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Die Erfindung betrifft eine Skimmervorrichtung zum Entfernen einer Nebenphase aus einer Emulsion, insbesondere Öl aus einer Öl-Wasser-Emulsion, sowie einen Medienabscheider mit einer derartigen Skimmervorrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Skimmervorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und einen Medienabscheider nach dem Oberbegriff von Anspruch 7.
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Medienabscheider nach dem Walzenskimmer-Prinzip sind z. B. aus dem Handbuch der Abwasser- und Recyclingtechnik für die Metall verarbeitende Industrie/Ludwig Hartinger/Karl Hauser-Verlag bekannt. Sie werden bei der spanabhebenden Bearbeitung z. B. in Bearbeitungszentren oder bei Werkzeugmaschinen eingesetzt. Zur Kühlung und Schmierung des spanabhebenden Werkzeuges wird eine Öl-Wasser-Emulsion verwendet. Diese Emulsion wird in der Regel auf das Werkstück bzw. Werkzeug gespritzt und anschließend in einer Wanne unterhalb des Bearbeitungsraumes der Werkzeugmaschine oder außerhalb der Werkzeugmaschine gesammelt. Das organische Öl in der Emulsion ist Zersetzungsprozessen ausgesetzt, so dass nach einiger Zeit die Öl-Wasser-Emulsion verbraucht ist und ihre Funktion nicht mehr erfüllen kann.
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Um das Öl oder allgemeiner die Nebenphase von der Emulsion zu trennen und gegebenenfalls wieder aufzubereiten, wird im Stand der Technik eine sich langsam drehende Scheibe oder Walze in die Emulsion eingetaucht. Die zu entfernende Nebenphase haftet bei geeignet gewählten Materialien an der Oberfläche der Scheibe an und wird bei deren Bewegung aus der Emulsion mitgeführt und so von der Emulsion getrennt. Ein im Allgemeinen aus Gummi gefertigter und scheibenwischerartig arbeitender Abstreifer befreit die Scheibe anschließend von der Nebenphase, bevor diese wieder in die Emulsion eintaucht.
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Ein Nachteil bei diesem Stand der Technik besteht darin, dass das Material des Abstreifers mit der Zeit verschleißt und der Abstreifer ausgetauscht werden muss.
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Statt einer Scheibe bzw. Walze kann auch ein Band verwendet werden, das durch die Emulsion gezogen wird und die zu entfernende Nebenphase auf seiner Oberfläche aus der Emulsion mitnimmt. Ein Abstreifer gleitet anschließend an dem elastischen Band entlang und streift die Nebenphase ab, bevor das Band wieder in die Emulsion eintaucht.
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Auch bei diesem Stand der Technik unterliegen Band und Abstreifer einem Verschleiß.
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Die deutsche Patentschrift
DE 44 45 147 C2 beschreibt eine Vorrichtung zum Abscheiden öliger oder fettiger Substanzen aus Flüssigkeiten, insbesondere Wasser. Die Vorrichtung enthält unter anderem ein Beruhigungsbecken mit einem Grobschmutzbehälter und mit einem teilweise in das Wasser eingetauchten Rotationskörper, der während seiner Rotation an der Wasseroberfläche schwimmendes Öl aufnimmt und an einen außerhalb des Beckens befindlichen Ölbehälter abgibt. Der Rotationskörper ist zweckmäßiger Weise eine Walze, die mit einem Motor versehen ist, als besonders wirkungsvoll hinsichtlich der Aufnahme von Öl aus dem Wasser hat sich herausgestellt, wenn der Rotationskörper zum Beispiel aus glattem Holz besteht.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 30 19 779 A1 beinhaltet eine Vorrichtung zum Entfernen schwimmenden Öls von einer Wasserfläche. Hierfür ist eine erste drehbare Trommel vorgesehen, die hohl ist und an ihrem Umfang Zähne trägt, welche mit Zähnen am Umfang einer kleineren zweiteren Trommel kämmen. Unterhalb der beiden Trommeln ist ein Ölkollektor angeordnet. Die erste Trommel ist an einer Welle zwischen Armen montiert und taucht teilweise in das Wasser ein und die zweite Trommel und der Kollektor befinden sich außerhalb des Wassers. Die Trommeln bestehen aus festem Material wie Edelstahl, oberflächengeschütztem Stahl, Aluminium oder festem PVC. Wenn die Trommeln angetrieben werden, rotiert die erste Trommel im Wasser, wodurch Öl an der Trommelaußenfläche kleben bleibt und zwischen den Zähnen Öl eingefangen und herausgequetscht wird und in den Kollektor fällt. Ein Abstreifer ist hier nicht notwendig.
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Aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift
DE 297 14 263 U1 ist eine Vorrichtung zur Beseitigung von Öl und/oder ölhaltigen Substanzen aus einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser. Hierfür wird ein teilweise eintauchbares, an den Enden offenes und um seine Längsachse drehbares Rohr, das gegenüber Öl eine hohe Adhesion aufweist, eingesetzt. Das Rohr besteht aus Kunststoff, wodurch die Wandung nicht mehr beschichtet oder poliert werden muss. Zur Rotation des Rohres können einfache Antriebsmittel angewendet werden. Das Öl lagert sich an der Rohrwandung ab und wird mittels Abstreifvorrichtungen in einer Ölsammeleinrichtung außerhalb der Flüssigkeit geleitet.
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In der
US-amerikanischen Patentschrift 5 681 458 A wird ein Trommelskimmer zur Abtrennung von Öl aus einer Flüssigkeit beschrieben. Eine hohle Trommel ist teilweise in die Flüssigkeit getaucht. Die Trommel kann aus festem Material wie Metall (z. B. nicht rostendem Stahl), Keramik, Kautschuk oder Kunststoff bestehen. Durch Rotation der Trommel bildet sich ein Ölfilm am äußeren Umfang, welcher durch Abstreifer entfernt und einen, außerhalb des Beckens befindlichen Sammler geleitet wird. Die Rotation der Trommel wird durch ein entsprechendes Antriebsaggregat erreicht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Skimmervorrichtung zu schaffen, bei der Verschleißerscheinungen auf ein absolutes Minimum beschränkt sind, so dass über einen längeren Zeitraum Wartungsfreiheit gewährleistet ist. Darüber hinaus soll ein Medienabscheider mit einer derartigen Skimmervorrichtung geschaffen werden.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Skimmervorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 und einen Medienabscheider mit den Merkmalen von Anspruch 7. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
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Der Erfindung liegen folgende Überlegungen zugrunde. Um den Aufbau der Skimmervorrichtung so weit wie möglich zu vereinfachen und damit wartungsfrei zu gestalten, wird ein Tauchkörper vorgeschlagen, der im wesentlichen die Form eines Rohrabschnitts aufweist und in sich steif ist. Der Rohrabschnitt wird an zwei Wellen aufgehängt und um seine Achse gedreht, so dass ein Teil von ihm in die Emulsion eintaucht.
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Die gattungsgemäße Skimmervorrichtung zum Entfernen einer Nebenphase aus einer Emulsion in einem Auffangbecken, umfasst dementsprechend einen Tauchkörper zum Bewegen durch die Emulsion, der eine Oberfläche aus einem vorgegebenen adhäsiven Material aufweist, und einen Aufnehmer für das Auffangen der von dem Tauchkörper aus der Emulsion entfernten Nebenphase außerhalb des Behälters.
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Die erfindungsgemäße Weiterbildung der gattungsgemäßen Skimmervorrichtung besteht darin, dass der Tauchkörper einen Rohrabschnitt mit einer vorgegebenen Wanddicke umfasst, der teilweise in die Emulsion eintaucht, und der Rohrabschnitt durch eine Antriebsvorrichtung um die Zentralachse gedreht wird, so dass die Nebenphase aus der Emulsion nach oben transportiert wird.
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Die erfindungsgemäße Verbesserung der Skimmervorrichtung hat den Vorteil, dass der sich drehende Rohrabschnitt in sich steif ist und keine besonders geartete Aufhängung in der Emulsion benötigt. Es reicht vielmehr, den Rohrabschnitt an zwei Orten aufzuhängen, so dass er teilweise in die Emulsion eintaucht. Die Aufhängung kann dabei vorzugsweise außerhalb der Emulsion angeordnet werden, so dass sie immer zugänglich bleibt. Aufgrund seiner Steifigkeit verschleißt der Rohrabschnitt während des Einsatzes nur geringfügig.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Skimmervorrichtung umfasst die Antriebsvorrichtung wenigstens eine innere Welle und wenigstens eine äußere Welle, die parallel zu der Zentralachse des Rohrabschnitts verlaufen. Bei beidseitig angeordneten Wellen können diese relativ nah beieinander angeordnet werden, so dass die Antriebsvorrichtung sehr kompakt aufgebaut werden kann. Folglich befinden sich besonders bevorzugt der erste Umfangsort, an dem die innere Welle den Rohrabschnitt berührt, und der zweite Umfangsort, an dem die äußere Welle den Rohrabschnitt berührt, an derselben Stelle auf dem Umfang des Rohrabschnitts, und der Abstand zwischen der inneren Welle und der äußeren Welle entspricht im wesentlichen der Wanddicke des Rohrabschnitts. Auf diese Art wird der Rohrabschnitt in einer definierten Position fixiert.
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Vorzugsweise verläuft bei der erfindungsgemäßen Skimmervorrichtung die Zentralachse des Rohrabschnitts parallel zu einer Flüssigkeitsoberfläche der Emulsion. Dadurch dass die Zentralachse parallel zur Flüssigkeitsoberfläche ausgerichtet ist, kann der Rohrabschnitt nicht verrutschen, und es sind keine weiteren Mittel notwendig, den Tauchkörper zu fixieren.
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Insbesondere ist bei dieser Ausführungsform der Skimmervorrichtung die wenigstens eine innere Welle und/oder und die wenigstens eine äußere Welle jeweils mit einem Antriebsmotor verbunden und dienen zum Antrieb des Tauchkörpers. Durch die Verwendung der Welle auch zum Antrieb des Rohrabschnitts wird die Anzahl der beweglichen Teile auf ein Mindestmaß reduziert und damit die Wartungsfreiheit weiter verbessert. Je nach Gewicht des Rohrabschnitts können statt nur einer Welle auch beide Wellen zum Antrieb des Rohrabschnitts genutzt werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Skimmervorrichtung weist der Rohrabschnitt auf der Innenseite und/oder der Außenseite eine Reibungsstruktur auf, durch die die Haftung der Welle(n) an dem Rohrabschnitt vergrößert wird. Damit kommt es nicht mehr zu einem ”Durchrutschen” des Rohrabschnitts auf der Antriebswelle.
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Vorzugsweise besteht der Rohrabschnitt aus einem Kunststoff oder aus einem Metall, insbesondere Stahl, und insbesondere aus einem mit Kunststoff beschichteten Metall. Damit wird einerseits die notwendige Stabilität des Tauchkörpers erreicht, und andererseits ist sichergestellt, dass eine ausreichende Adhäsion zur Aufnahme der Nebenphase aus der Emulsion gegeben ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Skimmervorrichtung weist der Rohrabschnitt einen elliptischen Querschnitt auf. Mit einem derartigen Rohrabschnitt wird die Emulsion in Bewegung gesetzt, so dass eine bessere Durchmischung der Phasen stattfindet und vermieden wird, dass sich eine Phase auf dem Auffangbecken absetzt und durch den Skimmer nicht mehr erreicht wird.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Skimmervorrichtung weist der Rohrabschnitt Durchdringungsschlitze auf, die vorzugsweise mit einem Winkel zwischen 0 und 90° gegenüber der Zentralachse auf dem Umfang des Rohrabschnitts angeordnet sind. Mit den Durchdringungsschlitzen wird die auf der Außenfläche des Rohrabschnitts haftende Nebenphase von der äußeren Welle auf die Innenfläche gedrückt und kann damit ebenfalls abgeschöpft werden. Dies erhöht die Effizienz der Skimmervorrichtung erheblich.
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Die obige Skimmervorrichtung erlaubt den Aufbau eines Medienabscheiders mit einem Auffangbecken zum Auffangen einer Emulsion, mit dem eine Nebenphase aus der Emulsion entfernt werden kann. Aufgrund der oben genannten Eigenschaften der einzelnen Ausführungsformen der Skimmervorrichtung kann der Medienabscheider sehr kostengünstig und effektiv aufgebaut werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Skimmervorrichtung und des Medienabscheiders, wobei Bezug genommen wird auf die beigefügte Zeichnung.
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1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Skimmervorrichtung.
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2 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Skimmervorrichtung.
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3 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Medienabscheiders mit der erfindungsgemäßen Skimmervorrichtung nach 1.
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Die Zeichnung ist nicht maßstäblich. Gleiche und gleich wirkende Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen, soweit nichts anderes gesagt ist.
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In 1 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Skimmervorrichtung 1 gezeigt, die zum Entfernen einer Nebenphase aus einer Emulsion 4 in einem Auffangbecken 3 dient. Die Emulsion 4 weist iA wenigstens zwei Phasen auf, eine Hauptphase und eine Nebenphase. Insbesondere bei Kühlmitteln für Werkzeugmaschinen handelt es sich dabei um eine Öl-Wasser-Emulsion. Um das Öl aus der Emulsion zurückzugewinnen, wird ein Tauchkörper 5 verwendet, dessen einer Teil in die Emulsion 4 eingetaucht ist, und dessen anderer Teil sich über einer Flüssigkeitsoberfläche 9 der Emulsion 4 befindet. Erfindungsgemäß hat der Tauchkörper 5 die Form eines Rohrabschnitts mit einer vorgegebenen Wanddicke. Der Rohrabschnitt 5 wird um seine Achse 10 gedreht, so dass sich ein Teil durch die Emulsion 4 bewegt. Beim Durchtritt durch die Oberfläche 9 der Emulsion 4 wird der Rohrabschnitt 5 von der Nebenphase benetzt. Die Nebenphase wird, wie weiter unten erläutert, von dem Rohrabschnitt 5 abgestreift und für eine weitere Aufbereitung gesammelt.
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Um die Benetzung des Rohrabschnitts zu begünstigen, weist der Rohrabschnitt 5 eine Oberfläche aus einem adhäsiven Material auf, auf dem die Nebenphase besonders gut haftet. Dies kann insbesondere ein entsprechender Kunststoff sein, so dass der Rohrabschnitt 5 ganz aus diesem Kunststoff besteht. Alternativ besteht der Rohrabschnitt 5 aus einem Metall, das mit diesem Kunststoff beschichtet ist. Je nach Nebenphase kann der Rohrabschnitt 5 aber auch aus einem unbeschichteten Metall hergestellt sein, insbesondere aus Stahl.
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Die dabei an einer inneren Oberfläche 6 oder äußeren Oberfläche 7 des Rohrabschnitts 5 haftende Nebenphase aus der Emulsion 4 wird auf der Oberfläche des Rohrabschnitts 5 mitgenommen, bis die Oberfläche an einem Punkt mit einem anderen Element der Skimmervorrichtung 1 in Berührung kommt. Dies ist beispielsweise. dort der Fall, wo die Antriebsvorrichtung für die Drehung des Rohrabschnitts 5 angreift. In der dargestellten Ausführungsform der Skimmervorrichtung umfasst die Antriebsvorrichtung eine innere Welle 11 und eine äußere Welle 12. Die beiden Wellen 11, 12 verlaufen parallel zu der Zentralachse 10 des Rohrabschnitts 5. Die innere Welle 11 befindet sich auf der Innenseite des Rohrabschnitts 5, die äußere Welle 12 befindet sich auf der Außenseite des Rohrabschnitts 5, so dass der Rohrabschnitt 5 von den beiden Wellen 11, 12 eingefasst wird.
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Der Schwerpunkt des Rohrabschnitts 5 liegt auf der Zentralachse 10. In der in 1 dargestellten Ausführungsform der Skimmervorrichtung 1 liegen die innere Welle 11 und die äußere Welle 12 nicht auf einer Linie mit dem Schwerpunkt des Rohrabschnitts 5. Mit anderen Worten, die innere Welle 11 berührt den Rohrabschnitt 5 an einem ersten Umfangsort 13, und die äußere Welle 12 berührt den Rohrabschnitt 5 an einem zweiten Umfangsort 14. Der erste Umfangsort 13, der zweite Umfangsort 14 und der Schwerpunkt auf der Zentralachse 10 bilden somit ein Dreieck. Bei dieser Ausführungsform wird der Rohrabschnitt 5 durch Wirkung der Schwerkraft gegen die beiden Wellen 11, 12 gedrückt.
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In einer alternativen Ausführungsform der Skimmervorrichtung, die in 2 gezeigt ist, liegen die innere Welle 11 die äußere Welle 12 auf einer Linie mit dem Schwerpunkt des Rohrabschnitts 5, wobei die Linie nicht senkrecht auf der Flüssigkeitsoberfläche 9 stehen muss. Die beiden Berührungspunkte 13, 14 der Wellen 11, 12 fallen auf dem Umfang des Rohrabschnitts 5 zusammen. Bei dieser Ausführungsform ist der Abstand zwischen der inneren Welle 11 und der äußeren Welle 12 im wesentlichen gleich der Wanddicke des Rohrabschnitts 5. Auf diese Art wird eine stabile Halterung des Rohrabschnitts durch die beiden Wellen sichergestellt.
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In den beiden Ausführungsformen nach 1 und 2 können statt einer inneren Welle 11 auch mehrere innere Wellen 11 vorgesehen werden, um die Stabilität des Aufbaus zu erhöhen.
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Das gleiche gilt für die äußere Welle 12. Andererseits wird durch zusätzliche Wellen 11, 12 der Aufwand vergrößert, was den Wartungsaufwand wiederum erhöht. Bevorzugt wird daher die Ausführungsform mit nur zwei Wellen zum Halten und zum Antrieb des Rohrabschnitts.
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Um den Rohrabschnitt 5 in eine Drehbewegung um seine Zentralachse 10 zu versetzen, ist die innere Welle 11 oder die äußere Welle 12 mit einem Antriebsmotor verbunden. Zur Verbesserung der Traktion können auch beide Wellen 11, 12 mit einem oder zwei Antriebsmotoren verbunden sein.
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An den Wellen 11, 12 wird die Nebenphase, mit der der Rohrabschnitt 5 benetzt ist, auf die Wellen 11, 12 abgeleitet. Von der inneren Welle 11 tropft die Nebenphase dann wie in der Zeichnung angedeutet ab und wird in einem Aufnehmer 8 gesammelt. Von dem Aufnehmer 8 wird die Nebenphase für die Weiterverarbeitung abtransportiert. Der Aufnehmer 8 ist vorzugsweise eine Rinne, die parallel unterhalb der inneren Welle 11 verläuft.
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Bei den Ausführungsformen der Skimmervorrichtung nach 1 und 2 wurde davon ausgegangen, dass die Zentralachse 10 des Rohrabschnitts 5 parallel zu der Flüssigkeitsoberfläche 9 der Emulsion 4 angeordnet ist. Damit ist sichergestellt, dass der Rohrabschnitt 5 senkrecht auf den Wellen 11, 12 liegt, und ein Verrutschen des Rohrabschnitts 5 auf den Wellen 11, 12 wird vermieden. Es kann aber je nach Anwendungsfall auch von Vorteil sein, wenn der Rohrabschnitt 5 schräg durch das Auffangbecken 3 bewegt wird. In diesem Fall steht die Zentralachse in einem vorgegebenen Winkel zu der Flüssigkeitsoberfläche 9 der Emulsion 4 in dem Auffangbecken 3 (nicht gezeigt).
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Um ein Verrutschen des Rohrabschnitts 5 zu vermeiden oder allgemein die Traktion der Antriebswelle zu verbessern, weist der Rohrabschnitt 5 vorzugsweise auf der Innenseite 6 bzw. auf der Außenseite 7 eine (nicht dargestellte) Reibungsstruktur auf. Durch die Reibungsstruktur, z. B. eine Riffelung, ein Profil oder eine Folge von Noppen, wird die Haftung der Welle 11 bzw. 12 an dem Rohrabschnitt 5 vergrößert, und ein ”Durchrutschen” wird weniger wahrscheinlich. Diese Reibungsstruktur wird insbesondere bei (nicht dargestellter) Schrägstellung der Zentralachse 10 vorgesehen.
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In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform der Skimmervorrichtung weist der Rohrabschnitt einen elliptischen Querschnitt auf. Auf diese Weise wird die Emulsion 4 in dem Auffangbecken 3 beim Drehen des Rohrabschnitts in Bewegung gesetzt. Dies stellt eine bessere Durchmischung der Phasen in dem Auffangbecken 3 sicher, und es wird somit vermieden, dass sich eine Phase auf dem Auffangbecken 3 absetzt und durch den Skimmer nicht mehr erreicht wird.
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Der Rohrabschnitt 5 ist beim Verlassen der Emulsion 4 in dem Becken 3 auf seiner Innenseite 6 wie auch auf seiner Außenseite 7 mit der Nebenphase benetzt. Wie oben erläutert wird die Nebenphase auf der Innenseite 6 des Rohrabschnitts 5 soweit mit transportiert, bis der Rohrabschnitt 5 in Berührung mit der inneren Welle 11 kommt. Dort wird die Nebenphase abgestreift und tropft in den Aufnehmer 8. Die Nebenphase, die den Rohrabschnitt 5 auf seiner Außenseite 7 benetzt, wird analog durch die äußere Welle 12 abgestreift. Allerdings kann bei dem bisher beschriebenen Aufbau die Nebenphase auf der Außenseite 7 nicht aufgefangen werden. Um auch diesen Teil der Nebenphase mit der Skimmervorrichtung zurückzugewinnen, ist der Rohrabschnitt 5 vorzugsweise mit (nicht dargestellten) Durchdringungsschlitzen versehen, die insbesondere mit einem Winkel zwischen 0 und 900 in Bezug auf die Zentralachse 10 angeordnet sind. Die auf der Außenfläche 7 des Rohrabschnitts 5 haftende Nebenphase wird bei einem Rohrabschnitt 5 mit Durchdringungsschlitzen von der äußeren Welle 12 durch die Schlitze auf die Innenfläche 6 gedrückt, wo sie dann von der inneren Welle 11 abgestreift werden kann.
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Mit der in Bezug auf 1 und 2 beschriebenen Skimmervorrichtung 1 zum Entfernen einer Nebenphase aus der Emulsion 4 lässt sich ein Medienabscheider 2 herstellen, der die zurück gewonnene Nebenphase in einem Aufnehmer 8 sammelt.
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Um die Skimmervorrichtung 1 in unterschiedlich geformten Auffangbecken 3 einsetzen zu können, ist in der in 3 gezeigten Ausführungsform des Medienabscheiders 2 ein höhenverstellbares Gestell 15 vorgesehen. Bei dem Gestell 15 sind die Stützen vorzugsweise über jeweils ein Kugelgelenk an eine Strebe angelenkt, welche die beiden Wellen 11, 12 zur Halterung und zum Antrieb des Rohrabschnitts hält.
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Allgemein haben die erfindungsgemäße Skimmervorrichtung 1 und der Medienabscheider 2 gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass aufgrund der freien Dimensionierbarkeit der Skimmervorrichtung 1 eine große Oberfläche des Rohrabschnitts 5 gewählt werden kann, was zu entsprechend höherer Leistung führt und damit eine effizientere Reinigung der Werkzeugmaschinenkühlflüssigkeit gewährleistet. Darüber hinaus ist der Medienabscheider aufgrund des geringeren Verschleißes langlebiger als Vorrichtungen aus dem Stand der Technik.
