DE10144724A1

DE10144724A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Entsorgen von bei der Metallbearbeitung anfallenden Spänen sowie Staub

Info

Publication number: DE10144724A1
Application number: DE10144724A
Authority: DE
Inventors: Karl Beising
Original assignee: LIQUI FILTER GmbH
Current assignee: LIQUI FILTER GmbH
Priority date: 2001-09-11
Filing date: 2001-09-11
Publication date: 2003-03-27
Anticipated expiration: 2021-09-12
Also published as: DE10144724B4

Abstract

Ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Entsorgen von bei der Metallbearbeitung anfallenden Spänen sowie Staub weist einen luftdichten Spänekanal 2 für die Späne sowie für die abgesaugte, staubhaltige Luft auf. In diesem Spänekanal 2 setzt sich der Schwer-Staub auf den Spänen ab und wird einem darunter befindlichen Sammelbehälter 9 zugeführt. Der Leicht-Staub wird nach oben hin abgesaugt und mittels eines Filters 12 gefiltert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entsorgen von bei der Metallbearbeitung anfallenden Spänen sowie Staub nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1; die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
Neue Werkzeuge und Materialien sowie leistungsfähige Spindelantriebe und steifere Werkzeug-Werkstück-Systeme ermöglichen immer häufiger die kühlmittelfreie, trockene Zerspanung. Daraus ergeben sich unter anderem folgende, für diese Arbeit relevante Konsequenzen: Die beim Zerspanen entstehende Wärme wird nicht mehr mit dem Kühlmittel entzogen. Vielmehr geht die Wärme in den Span. Das Werkzeug, besonders aber die Späne und sogar die umgebende Luft werden dadurch sehr heiß. Reste von Konservierungsöl und Waschwasser auf dem Werkstück verdampfen, trockene Zunderreste und Schmutz bilden teilweise erhebliche Staubnebel. Die Späne fallen immer noch an, nur werden sie jetzt nicht mehr mit der Kühlflüssigkeit abgespült, sondern müssen per Schwerkraft auf das Transportband. Mit der trockenen Hitze müssen diese Späne-Transportbänder fertig werden. Die gesundheitsschädlichen Stäube müssen kontinuierlich abgesaugt werden. Das erfordert hohe Absaugleistungen, folglich voluminöse Anlagen mit hohem Energie- und Platzbedarf sowie störender Lärmentwicklung. Aus der Absaugung ergibt sich wiederum die Notwendigkeit der Filterung mit Umwelt- und teilweise sogar Hallenqualität. Energieverluste durch Ausblasen warmer (geheizter) Hallenluft sollten jedoch nicht erfolgen. Das erfordert nämlich Wärmetauscher zur Energierückgewinnung. Wird die Absaugluft in die Halle zurückgeblasen, muß eine sorgfältigere Behandlung gegen Geruchs- und Staubbelastung erfolgen.
Die bekannten Verfahren sowie Vorrichtungen zum Entsorgen von bei der Metallbearbeitung anfallenden Spänen sowie Staub sehen somit einen Späneförderer vor, mittels dem die Späne abgeführt werden. Davon separat wird der Staub abgeführt und durch einen Filter geleitet. Die Staubentsorgung ist technisch sehr aufwendig, weil er entgegen der Erdanziehung nach oben abgesaugt wird, d. h. es wird gegen die Gravitation gearbeitet.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Entsorgung des bei der Metallbearbeitung anfallenden Staubes zu verbessern.
Die technische Lösung ist verfahrensmäßig gekennzeichnet durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1.
Die Grundidee des erfindungsgemäßen Entsorgungsverfahrens besteht darin, den Staub in zwei Anteile zu separieren, nämlich in einen ersten Anteil in Form des Schwer-Staubes, welcher durch die Gravitation nach unten fällt, und in einen zweiten Anteil, nämlich den Leicht- Staub mit Schwebestoffen, welcher - wie bisher - durch einen Filter geleitet wird. Für diesen Leicht-Staub mit seinen Schwebestoffen wird nur ein relativ geringer Luftstrom benötigt. Außerdem wird der Filter nicht mit dem Schwer-Staub belastet. Das Grundprinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß nicht gegen die Erdanziehung gearbeitet wird, sondern daß vielmehr hinsichtlich der Entsorgung des Schwer-Staubes die Erdanziehung ausgenützt wird. Daraus ergeben sich eine Vielzahl von Vorteilen: Der Absaugpunkt liegt deutlich näher an der Stelle der Staubentwicklung selbst. Die erforderliche Luftgeschwindigkeit wird mit weniger Volumenstrom erreicht. Das senkt den Raum- und Leistungsbedarf der Absauganlage, folglich auch den der nachgeschalteten Filter. Der Lüfterlärm wird ebenfalls reduziert. Die für einen Staubtransport per Luft nötige Luftgeschwindigkeit im Rohr und die damit verbundene Geräuschentwicklung ist nicht unbedingt nötig, da der Staubtransport vom Späneförderer übernommen wird. Durch den starken Luftzug im Spänetransportkanal wird den heißen Spänen ein großer Teil ihrer Wärme entzogen. Dies senkt die Brandgefahr am Aufstellungsort des Spänesammelbehälters.
Die Weiterbildung gemäß Anspruch 2 geht von dem Grundgedanken aus, daß ausgehend vom Maschinenbett die Späne und der Staub im gleichen Transportmittel transportiert werden. Während des Durchlaufens der Transportstrecke setzt sich der Schwer-Staub auf den Spänen ab, und nur der darüber befindliche Leicht-Staub wird abgesaugt. Da sich der Schwer-Staub auf den Spänen absetzt, fällt er zusammen mit den Spänen in den dafür vorgesehenen Sammelbehälter.
Die Weiterbildung gemäß Anspruch 3 geht davon aus, daß die Späne sowie der Schwer- Staub aufgrund der Gravitationskraft in die Sammelstelle fallen. Dies bedingt, daß die Späne sowie der Schwer-Staub nach oben transportiert werden, so daß sie anschließend in einen darunter befindlichen Sammelbehälter fallen können.
Der Vorteil der Weiterbildung gemäß Anspruch 4 besteht darin, daß die Späne sowie insbesondere der Schwer-Staub problemlos aufgrund der Gravitation in den darunter befindlichen Sammelbehälter fallen können, ohne daß die Gefahr besteht, daß Teile des Schwer-Staubes durch den Luftstrom mitgerissen werden.
Die Weiterbildung gemäß Anspruch 5 hat den Vorteil, daß dadurch eine technisch einfache Möglichkeit geschaffen ist, um den Filter von dem Leicht-Staub zu befreien. Erfindungsgemäß wird hierfür ein Druckluftimpuls verwendet, welcher derart stark ist, daß der Leicht- Staub dadurch vom Filter gelöst werden kann und dieser somit in den gleichen Sammelbehälter herunterfällt.
Die technische Lösung zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens ist vorrichtungsmäßig gekennzeichnet durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 6.
Die Grundidee der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß der Spänekanal zugleich auch als Abführkanal für den Staub dient. Die schweren Staubanteile setzen sich auf dem Späneförderer ab und können zum Austrag geführt werden. Dort fallen sie zusammen mit den Spänen in einen darunter befindlichen Sammelbehälter. Der Leicht-Staub, nämlich die Schwebestoffe werden demgegenüber nach oben hin abgesaugt und in einem Filter aufgefangen.
Die Weiterbildung gemäß Anspruch 7 schlägt vor, daß der Spänekanal einen mechanischen Förderer, beispielsweise einen Ketten-Kratzförderer oder eine andere Art von Förderer aufweist. Dadurch ist eine technisch einfache Möglichkeit geschaffen, um die auf dem Boden des Spänekanals liegenden Späne sowie den Schwer-Staub hin zum Austrag oberhalb des Sammelbehälters zu führen.
Die Weiterbildung gemäß Anspruch 8 schafft eine Optimierung des Strömungswiderstandes. Durch horizontale Bleche wird der Spänekanal in eine obere (kalte und schnelle) und eine untere (warme und langsame) Strömungszone unterteilt. Unterbrechungen dieser Leitbleche erlauben es den schweren Staubanteilen, sich in den Spänen abzusetzen.
Eine weitere Weiterbildung schlägt gemäß Anspruch 9 vor, daß der Spänekanal ansteigend ausgebildet ist. Beispielsweise kann der Anstiegswinkel etwa 60° betragen. Andere Ansteigwinkel sind selbstverständlich denkbar. Indem der Spänekanal gemäß dieser Weiterbildung ansteigend ausgebildet ist, wird der Schwer-Staub mittels des Kratzförderers nach oben befördert, ohne daß hierzu ein Luftstrom notwendig ist.
Der Vorteil der Weiterbildung gemäß Anspruch 10 besteht darin, daß sich die schweren Staubanteile vorrangig im Zuge der sanften Querschnittserweiterung absetzen.
Die Weiterbildung gemäß Anspruch 11 hat den Vorteil, daß durch den luftdichten Anschluß des Sammelbehälters dort keine Luftströmung entsteht, so daß die Späne sowie der Schwer-Staub problemlos nach unten fallen können.
Die Weiterbildung gemäß Anspruch 12 hat den Vorteil, daß die Luft in dem Trichter durch eine schnelle, aber nicht abrupte Querschnittserweiterung abgebremst wird. So werden die regenerierbaren Filterpatronen langsam und gleichmäßig angeströmt. Ein Teil des Leicht- Staubes wird nicht mehr mitgerissen und kann sich noch vor den Filtern auf der Trichterwand absetzen und rutscht von dort in den darunter befindlichen Sammelbehälter. Der Leicht-Staub baut sich an der Außenwand der Filterpatronen auf. Das verbessert einerseits die Filterwirkung, vergrößert aber andererseits den Druckabfall über dem Filter.
Die Weiterbildung gemäß Anspruch 13 schafft eine Möglichkeit der einfachen Reinigung des Filters. Die Grundidee besteht darin, den Staubkuchen an den Filterpatronen mittels einer Druckluftimpuls-Reinigungsanlage von innen abzublasen. Der Staub fällt durch den den Filtern zugeordneten Schmutzraum, durch den Trichter, durch den Kratzförderer und durch die Behälterdichtung in den Sammelbehälter. Bei ausreichender Dimensionierung der Blasdüsen kann die Abreinigung der Filter bei laufender Anlage erfolgen.
Die Weiterbildung gemäß Anspruch 14 schlägt die Nachordnung eines Feinfilters vor. Dies erfolgt vorzugsweise dann, wenn gesundheitsschädliche Stäube entstehen oder in die Werkhalle ausgeblasen wird. Dann kann die Filteranlage mit einem Absolut-Filter komplettiert werden. Bei fehlendem Feinfilter oder bei höheren Anforderungen an die Lärmemission kann optional ein Schalldämpfer eingesetzt werden.
Schließlich schlägt die Weiterbildung gemäß Anspruch 15 einen modularen Aufbau der Entsorgungsanlage vor. Die Grundidee besteht darin, die einzelnen Module in einer Art Turm übereinander anzuordnen. Die Zuführung zu dem Turm erfolgt über einen ansteigenden Spänekanal, welche von dem Maschinenbett ausgeht. Dadurch ist eine Anlage geschaffen, welche sich individuell an die jeweiligen Bedürfnisse anpassen läßt und welche insbesondere nur wenig Platz benötigt. So kann die Anlage direkt neben der Bearbeitungsmaschine aufgestellt werden.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Entsorgungsvorrichtung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt:
Fig. 1 eine Längsschnittdarstellung durch die Anlage;
Fig. 2 eine Querschnittsdarstellung durch die Anlage im Bereich des Turmes;
Fig. 3 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt durch den Spänekanal.
Die Entsorgungsanlage ist insgesamt modular aufgebaut. Die Modulelemente sind dabei in einer Art Turm aufgebaut.
Auf einem Maschinenbett 1 befindet sich eine nicht dargestellte Metallbearbeitungsmaschine. Von dem Maschinenbett 1 geht ein Spänekanal 2 aus, welcher nach Durchlaufen eines Bogens einen Anstieg mit einem Winkel von etwa 60° vollführt und anschließend nach Durchlaufen eines weiteren Bogens wieder in die Horizontale übergeht. In diesem luftdicht abgeschlossenen Spänekanal 2 etwa in der Längsmittelebene liegen Leitbleche 3. Im dadurch abgegrenzten unteren Bereich des Spänekanals 2 befindet sich ein Kratzförderer 4. Dabei sind beidseits des Kanals um Kettenräder 5 Ketten 6 für querverlaufende Kratzbleche 7 geführt.
Der Spänekanal 2 mit seinem Kratzförderer 4 mündet in einer Abzweigungseinrichtung 8 im Turm. Unterhalb dieser Abzweigungseinrichtung 8 befindet sich ein Sammelbehälter 9. Zwischen der Abzweigungseinrichtung 8 und dem Sammelbehälter 9 ist eine luftdichte Dichtung 10 angeordnet.
Oberhalb der Abzweigungseinrichtung 8 befindet sich ein Trichter 11, welcher sich nach oben hin konisch erweitert. Darüber befinden sich Filter 12. Darüber befindet sich eine Druckluftimpulsreinigungsanlage 13 mit Blasdüsen und darüber wiederum ein Ventilator 14. Darüber befindet sich ein Feinfilter 15 sowie schließlich ein Schalldämpfer 16.
Die Funktionsweise der Anlage ist wie folgt:
Die abzusaugende staubhaltige Luft zieht nach unten durch das Maschinenbett 1 in den luftdichten Spänekanal 2. Außerdem sammeln sich in dem Spänekanal 2 die Späne. Dieser Spänekanal 2 ist zur Optimierung des Strömungswiderstandes durch die horizontalen Leitbleche 3 in eine obere (kalte und schnelle) und eine untere (warme und langsame) Strömungszone unterteilt. Mittels des Kratzförderers 4 werden die Späne in Richtung Abzweigungseinrichtung 8 transportiert. Unterbrechungen in den Leitblechen 3 erlauben es den schweren Staubanteilen, sich aufgrund der Erdanziehung unten in den Spänen abzusetzen. Dies geschieht vorrangig im Zuge der sanften Querschnittserweiterung des Spänekananls 2 während des Anstiegs. Somit fallen die Späne sowie der Schwer-Staub durch die luftdichte Dichtung 10 direkt in den darunter befindlichen Sammelbehälter 9.
Der Großteil der Schmutzluft wird mitsamt dem Leicht-Staub am Ausgang des Spänekanals 2 im Bereich der Abzweiungseinrichtung 8 nach oben gesaugt. Die Luft wird im Trichter 11 durch eine schnelle, aber nicht abrupte Querschnittserweiterung abgebremst. So wird der Filter 12 in Form von regenerierbaren Filterpatronen langsam und gleichmäßig angeströmt. Ein Teil des Leicht-Staubes wird nicht mehr mitgerissen und kann sich noch vor den Filtern 12 an der Wand der Trichters 11 absetzen.
Der Leicht-Staub baut sich zum größten Teil an der Außenwand der Filterpatronen auf. Das verbessert einerseits die Filterwirkung vergrößert aber andererseits auch den Druckabfall über dem Filter 12. Deshalb wird der Staubkuchen über der Filterpatrone mittels der Druckluftimpulsreinigungsanlage 13 von innen abgeblasen. Der Leicht-Staub fällt durch den den Filterpatronen benachbarten Schmutzraum, durch den Trichter 11, durch den Kratzförderer 4 und durch die Dichtung 10 in den Sammelbehälter 9.
Die durch einen Drucklufttank gespeiste Blasdüse der Druckluftreinigungsanlage 13 wird bei einem Reinigungsimpuls und entsprechender Anordnung so nochmals die doppelte Luftmenge von der Seite in die Filterpatronen mitgerissen. Bei ausreichender Dimensionierung der Blasdüsen kann die Abreinigung bei laufendem Lüfter erfolgen.
Gesundheitsbedenkliche Stäube und bei Ausblasen der Abluft in die Werkhalle wird die Abluft noch durch den Feinfilter 15 hindurchgeleitet. Schließlich dient der Schalldämpfer 16 der Reduzierung der Lärmemission. Bezugszeichenliste 1 Maschinenbett
2 Spänekanal
3 Leitblech
4 Kratzförderer
5 Kettenrad
6 Kette
7 Kratzblech
8 Abzweigungseinrichtung
9 Sammelbehälter
10 Dichtung
11 Trichter
12 Filter
13 Druckluftreiniungsanlage
14 Ventilator
15 Feinfilter
16 Schalldämpfer

Claims

1. Verfahren zum Entsorgen von bei der Metallbearbeitung anfallenden Spänen sowie Staub,
bei dem die Späne abgeführt und gesammelt werden und
bei dem der Staub abgesaugt und gefiltert wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß nur der Leicht-Staub gefiltert wird und
daß der Schwer-Staub zusammen mit den Spänen abgeführt und gesammelt wird.

2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet,
daß der Staub längs der Transportstrecke für die Späne zu der Sammelstelle abgesaugt wird und
daß sich der Schwer-Staub aufgrund der Gravitationskraft auf den Spänen absetzt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Späne sowie der Schwer-Staub aufgrund der Gravitationskraft in die Sammelstelle fallen.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Abzweigungsbereich, wo der Leicht-Staub der Filterstrecke und die Späne zusammen mit dem Schwer-Staub der Sammelstelle zugeführt werden, der Zweig aus Spänen und Schwer-Staub im wesentlichen nicht im Absaugluftstrom des Leicht- Staubes liegt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von Zeit zu Zeit der im Filter hängende Leicht-Staub durch einen Druckluftimpuls vom Filter gelöst wird und in die Sammelstelle für die Späne und den Schwer-Staub fällt.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche
mit einem Späneförderer,
mit einem an den Späneförderer angeschlossenen Sammelbehälter (9) für die Späne sowie
mit einem Filter (12) für den Staub,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Späneförderer als Spänekanal (2) für die Späne sowie für den Staub ausgebildet ist und
daß der Spänekanal (2) in einer Abzweigungseinrichtung (8) mündet, bei der sich unterhalb der Sammelbehälter (9) für die Späne und den Schwer-Staub und bei der sich oberhalb der Filter (12) für den Leicht-Staub befindet.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spänekanal (2) einen mechanischen Förderer, insbesondere einen Kratzförderer (4) aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spänekanal (2) durch horizontale Leitbleche (3) in einen oberen Bereich und in einen den Kratzförderer (4) aufweisenden unteren Bereich unterteilt ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spänekanal (2) ansteigend ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Spänekanal (2) zur Abzweigungseinrichtung (8) hin erweitert.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Abzweigungseinrichtung (8) und dem Sammelbehälter (9) eine luftdichte Dichtung (10) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Abzweigungseinrichtung (8) vor dem Filter (12) ein in Strömungsrichtung sich erweiternder Trichter (11) angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Filter (12) eine Druckluftimpulsreinigungsanlage (13) zugeordnet ist.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Filter (12) ein Feinfilter (15) nachgeordnet ist.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelelemente der Vorrichtung als Module ausgebildet sind, daß die Module in der Art eines Turmes übereinander gestapelt angeordnet sind und daß in dem Turm der Spänekanal (2) mündet.