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Die
Erfindung betrifft eine Anlage zur Reinigung von Abluft nach dem
Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Reinigung von
Abluft in einer solchen Anlage nach dem Oberbegriff des Anspruches
13.
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Es
ist bekannt, Werkzeugmaschinen innerhalb eines von einer Umkleidung
umschlossenen Bearbeitungsraumes aufzustellen. Die beim Bearbeiten der
Werkstücke
auf der Werkzeugmaschine anfallenden Späne, Schmutzpartikel und dergleichen
sowie die verdampften Kühlschmierstoffe,
die bei der Bearbeitung der Werkstücke eingesetzt werden, werden abgesaugt.
Der mit diesen Verunreinigungen versetzte Abluftstrom wird einer
Reinigungseinrichtung zugeführt,
in der diese Verunreinigungen aus dem Abluftstrom entfernt werden.
Die gereinigte Abluft wird über
wenigstens eine Rückführleitung
in den Bearbeitungsraum zurückgeführt. Die
empfohlenen Konzentrationen von Schadstoffen in der gereinigten Abluft
werden häufig
nicht erreicht, weil vor allem die Dampfphase, bestehend aus dem
verdampften Kühlschmierstoff,
zu hoch ist. Mit mechanischen oder elektrostatischen Abscheidern
kann die Dampfphase des Abluftstroms nicht oder nur unwesentlich
reduziert werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Anlage
und das gattungsgemäße Verfahren
so auszubilden, dass die empfohlenen Konzentrationen von Schadstoffen
in der gereinigten Abluft ohne großen konstruktiven Aufwand und
aufwändige
Verfahrensmaßnahmen
erreicht werden können.
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Diese
Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Anlage
erfindungsgemäß mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und beim gattungsgemäßen Verfahren
erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruches 13 erreicht.
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Bei
der erfindungsgemäßen Anlage
liegt die Reinigungseinrichtung für die mit den Schadstoffen versehene
Abluft in einer Kreislaufführung
für ein Kühlmedium.
Es wird in den die Reinigungseinrichtung durchströmende Abluftstrom
eingeleitet. Der Abluftstrom wird durch das Kühlmedium gekühlt und dadurch
die Dampfphase verringert. Auf diese Weise kann die Dampfphase der
Abluft erheblich reduziert werden. Durch die Rückführung des gesättigten
Abluftstromes wird die Gesamtemission der Werkzeugmaschine durch
verdampftes Kühlmedium,
insbesondere verdampften Kühlschmierstoff,
verringert, da das Konzentrationsgefälle reduziert wird.
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Bevorzugt
wird als Kühlmedium
Kühlschmierstoff
eingesetzt, der ohnehin bei der Bearbeitung von Werkstücken auf
Werkzeugmaschinen eingesetzt wird.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
wird die Abluft vor dem Eintritt in den Bearbeitungsraum zur Verringerung
der Dampfkonzentration gekühlt.
Dadurch wird die Aufnahmefähigkeit
für verdampfbare Substanzen,
wie zum Beispiel Wasser oder organische Substanzen, wie Öl, erheblich
verringert.
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Bei
einer anderen erfindungsgemäßen Lösung wird
die Abluft vor dem Eintritt in den Behandlungsraum durch Kühlschmierstoff
gekühlt,
der auch der Werkzeugmaschine zur Kühlung bei der Bearbeitung der
Werkstücke
zugeführt
wird. Der Kühlschmierstoff
dient somit nicht nur zur Kühlung
des Arbeitsbereiches des Werkzeuges am Werkstück, sondern auch zur Kühlung der
Abluft. Aufgrund der Kühlung
der Abluft vor dem Eintritt in den Bearbeitungsraum können die
Konzentrationen von Schadstoffen in der gereinigten Abluft auf Minimalwerten
gehalten werden. Selbst wenn daher die Abluft durch undichte Stellen
in der Umkleidung in den Umgebungsraum bzw. die Werkhalle gelangt,
werden die zulässigen Konzentrationen
in diesen Bereichen außerhalb
der Umkleidung nicht oder nur geringfügig erhöht. Dadurch werden selbst geringe
vorgeschriebene Konzentrationen von Schadstoffen außerhalb
der Umkleidung nicht überschritten.
Die Anlage kann, da die Gesamtemission der Werkzeugmaschine deutlich
reduziert ist, somit auch in Räumen
aufgestellt werden, für
die die Vorschriften sehr niedrige Schadstoffkonzentrationen vorschreiben.
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Weitere
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der
Beschreibung und der Zeichnung.
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Die
Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
näher erläutert.
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Die
Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung eine gehäuseartige
Umkleidung einer Bearbeitungsmaschine mit einer angeschlossenen
Abluftreinigungseinrichtung.
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Die
Zeichnung zeigt eine gehäuseartige
Umkleidung 1, in der wenigstens eine (nicht dargestellte) Bearbeitungsmaschine
untergebracht ist, mit der Werkstücke in bekannter Weise bearbeitet,
vorzugsweise spanend bearbeitet werden. Solche Bearbeitungsmaschinen
haben mindestens eine Antriebsspindel, in die ein zur Bearbeitung
geeignetes Werkzeug eingesetzt wird.
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Die
Querschnittsform der Umkleidung 1 kann beliebig gestaltet
werden. Im Ausführungsbeispiel hat
die Umkleidung 1 rechteckförmigen Querschnitt und ist
mit Seitenwänden 2, 3,
einer Vorderwand 4 und einer Rückwand 5 versehen.
Die Seitenwände 2, 3,
die Vorderwand 4 und die Rückwand 5 sind durch eine
Decke 6 miteinander verbunden. Die Seitenwand 3 und
die Decke 6 sind mit einer Beladeluke 7 versehen, über die
die zu bearbeitenden Werkstücke zugeführt und/oder
die bearbeiteten Werkstücke
entnom men werden. Je nach Größe der Seitenwand 3 oder
Decke 6 kann auch mehr als eine Beladeluke 7 vorgesehen
sein. Die Beladeluke 7 kann im Übrigen auch in der Seitenwand 2 und/oder
in der Vorderwand 4 und/oder in der Rückwand 5 vorgesehen sein.
Es ist grundsätzlich
auch möglich,
eine oder mehrere Beladeluken an den verschiedenen Wänden der
Umkleidung 1 vorzusehen.
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Im
Bereich der Beladeluken 7 befindet sich jeweils wenigstens
ein Erfassungselement 8, mit dem der Umkleidung 1 ein
Abluftstrom entnommen werden kann.
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Der
aus dem von der Umkleidung 1 umschlossenen Bearbeitungsraum 9 abgezogene
Abluftstrom gelangt von den Erfassungselementen 8 in jeweils
eine Leitung 10, 11, die außerhalb der Umkleidung 1 zusammengeführt werden.
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Das
Erfassungselement 8 kann als sogenanntes Wirbeltor ausgebildet
werden, in dem aus dem Abluftstrom abgesaugte Späne, Verunreinigungen und dergleichen
durch Verwirbelung abgeschieden werden. Solche Wirbeltore sind bekannt
und werden darum auch nicht näher
erläutert.
Die Erfassungselemente 8 können auch eine andere Ausgestaltung
haben und sind nicht auf die beschriebenen Wirbeltore beschränkt. Der
Abluftstrom wird innerhalb des Erfassungselementes 8, wenn
es als Wirbeltor ausgebildet ist, in Form eines Wirbels wendelförmig in
Richtung auf das Austrittsende gefördert, an das die Leitung 10 bzw. 11 angeschlossen
ist.
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Vorteilhaft
wird der Abluftstrom durch wenigstens einen Ventilator 12 erzeugt,
an den die Leitungen 10, 11 angeschlossen sind
und der mittels eines Motors 13 angetrieben wird. Über eine
Leitung 14 wird der vom Ventilator abgezogene Abluftstrom wenigstens
einem Wäscher 15 zugeführt, in
dem die eintretende Abluft gereinigt wird. Der Wäscher 15 kann in Form
eines Venturi- oder eines Strahlwäschers ausgebildet sein.
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In
den Wäscher 15 mündet – im Ausführungsbeispiel – nahe dem
Eintrittsende des Abluftstromes wenigstens eine Leitung 16,
aus der ein Kühlmittel
in den den Wäscher 15 durchströmenden Abluftstrom
gesprüht
wird. Am Auslassende der Leitung 16 befindet sich eine
Düse 17 oder
auch ein Düsenstock
mit mehreren Düsen, über die
das Kühlmittel
in den Abluftstrom gesprüht
wird. An das in Strömungsrichtung
vordere Ende 18 des Wäschers 15 ist über wenigstens
eine Leitung 19 wenigstens ein Tropfenabscheider 20 angeschlossen.
In ihm werden die tropfenförmige
Teile aus dem Abluftstrom entfernt. Da solche Tropfenabscheider
bekannt sind, werden sie nicht näher
erläutert.
Sie haben beispielsweise ein Gewirk oder sind als Zyklon ausgebildet. Aus
dem Tropfenabscheider 20 tritt die gereinigte und gekühlte Abluft über wenigstens
eine Leitung 21 in den Bearbeitungsraum 9 der
Umkleidung 1 ein.
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Das
Kühlmittel
wird aus dem Tropfenabscheider 20 über wenigstens eine Leitung 22 in
eine Vorlage 23 zurückgeführt, aus
der das Kühlmittel
mittels wenigstens einer Pumpe 24 mit Motor 25 abgesaugt
wird. Das über
die Absaugleitung 26 aus der Vorlage 23 abgesaugte
Kühlmittel
wird in die Leitung 16 gefördert, welche die Druckleitung
der Pumpe 24 bildet. Im Ausführungsbeispiel befindet sich
in der Leitung 16 ein Wärmetauscher 27,
mit dem das Kühlmittel
vor dem Eintritt in den Wäscher 15 gekühlt werden
kann. Die Wärmetauscher 27 ist
dann nicht notwendig, wenn das Kühlmittel
in der Vorlage 23 ausreichend tiefe Temperatur hat.
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Als
Kühlmittel
wird Kühlschmierstoff
eingesetzt, der beim Bearbeiten von Werkstücken auf der Bearbeitungsmaschine
in der Umkleidung 1 eingesetzt wird. Dieser Kühlschmierstoff
ist kühler
als der aus dem Bearbeitungsraum 9 abgesaugte Abluftstrom.
Er ist mit Schadstoffen belastet, wie Partikeln, Späneteilchen,
Feinsttröpfchen
und dergleichen. Die Temperatur der mit diesen Schadstoffen belasteten Abluft
ist durch den Bearbeitungsprozess, der auf der Bearbeitungsmaschine
am Werkstück
durchgeführt wird,
erhöht.
Dies hat zur Folge, dass die Aufnahmefähigkeit von gasförmigen Substanzen
im Abluftstrom zunimmt. Solche gasförmigen Substanzen sind insbe sondere
Wasserdampf und organische Verbindungen, beispielsweise Öldämpfe. Diese
im Bearbeitungsraum 9 entstehende Abluft wird über die beiden
Erfassungselemente 8 beispielsweise linienförmig abgesaugt
und gelangt über
die Leitungen 10, 11, 14 in den Wäscher 15.
In ihm erfolgt die Reinigung der Abluft in bekannter Weise. Der über die Düse 17 in
den Abluftstrom gesprühte
Kühlschmierstoff
ist kühler
als der Abluftstrom. Er wird durch den eingesprühten Kühlschmierstoff gewaschen, wodurch
Partikel, Späne
und Feinsttröpfchen
abgeschieden werden. Außerdem
wird der Abluftstrom durch den Kühlschmierstoff
gekühlt
und dadurch die Dampfphase reduziert. Da der Kühlschmierstoff in den Abluftstrom
eingesprüht
wird, ergibt sich ein inniger Kontakt zwischen dem Kühlschmierstoff
und dem Abluftstrom bzw. den in ihm enthaltenen Teilchen. Die Temperatur
des Abluftstroms innerhalb des Wäschers 15 wird
verringert. Die Temperatur des Kühlschmierstoffes
wird so gewählt,
dass eine solche Abkühlung
des Abluftstromes im Wäscher 15 erfolgt, dass
die Aufnahmefähigkeit
des Abluftstromes für dampfförmige Substanzen,
zum Beispiel Wasserdampf oder Öldampf,
verringert wird.
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Der
Abluftstrom mit dem eingesprühten Kühlschmierstoff
gelangt über
die Leitung 19 in den Tropfenabscheider 20, in
dem die tropfenförmigen Teile
aus dem Abluftstrom entfernt werden. Der Kühlschmierstoff gelangt über die
Leitung 22 zurück
in die Vorlage 23, aus der er wieder mittels der Pumpe 24 in
den Wäscher 15 eingesprüht wird.
Die gereinigte Abluft gelangt über
die Leitung 21 in den Bearbeitungsraum 9. Die
gereinigte und durch den Kühlschmierstoff
gekühlte
Abluft wird bevorzugt im unteren Bereich des Bearbeitungsraumes 9 in
die Umkleidung 1 zurückgeführt, wie
dies in der Zeichnung beispielhaft durch drei Strömungspfeile
angedeutet ist. Die zurückgeführte Abluft
wird bevorzugt impulsarm, das heißt mit geringer Strömungsgeschwindigkeit,
in den Bearbeitungsraum 9 eingeleitet. Dadurch ist es möglich, den
gesamten Bearbeitungsraum 9 gleichmäßig mit der gereinigten und
gekühlten
Abluft zu durchströmen.
Zu diesem Zweck ist es weiter von Vorteil, wenn diese Abluft gleichmäßig verteilt
im unteren Bereich in den Bearbeitungsraum 9 eintritt.
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Da
es in den Bearbeitungsräumen 9 der
Umkleidungen 1 häufig
kritische Bereiche gibt, in denen die Durchströmung mit Abluft nur ungenügend oder überhaupt
nicht vorhanden ist, besteht die Möglichkeit, in diesen kritischen
Bereichen gezielte Eintritte für
die gereinigte und gekühlte
Abluft vorzusehen.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
wird die gekühlte
und gereinigte Abluft mittels der Pumpe 24 aus dem Wäscher 25 abgesaugt.
Die Vorlage 23 kann das sogenannte Bett unterhalb der Umkleidung 1 sein.
Die Vorlage 23 kann aber auch, wie aus der Zeichnung ersichtlich,
im Bereich neben der Umkleidung 1 vorgesehen sein. Mit
der Pumpe 24 wird der Kühlschmierstoff
auch der Bearbeitungsmaschine in der Umkleidung 1 zugeführt, was
der Übersichtlichkeit
wegen in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Sollte das Fördervolumen
der Pumpe 24, mit welcher der Kühlschmierstoff aus der Vorlage 23 angesaugt
wird, nicht ausreichen, dann kann zur Absaugung der gereinigten
und gekühlten
Abluft wenigstens eine gesonderte Pumpe vorgesehen werden, die dann
vorteilhaft in der Leitung 21 sitzt.
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Der
Kühlschmierstoff
wird in der beschriebenen Weise im Kreislauf geführt, wobei er nicht nur der in
der Umkleidung 1 im Bearbeitungsraum 9 angeordneten
Bearbeitungsmaschine zugeführt
wird, sondern auch als Waschflüssigkeit
in Verbindung mit der Abluftkreislaufführung eingesetzt wird. Der
Kreislauf des Kühlschmierstoffes
erfolgt vorteilhaft ohne Unterbrechung kontinuierlich.
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Da
der Kühlschmierstoff
ohnehin beim Betrieb der Bearbeitungsmaschine in der Umkleidung 1 verwendet
wird, ist zur Reinigung und Kühlung
des Abluftstromes im Wäscher 15 kein
gesondertes Kühlmittel
erforderlich. Es ist dadurch in vorteilhafter Weise möglich, schon
bestehende Umkleidungen 1 mit einer solchen Kühlschmierstoff-Kreislaufführung nachzurüsten, um
den Abluftstrom in der beschriebenen Weise zu kühlen und zu waschen. Als Kühlschmierstoff
werden die üblicherweise
eingesetzten Medien verwendet.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
wird der Kühlschmierstoff über die
Düse(n) 17 in
Strömungsrichtung
der Abluft im Wäscher 15 zugeführt. Der
Kühlschmierstoff
kann aber auch quer zum Abluftstrom im Wäscher 15 oder sogar
entgegengesetzt zur Strömungsrichtung
der Abluft in den Wäscher 15 eingesprüht werden.
Es ist außerdem
möglich, über unterschiedliche
Düsen 17 den
Kühlschmierstoff
in unterschiedlichen Richtungen in den Abluftstrom innerhalb des
Wäschers 15 einzusprühen.
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Aufgrund
der beschriebenen Reinigung des Abluftstromes mit dem gekühlten Kühlschmierstoff sinkt
der Wasserverlust der Anlage durch Verdunstung erheblich. Da der
Bearbeitungsraum 9 durch die gekühlte, über die Leitung 21 zurückgeführte Abluft gleichmäßig durchströmt wird,
kann die Temperatur im Bearbeitungsraum 9 kontrolliert
werden. Dadurch wird auch die Konzentration an Öldampf im Bearbeitungsraum 9 auf
eine temperaturabhängige
Gleichgewichtskonzentration beschränkt. Auf diese Weise ist die
Gefahr von möglichen
Verpuffungen im Bearbeitungsraum 9 bei der Bearbeitung
von Werkstücken,
insbesondere von Werkstücken
aus Leichtmetallen, nahezu ausgeschlossen. Da die gereinigte und
gekühlte
Abluft den Bearbeitungsraum 9 von unten nach oben gleichmäßig mit
geringer Strömungsgeschwindigkeit
durchströmt,
lässt sich
im Bearbeitungsraum 9 ein gleichmäßiges Temperaturprofil erzeugen.
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Verschmutzungsgefährdete und
auch undichte Bereiche innerhalb des Bearbeitungsraumes 9,
zum Beispiel im Bereich eines Werkzeugwechslers oder eines Beladeportals,
können
durch gezielte Zufuhr der gereinigten und gekühlten Abluft zuverlässig sauber
gehalten werden. Dies hat auch den Vorteil, dass über undichte
Stellen in den Wänden
der Umkleidung 1 eventuell nach außen tretende Emissionen nur
einen sehr geringen Emissionsschadstoffanteil haben. Dadurch werden
die für
den Bereich außerhalb
der Umkleidung 1 geltenden Sicherheitsvorschriften nicht
beeinträchtigt
und auch nicht gefährdet.
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Der
Wäscher 15 kann
mit mechanischen und/oder elektrostatischen Filtern kombiniert werden, wodurch
die Abluftqualität
im Bearbeitungsraum 9 erheblich verbessert werden kann.
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In
Umkleidungen 1 mit Werkzeugmaschinen tritt das Phänomen des
sogenannten Pumpens auf. Dies bedeutet, dass sich das Volumen an
Abluft innerhalb des Bearbeitungsraumes 9 verkleinert und vergrößert. Durch
eine gezielte Zuführung
der gereinigten und gekühlten
Abluft in diese Bereiche können die
Schadstoffemissionen durch Luftaustritt beim Pumpen erheblich reduziert
werden.
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Der
Wäscher 15 kann
auch innerhalb des Bearbeitungsraumes 9 vorgesehen sein.
Die Abluftkonzentration in Strömungsrichtung
nach dem Wäscher 15 bzw.
dem Tropfenabscheider 20 und damit auch die Konzentration
an Abluft innerhalb des Bearbeitungsraumes 9 wird durch
die Kühlung
mit dem Kühlschmierstoff
erheblich reduziert. Die beschriebene Anlage, insbesondere die Kreislaufführung des Kühlschmierstoffes,
kann nahezu wartungsfrei betrieben werden. Saugleitungen und andere
externe Aggregate sind nicht erforderlich. Aufgrund der gleichmäßigen Durchströmung des
Bearbeitungsraumes 9 und der beschriebenen Verbesserung
der Abluftkonzentration im Bearbeitungsraum sinkt die Verschmutzung
innerhalb der Umkleidung 11 stark.
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Vorteilhaft
wird die Durchströmgeschwindigkeit
der gereinigten und gekühlten
Abluft im Bearbeitungsraum 9 durch Sensoren erfasst. Sie
sind vorteilhaft Teil einer Regelung, in welche der Motor 25 der Pumpe 24 eingebunden
ist. Über-
oder unterschreitet die Strömungsgeschwindigkeit
der gereinigten und gekühlten
Abluft im Bearbeitungsraum 9 einen vorgegebenen Sollwert,
wird der Pumpenmotor 25 so geregelt, dass die Strömungsgeschwindigkeit
der Abluft dem Sollwert entspricht. Auf diese Weise ist es auch möglich, unterschiedliche
Strömungsgeschwindigkeiten
innerhalb des Bearbeitungsraumes 9 einzustellen.