DE102014107281A1

DE102014107281A1 - Abscheidvorrichtung und Verfahren zum Trennen von magnetisierbaren oder magnetischen Partikeln aus einer Flüssigkeit

Info

Publication number: DE102014107281A1
Application number: DE102014107281.2A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Remane Edmund Dr De
Priority date: 2014-02-24
Filing date: 2014-05-23
Publication date: 2015-08-27
Anticipated expiration: 2034-05-24
Also published as: DE102014107281B4; DE202014100826U1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abscheidvorrichtung und ein Verfahren zum Trennen von magnetisierbaren oder magnetischen Partikeln aus einer Flüssigkeit, mit einem mindestens einen Zulauf (6) und mindestens einen Auslauf (7) aufweisenden Behälter (2), in dem eine Magnetanordnung (3) mit in ihrer Magnetkraft bezüglich der Partikel variierbaren längserstreckten Magneteinheiten (4) aufgenommen sind, um die Partikel anzulagern und definiert abzusondern. Eine vorteilhafte, effizient arbeitende Abscheidvorrichtung wird dadurch erhalten, dass die Magneteinheiten (4) in ihrer Längsrichtung horizontal bezüglich der vertikalen Schwerkraftrichtung ausgerichtet sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abscheidvorrichtung zum Trennen von magnetisierbaren oder magnetischen Partikeln aus einer Flüssigkeit, mit einem mindestens einen Zulauf und mindestens einen Auslauf aufweisenden Behälter, in dem eine Magnetanordnung mit in ihrer Magnetkraft bezüglich der Partikel variierbaren längserstreckten Magneteinheiten aufgenommen ist, um die Partikel anzulagern und definiert abzusondern. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Trennen von magnetisierbaren oder magnetischen Partikeln aus einer Flüssigkeit, bei dem die mit den Partikeln beladene Flüssigkeit über einen Zulauf in einen Behälter geführt wird, während in dem Behälter eine Vielzahl von stabförmigen Magnetelementen parallel voneinander beabstandet angeordnet sind.
Eine Abscheidvorrichtung zum Trennen von magnetisierbaren Schmutzpartikeln dieser Art ist in der WO 2004/078356 A1 angegeben. Bei dieser bekannten Abscheidvorrichtung ist in einem Behälter mit zylindrischem Oberteil und mit trichterförmigem Unterteil eine Magnetanordnung mit vertikal ausgerichteten Magneten aufgenommen. Der Behälter weist einen oberen Bereich auf, in dem ein Fluid-Einlass derart angeordnet ist, dass das Fluid insbesondere tangential auf die zylindrische Innenwandung des Gehäuses auftrifft und sich eine abwärts gerichtete spiralförmige Strömung in Richtung eines unteren Bereichs des Behälters einstellt. Dabei strömt das Fluid mehrfach an mindestens ein und demselben Rohr mit einem darin angeordneten Magnet vorbei. Nachdem die Magnetanordnung mit Partikeln genügend beladen ist, werden die stabförmigen Magnete zum Reinigen der Oberflächen der Rohre aus diesen herausgefahren. Das Fluid wird über einen unteren Auslass des Behälters abgelassen und gelangt in ein Auffangbecken, wo es evtl. gefiltert und anschließend in den Fluidkreislauf zurückgegeben wird. Zum Lösen der Partikel von den Rohren wird ein Reinigungsfluid unterhalb der Rohre in die Vorrichtung eingeleitet, wodurch gelöste Teilchen in dem im Behälter befindlichen Fluid aufgenommen und durch langsames Absenken des Fluidspiegels die Rohre vollständig von der Partikelbelegung befreit werden. Die Reinigungsschritte erfordern einen nicht unerheblichen steuerungstechnischen und zeitlichen Aufwand.
Eine weitere Abschaltvorrichtung zum Trennen von magnetisierbaren Partikeln aus einem Fluid ist in der WO 2011/086370 A1 gezeigt. Auch hierbei sind in einem Behälter längserstreckte Magneteinheiten in vertikaler Richtung angeordnet, wobei in dem Behälter mehrere Kammern ausgebildet sind. Hierbei können ähnliche Nachteile auftreten, wie bei der Vorrichtung der vorgenannten Druckschrift.
In einer Produktbroschüre der Firma Bürener Maschinenfabrik GmbH „Kühlschmiertechnik” aus dem Jahre 1995 ist ein sogenannter Ketten-Magnetabscheider gezeigt, bei den eine Anordnung aus waagrecht ausgerichteten Magneteinheiten durch einen mit Magnetpartikeln beladenen Behälter geführt und oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche mittels eines über die Magneteinheiten in deren Längsrichtung verschiebbaren Abstreifer gereinigt wird. Abgestreifte magnetische Schmutzpartikel fallen in eine unter den Magneteinheiten angeordnete Aufnahmewanne und werden aus dieser mittels einer Förderschnecke entfernt. Ein solcher Aufbau erfordert einen erheblichen konstruktiven Aufwand, wobei betreffende Zeitdauern für das Beladen und Reinigen der Magnetanordnung in Kauf genommen werden müssen.
Bei den marktüblichen Magnetsystemen, bei denen die stabförmigen Magneteinheiten der Magnetanordnung senkrecht stehen und die Magnete nach oben relativ zu der Flüssigkeit herausgezogen werden, müssen die abgelagerten Schmutzpartikel über die gesamte Länge der Magneteinheiten nach unten gleiten. Um ein effektives Abreinigen zu erreichen, werden üblicherweise Spülflüssigkeiten verwendet. Diese relativ großen, hochverschmutzten Flüssigkeitsmengen müssen entweder aufwändig gereinigt oder entsorgt werde. Für die Reinigung bedarf es zusätzlicher Filtersysteme, im Falle einer Entsorgung können abhängig von der zu entsorgenden Menge hohe Entsorgungskosten anfallen. Dies ist besonders aufwändig, wenn Öl oder kritische Chemikalien als Flüssigkeit verwendet werden. Auch können Nachstellkosten anfallen, wenn die Spülmenge wieder dem System zugeführt werden soll, wie spezielle Flüssigkeiten, z. B. Öl, Reiniger oder dgl..
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abscheidvorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art bereit zu stellen, die bei möglichst einfachem Aufbau eine möglichst effiziente Reinigung der Flüssigkeit ergibt.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass die Magneteinheiten in ihrer Längsrichtung horizontal bezüglich der vertikalen Schwerkraftrichtung ausgerichtet sind. Infolge der horizontalen Anordnung der Magneteinheiten ist der Abgleitweg der zu entfernenden Partikel sehr kurz, so dass nach Reduktion bzw. vollständiger Aufhebung der Magnetkraft innerhalb des Behälters die Partikel von der Oberfläche der Magneteinheiten infolge ihrer Schwerkraft abfallen, insbesondere wenn sie in einem Flüssigkeitsschlamm eingebettet sind und der Flüssigkeitsspiegel nach Beladen der Magneteinheiten unter die Magnetanordnung abgesenkt wird.
Bei dem Verfahren wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass in einem ersten Schritt die Flüssigkeit im unteren Bereich des Behälters zugeführt wird, während die Magnetelemente oberhalb des Zulaufs in dem Behälter horizontal bezüglich der Schwerkraftrichtung eingeführt werden, bevor das Flüssigkeitsniveau die Lage der Magnetelemente erreicht, dass die Flüssigkeit solange zugeführt wird, bis das Flüssigkeitsniveau die Lage der Magnetelemente übersteigt, und dass in einem zweiten Schritt die Magnetelemente aus dem Behälter herausbewegt werden, bevor oder während die Flüssigkeit aus dem Behälter abgeführt wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung für den Aufbau und die Funktion besteht darin, dass die Magneteinheiten zum Absondern der Partikel aus dem Innenraum des Behälters in ihrer Längsrichtung zumindest teilweise herausbewegbare Magnetelemente aufweisen.
Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass die Magneteinheiten jeweils ein Rohr aufweisen, in denen ein Magnetelement hin und her bewegbar gelagert ist.
Weitere vorteilhafte Maßnahmen für den Aufbau und die Funktion bestehen darin, dass zum Hin- und Herbewegen des Magnetelements eine automatisch gesteuerte Bewegungsvorrichtung vorhanden ist, die pneumatisch, hydrostatisch, elektrisch und/oder magnetisch angetriebene Bewegungskomponenten aufweist.
Der Aufbau und die Funktionsweise werden dadurch begünstigt, dass der mindestens eine Zulauf in einem Behälterunterteil vertikal oberhalb des Niveaus des Behälterbodenbereichs angeordnet ist, dass der mindestens eine Auslauf oberhalb des Zulaufs in einem Behälteroberteil angeordnet ist und dass die Magnetanordnung zwischen Zulauf und Auslauf angeordnet ist. Beim Zuführen der zu reinigenden Flüssigkeit bis zum Niveau des Auslaufs lagern sich die magnetisierbaren oder magnetischen Partikel an den Magneteinheiten an, während sie beim Ablassen der Flüssigkeit z. B. durch Abpumpen über mindestens einen Zulauf in die abgesenkte Flüssigkeit fallen und schließlich in dem verbleibenden Rest (unterhalb des Niveaus des Zulaufs) mit dem verbleibenden Schlamm über die Ablasseinheit entfernt werden können.
Ein für die Funktion vorteilhafter Aufbau besteht ferner darin, dass zumindest der Behälterunterteil trichterförmig nach unten konisch zulaufend ausgebildet ist.
Weitere Vorteile für die Reinigung werden dadurch erzielt, dass die Zuführmenge und/oder die Abführmenge an Flüssigkeit pro Zeiteinheit unterschiedlich steuerbar oder regelbar ist. Dadurch können im Magnetbereich hohe Turbulenzen erzeugt werden, die den Abscheidegrad deutlich erhöhen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer Abscheidvorrichtung von schräg seitlich unten,
2 die Abscheidvorrichtung nach 1 von schräg oben,
3 einen Abschnitt einer Magneteinheit in seitlicher Ansicht und
4 die Abscheidvorrichtung nach 1 mit einem seitlich angebauten Steuerungsteil in perspektivischer Ansicht von schräg oben.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Abscheidvorrichtung zum Trennen von magnetisierbaren oder magnetischen Partikeln aus einer Flüssigkeit. Ein Behälter 2 der Abscheidvorrichtung 1 weist einen trichterförmigen Behälterunterteil 20 und einen damit dicht verbundenen Behälteroberteil 21 auf, in dem eine Magnetanordnung 3 mit einer Vielzahl von Magneteinheiten 4 (vgl. 3) angeordnet ist.
In dem Behälterunterteil 20 ist an nach unten konisch zusammenlaufenden Wandflächen jeweils ein Zulauf 6 im Abstand oberhalb des Niveaus eines Bodenbereichs des Behälters 2 angeordnet, um eine zu reinigende Flüssigkeit, wie z. B. Kühl- oder Schmierflüssigkeit einer Werkzeugbearbeitungsmaschine, zuzuführen. Oberhalb des Niveaus der Zuläufe 6 ist die Magnetanordnung 2 und oberhalb von dieser ist in den vertikalen Schmalseiten des in Draufsicht rechteckförmigen Behälteroberteils 21 jeweils ein Auslauf 7 für die Flüssigkeit angeordnet. Im Bodenbereich des Behälterunterteils 20 ist eine Ablasseinheit 5 angeschlossen, die (nicht dargestellte) automatisch oder manuell betätigbare Verschlussmittel zum Ablassen von mit Partikeln beladener Flüssigkeit, insbesondere mit Schmutzpartikeln beladenem Schlamm, aufweist.
In dem Behälteroberteil 21 sind in den vertikalen Längsseiten sich gegenüberliegende Durchbrüche 30 eingebracht, in die rechtwinklig zu den Längsseiten und horizontal bezüglich der vertikalen Schwerkraftrichtung die Magneteinheiten 4 eingesetzt sind, wie auch die 2 und 4 zeigen.
Die Magneteinheiten 4 weisen jeweils ein äußeres Rohr 31 (Hüllrohr) auf, in dem ein stabförmiges Magnetelement 40 entlang der Längserstreckung des Rohrs 41 hin und her verschiebbar gelagert ist. Zum Verschieben dient eine pneumatisch, hydraulisch, elektrisch und/oder magnetisch arbeitende Bewegungsvorrichtung. Beispielsweise wird die für die Hin- und Herbewegung erforderliche Druckluft oder Hydraulikflüssigkeit über auf beiden Stirnseiten des Rohrs 41 angeordnete Anschluss- oder Steuerglieder 42 zugeführt. Mittels der automatisch steuerbaren Bewegungsvorrichtung können die Magnetelemente 40 innerhalb der betreffenden Rohre 41 vorzugsweise gleichzeitig zeitlich und/oder in Abhängigkeit von dem Niveau der Flüssigkeit verschoben werden, wobei sie zum Anlagern der Partikel vollständig in den Bereich des Behälters innerhalb des Rohrs 41 eingeschoben und zum Absondern der Partikel von der Außenseite des Rohrs 41 vollständig aus dem Bereich des Behälterinnenraums in seitlich aus dem Behälter herausragende Abschnitte (s. 4) geschoben werden können. Die seitlich außerhalb des Behälters 2 herausragenden Abschnitte sind bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel in einem Steuerungsteil 8 mit gehäuseartigen Wandteilen untergebracht. Da lediglich die Magnetelemente 40 verschoben werden, wird die Oberfläche der Rohre kaum beeinträchtigt.
Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen besitzt der Behälteroberteil 21 in Draufsicht rechteckförmigen Querschnitt. Auch der Behälterunterteil 20 besitzt rechteckförmigen Querschnitt, wobei lediglich die Schmalseiten nach unten konisch aufeinander zulaufen. Denkbar sind auch andere Querschnittsformen des Behälteroberteils und des Behälterunterteils, wobei für das Behälteroberteil 21 jedoch die quaderförmige Ausbildung für den Aufbau und den Einbau der Magnetanordnung 3 sowie die Abscheidfunktion von Vorteil ist.
Die Magneteinheiten 4 weisen vorteilhaft Rohre 41 runden Querschnitts und darin gleitend gelagerte Magnetelemente 40 ebenfalls runden Querschnitts auf. Das Rohrmaterial ist dabei so gewählt, dass die magnetischen oder magnetisierbaren Partikel von den Magnetkräften möglichst wirkungsvoll angezogen und auf der Rohroberfläche abgelagert und gehalten werden, solange die Magnetkraft an der Rohroberfläche im Behälterinnern wirkt. Die Magnetelemente sind z. B. aus Seltenerdmaterialien (Neodym-Eisen-Bohr-Systeme, Kobalt-Samarium-Systeme) oder aus Ferrit Materialien durch Sintern oder kunststoffgebunden hergestellt, wobei geeignete Magnetkräfte wählbar sind.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Magnetelemente 40 in zwei übereinander liegenden Ebenen angeordnet, wobei die Magneteinheiten 4 in beiden Ebenen horizontal gleichmäßig voneinander beabstandet sind. Vorteilhaft sind die Magneteinheiten 4 der oberen und unteren Ebene relativ zueinander auf Lücke angeordnet. Jedoch sind auch andere Anordnungsmöglichkeiten denkbar.
Beim Betrieb befindet sich die vorstehend beschriebene Abscheidvorrichtung 1 z. B. in einem Kreislauf für eine Kühl- oder Schmierflüssigkeit einer Werkzeugbearbeitungsmaschine oder dgl.. In dem Behälter 2 wird die Flüssigkeit in dem Behälterunterteil 20 über die Zuläufe 6 zugepumpt, wodurch sich der Behälter 2 füllt und die Flüssigkeit durch die Ausläufe 7 in dem Behälteroberteil 21 austritt. Zwischen Zulauf 6 und Ablauf 7 sind eine Vielzahl von Magneteinheiten 4 mit stabförmigen Magnetelementen horizontal angeordnet. Sie sind über die gesamte von oben betrachtete Behälter-Querschnittsfläche gleichmäßig so verteilt, dass die Flüssigkeit die Zwischenräume zwischen den Magneteinheiten zwangsweise durchströmen muss. Die Zulaufgeschwindigkeit der Flüssigkeit ist vorteilhaft steuerbar oder regelbar, z. B. in Abhängigkeit von der Art der Flüssigkeit oder dem Verschmutzungsgrad, wodurch der Abscheidvorgang beeinflussbar ist. Beispielsweise können im Bereich die Magneteinheiten 4 auch Turbulenzen erzeugt werden, so dass die Rohre 41 allseitig umspült und die Partikel infolge erhöhter Verweildauer mit verbessertem Wirkungsgrad eingefangen werden.
Die längserstreckten Magneteinheiten 4 bestehen jeweils aus dem dünnwandigen Rohr 41 und dem eingelegten Magnetelement 40, das innerhalb des Rohres 41 mittels der Bewegungsvorrichtung verschoben werden kann. Die Rohre 41 ragen über die Seitenwände des Behälters 2 hinaus. Während des Betriebszustands des Anlagerns befinden sich die Magnetelemente 40 im Innenbereich des Behälters 2. Im Abreinigungszustand werden die Magnetelemente 40 aus dem Behälterinnenbereich in den Außenbereich herausgeschoben, verbleiben aber in den Rohren 41.
Durchströmt die Flüssigkeit den Behälter 2, werden die magnetischen bzw. magnetisierbaren, insbesondere ferritischen Partikel, die sich in der Flüssigkeit befinden, von den Magneteinheiten angezogen und lagern sich auf den Rohren 41 ab. Sind diese ausreichend belegt, wird die Flüssigkeit aus dem Behälter 2 (z. B. über die dann mit Saugkraft beaufschlagten Zuläufe 6 oder separate Absaugleitungen) abgesaugt. Liegen die Rohre 41 frei, werden die Magnetelemente 40 z. B. pneumatisch oder hydraulisch aus den Rohren 41 herausgeschoben. Dadurch verliert die auf den Rohren 41 abgelagerte Schmutzphase ihren Halt, gleitet am Umfang der betreffenden Rohre 41 nach unten und tropft ab. Der Abgleitweg des Schlamms am Rohr 41 ist extrem kurz, so dass nahezu der gesamte Schlamm innerhalb kürzester Zeit vom Rohr 41 abfällt, ohne dass eine Flüssigkeitsspülung notwendig ist. Auch die Absauggeschwindigkeit der Flüssigkeit kann steuerbar oder regelbar sein, z. B. in Abhängigkeit von der Art der Flüssigkeit und/oder dem Verschmutzungsgrad.
In dem sich nach unten verjüngenden Behälterunterteil 20 bleibt nach Absaugen der Flüssigkeit eine Restmenge (unterhalb der Zuläufe 6 bzw. separaten Absaugleitungen) stehen, wobei diese z. B. durch den Abstand der Zuläufe 6 über der Ablasseinheit 5 bzw. über dem Bodenbereich des Behälters 2 vorgegeben werden kann. Der ausgetrennte Schlamm fällt nach unten in diesen Sumpf. Beim Absaugen können in die Absaugleitung zum Reinigen gegebenenfalls Filter eingebracht werden. Der Sumpfbereich wird durch das stete Schlammnachtropfen immer weiter mit Schlamm gefüllt, der während der Betriebszeit des Systems sedimentiert und sich verdichtet. Ist der Schlammbereich ausreichend gefüllt, wird die pastöse Masse durch Öffnen einer Verschlussvorrichtung bzw. eines Ventils über die Ablasseinheit 5 abgelassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2004/078356 A1 [0002]
WO 2011/086370 A1 [0003]

Claims

Abscheidvorrichtung zum Trennen von magnetisierbaren oder magnetischen Partikeln aus einer Flüssigkeit mit einem mindestens einen Zulauf (6) und mindestens einen Auslauf (7) aufweisenden Behälter (2), in dem eine Magnetanordnung (3) mit in ihrer Magnetkraft bezüglich der Partikel variierbaren längserstreckten Magneteinheiten (4) aufgenommen sind, um die Partikel anzulagern und definiert abzusondern, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneteinheiten (4) in ihrer Längsrichtung horizontal bezüglich der vertikalen Schwerkraftrichtung ausgerichtet sind.
Abscheidvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneteinheiten (4) zum Absondern der Partikel aus dem Innenraum des Behälters (2) in ihrer Längsrichtung zumindest teilweise herausbewegbare Magnetelemente (40) aufweisen.
Abscheidvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneteinheiten (4) jeweils ein Rohr (41) aufweisen, in denen ein Magnetelement (40) hin und her bewegbar gelagert ist.
Abscheidvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Hin- und Herbewegen des Magnetelements (40) eine automatisch gesteuerte Bewegungsvorrichtung vorhanden ist, die pneumatisch, hydrostatisch, elektrisch und/oder magnetisch angetriebene Bewegungskomponenten aufweist.
Abscheidvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Zulauf (6) in einem Behälterunterteil (20) vertikal oberhalb des Niveaus des Behälterbodenbereichs angeordnet ist, dass der mindestens eine Auslauf (7) oberhalb des Zulaufs (6) in einem Behälteroberteil (21) angeordnet ist und dass die Magnetanordnung (3) zwischen Zulauf (6) und Auslauf (7) angeordnet ist.
Abscheidvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Behälterbodenbereich eine automatisch oder manuell betätigbare Ablasseinheit (5) zum Entfernen von mit Partikeln beladenem Schlamm vorhanden ist.
Abscheidvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Behälterunterteil (20) trichterförmig nach unten konisch zulaufend ausgebildet ist.
Abscheidvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführmenge und/oder die Abführmenge an Fluid pro Zeiteinheit unterschiedlich steuerbar oder regelbar ist.
Verfahren zum Trennen von magnetisierbaren oder magnetischen Partikeln aus einer Flüssigkeit, bei dem die mit den Partikeln beladene Flüssigkeit über einen Zulauf (6) in einen Behälter (2) geführt wird, während in dem Behälter (2) eine Vielzahl von stabförmigen Magnetelementen (40) parallel voneinander beabstandet angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt die Flüssigkeit im unteren Bereich des Behälters (2) zugeführt wird, während die Magnetelemente (40) oberhalb des Zulaufs (6) in dem Behälter (2) horizontal bezüglich der Schwerkraftrichtung eingeführt werden, bevor das Flüssigkeitsniveau die Lage der Magnetelemente (40) erreicht, dass die Flüssigkeit solange zugeführt wird, bis das Niveau die Lage der Magnetelemente (40) übersteigt, und dass in einem zweiten Schritt die Magnetelemente (40) aus dem Behälter (2) herausbewegt werden, bevor oder während die Flüssigkeit aus dem Behälter (2) abgeführt wird.