 11 sind entweder eine größere An
zahl von Aktivkohlematten angeordnet oder aber eine elektrostatische
Filtereinheit, und die Oberseite 13 der Filterkammer 11 ist mit einer
Vielzahl von Auslaßöffnungen versehen, durch die die Filterkammer 11
mit der Umgebung in Verbindung steht. Die Aktivkohlematten und die
elektrostatische Filtereinheit bilden eine vierte Abscheideeinrichtung
12, wobei die Aktivkohlematten vorzugsweise bei Minimalmengen
schmierung eingesetzt werden, die elektrostatische Abscheideeinrich
tung dagegen bei herkömmlicher Kühl- und Schmiermittelschmierung.
Die Einströmkammer 10 weist an ihrer Oberseite eine Einströmöffnung
14 auf, durch die das Innere der Einströmkammer 10 mit der Umge
bung in Verbindung steht. In der Einströmöffnung 14 ist eine Ver
schlußplatte 15 angeordnet, die mittels einer Betätigungseinrichtung
16, beispielsweise mittels einer Schraube, relativ zur Einströmöffnung
14 verstellt werden kann, so daß die Einströmöffnung 14 mehr oder
weniger geöffnet beziehungsweise vollständig geschlossen werden
kann.
An der Unterseite der Einströmkammer 10 ist ein von dieser in das Ge
häuse 2 eintretender Nebeneinlaß 17 angeordnet, der im wesentlichen
durch einen quer zur Strömungsrichtung des zu reinigenden Luftstro
mes verlaufenden Schlitz 18 in der Oberseite 13 des Gehäuses 2 gebil
det ist. Dieser Schlitz 18 wird auf der stromaufwärts gelegenen Seite
durch eine Rückwand 20 begrenzt und auf der stromabwärts gelegenen
Seite durch eine Vorderwand 21. Die Rückwand 20 und die Vorderwand
21 beginnen an der Unterseite der Einströmkammer 10 und bilden zu
nächst ebene Einströmflächen 22 beziehungsweise 23 aus, die in
Richtung auf das Innere des Gehäuses 2 keilförmig zusammenlaufen
und dadurch einen engsten Querschnitt 24 ausbilden. Der Winkel der
beiden Einströmflächen 22 und 23 liegt beispielsweise zwischen 10°
und 45°.
Die Einströmfläche 22 der Rückwand 20 geht über in eine entgegen der
Strömungsrichtung des zu reinigenden Luftstroms im Gehäuse 2 gebo
gene Ausströmfläche 25, die geringfügig stromaufwärts des engsten
Querschnitts 24 beginnt und zunächst eine zunehmende und dann wie
der eine abnehmende Krümmung aufweist, das Ende der Ausströmflä
che 25 verläuft im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung des zu
reinigenden Luftstroms im Gehäuse 2.
An die Einströmfläche 23 der Vorderwand 21 schließt sich eine Aus
strömfläche 26 an, die im dargestellten Ausführungsbeispiel in Rich
tung des zu reinigenden Luftstromes abgebogen ist, bei dem engsten
Querschnitt 24 beginnt und zunächst eine zunehmende und dann wie
der eine abnehmende Krümmung aufweist, das freie Ende dieser Aus
strömfläche 26 verläuft im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung
des zu reinigenden Luftstromes und fluchtet im wesentlichen mit dem
freien Ende der Ausströmfläche 25 (Fig. 2).
Der durch den Schlitz 18, die Rückwand 20 und die Vorderwand 21 ge
bildete Nebeneinlaß 17 ermöglicht den Eintritt eines Nebenluftstromes
aus der Umgebung, der durch die Einströmöffnung 14 in die Einström
kammer 10 eintritt und von dort durch den Nebeneinlaß 17 in den Teil
des Gehäuses 2 gelangt, der zwischen dem Einlaß 3 einerseits und der
ersten Abscheideeinrichtung 7 andererseits angeordnet ist, dieser Ab
schnitt bildet eine Mischkammer 27 aus, in welcher sich der durch den
Einlaß 3 eintretende, zu reinigende Hauptluftstrom vermischt mit dem
aus der Umgebung durch den Nebeneinlaß 17 eintretenden Nebenluft
strom. Dieser Nebenluftstrom wird durch den Hauptluftstrom ange
saugt, der Nebeneinlaß 17 bildet eine venturidüsenartige Anordnung
aus, in der der eintretende Nebenluftstrom beschleunigt wird, so daß in
der Mischkammer 27 eine optimale Durchmischung des Hauptluftstro
mes und des Nebenluftstromes stattfinden kann mit der Folge, daß
einmal die Strömungsverhältnisse für die Abscheidung in den nachfol
genden Abscheideeinrichtungen optimiert werden, zum anderen wird
auch der eintretende Hauptluftstrom durch die Umgebungsluft abge
kühlt, so daß die Kondensation und Agglomeration von Flüssig
keitströpfchen unterstützt werden.
Durch die beschriebene Anordnung werden aus dem zu reinigenden
Hauptluftstrom die mitgeführten Fremdsubstanzen soweit abgeschie
den, daß der gereinigte Luftstrom dann unbedenklich aus der Filter
kammer 11 wieder in die Umgebung abgegeben werden kann, dabei
wird die Qualität der Abscheidung wesentlich verbessert durch die Zu
führung des Umgebungsluftstromes durch den Nebeneinlaß 17.