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Die
Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung mit einem Zulauf für ein zu
filtrierendes Fluid, das in das Innere einer Zentrifuge zuführbar ist,
die eine Mantelfläche
als Korb aufweist, die entlang der Längsachse der Vorrichtung drehbar
geführt
ist, und die an ihrem einen freien Ende zumindest während des
Betriebes der Vorrichtung mittels eines Abschlußbodens verschließbar ist.
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Durch
die EP-A-0 710 504 ist eine gattungsgemäße Filtervorrichtung, insbesondere
Schubzentrifuge, bekannt mit einem Schubboden und einer Materialführungsfläche zur
Fest-Flüssigtrennung
von verschiedenen Materialien mit einer flüssigkeitsdichten Wanne als
Behälter,
in welcher eine mit dem Schubboden und der Materialführungsfläche ausgestattete
Aufnahmetrommel angeordnet ist, wobei der Schubboden und die Materialführungsfläche längsverschiebbar
sind. Dadurch, dass bei der bekannten Lösung die Materialführungsfläche unabhängig von dem
Schubboden verschiebbar angeordnet ist, ist ein störungsfreier
Lauf der Zentrifuge bei der entsprechenden Verarbeitung unterschiedlichster
Materialien im Filtrationsbetrieb gewährleistet.
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Bei
der bekannten Lösung
werden die in einen Eingabetrichter als Zulauf eingefüllten Materialien
zuerst in dem Zentrum der Zentrifuge abgesetzt und gleichmäßig in peripheren
radialen Richtungen verteilt unter Mitwirkung einer sich konisch
in Richtung des Schubbodens verbreiternden Materialführungsfläche. Infolge
der Fliehkraftwirkung der Zentrifuge sammeln sich die Materialien
zunächst
im unteren Teil der Aufnahmetrommel mit ihrer geschlossenen Mantelfläche an und
werden infolge der Fliehkraftwirkung und der Materialführungsfläche zu einem
unteren, geschlossenen Panzermantel der Zentrifugentrommel geschleudert,
um sich dort ringförmig
anzulegen und dann mittels des periodisch heb- und senkbaren Schubbodens
nach oben ausgeschoben zu werden. Bei der bekannten Lösung ist
der Schubboden nicht mit der Materialführungsfläche verbunden und führt getrennt
die Hebe- und Senkbewegung bzw. die Auf- und Abbewegung durch.
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Mit
der bekannten Filtervorrichtung sind sehr gute Fest-Flüssigtrennungen
möglich.
Neben der eigentlichen, als Zentrifuge dienenden Aufnahmetrommel
sind aber des weiteren längsverschiebbare
Komponenten in Form der Materialführungsfläche sowie des Schubbodens notwendig,
was insoweit die Teilevielzahl und den Steuerungsaufwand erhöht, da die dahingehenden
Komponenten unabhängig
voneinander zu verschieben sind.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
unter Beibehalten der Vorteile der bekannten Lösung insbesondere sehr gute
Trennungs- und Abscheideergebnisse zu erhalten, diese dahingehend
weiter zu optimieren, dass mit weniger Komponenten eine ko stengünstigere
Lösung
erreicht ist. Eine dahingehende Aufgabe löst eine Filtervorrichtung mit
den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit.
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Dadurch,
dass gemäß dem kennzeichnenden
Teil des Patentanspruches 1 die Mantelfläche der Zentrifuge in Richtung
der Längsachse
in einzelne Segmente unterteilt ist, die mittels einer Festlegeeinrichtung
zumindest während
des Betriebes unter Bildung eines geschlossenen Korbes aneinandergehalten
sind und die für
einen Entleervorgang der abfiltrierten Bestandteile aus dem Fluid
mittels einer Schwenkeinrichtung voneinander wegklappbar gelagert
sind, kann auf die Materialführungsflächen im Bereich
des Zulaufs nach der bekannten Lösung
verzichtet werden, so dass insoweit mit weniger Baukomponenten gleichfalls
ein sehr gutes Auftrennergebnis von Fest- zu Flüssigbestandteilen erreicht
ist.
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Die
erfindungsgemäße Filtervorrichtung zeichnet
sich dadurch aus, dass für
einen Zentrifugiervorgang unter Bildung einer geschlossenen Mantelfläche die
einzelnen Segmente in randseitige Anlage miteinander gebracht werden
und beim Zentrifugieren scheiden sich die Festbestandteile an der
Innenseite der Mantelfläche
ab. Mit Stillsetzen der Zentrifuge fallen die abfiltrierten Festbestandteile
auf den Abschlußboden
und sobald die einzelnen Segmente von der Festlegeeinrichtung freigegeben
sind, schwenken diese klappenartig nach außen ab und geben den axialen
Verfahrweg für
den Abschlußboden
frei, der insoweit in einer Querverschiebebewegung zur Längsachse
der Filtervorrichtung den Austrag an gesammeltem Material vornimmt.
Nach Abreinigen der Oberseite des Abschlußbodens und nach dessen Zurückverfahren
kann, sobald die Segmente in ihre Betriebsstellung rückverschwenkt
sind, die Zentrifuge für
einen erneuten Betrieb eingesetzt werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung
ist das jeweilige Segment der Mantelfläche aus einem eben verlaufenden
Plattenkörper
gebildet, dessen paarweise gegenüberliegenden
Begrenzungswände
im Bereich der Schwenkeinrichtung und des Abschlußbodens parallel
zueinander verlaufen und ansonsten in Richtung der Schwenkeinrichtung
im schrägen
Winkel aufeinander zulaufen. Hierdurch ergibt sich insgesamt eine
Schräganordnung
für die
Mantelfläche
der Zentrifuge in der Art eines im Querschnitt gesehen prismatischen
Kegelstumpfes und insoweit lassen sich mit der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung sehr
große
Abscheideraten für
Feststoffe erreichen, wozu auch Späne von Kühlschmiermittelflüssigkeiten od.
dgl. zugerechnet werden können.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung
sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.
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Im
folgenden wird die erfindungsgemäße Filtervorrichtung
anhand eines Ausführungsbeispiels nach
der Zeichnung näher
erläutert.
Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die
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1 eine
Seitenansicht auf die Filtervorrichtung als Ganzes;
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2 eine
Draufsicht auf die Mantelfläche der
Zentrifuge mit ihren einzelnen Teilsegmenten, wobei in Blickrichtung
auf die 2 gesehen das rechte Einzelsegment
in einer Schwenkstellung von ca. 45° und in einer Schwenkstellung
von ca. 90° exemplarisch
wiedergegeben ist.
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Die
erfindungsgemäße Filtervorrichtung weist
einen Zulauf 10 auf, beispielsweise in der Art eines rohrförmigen Einfüllstutzens
(vgl. 1), der mit seinem freien Ende in den oberen Bereich
einer als Ganzes mit 12 bezeichneten Zentrifuge mündet. Über den
genannten Zulauf 10 lassen sich verschmutzte Fluidmedien
zuführen,
die als Verschmutzungsbestandteile insbesondere Feststoffe aufweisen,
und die erfindungsgemäße Filtervorrichtung
ist besonders gut geeignet, zum Abreinigen von Spänen in Kühlschmiermittelflüssigkeiten
zu dienen, wie sie allgemein im Werkzeugmaschinenbau Anwendung finden.
Die 1 zeigt die Filtervorrichtung in der Betriebssituation,
bei der die Zentrifuge 12 eine in sich geschlossene Mantelfläche 14 aufweist.
Die Mantelfläche 14 ist
entlang der Längsachse 16 der
Vorrichtung drehbar geführt
und ist an ihrem unteren freien Ende mittels eines Abschlußbodens 18 verschlossen.
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Die
Mantelfläche 14 ist
in Richtung der Längsachse 16 der
Vorrichtung in einzelne Segmente 20 unterteilt, wobei gemäß Darstellung
nach der 2 insgesamt sechs Segmente 20 die
Mantelfläche 14 bilden.
Die einzelnen Segmente 20 sind mittels einer Festlegeeinrichtung 22 (1)
zumindest während
des Betriebes der Vorrichtung unter Bildung des geschlossenen Korbes
der Zentrifuge 12 aneinandergehalten und die Segmente 20 sind
für einen Entleervorgang
der abfiltrierten Bestandteile aus dem Fluid mittels einer Schwenkeinrichtung 24 voneinander
wegklappbar an ihrem oberen Ende gelagert.
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Das
jeweilige Segment 20 der Mantelfläche 14 ist aus einem
eben verlaufenden Plattenkörper gebildet,
dessen paarweise gegenüberliegenden
Begrenzungswände 26, 28 im
Bereich der Schwenkeinrichtung 24 und des Abschlußbodens 28 parallel
zueinander verlaufen und ansonsten in Rich tung der Schwenkeinrichtung 24 als
weitere Begrenzungswände 30 im
schrägen
Winkel aufeinander zulaufen (vgl. insbesondere 2).
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Die
Schwenkeinrichtung 24 erlaubt mittels einer Rückstellkraft,
dass die einzelnen Segmente 20 voneinander wegklappen können, sobald
die Festlegeeinrichtung 22 die Segmente 20 freigibt.
Hierzu kann die Schwenkeinrichtung 24 mit ihrer Schwenkachse 32 verbunden
eine Rückstellfeder,
beispielsweise in der Art einer Torsionsfeder, aufweisen, die in der
in 2 gezeigten Betriebsstellung vorgespannt ein Hochschwenken
oder Hochklappen des jeweiligen Segmentes 20 um die zuordenbare
Schwenkachse 32 erlaubt, wenn die Festlegeeinrichtung die Segmente 20 freigibt.
Eine andere gleichfalls nicht näher
dargestellte Möglichkeit
sieht vor, dass am oberen Ende eines jeden Segmentes 20 ein
winkelförmiger
Auslenkkörper
angreift, der mit einem Gegengewicht versehen die Hochklappbewegung
auslöst,
sobald die Festlegeeinrichtung 22 die Segmente 20 freigibt,
was im folgenden noch näher
erläutert werden
wird.
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Jedenfalls
wird eine Auslenkbewegung von etwa 45° gegenüber der Vertikalen erreicht,
sobald die Festlegeeinrichtung 22 ihre völlig inaktive
Stellung einnimmt. Die dahingehende Auslenkung ist exemplarisch
in der 1 sowie in der 2 strichliniert
dargestellt, wobei in der 2 zur besseren Verdeutlichung
auch eine voll geöffnete
Stellung für das
rechte Segment 20 wiedergegeben ist, bei dem dieses gegenüber der
Längsachse 16 bzw.
gegenüber
der Vertikalen einen Schwenkwinkel von etwa 90° einnimmt und dann am weitesten
hinausragt. In der weggeklappten Stellung der Segmente 20 und mithin
im inaktiven Zustand der Zentrifuge 12 kann, wie dies des
weiteren die 1 zeigt, der Abschlußboden 18 quer
zur Längsachse 16 mittels
einer Betätigungseinrichtung 34 – auch von
Hand – über eine Seitenklappe 36 aus
dem Gehäuse
oder Behälter 38 der
Filtervorrichtung aus gefahren werden, der ansonsten insoweit zumindest
den unteren Bereich der Zentrifuge 12 außenumfangsseitig
umfaßt
und mit einer unteren Ablauföffnung 40 dafür Sorge
trägt,
dass das die Zentrifuge 12 verlassende Fluid, insbesondere
in Form von Kühlschmiermittelflüssigkeit,
in den Betriebsablauf einer Werkzeugmaschine rückführbar ist.
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Die
Betätigungseinrichtung 34 kann
auch eine Betätigung
mittels eines Arbeitszylinders 42, beispielsweise in Form
eines Pneumatikzylinders, ermöglichen.
Damit der Abschlußboden 18 sich
zusammen mit der Zentrifuge 12 drehen kann, ist er mit seinem
unteren bodenseitigen Ende in einer Drehaufnahme 44 am
freien Ende der Betätigungseinrichtung 34 geführt. Der
von der Betätigungseinrichtung 34 zurückzulegende
Seiten- oder Querhub ist jedenfalls derart gewählt, dass für einen Abreinigungsvorgang
der Oberseite des Abschlußbodens 18 dieser vollständig den
Behälter 38 über die
dann hochgeklappte Seitenklappe 36 verlassen kann. Im Hinblick auf
die anstehenden Verfahrwege kann insoweit die Betätigungseinrichtung 34 einen
Teleskopzylinder (nicht dargestellt) aufweisen.
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Für die Drehung
der Mantelfläche 14 zusammen
mit dem Abschlußboden 18 und
somit für
die Drehung der Zentrifuge 12 dient ein Drehantrieb, der gemäß der Darstellung
nach der 1 als Riementrieb 46 ausgebildet
ist. Von dem Riementrieb 46 ist im wesentlichen nur eine
der Riemenscheiben 48 dargestellt, die mir ihrer keilförmigen Ausnehmung dem
Angriff eines nicht näher
dargestellten Antriebsriemens dient und des weiteren ist die Riemenscheibe 48 über ein übliches
Lager 50 drehbar an einem Gehäusestutzen 52 der
Vorrichtung gelagert, der mit seiner Innenausnehmung unmittelbar
den Zulauf 10 bilden kann oder eine Aufnahmemöglichkeit
für das bereits
angesprochene und in 1 dargestellte Zulaufrohr bildet.
An der Unterseite der Riemenscheibe 48 ist fest die Schwenkeinrichtung 24 angelenkt
mit ihren einzelnen Segmenten 20, die insoweit den Aufnahmekörper für die Zentrifuge 12 ausbilden.
Aufgrund des quadratischen Zuschnitts des Abschlußbodens 18 wird
dieser über
die Segmente 20 mitgenommen, sofern diese in Aneinanderlage
den Abschlußboden 18,
wie in 1 gezeigt, endseitig seitlich übergreifen und insoweit über die
Drehaufnahme 44 der Betätigungseinrichtung 34 mitnehmen
können.
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Um
eine gute Abscheiderate an Feststoffen oder Festteilchen auf der
Innenwandung der Mantelfläche 14 zu
erreichen, sind die einzelnen Segmente 20 mit einer nicht
näher dargestellten
Perforierung versehen, die den Fluiddurchtritt erleichtert. Die
dahingehende Perforierung kann auch mit einem zusätzlichen
Filtermaterial (nicht dargestellt) überdeckt sein, das auch die
Perforierung vollständig
ersetzen kann, wobei mit dem dahingehenden Filtermaterial sich eine
selektive Filtrierung mit der Vorrichtung vornehmen läßt.
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Die
bereits angesprochene Festlegeeinrichtung 22 weist ein
ringförmiges
Festlegeelement 54 auf, das nach innen hin eine Innenausnehmung
aufweist, die der Außenkontur
der Zentrifuge 12 insbesondere im Bereich der Nähe des Abschlußbodens 18 angepaßt ist und
das außenumfangsseitig
als zylindrischer Ringkörper
in einer klammerartigen Aufnahme 56 der Festlegeeinrichtung 22 drehbar
gelagert ist. Ferner weist das Festlegeelement 54 an seinem
freien Ende, das der Außenseite
der Segmente 20 zugewandt ist, eine schräge Anlagefläche 58 auf, deren
Neigung der Schrägneigung
der einzelnen Segmente 20 entspricht, die im Betriebszustand
gemäß der Darstellung
nach der 1 gegenüber der Vertikalen, also bezogen
auf die Längsachse 16 gesehen,
einen Schrägwinkel
von ca. 13° aufweist.
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Die
Aufnahme 56 ist in einer stabartigen Längsführung 60 als Teil
der Festlegeeinrichtung 22 auf- und abbewegbar geführt, wobei
ein nicht näher dargestellter
Arbeitszylinder, beispielsweise in Form eines Pneumatikzylinders,
die dahingehende Verschiebebewegung für die Aufnahme 56 veranlaßt. Verfährt in Blickrichtung
auf die 1 gesehen die Aufnahme 56 nach
oben, nimmt sie das ringförmig geschlossene
Festlegeelement 54 mit, bis eine maximal obere Position
(liniert gezeichnet) erreicht ist, bei der die einzelnen Segmente 20 freigegeben
ihre den Abschlußboden 18 freigebende
Stellung um einen Schwenkwinkel von ca. 45° erreicht haben. Bei der dahingehenden
Aufwärtsbewegung
ist die Zentrifuge 12 stillgesetzt, so dass bei der Abwärtsbewegung
der Aufnahme 56 das Festlegeelement 54 in mitnehmende
Anlage mit dem Außenumfang
der prismatischen Mantelfläche 14 in
der Art eines Kegelstumpfes gelangen kann.
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Die
Längsführung 16 mit
längsverfahrbarer Aufnahme 56 ist
vorzugsweise in radial gleichen Abständen zueinander insgesamt 3-fach
bei der Filtervorrichtung vorhanden, so dass hemmnisfrei eine Auf-
und Abbewegung für
das Festlegeelement 54 erreichbar ist. Vorzugsweise sind
die Längsführungen 16 dabei
derart übereck
an der Mantelfläche 14 angeordnet,
dass die freie Aus- und Einschwenkbewegung für die einzelnen Segmente 20 nicht
behindert wird. Um einen schonenden Betrieb zu gewährleisten,
kann das ringartige Festlegeelement 54 zumindest im Bereich
seiner Anlage mit der Außenseite der
Mantelfläche 14 ein
elastisch nachgiebiges Material beinhalten, beispielsweise in Form
eines Elastomermaterials. Auch sind die Abstände der Längsführungen 16 derart
zu wählen,
dass der Abschlußboden 18 ungehindert
aus dem Behälter 38 über die Seitenklappe 36 aus-
und einführbar
ist.
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Im
Hinblick auf die hohen Umlaufgeschwindigkeiten für die Mantelfläche 14 der
Zentrifuge 12 ist der Riementrieb 46 über den
Gehäusestutzen 52 an einem
Gehäusedeckel 62 des
Behälters 38 mit Schwingungslagern 64 versehen.
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Des
besseren Verständnisses
wegen soll nunmehr im folgenden exemplarisch ein Arbeitszyklus mit
der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung
dargestellt werden.
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Für einen
Betrieb sind die einzelnen Segmente 20 aneinandergelegt
und bilden eine geschlossene, korbartige Mantelfläche 14 aus
gemäß der Darstellung
nach der 1. Über den Zulauf 10 erfolgt
im Betrieb der Zentrifuge 12, also bei deren drehendem
Umlauf, die Zufuhr von Fluidmedium, das mit Feststoffen verunreinigt
ist, beispielsweise in Form von mit Spänen verunreinigter Kühlschmiermittelflüssigkeit.
Durch die Fliehkraft legen sich die Festteile an der Innenwand der
Segmente 20 an und das Fluid durchtritt die Perforierung
der einzelnen Segmente 20, was die Abfuhr des Fluids über die
Ablauföffnung 40 des
Behälters 38 an
dessen Unterseite ermöglicht.
Insoweit läßt sich
das abfiltrierte Fluid im Kreislauf zurückführen. In dieser Betriebssituation
ist die jeweils eingesetzte Aufnahme 56 mit dem ringförmigen Festlegeelement 54 in
der unteren in der 1 gezeigten Festlegeposition
und im übrigen schließt der Abschlußboden 18 die
Mantelfläche 14 nach
unten hin ab. Aufgrund der Schrägneigung
der Mantelfläche 14 scheiden
sich die Feststoffpartikel im Querschnitt gesehen in der Art eines
Paraboloids an der Innenwand der Zentrifuge 12 ab, was
bei stillgesetzter Zentrifuge 12 ein gutes Herabfallen
der Feststoffteile auf die Oberseite des Abschlußbodens 18 ermöglicht.
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Zur
Freigabe der einzelnen Segmente 20 verfährt dann die jeweilige Aufnahme 56 mit
dem Festlegeelement 54 entlang der zuordenbaren Längsfüh rung 60 nach
oben, was in 1 strichliniert angedeutet ist.
Die dahingehende Freigabestellung ermöglicht ein Ausschwenken für die einzelnen Segmente 20 um
ca. 45° gegenüber der
Vertikalen, was in der 1 für das ganz rechte Segment 20 exemplarisch
dargestellt ist. Durch das Wegklappen oder Wegschwenken der einzelnen
Segmente 20 ist der Abschlußboden 18 freigegeben
und kann nunmehr mittels Ansteuern der Betätigungseinrichtung 34 über die
Klappe 36 den Behälter 38 verlassen,
wobei insoweit das bei der Filtration entstandene Fluid bereits über die
Ablauföffnung 40 abgegeben
wurde. Außerhalb
des Behälters 38 läßt sich
dann die Oberseite des Abschlußbodens 18 abreinigen,
beispielsweise abkehren oder abspülen, und nach Abreinigen fährt der
Abschlußboden 18 in
seine Betriebsstellung gemäß Darstellung
nach der 1 zurück.
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Fahren
nun wiederum die Aufnahmen 56 von ihrer strichlinierten
Position in die untere durchgezogene Position, wird insoweit auch
das ringförmige Festlegeelement 54 mitgenommen
und dieses zwingt entgegen der Kraft einer Rückstellfeder, eines Gegengewichtes
od. dgl. die Segmente 20 in ihre Betriebsstellung zurück, bei
der diese wiederum die geschlossene Mantelfläche 14 ausbilden.
In der dahingehenden geschlossenen Stellung steht dann die Zentrifuge 12 für einen
erneuten Betrieb zur Verfügung.