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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung des einem Zerspanungsprozeß zugeführten Kühlschmierstoffes, bei dem flüssiger Kühlschmierstoff über einen Umlaufstrom geführt wird und bei der Zerspanung entstehendes Aerosol über einen Abluftstrom abgesaugt wird. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Behandlung des einer Zerspanungsanlage zugeführten Kühlschmierstoffes, mit einem Umlaufsystem zum Zuführen flüssigen Kühlschmierstoffes und mit einem Abzug zum Absaugen bei der Zerspanung entstehenden Aerosols sowie die Verwendung der Vorrichtung jeweils gemäß den Ansprüchen.
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Bei der zerspanenden Bearbeitung von Stahl, Gußeisen, Kupferlegierungen, Kunststoffen und anderen Werkstoffen werden Kühlschmierstoffe eingesetzt, die zum Schutz der Werkzeuge und der zu bearbeitenden Werkstücke dienen. Kühlschmierstoffe sind Emulsionen, die aus Wasser, mineralischem Öl, Emulgatoren, Hilfsstoffen sowie Additiven bestehen.
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Die Standzeit der Kühlschmierstoffe ist abhängig von den zu zerspanenden Werkstoffen, von der Verschmutzung durch Fremdkörpereintrag, wie beispielsweise den Eintrag von Spänen, Getriebeöl, Gleitbahnöl, Bakterien und Keimen. Die Bakterien und Keime werden insbesondere durch die die Zerspanungsanlagen bedienenden Personen in den Kühlschmierstoff eingebracht. Probleme bereiten dabei maßgeblich die anaeroben Bakterien, deren Vermehrung durch die in den Kühlschmierstoffen vorherrschenden Bedingungen rasch voranschreitet. Durch die Vermehrung der Bakterien bildet sich ein Bakterienschleim, der sich im Kühlschmierstoffsystem festsetzt und schließlich dazu führt, daß die Kühlschmierstoffe umkippen, das heißt, ihre Funktionseigenschaften verlieren.
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Ein weiteres Problem besteht darin, daß kleine Teilmengen des Kühlschmierstoffes beim Auftragen auf die sich schnell bewegenden Werkzeuge bzw. Werkstücke aerodieren. Das dabei entstehende Aerosol ist ein Ölnebel aus feinsten Kühlschmierstofftröpfchen inklusive den darin enthaltenen gesundheitsgefährdenden Emulgatoren, Hilfsstoffen und Additiven. Insbesondere bei der Bearbeitung von Gußeisen kommt hinzu, daß Bestandteile des Kühlschmierstoffes und des Bakterienschlammes verbrennen, so daß während des Zerspanungsprozesses neben dem gesundheitsgefährdenden Aerosol zusätzlich gesundheitsgefährdende Rauchgase freigesetzt werden.
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Aus der
DE 42 01 424 A1 ist eine Anordnung zum kontinuierlichen Reinigen von Öl bekannt. Diese Druckschrift zeigt, daß zumindest ein Teil des einer Hilfskammer zugeführten Öles mit Gas oder Dampfpartikeln aus dem Gasraum einer Sammelkammer geimpft wird.
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Aus der
DE 42 21 446 A1 ist ein Zentrifugalseparator bekannt, der zum Regenerieren von verbrauchten Emulsionen dient. Dabei wird die verbrauchte Emulsion von der Oberfläche entnommen, insbesondere absaugt, und erst nach einer Entlüftung dem Zentrifugalseparator unter Druck zugeleitet. Die
DE 197 27 618 A1 beschreibt ebenfalls ein Verfahren zum Abscheiden von Verunreinigungen aus Kühlschmierstoffen. Dabei wird der Kühlschmierstoff zur Erhöhung der Viskosität erwärmt. Anschließend wird er in einer Zentrifuge zentrifugiert. Aus der
DE 696 15 089 T2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufarbeiten von Öl bekannt. In eine Zyklon-Vakuum-Verdampferkammer wird der Rohstoff eingespritzt und ein Teil kondensiert und ein weiterer Teil wird als ein Bodenprodukt an einem unteren Ende des Zyklon-Vakuum-Verdampfers gesammelt.
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Die
GB 2 006 042 A beschreibt eine Vorrichtung mit der ein Aerosol mit einer Flüssigkeit beaufschlagt wird. Dies erfolgt in einem Gefäß. In dem Gefäß ist ein rotierender Körper, wodurch Komponenten aus dem Aerosol entfernt werden. Aus der
US 6,312,503 B1 ist ebenfalls ein Verfahren bekannt, bei dem Gas und Flüssigkeit miteinander kontaktiert wird, wobei in drei verschiedenen Kontaktzonen Flüssigkeit vorhanden ist, durch die das Gas hindurchgeführt werden. Damit wird letztlich gereinigtes Gas erzeugt.
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Die
EP 0 141 533 A1 beschreibt einen Flüssigkeitsreiniger mit einer Vakuumkammer in der eine rotierende Scheibenanordnung vorgesehen ist. Von dieser werden Tropfen der verunreinigten Flüssigkeit nach außen geschleudert und während der Flugdauer können innerhalb der Vakuumkammer Verunreinigungen aus den Tropfen austreten.
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Die
WO 2004/044 428 A2 zeigt ein Filterbehältnis, das einen sich drehenden Schraubenkompressor aufweist. In diesem ist eine komprimierte Flüssig-Gas-Mischung enthalten. Die relativ leichteren Flüssigkeiten werden von den übrigen Flüssigkeiten getrennt. Nach der Filtration wird ein im wesentlichen flüssigkeitsfreies komprimiertes Gas erhalten. Die Flüssigkeit kann im Falle von Öl wieder in den Kompressor gegeben werden.
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Bekannte Abzüge weisen Gewebe- und Aktivkohlefilter auf, mit denen die Aerosole aus dem Abluftstrom herausgefiltert werden. Nachteilig ist jedoch der hohe Reinigungsaufwand und der hohe Verschleiß derartiger Gewebe- und Aktivkohlefilter.
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Deshalb ist es bekannt, möglichst große Filterflächen einzusetzen, deren Nachteil jedoch in einem erhöhten Energiebedarf für entsprechend größer auszulegende Lüfter liegt.
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Bekannte Umlaufsysteme weisen geeignete Siebe, Ölabscheider und Filter auf, mit denen Grobstoffe, Fremdöle und Schwebstoffe aus dem Umlaufstrom abgeschieden werden. Die Filter werden jedoch schnell durch Bakterienschlämme dichtgesetzt, so daß auch die im Umlaufsystem angeordneten Filter regelmäßig gereinigt oder ausgetauscht werden müssen. Insgesamt stellen die regelmäßigen Wartungsarbeiten bekannter Verfahren und Vorrichtungen zur Behandlung des einem Zerspanungsprozeß zugeführten Kühlschmierstoffes einen erheblichen Kostenfaktor dar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs Gattung sowie eine Verwendung der Vorrichtung aufzuzeigen aufzuzeigen, mit denen die Standzeiten der zur Aufbereitung der Kühlschmierstoffe eingesetzten Filter erhöht werden können ohne dazu die Filterflächen zu vergrößern.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 8 sowie einer Verwendung der Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils auf diese Patentansprüche rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß der Umlaufstrom und der Abluftstrom einander ausgesetzt werden. Damit ist vorteilhaft erreicht, daß das gesundheitsgefährdende Aerosol sowie die gesundheitsgefährdenden Rauchgaspartikel durch kostengünstig zur Verfügung stehende Sedimentationsprozesse aus dem Abluftstrom herausgetragen werden und in den Umlaufstrom hineingetragen werden. Auf diese Weise wird der Abluftstrom besonders kostengünstig vorgereinigt, so daß die Standzeiten im Abluftstrom angeordneter Filter vorteilhaft erhöht sind.
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Um die naturgemäß recht langsam verlaufenden Sedimentationsprozesse zu beschleunigen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Umlaufstrom und der Abluftstrom zu einem Kühlschmierstoff-Luft-Gemisch miteinander vermengt werden. Die Beschleunigung der Sedimentationsprozesse wird dabei maßgeblich durch die beim Vermengen auftreten Zentrifugalkräfte sowie durch eine Vergrößerung der Kontaktflächen zwischen dem Umlaufstrom und dem Abluftstrom erreicht. Außerdem wird der flüssige Kühlschmierstoff durch die Vermengung mit dem Abluftstrom gekühlt und mit Sauerstoff angereichert, so daß die Vermehrungsaktivität der anaeroben Bakterien vorteilhaft herabgesetzt ist.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird das Kühlschmierstoff-Luft-Gemisch Kupfer ausgesetzt ist. Kupfer weist eine keim- und bakterienabtötende Wirkung auf, die durch die Strömungsaktivität beim Vermengen des Kühlschmierstoff-Luft-Gemisches sowie durch einen erhöhten Sauerstoffkontakt vorteilhaft verstärkt ist. Das Kupfer verhindert somit die Entstehung eines Bakterienschlammes, so daß auch die Standzeiten im Umlaufstrom angeordneter Filter vorteilhaft erhöht sind.
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Um Störungen im Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zu verhindern, werden aus dem Umlaufstrom Grobstoffe abgeschieden. Derartige Grobstoffe sind insbesondere aus dem Zerspanungsprozeß im Umlaufstrom mitgeführte Späne. Das Abscheiden der Grobstoffe kann über ein Filtrieren, Sieben oder auch über die Abscheidung mittels Magnetkräften erfolgen.
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Nachdem der Umlaufstrom mit dem Abluftstrom miteinander vermengt worden sind, wird das Kühlschmierstoff-Luft-Gemisch erfindungsgemäß in einen beladenen Umlaufstrom und in einen vorgereinigten Abluftstrom getrennt. Der beladene Umlaufstrom ist mit einem Großteil des aerosolbildenden Kühlschmierstoffes sowie mit aus möglichen Verbrennungsprozessen resultierenden Rauchgaspartikeln beladen. Der vorgereinigte Abluftstrom weist nur noch Restmengen an Aerosol und nahezu keine Rauchgaspartikel mehr auf.
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Da Aerosole die Standzeit von Gewebe- und Aktivkohlefiltern maßgeblich verkürzen, ist nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß der vorgereinigte Abluftstrom unter Abscheidung einer Restmenge an Aerosolen getrocknet wird. Anschließend wird der getrocknete Abluftstrom unter Abscheidung von Feinstäuben endgereinigt. Selbstverständlich liegt es ebenfalls im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß der beladene Umlaufstrom unter Abscheidung von Schwebstoffen gereinigt wird. Derartige Schwebstoffe sind aus dem Zerspanungsprozeß resultierende Spanpartikel sowie aus dem Abluftstrom in den Umlaufstrom hineingetragene gesundheitsgefährdende Rauchgaspartikel.
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Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung werden aus dem Umlaufstrom Fremdöle abgeschieden. Die Fremdölabscheidung erfolgt vorzugsweise im Neqbenstromverfahren. Fremdöle sind insbesondere die Mechanik der Zerspanungsmaschinen schmierende Öle und Fette, die die Eigenschaften des Kühschmierstoffes verschlechtern.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß das Umlaufsystem und der Abzug der Zerspanungsanlage über wenigstens einen Reaktionsraum miteinander verbunden sind. Dieser dient dazu, den Umlaufstrom sowie den Abluftstrom auf einer vorbestimmten Wegstrecke einander auszusetzen, so daß aus dem Abluftstrom das gesundheitsgefährdende Aerosol sowie eventuell enthaltende gesundheitsgefährdende Rauchgaspartikel durch Sedimentationsprozesse im Umlaufstrom aufgenommen werden. Damit ist eine besonders kostengünstige Vorreinigung des Abluftstromes geschaffen und die Standzeiten nachfolgend angeordneter Filter sind vorteilhaft erhöht.
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Nach einer ersten und besonders vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Reaktionsraum mit wenigstens einem Kupferteil ausgerüstet. Das Kupferteil weist vorzugsweise eine maximal große Angriffsfläche für den durch den Reaktionsraum geführten Umlaufstrom sowie für den durch den Reaktionsraum geführten Abluftstrom auf. Selbstverständlich liegt es im Rahmen der Erfindung, daß der Reaktionsraum mit anderen lediglich kupferhaltigen Materialien ausgerüstet ist.
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Erfindungsgemäß ist der Reaktionsraum als geschlossene Mischkammer ausgebildet. Damit besteht vorteilhaft die Möglichkeit, den Umlaufstrom und den Abluftstrom zu dem Kühlschmierstoff-Luft-Gemisch miteinander zu vermengen, zu vermischen, zu verrühren oder zu verwirbeln. Je nach Art des Vermengens kann die Mischkammer verschieden ausgebildete Einstrom- und Ausströmöffnungen aufweisen. Mit Vorteil sind die Einstrom- und Ausströmöffnungen derart ausgebildet, daß eine optimale Vermengung des Umlaufstromes mit dem Abluftstrom stattfinden kann. Besonders günstig ist es, die Mischkammer aufweisende Mischwerkzeuge als Kupferteile auszubilden.
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Um die Sedimentation des Aerosols bzw. das Ausfallen der aerosolbildenden Kühlschmierstofftröpfchen zu beschleunigen, ist die Mischkammer als Zentrifuge ausgebildet. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Mischkammer als Zyklon ausgebildet ist. Der Zyklon hat gegenüber der Zentrifuge den Vorteil, daß er keine rotierenden Bauteile aufweist, so daß die Einleitung des Umlaufstromes sowie des Abluftstromes und das Abführen des Kühlschmierstoff-Luft-Gemisches wesentlich vereinfacht ist. Der Zyklon weist beispielsweise einen aus Kupfer ausgebildeten Drallkörper oder aus Kupferblech ausgebildete Kammerwandungen auf.
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Nach einer nächsten Weiterbildung der Erfindung ist dem Reaktionsraum wenigstens ein Grobstoffilter vorgeschaltet. Dieser ist beispielsweise als grobmaschiges Sieb oder als Lochblech ausgebildet und dient dazu, die aus dem Zerspanungsprozeß im flüssigen Kühlschmierstoff mitgeführten Späne aus dem Umlaufstrom abzuscheiden. Außerdem schützt der Grobstoffilter nachfolgende Leitungen vor Verstopfungen mit Spänen und Fremdkörpern.
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Damit das Kühlstoff-Luft-Gemisch in den beladenen Umlaufstrom und in den vorgereinigten Abluftstrom getrennt werden können, ist dem Reaktionsraum erfindungsgemäß wenigstens ein Flüssig-Luft-Abscheider nachgeschaltet. Der Flüssig-Luft-Abscheider weist wenigstens einen Eingang zum Einleiten des Kühlschmierstoff-Luft-Gemisches, wenigstens einen Ausgang zum Abführen des im Reaktionsraum beladenen Umlaufstromes sowie wenigstens einen weiteren Ausgang zum Abführen des vorgereinigten Abluftstromes auf.
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Dem Flüssig-Luft-Abscheider ist wenigstens eine Luftreinigungsanlage nachgeschaltet. Die Luftreinigungsanlage weist vorzugsweise mehrere Filterstufen auf, die insbesondere im Luftstrom enthaltene Feinstäube abscheidet. Um die Standzeit der in der Luftreinigungsanlage angeordneten Filter zu erhöhen, ist der Luftreinigungsanlage mit Vorteil wenigstens ein Demister vorgeschaltet. Derartige Demister sind Tropfenabscheider mit einem Drahtgestrick. Mit dem Demister wird der feuchte Luftstrom unter Abscheidung einer Restmenge an Aerosolen getrocknet. Beim Abscheidevorgang durchströmen restliche Kühlschmierstofftröpfchen das Drahtgestrick, prallen aufgrund ihres Trägheitsmomentes auf die Drahtoberfläche auf, laufen an den Gestrickknotenpunkten zusammen und fallen als größere Kühlschmierstofftropfen in einen Auffangbehälter hinein.
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Nach einer nächsten Weiterbildung der Erfindung ist der Flüssig-Luft-Abscheider an wenigstens einen Flüssigkeitstank angeschlossen. Der Flüssigkeitstank dient zum Zwischenspeichern des flüssigen Kühlschmierstoffes und ist vorzugsweise über eine Nebenstromleitung an wenigstens eine Filtrationsanlage angeschlossen. Die Filtrationsanlage ist günstigerweise mehrstufig ausgebildet und weist mit Vorteil mehrfach verwendbare, auswaschbare Filterkerzen auf. Über die Filtrationsanlage werden aus dem im Flüssigkeitstank aufgenommenen Kühlschmierstoff feine Schwebstoffpartikel herausgefiltert. Vorzugsweise ist die Filtrationsanlage zweistufig ausgebildet, und es können Schwebstoffpartikel mit einer Partikelgröße bis zu 25 μm herausgefiltert werden.
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Weiter erfindungsgemäß ist die Verwendung der Vorrichtung zur Ausrüstung einer Zerspanungsanlage.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt.
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Die Figur zeigt den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Behandlung des einer Zerspanungsanlage 1 zugeführten Kühlschmierstoffes. Die Vorrichtung weist ein Umlaufsystem 2 zum Zuführen flüssigen Kühlschmierstoffes über einen Umlaufstrom 3 auf. Außerdem weist die Vorrichtung einen Abzug 4 zum Absaugen bei der Zerspanung entstehenden Aerosols über einen Abluftstrom 5 auf. Das Umlaufsystem 2 und der Abzug 4 sind über einen Reaktionsraum 6 miteinander verbunden, in welchem der Umlaufstrom 3 und der Abluftstrom 5 einander ausgesetzt werden. Der Reaktionsraum 6 ist als Zyklon 7 ausgebildet, in welchem der Umlaufstrom 3 und der Abluftstrom 5 zu einem Kühlschmierstoff-Luft-Gemisch 8 miteinander vermengt werden. Der Reaktionsraum 6 ist mit einem als Drallkörper ausgebildeten Kupferteil 9 ausgerüstet, welches vom Kühlschmierstoff-Luft-Gemisch 8 umströmt wird. Dem Reaktionsraum 6 ist ein Grobstoffilter 10 vorgeschaltet, über den aus dem Umlaufstrom 3 Grobstoffe abgeschieden werden. Weiterhin ist dem Reaktionsraum 6 ein Flüssig-Luft-Abscheider 11 nachgeschaltet, mit dem das Kühlschmierstoff-Luft-Gemisch 8 in einen beladenen Umlaufstrom 3' und in einen vorgereinigten Abluftstrom 5' getrennt wird. Dem Flüssig-Luft-Abscheider 11 ist eine Luftreinigungsanlage 12 nachgeschaltet, der wiederum ein Demister 13 vorgeschaltet ist. Am Demister 13 wird der vorgereinigte Abluftstrom 5' unter Abscheidung einer Restmenge an Aerosolen getrocknet und mit der Luftreinigungsanlage 12 wird der getrocknete Abluftstrom 5'' unter Abscheidung von Feinstäuben endgereinigt. Der Flüssigkeitsabscheider 11 ist an einen Flüssigkeitstank 14 angeschlossen, dem über eine Nebenstromleitung 15 ein Fremdölabscheider 16 zugeordnet ist. Über den Fremdölabscheider 16 werden aus dem Umlaufstrom 3, 3' kontinuierlich Fremdöle abgeschieden. Außerdem ist der Flüssigkeitstank 14 über eine Nebenstromleitung 17 an eine zweistufige Filtrationsanlage 18 angeschlossen, über die der Umlaufstrom 3, 3' unter Ausscheidung von Schwebstoffen kontinuierlich gereinigt wird. Die Nebenstromleitungen 15, 17 verfügen jeweils über eine Nebenstrompumpe 19, 20 und der Umlauftrom (3, 3') verfügt über eine Hauptstrompumpe 21.
