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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abreinigung von Verunreinigungen aus einem Gasstrom mittels einer Filteranordnung.
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Derartige Filteranordnungen können insbesondere bei Minimalmengenschmiersystemen eingesetzt werden. Minimalmengenschmierungen werden allgemein im Bereich der Metallbearbeitung, insbesondere bei Zerspanungsprozessen eingesetzt. Dabei kommt ein Ölgemisch zum Einsatz, welches fein dosiert als Kühlschmiermittel einem Werkzeug zugeführt wird. Bei dem Bearbeitungsprozess des Werkzeugs entstehen sehr feine flüssige Aerosole in der Umgebungsluft.
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Zur Reinigung dieser Verunreinigungen enthaltene Umgebungsluft wird diese an der Stelle des Werkzeugs abgesaugt und einer Filteranordnung zugeführt, in welcher die im abgesaugten Gasstrom enthaltenen Verunreinigungen abgereinigt werden.
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Als Filteranordnung werden in bekannter Weise Filterpatronen eingesetzt, die einen Tiefenfilter aufweisen, der beispielsweise von einem Feinfaservlies gebildet ist. Mit einem derartigen Tiefenfilter können auch sehr feine flüssige Aerosole aus dem Gasstrom ausgefiltert werden.
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Problematisch ist jedoch, dass in Umgebungen, in denen Minimalmengenschmiersysteme eingesetzt werden, neben den genannten flüssigen Aerosolen auch überwiegend feste Verunreinigungen, wie zum Beispiel Staubpartikel anfallen.
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Derartige feste Verunreinigungen können jedoch mit Tiefenfilter nur unzureichend abgeschieden werden und verringern die Standzeit des Tiefenfilters erheblich.
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Die
DE 10 2009 026 276 A1 betrifft eine Verbundfiltermediumstruktur mit einem Substrat, das ein synthetisches Faservlies enthält, das aus mehreren Fasern mittels eines Spinnbinde-Prozesses gebildet ist. Das Basissubstrat weist einen minimalen Filtrationswirkungsgrad von etwa 50%, gemessen entsprechend dem Testverfahren ASHRAE 52.2-1999, auf. Auf einer Seite des Basissubstrats ist eine Nanofaserschicht aufgetragen. Die Verbundfiltermediumstruktur weist einen minimalen Filtrationswirkungsgrad von etwa 75%, gemessen entsprechend dem Testverfahren ASHRAE 52.2-1999, auf.
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Die
DE 203 12 074 U1 betrifft eine Vakuumfördereinrichtung mit einem mehrstufigen Filtersystem, das einen Innenfilter, einen Außenfilter und einen Filteradapter zum insbesondere luft- und/oder fluiddichten Einfügen mindestens eines der Filter aufweist, bei der der Außenfilter stromauf des Innenfilters angeordnet ist. Der Innenfilter dient als Trageinheit für den auf diesen aufziehbaren oder in diesen einziehbaren Außenfilter.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass mit diesem bei einer hohen Verfügbarkeit eine Abscheidung sowohl von festen als auch flüssigen Verunreinigungen ermöglicht wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und dient zur Abscheidung von Verunreinigungen aus einem Gasstrom. Dieser enthält überwiegend feste Verunreinigungen und flüssige Aerosole. Die Filteranordnung umfasst einen Tiefenfilter zur Abscheidung von flüssigen Aerosolen und einen Oberflächenfilter zur Abscheidung von überwiegend trockenen Verunreinigungen, welche eine hohlzylindrische Anordnung bilden. Die Filteranordnung (1) weist einen Boden (3) auf, der die hohlzylindrische Anordnung an ihrer Unterseite abschließt. Der Tiefenfilter weist eine innere Mantelfläche auf, welche einen Hohlraum umschließt. Der Oberflächenfilter schließt an eine äußere Mantelfläche des Tiefenfilters an. Mittels einer Abreinigungseinheit werden Druckluftimpulse generiert, welche in den Hohlraum eingeleitet werden, dann den Tiefenfilter durchsetzen und dann den Oberflächenfilter durchsetzen, wodurch der Oberflächenfilter abgereinigt wird. Der Filteranordnung wird der die Verunreinigungen enthaltene Gasstrom über den Oberflächenfilter zugeführt.
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Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass mit diesem nicht nur Verunreinigungen in Form von flüssigen Aerosolen aus einem Gasstrom ausgefiltert, das heißt abgeschieden werden können, sondern auch überwiegend trockene Verunreinigungen, wie zum Beispiel Staubpartikel.
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Die für das erfindungsgemäße Verfahren vorgesehene Filteranordnung ist somit in unterschiedlichen Applikationen universell einsetzbar. Insbesondere kann die Filteranordnung in Applikationen eingesetzt werden, wo nicht klar ist, ob nur trockene Verunreinigungen oder nur flüssige Verunreinigungen oder beide derartigen Verunreinigungen ausgefiltert werden müssen.
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Dabei kann die Filteranordnung bei Minimalmengenschmiersystemen eingesetzt werden. Bei derartigen Minimalmengenschmiersystemen fallen Verunreinigungen in Form sehr feiner flüssiger Aerosole an. Diese können mit dem Tiefenfilter der Filteranordnung ausgefiltert und somit vollständig aus dem zu reinigenden Gasstrom entfernt werden.
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Zusätzlich können auch trockene Verunreinigungen mit der Filteranordnung aus dem zu reinigenden Gasstrom ausgeschieden werden, so dass die Filteranordnung in Minimalmengenschmiersystemen mit unterschiedlichen Applikationsbedingungen flexibel eingesetzt werden kann.
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Die Filteranordnung ist vorteilhaft derart ausgelegt, dass mit dem Oberflächenfilter größere Partikel als mit dem Tiefenfilter abgeschieden werden.
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Die Filteranordnung ist dementsprechend so ausgebildet, dass der zu reinigende Gasstrom zunächst auf den Oberflächenfilter trifft, wo nur die größeren, trockenen Verunreinigungen ausgefiltert werden. Die feineren flüssigen Aerosole durchdringen dagegen den Oberflächenfilter, wobei diese Aerosole dann in dem Tiefenfilter vollständig ausgefiltert werden.
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Besonders vorteilhaft besteht der Tiefenfilter aus einem Feinfaservlies.
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Mit dem so ausgebildeten Tiefenfilter können auch feinste Aerosole zuverlässig ausgefiltert werden.
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Weiter vorteilhaft besteht der Oberflächenfilter aus einem Kunststoffvlies.
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Insbesondere kann der Oberflächenfilter aus einem Polyestervlies bestehen. Mit diesem Oberflächenfilter können trockene Verunreinigungen wie Staubpartikel zuverlässig ausgefiltert werden.
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Erfindungsgemäß bilden der Tiefenfilter und der Oberflächenfilter eine hohlzylindrische Anordnung, wobei diese einen Boden aufweist, der die hohlzylindrische Anordnung an ihrer Unterseite abschließt.
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Vorteilhaft werden die Druckluftimpulse an der Oberseite der hohlzylindrischen Anordnung in den Hohlraum eingeleitet.
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Dann wird ausgenutzt, dass die Filteranordnung einen Boden aufweist, der die hohlzylindrische Anordnung an ihrer Unterseite abschließt.
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In diesem Fall erfolgt somit ohne zusätzliche mechanische Umlenkelemente ein Umlenken der in axialer Richtung in den Hohlzylinder der Filteranordnung eingelenkten Druckluftimpulse derart, dass diese in radialer Richtung verlaufend zuerst den Tiefenfilter und dann den Oberflächenfilter durchsetzen. Somit sind keine mechanischen Zusatzkonstruktionen zur Führung der Druckluftimpulse in der Filteranordnung notwendig, wodurch sich ein konstruktiv besonders einfacher Aufbau ergibt.
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Alternativ kann im Hohlraum ein Verdrängungskörper angeordnet sein, mittels dessen die Druckluftimpulse umgelenkt und durch den Tiefenfilter und den Oberflächenfilter geführt sind.
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Damit kann der Verlauf der Druckluftimpulse im Hohlraum der Filteranordnung besonders genau vorgegeben werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1: Schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäß verwendeten Filteranordnung.
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2: Querschnittdarstellung der Filteranordnung gemäß 1.
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3: Längsschnittdarstellung der Filteranordnung gemäß 1.
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4: Variante der Ausführungsformen gemäß den 1 bis 3 in einer Längsschnittdarstellung.
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Die 1 bis 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäß verwendeten Filteranordnung 1. Mit dieser Filteranordnung 1 können aus einem Gasstrom sowohl flüssige Verunreinigungen in Form von Aerosolen als auch überwiegend trockene Verunreinigungen ausgefiltert werden.
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Die erfindungsgemäß verwendete Filteranordnung 1 eignet sich damit insbesondere für den Einsatz an Minimalmengenschmiersystemen. Eine Minimalmengenschmierung erfolgt allgemein im Bereich der Metallbearbeitung, wobei ein Ölgemisch fein dosiert als Kühlschmiermittel einem Werkzeug zugeführt wird. Bei dem Bearbeitungsprozess verdampft das Ölgemisch und kondensiert anschließend, so dass sich in der Umgebungsluft als Verunreinigungen feine flüssige Aerosole bilden. Als weitere Verunreinigungen können in der Umgebungsluft überwiegend trockene Verunreinigungen, wie zum Beispiel Staubpartikel vorhanden sein.
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Die die Verunreinigungen enthaltende Umgebungsluft im Bereich des Werkzeugs wird abgesaugt und mittels Rohrleitungen der erfindungsgemäß verwendeten Filteranordnung 1 zugeführt.
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Wie aus 1 ersichtlich, ist die erfindungsgemäß verwendete Filteranordnung 1 in Form einer Filterpatrone ausgebildet. Diese Filterpatrone weist eine hohlzylindrische Form mit einem kreisförmigen Querschnitt auf.
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Wie in 1 schematisch angedeutet, wird der die Verunreinigungen enthaltene Gasstrom über die Mantelfläche der Filterpatrone in deren Innenraum eingeleitet. Dies ist mit den Pfeilen I veranschaulicht. Der gereinigte Gasstrom wird dann über die Oberseite der Filterpatrone ausgeleitet, was durch den Pfeil II veranschaulicht ist. Die Ausleitung des gereinigten Gasstroms aus der Filterpatrone erfolgt mittels nicht gesondert dargestellter Rohrleitungen.
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Wie aus 1 ersichtlich, ist die Oberseite der Filterpatrone mit einem einen kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Deckel 2 abgeschlossen, an dem die Rohrleitungen zur Ausleitung des gereinigten Gasstroms ausmünden. Weiterhin ist die Filterpatrone an ihrer Unterseite mit einem ebenfalls einen kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Boden 3 abgeschlossen.
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Zwischen dem Boden 3 und dem Deckel 2 ist ein Oberflächenfilter 4 gelagert, der zur Filtration von überwiegend trockenen Verunreinigungen, insbesondere Staubpartikeln, vorgesehen ist. Die Außenseite des Oberflächenfilters 4 bildet die äußere Mantelfläche der Filterpatrone, die mit dem die Verunreinigungen enthaltenden Gasstrom beaufschlagt wird.
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Der Oberflächenfilter 4 besteht aus einem Kunststoffvlies, insbesondere aus einem Polyestervlies. Wie insbesondere 1 zeigt, weist der Oberflächenfilter 4 die Form eines Faltenbalgs auf. Die regelmäßig ausgebildeten Falten erstrecken sich über den gesamten Umfang des Oberflächenfilters 4. Die Falten des Faltenbalgs weisen einen in Längsrichtung des Oberflächenfilters 4 konstanten Querschnitt auf. Der so ausgebildete Oberflächenfilter 4 bildet einen äußeren Hohlzylinder.
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Die Filteranordnung 1 weist zusätzlich zu dem Oberflächenfilter 4 einen Tiefenfilter 5 auf, der einen konzentrisch zum Oberflächenfilter 4 angeordneten innenliegenden Hohlzylinder bildet. Der Tiefenfilter 5 ist mit nicht dargestellten Halterungen zwischen dem Deckel 2 und dem Boden 3 so gelagert, dass die äußere Mantelfläche des Tiefenfilters 5 in konstanten Abstand zum Oberflächenfilter 4 liegt. Die innere Mantelfläche des Tiefenfilters 5 begrenzt einen den Innenraum der Filteranordnung 1 bildenden Hohlraum.
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Die Filtermaterialien des Oberflächenfilters 4 und des Tiefenfilters 5 sind so ausgebildet, dass mit dem Oberflächenfilter 4 überwiegend trockene Verunreinigungen ausgefiltert werden, deren Partikelgrößen größer sind als die Tröpfchengrößen der feinen, flüssigen Aerosole.
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Dadurch ergibt sich folgende Arbeitsweise der in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Filteranordnung 1. Der die Verunreinigungen enthaltende Gasstrom beaufschlagt die äußere Mantelfläche der Filterpatrone, das heißt der Gasstrom trifft zunächst auf den Oberflächenfilter 4. Dort werden die trockenen Verunreinigungen, insbesondere im Gasstrom enthaltende Verunreinigungen abgeschieden, wobei sich die abgeschiedenen Partikel am Oberflächenfilter 4 anlagern. Die feinen flüssigen Aerosole im Gasstrom durchsetzen jedoch den Oberflächenfilter 4 und gelangen zum Tiefenfilter 5. Dort werden die flüssigen Aerosole abgeschieden. Überschüssiges Aerosol, das heißt überschüssiges Öl, tropft entlang des Tiefenfilters 5 nach unten und sammelt sich im Bodenbereich der Filterpatrone an. Damit bildet sich auf dem Boden 3 eine Benutzungsschicht 6 mit Öl.
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Während der fortschreitenden Betriebsdauer der Filteranordnung 1 lagern sich immer mehr feste Verunreinigungen am Oberflächenfilter 4 an, so dass dieser zunehmend verstopft. Dadurch steigt der Druckverlust des Oberflächenfilters 4 bei der Abscheidung der festen Verunreinigungen.
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Um dies zu verhindern ist erfindungsgemäß eine Abreinigungseinheit 7 vorgesehen, mittels derer der Oberflächenfilter 4 in vorgegebenen Zeitintervallen oder bei einem bestimmten Druckverlust abgereinigt werden kann.
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Die Abreinigungseinheit 7 umfasst eine Druckluftimpulseinheit 8, die von einer Rechnereinheit 9 gesteuert wird. Die Rechnereinheit 9 steuert insbesondere das Zeitverhalten der Druckluftimpulseinheit 8 und gibt somit die Zeitintervalle vor, wann der Oberflächenfilter 4 abgereinigt wird. Von der Druckluftimpulseinheit 8 generierte Druckluftimpulse werden über eine Zuleitung 10 der Filteranordnung 1 zugeführt. Dabei mündet, wie 3 schematisch zeigt, die Zuleitung 10 am Deckel 2 der Filterpatrone ein. Die Zuleitung 10 mündet dabei im Zentrum des Deckels 2 ein.
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Während eines Abreinigungsintervalls werden Druckluftimpulse über die Zuleitung 10 in den Hohlraum der Filterpatrone einleitet, wobei die Ausbreitungsrichtung der Druckluftimpulse an der Ausmündung der Zuleitung 10 zunächst senkrecht nach unten verläuft. Die Ausbreitung der Druckluftimpulse ist mit den Pfeilen III, IV veranschaulicht. Da mit dem Boden 3 der Hohlraum der Filterpatrone an deren Unterseite vollständig abgeschlossen ist, entsteht an der Unterseite des Hohlraums ein Staudruck. Durch diesen Staudruck wird ein zunächst nach unten gerichteter Druckluftimpuls (Pfeil III) abgelenkt, so dass der, wie 3 schematisch anhand der Pfeile IV gezeigt, dann in radialer Richtung hin zum Tiefenfilter 5 verläuft.
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Die so umgelenkten Druckluftimpulse durchsetzen den Tiefenfilter 5 im Wesentlichen ungehindert und treffen dann auf den Oberflächenfilter 4. Die Druckluftimpulse durchsetzen dann auch diesen Oberflächenfilter 4 und lösen dabei die am Oberflächenfilter 4 abgelagerten Verunreinigungen ab, das heißt der Oberflächenfilter 4 wird abgereinigt.
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4 zeigt eine Variante der Anordnung gemäß 3. Die Anordnung gemäß 4 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß 3 nur dadurch, dass im Hohlraum ein massiver Verdrängungskörper vorgesehen ist. Der Verdrängungskörper steht auf dem Boden 3 der Filterpatrone. Die Längsachse des Verdrängungskörpers verläuft entlang der Symmetrieachse der Filterpatrone. Der Verdrängungskörper weist eine geschlossene, glatte Oberfläche auf und ist an seinem oberen Ende abgerundet. Durch diesen Verdrängungskörper erfolgt eine Umlenkung der mit der Druckluftimpulseinheit 8 generierten Druckluftimpulse. Wie 4 zeigt, treten die Druckluftimpulse an der an dem Deckel 2 ausmündenden Zuleitung 10 senkrecht nach unten aus (III).
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Durch den Verdrängungskörper werden die Druckluftimpulse dann so abgelenkt, dass diese in radialer Richtung verlaufen (IV). Mit dem Druckluftimpuls erfolgt dann in gleicher Weise wie bei der Anordnung gemäß 3 die Abreinigung des Oberflächenfilters.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Filteranordnung
- 2
- Deckel
- 3
- Boden
- 4
- Oberflächenfilter
- 5
- Tiefenfilter
- 6
- Benutzungsschicht
- 7
- Abreinigungseinheit
- 8
- Druckluftimpulseinheit
- 9
- Rechnereinheit
- 10
- Zuleitung
