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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung einer von Zusatzstoffen verunreinigten Basisflüssigkeit, insbesondere zum Reinigen der Basisflüssigkeit von festen und flüssigen Verschmutzungen, gemäß Anspruch 1.
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Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Aufbereitung einer von Zusatzstoffen verunreinigten Basisflüssigkeit, insbesondere zum Reinigen der Basisflüssigkeit von festen und flüssigen Verschmutzungen, gemäß Anspruch 5.
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Das Aufbereiten von verunreinigten Flüssigkeiten ist allgemein bekannt. So sind beispielsweise Filtersysteme oder Ölabscheider aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Diese weisen ein Sammelbecken für die verunreinigte Flüssigkeit auf. Aus dem Sammelbecken wird die verunreinigte Flüssigkeit mittels Förderanlagen durch das Filtersystem bewegt und in einer Filtereinheit, die auf verunreinigende Partikel ausgelegt ist, gefiltert.
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Bei den bekannten Lösungen ist das Abführen aus dem Sammelbecken oftmals unzureichend. Zudem sind mit den bekannten Verfahren nur vorbestimmte Partikel aufgrund der Auslegung des Filtersystems und der fluidischen Verbindung mit dem Sammelbecken möglich.
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Aus der
WO 2012/080032 A2 ist ein Hydrozyklon zur Reinigung einer Faserstoffsuspension bekannt, mit einer Kammer kreisförmigen Querschnitts, in die an einem Ende ein Einlauf sowie ein Leichtteil-Auslauf und am gegenüberliegenden Ende ein Schwerteil-Abscheider mündet. Dabei soll die Betriebsdauer des Hydrozyklons mit möglichst geringem Aufwand dadurch verlängert werden, dass die Innenoberfläche der Kammer zumindest teilweise von einer weichen Kunststoffschicht gebildet wird, die sich an einem oder mehreren außerhalb liegenden, formstabilisierenden Tragelementen abstützt und/oder in welche ein oder mehrere formstabilisierende Tragelemente eingebettet sind.
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Aus der
DE 10 2009 039 629 A1 ist eine Vorrichtung zur Aufkonzentrierung von Emulsionen mit einem Gehäuse bekannt, das zumindest einen Emulsionszulauf, einen Konzentratablauf, einen Warmlufteinlass und einen Gas-Dampf-Auslass aufweist und das über eine Antriebswelle verfügt, die sich von einer ersten Gehäusewand zu einer dieser gegenüberliegenden zweiten Gehäusewand erstreckt. Dabei ist ein erstes Ende der Antriebswelle mit einem außerhalb des Gehäuses angeordneten Getriebemotor operativ verbunden und ein zweites Ende der Antriebswelle ist in einem an der zweiten Gehäusewand angeordneten Lager um ihre Längsachse drehbar gelagert. Der Konzentratablauf ist in einem Boden und der Gas-Dampf-Auslass ist an einer Oberseite des Gehäuses angeordnet. Die Antriebswelle ist horizontal positioniert und mit einer Mehrzahl von Verdunstungsscheiben bestückt, die voneinander beabstandet sind und sich bis in einen unteren Abschnitt des Gehäuses bodennah erstrecken. Dabei ist ein Warmluftpfad von dem Warmlufteinlass entlang zumindest eines Flächenabschnitts der Verdunstungsscheiben zu dem Gas-Dampf-Auslass bereitgestellt, indem der Warmlufteinlass an einer Seitenwand so vorgesehen ist, dass seine Öffnungsebene senkrecht zu den Flächen der Verdunstungsscheiben steht.
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Die
EP 0 042 015 B1 offenbart einen Filter zum Abscheiden von Feststoffen aus einem Fluid, der eine im Querschnitt im Wesentlichen kreisförmige Kammer mit einem Einlass und einem Auslass und eine zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnete Filtereinrichtung umfasst. Dabei ist der Einlass am Rand der Kammer und tangential zu der Kammer und der Auslass am Rand der Kammer und tangential zu der Kammer angeordnet, sodass durch den Einlass eintretendes und durch den Auslass austretendes Fluid einen Wirbel in der Kammer erzeugt und die Feststoffe sich um das Zentrum des Wirbels herum sammeln, wobei die Tendenz besteht, dass mindestens ein Teil der Filtereinrichtung frei von Feststoffen bleibt. Die Filtereinrichtung ist im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse des Wirbels angeordnet. Die Kammer weist eine Einrichtung zum turbulent Machen der Fluidströmung auf. Der Einlass und der Auslass sind derart an der Kammer angeordnet, dass das verunreinigte Fluid axial zu dem Wirbel durch die Filtereinrichtung strömt, wobei die Kammer spiralförmige Enden zum Anregen der rotierenden Axialströmung aufweist. Der Filter ist für den Flüssigkeits-Kühlkreis eines Verbrennungsmotors vorgesehen und ist in dem Kühlkreis zwischen dem Auslass des Motors und einem Wärmeaustauscher in dem Kühlkreis angeordnet.
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Die bekannten Lösungen sind relativ aufwendig und sind insbesondere weniger für die Trennung von in einer Basisflüssigkeit nicht emulgierten oder gelösten Verschmutzungspartikeln einerseits und von leichteren Flüssigkeiten wie Öl andererseits geeignet.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, bei denen unterschiedliche verunreinigende Zusatzstoffe gezielt und effizienter aus einer Basisflüssigkeit mit einem einzigen Verfahren und einer einzigen Vorrichtung ohne Umbaumaßnahmen herausfiltrierbar sind.
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Diese und weitere Aufgaben werden ausgehend von einem Verfahren gemäß Anspruch 1 und einer Vorrichtung gemäß Anspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass bei einem Verfahren zur Aufbereitung einer von Zusatzstoffen verunreinigten Basisflüssigkeit, insbesondere zum Reinigen der Basisflüssigkeit von festen und flüssigen Verschmutzungen, umfassend die Schritte Zirkulieren einer in einem Aufbereitungsbehälter befindlichen verunreinigten Basisflüssigkeit von dem Aufbereitungsbehälter durch mindestens ein Filtersystem und zurück in den Aufbereitungsbehälter, vorgesehen ist, dass die verunreinigte Basisflüssigkeit in dem Aufbereitungsbehälter in eine rotierende Bewegung versetzt wird, wobei die Zusatzstoffe gezielt in einen zentrischen Bereich der rotierenden Bewegung bewegt werden. Die verunreinigte Basisflüssigkeit wird in einem Aufbereitungsbehälter angeordnet. An einem Ablauf ist fluidisch eine Fördereinheit angeschlossen. Die Fördereinheit erzeugt an dem Ablauf einen Unterdruck, sodass die verunreinigte Basisflüssigkeit aus dem Aufbereitungsbehälter zu der Fördereinheit gefördert wird und durch diese hindurch auf deren Druckseite durch eine Filtereinheit durchgeführt wird. Die Filtereinheit ist fluidisch mit einem Zulauf des Aufbereitungsbehälters verbunden. Nach dem Durchlauf der Filtereinheit und dem Herausfiltern von Zusatzstoffen durch die Filtereinheit wird die gefilterte Basisflüssigkeit wieder dem Aufbereitungsbehälter zugeführt. Das Zuführen wird bevorzugt tangential zu einer Wandung des Aufbereitungsbehälters ausgeführt. Anders als bei einem Hydrozyklonverfahren sammeln sich die Zusatzstoffe etwa zentrisch in dem Aufbereitungsbehälter, also um eine Vertikalachse herum. Entsprechend wird die Basisflüssigkeit mit einer niedrigeren Rotationsgeschwindigkeit bewegt. Der Hauptunterschied zu einem Hydrozyklonen liegt somit darin, dass der erfindungsgemäße Behälter sich nicht kontinuierlich verjüngend ausgebildet ist, sodass sich die Rotations- bzw. Wirbelgeschwindigkeit der Basisflüssigkeit derart erhöht, dass die Wirbelrichtung umgekehrt wird. Vielmehr wird der Wirbel erfindungsgemäß nach unten abgesaugt, wobei der Radius des Behälters und somit die Geschwindigkeit der Basisflüssigkeit zumindest in Umfangsrichtung im Wesentlichen konstant bleiben In dem Aufbereitungsbehälter wird die verunreinigte Basisflüssigkeit in Rotation gebracht. Der Filtervorgang erfolgt in dem Filtersystem. Die verunreinigte Basisflüssigkeit wird derart in eine rotierende Bewegung gebracht, dass die Zusatzstoffe, die schwerer sind als die Basisflüssigkeit, in das Zentrum der rotierenden Bewegung bewegt werden. Zudem erfolgt die rotierende Bewegung bzw. die Rotation der verunreinigten Basisflüssigkeit derart, dass die schwereren Zusatzstoffe nach unten bewegt werden. Die leichteren Zusatzstoffe werden in der Basisflüssigkeit durch die Rotation verteilt. Somit erfolgt anders als bei dem Hydrozyklon keine Bewegung von Zusatzstoffen im Zentrum der Rotation nach oben und am äußeren Rand der Rotation nach unten, sondern vielmehr erfolgt eine Bewegung ins Zentrum und nach unten. Dies wird durch ein Regeln der Fördereinrichtung je nach Umgebungsparameter, Aufbereitungsbehälter, Basisflüssigkeit und dergleichen eingestellt. Die Zusatzstoffe weisen den Aggregatzustand fest oder flüssig auf. Insofern ist das Verfahren zum Aufbereiten von mit festen oder flüssigen Zusatzstoffen verunreinigten Basisflüssigkeiten ausgebildet. Die Basisflüssigkeit ist beispielsweise Wasser, eine Emulsion oder eine andere für den Betrieb einer Werkzeugmaschine erforderliche Flüssigkeit. Die Zufuhr der verschmutzten Basisflüssigkeit in den Aufbereitungsbehälter erfolgt von der Werkzeugmaschine über einen Zufluss. Die verschmutzte Basisflüssigkeit wird aufbereitet. Dabei werden die Verschmutzungen aus der Basisflüssigkeit durch die rotierende Bewegung in dem Zentrum der Bewegung konzentriert. Zudem werden die Verschmutzungen, die schwerer sind als die Basisflüssigkeit nach unten in dem Aufbereitungsbehälter bewegt. Die Verschmutzung ist beispielsweise als Partikel wie Metallspäne oder andere Werkzeugspäne aus einem festen Material ausgebildet.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Basisflüssigkeit derart in eine rotierende Bewegung versetzt wird, dass sich ein abwärtsgerichteter Wirbel oder auch Strudel ausbildet, welcher Zusatzstoffe, die schwerer sind als die Basisflüssigkeit, mit sich abwärts bewegt. Die Rotation wird derart eingestellt, dass sich ein sichtbarer, abwärtsgerichteter Wirbel bildet. Der Wirbel ist dabei entlang der Vertikalachse in Richtung Boden gerichtet. Bevorzugt erstreckt sich der Wirbel von einer Oberfläche der Basisflüssigkeit bis zum Boden des Aufbereitungsbehälters. Der Wirbel verläuft dabei trichterförmig, das heißt von einem breiten Eingangsbereich verjüngt sich der Wirbel bis zu dem Boden. Durch den Wirbel werden die Zusatzstoffe, die schwerer sind als die Basisflüssigkeit, in Richtung Zentrum und in Richtung Boden bewegt. Es wird somit eine Konzentration der Partikel in einem zentrischen Bodenbereich durchgeführt. Partikel oder Zusatzstoffe, die leichter sind als die Basisflüssigkeit oder etwa genauso schwer wie die Basisflüssigkeit, werden in der Basisflüssigkeit verteilt, bevorzugt homogen verteilt. Die Basisflüssigkeit wird derart rotiert, dass ein einziger abwärtsgerichteter Wirbel im Zentrum, das heißt, im Bereich der Vertikalachse realisiert wird. Die Drehrichtung der Basisflüssigkeit ist innen, das heißt im Bereich der Vertikalachse gleichgerichtet wie die Drehrichtung außen, das heißt am Rand des Aufbereitungsbehälters. Es wird kein sichtbarer unterschiedlicher Außenwirbel erzeugt. Das Einstellen des Wirbels erfolgt durch die Geschwindigkeit der wieder zugeführten, filtrierten Basisflüssigkeit. Dabei wird die Geschwindigkeit oder Zulaufgeschwindigeit derart über reguliert, dass der Wirbel, Strudel oder auch Spiralwirbel im Zentrum entsteht. Andere Bezeichnungen hierfür sind Drallströmung oder Wirbelsenkenströmung. Mit der rotierenden Bewegung der verunreinigten Basisflüssigkeit werden auch die Verschmutzungspartikel mit bewegt. Die Verschmutzung, die schwerer ist als die Basisflüssigkeit wird in Wirbelrichtung nach unten zu dem Boden des Aufbereitungsbehälters bewegt, und zwar in Richtung Wirbelzentrum. Am Boden wird die verschmutzte Basisflüssigkeit im Bereich des Zentrums des Wirbels, also an der Wirbelspitze, abgeführt zu dem Filtersystem. Dabei ist der Grad der Verschmutzung in dem Bereich der Wirbelspitze erhöht, es liegt dort eine erhöhte Verschmutzungskonzentration vor. Nach Durchlauf durch das Filtersystem wird die das Filtersystem durchlaufende verschmutzte Flüssigkeit als gefilterte Flüssigkeit wieder in den Aufbereitungsbehälter zugeführt. Das Zuführen erfolgt tangential zu einem Rand des Aufbereitungsbehälters, sodass die Basisflüssigkeit über die Zufuhr in Rotation versetzt wird bzw. die Rotation aufrechterhalten wird. Die Rotation wird somit über die Fördereinheit, welche die verunreinigte Basisflüssigkeit abführt und die gefilterte Basisflüssigkeit zuführt, geregelt. Somit wird die Rotation über die Zirkulation durch das Filtersystem gesteuert. Mit anderen Worten: Die Rotation der Basisflüssigkeit ist mit der Zirkulation durch das Filtersystem gekoppelt. Hierdurch lassen sich Verschmutzungen bzw. Verschmutzungspartikel, die schwerer sind als die Basisflüssigkeit und die nicht gelöst oder emulgiert sind, effektiv filtern.
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Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass die Basisflüssigkeit derart in eine rotierende Bewegung versetzt wird, dass sich eine Senke an der Oberfläche der Basisflüssigkeit ausbildet, in welche Zusatzstoffe, die leichter sind als die Basisflüssigkeit bewegt werden. Um Verschmutzungen, die leichter sind als die Basisflüssigkeit, aus der verunreinigten Basisflüssigkeit herauszufiltern, wird die Strömungsgeschwindigkeit, somit eine Zirkulationsgeschwindigkeit durch das Filtersystem reduziert, beispielsweise durch eine Reduzierung der Förderleistung. Durch die Verringerung der Wirbelgeschwindigkeit verschwindet der Wirbel und es entsteht eine Senke an der Oberfläche der Basisflüssigkeit. Die Verschmutzung, die leichter ist als die Basisflüssigkeit, beispielsweise ein Öl, sammelt sich in der Senke. Während der Rotationsbewegung wird dann die in der Senke befindliche Verschmutzung an der Oberfläche der Basisflüssigkeit von der Basisflüssigkeit getrennt, beispielsweise gefiltert, abgesaugt oder dergleichen. Beispielsweise wird hierzu ein Ölabscheider verwendet, der entsprechend an oder in die Senke bewegt wird.
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Noch eine andere Ausführungsform sieht vor, dass die verunreinigte Basisflüssigkeit am Fuße des Wirbels und/oder im Zentrum der Senke in das Filtersystem eingeleitet bzw. aus dem Aufbereitungsbehälter abgeleitet wird. Die Verschmutzung wird zentral konzentriert, entweder an der Oberfläche der Basisflüssigkeit oder entgegengesetzt am Boden der Basisflüssigkeit. Die Verschmutzung weist in dem jeweiligen Zentrum eine erhöhte Konzentration auf. Die Verschmutzung, die schwerer ist als die Basisflüssigkeit, setzt sich im Zentrum am Boden ab. Die Verschmutzung, die leichter ist als die Basisflüssigkeit, setzt sich im Zentrum an der Oberfläche ab.
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Zudem ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass die rotierende Bewegung während der Durchführung des Verfahrens verändert wird, sodass mit dem Verfahren sowohl Zusatzstoffe, die leichter sind als die Basisflüssigkeit, als auch Zusatzstoffe, die schwerer sind als die Basisflüssigkeit, aus der Basisflüssigkeit entfernbar sind. Die Basisflüssigkeit wird zur Durchführung des Verfahrens rotiert. Sollen Verschmutzungen aus der verschmutzten Basisflüssigkeit entfernt werden, die leichter sind als die Basisflüssigkeit, so wird die Rotation derart eingestellt, dass sich an der Oberfläche der Basisflüssigkeit eine Senke, nicht aber ein Wirbel ausbildet. Die Einstellung erfolgt bevorzugt optisch. Dabei wird eine maximale Senke bevorzugt. Um dann die schwereren Verschmutzungen zu filtern oder von der Basisflüssigkeit zu trennen, wird die Rotationsgeschwindigkeit der Flüssigkeit erhöht, sodass sich ein Wirbel von der Oberfläche bis zu dem Boden des Aufbereitungsbehälters ausbildet. Entsprechend des Verlaufs des Wirbels sammeln sich die Verschmutzungspartikel im Zentrum am Boden des Aufbereitungsbehälters. Da die Konzentration der Verschmutzungen in Richtung Boden und Richtung Zentrum erhöht wird, wird eine Abfuhr der Basisflüssigkeit zurück zu der angeschlossenen (Werkzeug-)Maschine in einem von dem Boden entfernten Bereich am Rande des Aufbereitungsbehälters durchgeführt. Dabei werden emulgierte Stoffe, als eine als Emulsion ausgebildete Basisflüssigkeit, nicht gefiltert, sodass die Emulsion nur hinsichtlich der Verschmutzungen gefiltert wird. Auch Zusatzstoffe wie Additive, Öle und dergleichen werden durch das Verfahren nicht beeinträchtigt, sodass die Basisflüssigkeit unverändert bleibt. Durch die Rotation wird das Öl bzw. werden die emulgierten Stoffe in der Basisflüssigkeit gleichmäßig also homogen verteilt, zumindest bei einer Rotationsgeschwindigkeit, bei der ein Wirbel erzeugt ist. Öle oder andere Additive, die leichter sind als die Basisflüssigkeit, lassen sich jedoch bei Ausbildung einer Senke in dieser sammeln und aus der Basisflüssigkeit entfernen.
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Wiederum eine andere Ausführungsform sieht vor, dass die rotierende Bewegung durch ein Einleiten der zirkulierten und gefilterten Basisflüssigkeit in den Aufbereitungsbehälter erzeugt wird. Das Einleiten erfolgt tangential zu einem Rand oder einem Mantelbereich des Aufbereitungsbehälters. Auf diese Weise wird die in dem Behälter befindliche Basisflüssigkeit mit der einströmenden Basisflüssigkeit mitgerissen und in Rotation versetzt. Die Steuerung erfolgt über die Fördereinheit oder -einrichtung in dem Filtersystem. Beispielsweise ist die Fördereinheit als eine Pumpe ausgebildet, sodass sich die Rotation über ein Verstellen einer Pumpleistung variieren lässt. Das Verstellen erfolgt beispielsweise kontinuierlich oder diskontinuierlich.
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Die Erfindung schließt auch die technische Lehre ein, dass bei einer Vorrichtung zur Aufbereitung einer von Zusatzstoffen verunreinigten Basisflüssigkeit, insbesondere zum Reinigen der Basisflüssigkeit von festen und flüssigen Verschmutzungen, vorgesehen ist, dass die Vorrichtung Mittel zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens aufweist oder umfasst. Die Vorrichtung umfasst einen Aufbereitungsbehälter zur Bevorratung einer verschmutzten Basisflüssigkeit. Der Aufbereitungsbehälter ist mit einem Filtersystem, beispielsweise einem Filterkreislauf fluidisch gekoppelt. Weiterhin ist der Aufbereitungsbehälter mit einer Werkzeugmaschine fluidisch gekoppelt. Die Basisflüssigkeit ist zum Betrieb der Werkzeugmaschine bzw. zum Bearbeiten von Werkstücken ausgebildet. Beispielsweise ist die Basisflüssigkeit als Emulsion, Kühlmittel, Schmiermittel oder dergleichen ausgebildet. Die Basisflüssigkeit wird gereinigt aus dem Aufbereitungsbehälter der Werkzeugmaschine zugeführt. Von der Werkzeugmaschine gelangt verschmutzte Basisflüssigkeit zurück zu dem Aufbereitungsbehälter. Mittels des vorstehenden Verfahrens wird die verschmutzte Basisflüssigkeit aufbereitet und der Werkzeugmaschine gereinigt zugeführt. Insofern weist die Vorrichtung einen Kreislauf auf, in dem eine Basisflüssigkeit verunreinigt wird, in den Aufbereitungsbehälter gelangt und gereinigt diesen wieder verlässt. In einem zweiten Kreislauf wird die verunreinigte Basisflüssigkeit aus dem Aufbereitungsbehälter mit einer erhöhten Konzentration an Verschmutzung abgeführt, durchläuft ein Filtersystem und wird gefiltert dem Aufbereitungsbehälter wieder zugeführt. Der Aufbereitungsbehälter bildet somit die gemeinsame Schnittstelle eines Filterkreislaufs eines Filtersystems und eines Werkzeugmaschinen-Kreislaufs mit einer Werkzeugmaschine. In dem Aufbereitungsbehälter wird die Konzentration der Verschmutzung in Richtung des Ablaufs zu dem Filtersystem konzentriert. Dies erfolgt durch ein Rotieren der Basisflüssigkeit.
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In einer Ausführungsform ist deshalb vorgesehen, dass die Mittel mindestens einen Aufbereitungsbehälter umfassen, der einen unteren Ablauf und einen oberen Zulauf aufweist. In einer Ausführungsform ist ein Aufbereitungsbehälter vorgesehen. In einer anderen Ausführungsform sind mehrere Aufbereitungsbehälter vorgesehen. Die mehreren Aufbereitungsbehälter sind in einer Ausführungsform fluidisch voneinander getrennt. In einer anderen Ausführungsform sind die mehreren Aufbereitungsbehälter zumindest teilweise miteinander fluidisch verbunden, beispielsweise parallel oder in Reihe geschaltet. Der Aufbereitungsbehälter ist einer Ausführungsform mit einem Flachboden ausgebildet. In einer Ausführungsform ist der Aufbereitungsbehälter mit einem Spitzboden ausgebildet. Der Spitzboden ist mittels einer schräg zu der Vertikalachse bzw. zu einer Horizontalachse verlaufenden Wandung ausgebildet. Die Wandung verläuft bevorzugt in einem vorbestimmten Winkel zu einer Horizontalachse bzw. zu einer Vertikalachse zusammen. Dabei liegt der vorbestimmte Winkel bevorzugt in einem Bereich von größer gleich 0° bis kleiner 90°, bevorzugt größer gleich 0° bis kleiner gleich 75°, weiter bevorzugt größer gleich 0° bis kleiner gleich 60° und am meisten bevorzugt größer gleich 0° bis kleiner gleich 45°, bevorzugt etwa mit 30° zur Horizontalachse. Die entsprechenden Winkel zur Vertikalachse ergeben sich durch Ergänzung zu 90°, also 90° bis kleiner 0°, 90° bis kleiner gleich 30°, 0° bis kleiner gleich 45° und etwa zu 60°. In noch einer anderen Ausführungsform ist der Aufbereitungsbehälter mit einem Klöpperboden ausgebildet. Bevorzugt ist der Aufbereitungsbehälter mit einem sich abwärts verjüngenden Boden ausgebildet. Der Aufbereitungsbehälter weist einen Aufbereitungsraum auf. Dieser setzt sich aus dem durch den Bodenraum und dem Behälterraum zusammen. Der Behälterraum ist in einer Ausführungsform quaderförmig ausgebildet. Bevorzugt ist der Behälterraum um eine abwärtsgerichtete Achse oder eine Vertikalachse rotationssymmetrisch ausgebildet. Entsprechend ist der Behälterraum vorzugsweise zylindrisch ausgebildet. Somit bildet ist der Aufbereitungsbehälter bevorzugt als zylindrischer Behälter mit einem sich verjüngenden Boden ausgebildet. Der Aufbereitungsbehälter weist mindestens einen Ablauf auf. Der mindestens eine Ablauf ist bevorzugt zentrisch, insbesondere in Bezug auf die Vertikalachse, ausgebildet. Entsprechend ist der mindestens eine Ablauf an einem untersten Bereich des Aufbereitungsbehälters angeordnet. Bei einem Spitzboden ist der Ablauf im Bereich der Spitze angeordnet.
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In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Mittel ein mit dem Ablauf und/oder dem Zulauf fluidisch verbundenes Filtersystem zum Filtern der Zusatzstoffe umfassen. Von dem Ablauf wird das verunreinigte Mittel über ein Leitungssystem, beispielsweise über Schläuche, Rohrleitungen und dergleichen über eine Fördereinrichtung, beispielsweise eine Pumpe, an einer Unterdruckseite angesaugt bzw. aus dem Aufbereitungsbehälter bewegt und an der Druckseite durch eine Filtervorrichtung oder Filtereinrichtung hindurch gefiltert. Die Filtereinrichtung ist insbesondere auf die Verschmutzung, beispielsweise Metallspäne oder dergleichen eingestellt oder einstellbar. Beispielsweise umfasst das Filtersystem einen Hydrozyklon, ein Sieb, einen Flies oder andere beliebige Filter, Abscheider und/oder Trenneinrichtungen. Von dem Filter gelangt die gereinigte Basisflüssigkeit über den Zulauf zu dem Aufbereitungsbehälter. Somit ergibt sich in dem Aufbereitungsbehälter eine Verschmutzungskonzentration, die von oben am Zulauf bis nach unten am Ablauf zunimmt. Dabei wird die Verschmutzung durch Ausbildung eines Wirbels bzw. einer Senke in Richtung Zentrum bewegt. Bei Ausbildung eines Wirbels erfolgt zusätzlich eine Bewegung in Richtung Boden des Aufbereitungsbehälters.
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Noch eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Mittel mindestens eine Fördereinrichtung umfassen, über welche der Durchfluss durch das Filtersystem steuerbar ist. Die Fördereinrichtung ist beispielsweise als Förderpumpe ausgebildet. Die Fördereinrichtung ist bevorzugt als Stetigförderer ausgebildet, kann aber auch als Unstetigförderer ausgebildet sein. Die Fördereinrichtung ist bevorzugt als eine beliebige Fluidenergiemaschine zum Fördern einer Flüssigkeit ausgebildet. Insbesondere ist die Fördereinrichtung als hydraulische Strömungsmaschine ausgebildet, beispielsweise als Pumpe wie eine Turbopumpe, eine Kreiselpumpe oder dergleichen. Über die Fördereinrichtung wird die Zirkulationsgeschwindigkeit der Basisflüssigkeit durch das Filtersystem eingestellt. Auf der Unterdruckseite wird die verschmutzte Basisflüssigkeit durch das Leitungssystem angesaugt. Auf der Druckseite wird die Basisflüssigkeit durch das Filtersystem geleitet und nach erfolgter Filtrierung zu dem Zulauf tangential zu einem Rand in den Aufbereitungsbehälter zugeführt. Dadurch wird die in dem Aufbereitungsbehälter befindliche Basisflüssigkeit rotiert. Je nach Zirkulationsgeschwindigkeit bildet sich in der Basisflüssigkeit in dem Aufbereitungsbehälter eine Senke oder ein Wirbel aus. Über die Leistung der Fördereinrichtung wird die Rotation der Basisflüssigkeit in dem Aufbereitungsbehälter eingestellt. Dabei erfolgt das Einstellen vorzugsweise optisch gesteuert. Die Leistung der Fördereinrichtung wird dabei je nach Verschmutzung eingestellt. Dabei wird die Leistung zum Beispiel solange erhöht, bis sich optisch erkennbar ein Wirbel ausbildet. Die Leistung wird dabei solange erhöht, bis eine Wirbelspitze zum Boden des Aufbereitungsbehälters bzw. zum Ablauf reicht. Um leichtere Verschmutzungen von der Basisflüssigkeit zu Trennen wird die Leistung der Fördereinheit solange reduziert, bis gerade kein Wirbel mehr entsteht, sondern lediglich eine Senke an der Oberfläche vorhanden ist.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Für gleiche oder ähnliche Bauteile oder Merkmale werden dabei einheitliche Bezugszeichen verwendet. Merkmale oder Bauteile verschiedener Ausführungsformen können kombiniert werden, um so weitere Ausführungsformen zu erhalten. Sämtliche aus den Ansprüchen der Beschreibung oder Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumliche Anordnung und Verfahrensschritte, können so für sich als auch in verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Es zeigen:
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1, a–c in einer ersten Ansicht schematisch die Vorrichtung mit verschiedenen Ausführungsformen eines Aufbereitungsbehälters,
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2 in einer Perspektivansicht eine Ausführungsform der Vorrichtung gemäß 1 ohne Werkzeugmaschine,
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3 in einer schematischen Ansicht den Aufbereitungsbehälter mit dem Filterkreislauf,
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4 in einer schematischen Ansicht die Vorrichtung in einem Zustand zum Filtern von Verschmutzungen, die schwerer sind als die Basisflüssigkeit und
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5 in einer schematischen Ansicht die Vorrichtung in einem Zustand zum Filtern von Verschmutzungen, die leichter sind als die Basisflüssigkeit.
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Die 1 bis 5 zeigen in verschiedenen Ansichten, Ausschnitten und verschiedenen Detaillierungsgeraden eine Vorrichtung 100 zur Aufbereitung einer von Zusatzstoffen 290 verunreinigten Basisflüssigkeit 200, insbesondere zum Reinigen der Basisflüssigkeit 200 von festen und flüssigen Verschmutzungen 291 mit Mitteln zur Durchführung eines Verfahrens zur Aufbereitung einer von Zusatzstoffen 290 verunreinigten Basisflüssigkeit 200, insbesondere zum Reinigen der Basisflüssigkeit 200 von festen und/oder flüssigen Verschmutzungen 291, umfassend die Schritte: Zirkulieren einer in einem Aufbereitungsbehälter 120 befindlichen verunreinigten Basisflüssigkeit 200 von dem Aufbereitungsbehälter 120 durch mindestens ein Filtersystem 150 und zurück in den Aufbereitungsbehälter 120, wobei die verunreinigte Basisflüssigkeit 200 in dem Aufbereitungsbehälter 120 in eine rotierende Bewegung R versetzt wird, wobei die Zusatzstoffe 290 gezielt in einen zentrischen Bereich der rotierenden Bewegung R bewegt werden.
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Die Vorrichtung 100 umfasst den Aufbereitungsbehälter 120. Bevorzugt ist der Aufbereitungsbehälter 120 als zylindrischer Behälter 125 mit einem konisch spitz zulaufenden Boden 127, somit als Spitzbodenbehälter 121 ausgebildet (siehe 1, 1a). In einer anderen Ausführungsform (1b) ist der Aufbereitungsbehälter 120 als zylindrischer Aufbereitungsbehälter 122 mit einem zylindrischen Behälter 125 mit integriertem Boden 127 ausgebildet. In noch einer anderen Ausführungsform ist der Aufbereitungsbehälter 120 als Klöpperbodenbehälter 123 mit einem zylindrischen Behälter 125 und einem Klöpperboden 128 ausgebildet.
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An den Aufbereitungsbehälter 120 sind mindestens zwei Kreisläufe M und F angeschlossen. Der Kreislauf M ist als Maschinenkreislauf oder als Werkzeugmaschinenkreislauf ausgebildet. Dabei ist der Kreislauf M über einen Abfluss 131 zu einer Maschine 500, genauer einer Werkzeugmaschine 501 und von der Maschine 500 zu dem Aufbereitungsbehälter 120 über einen Zufluss 132 fluidisch gekoppelt. Der Zufluss 132 und der Abfluss 131 sind an einem seitlichen Bereich des Behälters 125 an dessen Mantelfläche ausgebildet.
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Der zweite Kreislauf F ist fluidisch von dem Aufbereitungsbehälter 120 über einen Abfluss 134 und zu dem Aufbereitungsbehälter 120 über einen Zufluss 135 mit dem Filtersystem 150 gekoppelt. Dabei befindet sich der Abfluss 134 zentral an dem Boden 127 des Aufbereitungsbehälters 120. An diesen schließt sich ein Leitungssystem 136 an, welches eine Fördereinrichtung 140 aufweist. Die Fördereinrichtung 140 saugt an deren Unterdruckseite die mit Zusatzstoffen 290 verunreinigte oder verschmutzte Basisflüssigkeit 200 an. Die Fördereinrichtung 140 ist beispielsweise als Förderpumpe 141 oder dergleichen ausgebildet. Auf der Druckseite der Fördereinheit 140 wird die verschmutzte Basisflüssigkeit 200 durch eine Filtereinheit 151 des Filtersystems 150 geleitet, in welcher die Zusatzstoffe 290 aus der Basisflüssigkeit 200 herausgefiltert werden. Die gefilterte Basisflüssigkeit 200 gelangt über den Zufluss 135 zurück in den Aufbereitungsbehälter 120, sodass der Kreislauf F geschlossen ist.
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Eine Zirkulationsgeschwindigkeit der Basisflüssigkeit 200 durch den zweiten Kreislauf F wird über die Fördereinrichtung 140 gesteuert. Hierzu ist eine Steuereinrichtung 170 vorgesehen. Beispielsweise umfasst die Steuereinrichtung 170 einen optischen Sensor, um zu erkennen, ob ein Wirbel W oder eine Senke S in der Basisflüssigkeit 200 ausgebildet ist.
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Das Verfahren wird wie folgt durchgeführt. Die Basisflüssigkeit 200, beispielsweise eine Maschinenemulsion, ggf. mit einem Additiv wie einem Schmiermittel – zum Beispiel Schmieröl, wird in den Basisbehälter 120 bzw. in das Leitungssystem 136 des Maschinenkreislaufs M eingefüllt. Das Leitungssystem 136 des Maschinenkreislaufs M ist dabei fluidisch über den Zulauf 132 und den Ablauf 131 mit dem Aufbereitungsbehälter 120 bzw. der darin angeordneten Basisflüssigkeit 200 verbunden. Wird nun die Maschine 500 oder ein anderer Verbraucher betrieben, so wird die Basisflüssigkeit 200 über den Ablauf 131 zu der Werkzeugmaschine 500 transportiert. Von dort wird die Basisflüssigkeit 200 mit Zusatzstoffen 290, genauer mit die Basisflüssigkeit 200 verschmutzenden Zusatzstoffen 290 oder Verschmutzungen zurück in den Aufbereitungsbehälter 120 über den Zulauf 132 geführt. Die Verschmutzungen 291 sind hier als Metallspäne oder andere Partikel ausgebildet, die als feste Partikel 292 ausgebildet sind. Bevorzugt sind die Partikel 292 schwerer als die Basisflüssigkeit 200 ausgebildet, sodass die Partikel 292 über einen längeren Zeitraum in der Basisflüssigkeit 200 aufgrund der Schwerkraft sinken würden. Um den Sinkprozess zu beschleunigen und um Partikelablagerungen an einem seitlich äußeren Rand zu verhindern, wird die Basisflüssigkeit 200 samt Verschmutzungen 290 in eine Rotationsbewegung versetzt. Die Rotationsgeschwindigkeit wird dabei so gewählt, dass ein Wirbel W entsteht (siehe 4). Der Wirbel W verjüngt sich von einer Oberfläche O der Basisflüssigkeit 290 hin zu dem Boden 127 des Aufbereitungsbehälters 120. Der Wirbel W rotiert dabei um eine Zentrale (Längs-)Achse L des Aufbereitungsbehälters 120. Zentrisch an dem Boden 127 ist der Ablauf 134 angeordnet. Der Ablauf 134 ist derart angeordnet, dass der Wirbel W auf diesen gerichtet ist. Mit dem Wirbel W werden die nicht gelösten, festen Partikel 292 in eine abwärtsgerichtete Spiralbewegung H versetzt, sodass die Partikel 292 sich in Richtung Ablauf 134 bewegen, das heißt zentrisch nach innen und nach unten gerichtet. So kommt es im Bereich des Ablaufs 134 zu einer steigenden Konzentration an Verschmutzung 291 in der Basisflüssigkeit 200. Die im Bereich des Ablaufs 134 hochkonzentriert verschmutzte Basisflüssigkeit 290 wird über den Ablauf 134 von der Fördereinrichtung 140 abgesaugt und durch das Filtersystem 150 geführt. In dem Filtersystem 150 ist eine auf die Verschmutzung 291 abgestimmte Filtereinheit oder Filtereinrichtung 151 vorgesehen, in welcher die Verschmutzung 291 aus der Basisflüssigkeit 200 herausgefiltert wird. Danach wird die gefilterte Basisflüssigkeit 200 über den Zulauf 135 zurück in den Aufbereitungsbehälter 135 geführt. Dabei gelangt die gereinigte Basisflüssigkeit 290 tangential zu einer Mantelfläche des Aufbereitungsbehälters 120 in den Aufbereitungsbehälter 120 und reißt die in dem Aufbereitungsbehälter 120 befindliche Basisflüssigkeit 200 mit, sodass diese in Rotation R versetzt wird. Über die Zirkulationsgeschwindigkeit der Basisflüssigkeit 200 durch das Filtersystem 150 wird die Rotationsgeschwindigkeit bzw. die Wirbelgeschwindigkeit der Basisflüssigkeit 200 in dem Aufbereitungsbehälter 120 eingestellt. Ausgehend von einem ruhenden Zustand der Basisflüssigkeit 200 wird diese durch Einschalten und Regulieren der Fördereinheit 140 in Rotation R versetzt. Dabei entsteht zunächst mit zunehmender Geschwindigkeit die Senke S an der Oberfläche O der Basisflüssigkeit 200. Die Senke S weist einen Tiefpunkt T im Zentrum in Richtung Boden 127 gerichtet auf. In dieser Senke S sammeln sich Zusatzstoffe 293, die in der Basisflüssigkeit 200 nach oben steigen würden, da diese leichter sind als die Basisflüssigkeit 200. Beispielsweise lässt sich so Öl 293a oder ein anderes Additiv, welches ohne Energiezufuhr nicht gelöst in der Basisflüssigkeit 290 befindlich ist, in dieser Senke S sammeln. Um diesen in der Senke S gesammelten Zusatzstoff 293 nun von der Basisflüssigkeit 200 zu trennen, wird eine entsprechende Filter- und/oder Trenneinheit 155 des Filtersystems 150, beispielsweise ein Ölabscheider 156, eine Saugeinrichtung oder dergleichen in das Zentrum der Senke S geführt. Nach der Positionierung wird der Zusatzstoff 293 auf einfache Weise entfernt. Wird nun die Rotationsgeschwindigkeit R durch eine Steigerung der Leistung der Fördereinrichtung 150 erhöht, so beginnt sich vom Tiefpunkt T der Senke S aus ein Wirbel W in Richtung Boden 127 auszubilden. Die Rotationsgeschwindigkeit der Basisflüssigkeit 200 wird solange erhöht, bis der Wirbel W bis zum Boden 127 und genauer bis zum Ablauf 134 reicht. Diese Zustände – Senke S, Wirbel W – werden beispielsweise optisch erkannt. Bei Erreichen des jeweiligen Zustands wird die Pumpenleistung nicht weiter verändert, sodass der jeweilige Zustand beibehalten wird. Die Verteilung der festen Partikel 292, die schwerer sind als die Basisflüssigkeit 200, sind beispielsweise in dem Ausschnitt A dargestellt. Deutlich ist hier zu erkennen, dass die Partikel verteilt aber nicht gelöst in der Basisflüssigkeit 200 angeordnet sind. Durch die permanente Rotationsbewegung der Basisflüssigkeit 200 werden auch die Partikel 292 bewegt. Diese führen die bereits beschriebene Bewegung relativ zu der Basisflüssigkeit 200 aus. Die Rotationsgeschwindigkeit wird je nach Beschaffenheit der Verschmutzung 291 variiert, sodass sich über ein Einstellen der Rotationsgeschwindigkeit die Konzentration der jeweiligen Verschmutzung 291 im Bereich des Bodens 127 einstellen lässt. Um verschiedene Verschmutzungen 291 in dem Filtersystem 150 zu filtrieren, lassen sich dort verschiedene Filtereinheiten 151 anordnen, die beispielsweise über Ventile V zu- und abschaltbar sind. Beispielsweise sind mehrere Filtereinheiten 151 in Reihe und/oder parallel geschaltet.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Vorrichtung
- 120
- Aufbereitungsbehälter
- 121
- Spitzbodenbehälter
- 122
- zylindrischer Aufbereitungsbehälter
- 123
- Klöpperbodenbehälter
- 125
- zylindrischer Behälter
- 127
- Boden
- 128
- Klöpperboden
- 131
- Abfluss
- 132
- Zufluss
- 134
- Abfluss
- 135
- Zufluss
- 136
- Leitungssystem
- 140
- Fördereinrichtung
- 141
- Förderpumpe
- 150
- Filtersystem
- 151
- Filtereinheit, Filtereinrichtung
- 155
- Filter- und/oder Trenneinheit
- 156
- Ölabscheider
- 170
- Steuereinrichtung
- 200
- Basisflüssigkeit
- 290
- Zusatzstoff
- 291
- Verschmutzung
- 292
- (feste) Partikel
- 293
- leichtere Zusatzstoffe
- 293a
- Öl
- 500
- (Werkzeug-)Maschine
- R
- rotierende Bewegung, Rotationsbewegung, Rotation
- M
- (Maschinen-)Kreislauf
- F
- (Filtersystem-)Kreislauf
- W
- Wirbel
- S
- Senke
- T
- Tiefpunkt (Senke)
- O
- Oberfläche (Basisflüssigkeit)
- L
- (Längs-)Achse (Aufbereitungsbehälter)
- H
- Spiralbewegung
