DE102014224831A1

DE102014224831A1 - Luftfilteranordnung für Ölnebelabscheider

Info

Publication number: DE102014224831A1
Application number: DE102014224831.0A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Tilz
Original assignee: Newfluid GmbH
Current assignee: Newfluid GmbH
Priority date: 2014-12-04
Filing date: 2014-12-04
Publication date: 2016-06-09
Anticipated expiration: 2034-12-05
Also published as: DE102014224831B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Luftfilteranordnung 100 eines Ölnebelabscheiders, wobei die Luftfilteranordnung 100 ein einen Lufteinlass 11 und einen Luftauslass 12 aufweisendes Gehäuse 10 aufweist, in welchem sich eine Vielzahl von Filterelementen 20 befinden, wobei die Filterelemente ein Material enthalten, das in der triboelektrischen Reihe oberhalb von Stahl steht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Luftfilteranordnung, insbesondere zur Abtrennung von Ölen und Emulsionen aus Luft, die im Bereich von Maschinen abgesaugt wird, Ölnebelabscheider, die eine erfindungsgemäße Luftfilteranordnung aufweisen und Verfahren zur Aufreinigung von Abluft mittels einer erfindungsgemäßen Luftfilteranordnung.
Zur Abscheidung beziehungsweise Ausfilterung von luftgetragenen Schadstoffen beziehungsweise Aerosolpartikeln, die während Produktionsprozessen entstehen werden sogenannte Ölnebelabscheider und Emulsionsnebelabscheider verwendet.
Bei der Bearbeitung von Werkstücken, zum Beispiel mit Werkzeugmaschinen werden die Werkstücke oft mit Kühlschmiermitteln benetzt, die mittels Öl oder Emulsion das Werkstück und das Werkzeug kühlen und schmieren. Diese Emulsionen enthalten insbesondere ein Gemisch aus Wasser, Mineralöl, Emulgatoren, Stabilisatoren und Inhibitoren. Bei der Bearbeitung des Werkstücks, beispielsweise durch Drehen, Fräßen oder Bohren, entstehen viele Metallspäne und Metallabriebe, die durch den Bearbeitungsvorgang mehrere hundert °C heiß werden können und die dabei von einem Strahl aus Kühlschmiermittel, der mittels Druckpumpe auf die Bearbeitungsstelle gespritzt wird, von dem Werkstück abgespült und abgekühlt werden. Des Weiteren werden bei manchen Werkzeugmaschinen sogenannte Bettbahnöle eingesetzt. Dies sind Öle oder Emulsionen, die meist hauptsächlich Paraffin und naphtenbasische Kohlenwasserstoffe mit Additiven enthalten. Diese Schmierstoffe werden während des Betriebes ständig zwischen die Gleitschienen der Werkzeug- und Werkstückhalter dosiert und bilden dabei einen dünnen Film um ein gutes Gleiten zu ermöglichen. Allerdings wird durch die Bewegung der Gleitschienen das Bettbahnöl an den Rändern der Gleitschienen herausgedrückt und muss somit nachdosiert werden. Beim Abfließen des Bettbahnöls von dem Werkstück und dem Werkzeug wird das Bettbahnöl von den Rändern der Gleitschienen abgespült. Kühlschmiermittel, das Metallspäne, Metallabrieb und Staub enthalten kann, und/oder Bettbahnöle werden üblicherweise in eine Maschinenwanne oder in einem Behälter aufgefangen, wo die Metallspäne gesammelt und manuell oder automatisch aus der Maschine abgeführt werden. Dabei kann sich in der Umgebungsluft, insbesondere in einem geschlossenen Maschineninnenraum, ein Aerosol mit Ölpartikeln und Emulsionspartikeln, die teilweise mit kleinen Metallspänen, Metallabrieben und/oder Staub versetzt sind, bilden. Auch durch das Aufspritzen der Kühlschmiermittel-Emulsion auf das Werkzeug und das Werkstück wird die Luft im Maschineninnenraum, beispielsweise einer Zerspanungsmaschine, mit einem Gemisch aus Wasser, Öl und Schwebestoffen angereichert. Auch aufgrund der hohen Bearbeitungsgeschwindigkeit entsteht ein feiner Öl- oder Emulsionsnebel in der Luft. Ein solches Aerosol kann dann beim Öffnen des Maschineninnenraums durch den Bediener in die Umgebungsluft strömen. Die Aerosole aus Luft und Kühlschmiermittel, teilweise mit feinen Metallspänen, Metallabrieben und Staub, und/oder Bettbahnölen, sind potenziell gesundheitsgefährdend, rufen Schäden an Investitionsgütern hervor, erhöhen oft die Brandlast der Umgebung und die Gefahr der Bildung von verpuffungsfähigen Atmosphären im Maschinenarbeitsraum durch Molekularabreibung. Um eine Gefährdung durch solche Aerosole zu verhindern, werden in der Praxis Abluftfilter eingesetzt, die meist Frischluft aus dem Maschinenaufstellraum in den Maschineninnenraum transportieren und die belastete Luft aus dem Maschineninnenraum absaugen. Die abgesaugte Luft wird dann durch Abscheidung der luftgetragenen Schadstoffe aufgereinigt.
Zur Abscheidung beziehungsweise Ausfilterung solcher luftgetragenen Schadstoffe beziehungsweise Aerosolteilchen, die während Produktionsprozessen entstehen, werden sogenannte Ölnebelabscheider und Emulsionsnebelabscheider verwendet. In der Regel werden solche Abscheider in Industrieanwendungen in einem geschlossenen Kreislauf eingesetzt. Das abgeschiedene Kühlschmiermittel wird aufgefangen und dem Bearbeitungsprozess wieder zugeführt, das Reingas wird in die Werkhalle oder, je nach Zusammensetzung des Reingases, aus der Werkhalle geführt.
Generell können drei Gruppen von Abscheidern nach ihrem Abscheide- beziehungsweise Filterprinzip unterschieden werden. Die unterschiedlichen Wirkprinzipien der drei Hauptgruppen werden bei manchen Geräten auch kombiniert eingesetzt. Die drei Hauptgruppen sind a) elektrostatischer Abscheider, b) Zentrifugalabscheider und c) filtrierender Abscheider.
Bei elektrostatischen Abscheidern wird mit Hilfe eines Ventilators die nebelbelastete Luft über Absaugschläuche oder Rohrkanäle zunächst durch mechanische Vorfilter zur Ausfiltrierung größerer Schmutzpartikel geleitet. Danach werden die verbleibenden Partikel elektrostatisch aufgeladen. Im Kollektor setzen sich die aufgeladenen Partikel an den gegensätzlich geladenen Kollektorplatten ab, wobei das verbleibende Kühlschmiermittel an den Platten herunterläuft, sodass es beispielsweise im Kühlschmiermittelkreislauf wiederverwendet werden kann. Bei filternden Abscheidern werden teilweise mehrere Filterstufen hintereinander geschaltet, sodass die luftgetragenen Schadstoffe beziehungsweise Aerosolteilchen je nach Größe in jeder einzelnen Stufe herausgefiltert werden. Das verbleibende Kühlschmiermittel tropft dabei aus den Filtermedien und kann dem Kreislauf wieder zugeführt oder entsorgt werden. Sind die Filtereinsätze gesättigt, müssen diese entsorgt werden.
Ölnebelabscheider sind beispielsweise auch aus der DE 20 2013 100 421 U1 und der DE 297 090 34 U1 bekannt.
Solche Ölnebelabscheider haben jedoch einen komplexen Aufbau und sind nicht ohne weiteres an den gewünschten Abscheidegrad anpassbar. Auch müssen verschiedene Filter eingesetzt werden um feste Partikel und flüssige Partikel aus dem zu reinigenden Aerosol zu entfernen.
Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde Luftfilter, insbesondere für Ölnebelabscheider, bereitzustellen, die die Probleme aus dem Stand der Technik überwinden. Die Luftfilter sollen insbesondere einfach, kostengünstig und kompakt aufgebaut sein und zugleich eine einfache Anpassung der Filter an den Abscheidegrad ermöglichen. Dabei sollen auch ein einfacher Austausch und eine einfache Reinigung der Filter möglich sein. Dennoch soll eine effektive Abtrennung von Aerosolpartikeln, insbesondere von Ölen, Emulsionen und Metallspänen und -abrieben oder Staub gewährleistet sein. Auch soll eine einfache Abtrennung von sowohl Ölen und Emulsionen als auch Feststoffpartikeln möglich sein.
Die vorliegende Erfindung löst das ihr zugrunde liegende technische Problem durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche, insbesondere durch eine Luftfilteranordnung nach Anspruch 1.
Die vorliegende Erfindung löst das ihr zugrunde liegende technische Problem insbesondere durch eine Luftfilteranordnung eines Ölnebelabscheiders oder Emulsionsnebelabscheiders, wobei die Luftfilteranordnung ein einen Lufteinlass und einen Luftauslass aufweisendes Gehäuse aufweist, in welchem sich eine Vielzahl von Filterelementen befinden, wobei die Filterelemente ein Material enthalten, das in der triboelektrischen Reihe oberhalb von Stahl steht.
Die Luftfilteranordnung dient also erfindungsgemäß bevorzugt zur Reinigung von Luft insbesondere Abluft durch Abtrennung von Ölpartikeln und/oder Emulsionspartikeln, bevorzugt auch von Metallpartikeln und/oder Staub, aus der Luft. Bevorzugt wird die Luft eines Arbeitsbereiches gereinigt. Bevorzugt wird die Luft eines Arbeitsbereiches im Bereich einer Werkzeugmaschine gereinigt. Besonders bevorzugt wird die Luft aus dem Maschineninnenraum einer Werkzeugmaschine gereinigt.
In einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Filterelemente überwiegend aus dem Material, das in der triboelektrischen Reihe oberhalb von Stahl steht.
In einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Filterelemente zu mindestens 51 Gew.-% aus dem Material, das in der triboelektrischen Reihe oberhalb von Stahl steht. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird ein Material, das zu mindesten 51 Gew.-% die Filterkörper bildet, als Basismaterial bezeichnet.
Bevorzugt ist in den Filterelementen das Basismaterial zu mindestens 80 Gew.-% enthalten. Beim Rest kann es sich dann beispielsweise um Beimischungen anderer Kunststoffe und/oder zusätzlich die Porosität und/oder die Stabilität erhöhender Stoffe handeln.
In einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Filterelemente aus dem Material, das in der triboelektrischen Reihe oberhalb von Stahl steht.
Der triboelektrische Effekt beschreibt die elektrische Aufladung zweier Materialien durch Kontakt miteinander und anschließendes Trennen. Entscheidend für die Aufladung der zwei Materialien ist lediglich der bloße Kontakt. Voraussetzung ist eine unterschiedliche Austrittsarbeit der Materialien. Die triboelektrische Reihe gibt die Elektronenaffinität eines Materials an. Je weiter ein Material am positiven Ende der Reihe steht (weiter oben in der Reihe), desto mehr Elektronen wird es bei Berührung oder Reibung an ein Material abgegeben, welches weiter am negativen Ende der Reihe steht (weiter unten in der Reihe). Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einem Material, das in der triboelektrischen Reihe oberhalb von Stahl steht, ein Material verstanden, das im Vergleich zu Stahl näher zum positiven Ende der Reihe steht. Dies sind beispielsweise Asbest, Glas, Nylon, Wolle, Blei, Seide, Aluminium, Papier und Baumwolle. Auch eine Vielzahl von Kunststoffen stehen in der triboelektrischen Reihe oberhalb von Stahl, insbesondere Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyamid (PA), Celluloseacetat (CA), Polydialylphtalat (PDAP, DAP), Polyurethane (PUR), Polyethylenimin (PEI), Polyethylenoxid (PEO), Polycarbonat (PC), Polyvinylalkohol (PVAL) und Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS). Allgemein laden sich Kunststoffe mit überwiegend basischem Charakter der Oberflächengruppen, wie zum Beispiel durch -OH, -CH, -O-, -NH-Gruppen, gegen Metall und insbesondere gegen Stahl positiv auf, stehen also in der triboelektrischen Reihe oberhalb von Stahl und sind somit auch ein bevorzugtes Material für die Filterelemente.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die Filterelemente ein Material, das in der triboelektrischen Reihe oberhalb von Aluminium steht.
In einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Filterelemente überwiegend aus dem Material, das in der triboelektrischen Reihe oberhalb von Aluminium steht.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die Filterelemente ein Material, das in der triboelektrischen Reihe oberhalb von Blei steht.
In einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Filterelemente überwiegend aus dem Material, das in der triboelektrischen Reihe oberhalb von Blei steht.
Es zeigte sich überraschenderweise, dass die Verwendung von Materialien, die in der triboelektrischen Reihe oberhalb von Stahl stehen, und insbesondere die Verwendung von Polyamid, zu einer Anhaftung der im Aerosol enthaltenen Metallspäne führt. Ohne an die Theorie gebunden zu sein, kann davon ausgegangen werden, dass die in den Öl- oder Emulsionspartikeln des Aerosols eingebetteten Metallspäne und Metallabriebe, die sehr klein sind, aber auch Staubpartikel, negativ aufgeladen sind und sich dadurch in den Öl- oder Emulsionströpfchen durch Abstoßung vereinzeln und sich nicht zu Aggregaten zusammenschließen. Diese sehr kleinen und vereinzelten Metall- und Staubpartikel können nur sehr gut an die erfindungsgemäßen Filterelemente, die im Vergleich zu den Metall- und Staubpartikeln im oberen Bereich der triboelektrischen Reihe stehen, anhaften. Dies konnte auch bei der Untersuchung von erfindungsgemäß verwendeten Polyamid-Filterkugeln beobachtet werden, bei denen die Anlagerung von Metallspänen und Metallabrieben mit andauernder Betriebszeit zunahm.
Somit können durch die erfindungsgemäße Wahl des Filtermaterials auf einfache Weise im Aerosol vorhandene Festpartikel in Form von Metallabrieben und Metallspänen, aber auch Staubpartikel, abfiltriert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die Filterelemente mindestens ein Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Glas, Glimmer, Wolle, Kunststoff, insbesondere PMMA, PA, CA, PDAP, DAP, PUR, PEI, (PEO), Polycarbonat PC, PVAL und ABS, oder bestehen überwiegend aus mindestens einem dieser Materialien oder bestehen aus mindestens einem dieser Materialien.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die Filterelemente mindestens ein Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus PMMA, PA, CA, PDAP, DAP, PUR, PEI, (PEO), Polycarbonat PC, PVAL und ABS, oder bestehen überwiegend aus mindestens einem dieser Materialien oder bestehen aus mindestens einem dieser Materialien.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die Filterelemente Polyamid. In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die Filterelemente überwiegend Polyamid.
In einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Filterelemente aus Polyamid.
Es zeigt sich, dass die Verwendung von Polyamid als Material für die Filterelemente besonders vorteilhaft ist, da sich zum Einen die Metallpartikel gut an das Polyamid anlagern und zum Anderen Polyamid ein preiswerter Kunststoff ist, aus dem sich ohne Probleme entsprechende Filterelemente formen lassen und dabei Filterelemente erhalten werden, die eine ausreichende Stabilität aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Polyamid ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus PA 6, PA 6.6, PA 11, PA 69, PA 612, PA 12, PA46, PA 1212, PA 6.12, PA 1010 und Mischungen davon. Dem Fachmann ist bekannt welche Polyamide sich als Material für Filterelemente besonders gut eignen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Polyamid PA 6.
Bevorzugt wird als Basismaterial für die Filterelemente ein hier offenbartes Material, insbesondere ein hier offenbarter Kunststoff verwendet, wobei das Material eine Wasseraufnahmefähigkeit von mindestens 1%, bevorzugt von mindestens 1,5 %, vorzugsweise von mindestens 3% und am meisten bevorzugt von mindestens 5% aufweist.
Es hat sich herausgestellt, dass bei der Verwendung eines Materials mit einer erhöhten Flüssgkeitsaufnahmefähigkeit, insbesondere durch eine höherer Porosität, als Basismaterial für die Filterelemente ein beträchtliches Volumen an Flüssigkeit im Material, insbesondere Kunststoff, selber gespeichert werden kann, so dass sich die wirksame Oberfläche eines Filterelements im Vergleich zu Filterelementen gleicher Fläche aber mit geschlossener Oberfläche stark erhöht. Diese Innenflüssigkeit vergrößert somit die Aufnahmekapazität der Filterelemente.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Filterelemente eine kugelförmige Grundform auf. Solche Filterelemente sind beispielsweise für Aquarienfilter in der DE 10 2009 043 110 A1 und der DE 296 13 990 U1 beschrieben.
In der DE 10 2009 043 110 A1 ist eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Filterelemente mit kugelförmiger Grundform beschrieben, bei der das Basismaterial der Filterelemente Polyamid ist.
Die Verwendung von Filterelementen mit kugelförmiger Grundform hat den Vorteil, dass diese als Schüttung gut und einfach in das Gehäuse eingebracht werden können. Weiterhin stellte diese Schüttung eine Kugelpackung dar, deren Packungsdichte etwa 74% ist. Bei dieser umströmt die aufzureinigende Luft die Filterkugeln und es treten Turbolenzen auf. Ohne an die Theorie gebunden zu sein, wird so eine gleichmäßige Strömungsverteilung im Innenraum des Gehäuses im Bereich der Filterelemente sichergestellt. Im Strömungsschatten der Filterelemente wird ein Differenzdruck bewirkt, sodass die Öle und Emulsionen ausgeschieden werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Filterelemente, bevorzugt in Ausführungsform als Filterkugeln, aus Plattensegmenten zusammengesetzt. Diese begünstigen mit durch diese gebildete Hohlräume eine Kapillarwirkung und somit Flüssigkeiten besser zurückhalten. Die Filterelemente sind in einer bevorzugten Ausführungsform als einstückige Spritzgussformteil herstellt. Bevorzugt bestehen sie aus beabstandeten plattenförmigen Elementen, die als zwei Halbschalen zusammengesetzt sind und eine am Äquator um 90° versetzte Anordnung Kreuzpunkte bilden und beim Spritzgießen miteinander verfließen und dabei zu einem einstückigen Element zusammengeformt werden.
Die Filterelemente können in Kugelform als einstückige Elemente spritzgegossen sein, sie können aber auch mehrteilig aus zum Beispiel zusammensteckbaren Teilen, beispielsweise zwei halbkugelförmigen Hälften, ausgebildet sein. Auch eine von der Kugelform abweichende Form ist möglich.
In einer Ausführungsform können die Filterelemente aus wenigstens zwei Spritzgussformteilen, die lösbar mit einander verbunden sind, gebildet sein.
In einer Ausführungsform können dem Basismaterial der Filterelemente Zusatzstoffe, beispielsweise Glaskugeln, Luft, Gas oder Fasern, beigemischt sein.
Die Filterelemente, insbesondere mit kugelförmiger Grundform, können einen Durchmesser von mindestens 0,1 cm bis höchstens 20 cm haben, bevorzugt von mindestens 0,5 cm und höchstens 7 cm besonders, bevorzugt von mindestens 1 cm und höchstens 5 cm. Auch ist es möglich reines Basismaterial, insbesondere reines Polyamid, als Granulat mit einer Körnung von beispielsweise mindestens 2 mm bis höchstens 4 mm als Filterelemente einzusetzen.
Die Filterelemente, insbesondere mit kugelförmiger Grundform, können bevorzugt einen Durchmesser von höchstens 6 cm haben.
Es zeigte sich in überraschender Weise, dass sich die erfindungsgemäßen Filterelemente, wie sie beispielsweise aus der DE 10 2009 043 110 A1 bekannt sind, nicht nur zur biochemischen Reinigung von bakteriell belasteten Flüssigkeiten, insbesondere Wasser in Aquarien, eignen sondern auch bei der Aufreinigung von Aerosolen verwendet werden können, um dort Ölpartikel, Emulsionspartikel und/oder Feststoffpartikel aus der Luft abzutrennen.
Ohne an die Theorie gebunden zu sein, werden die Öle und die Emulsionen, und somit auch die Feststoffe durch Massenkonzentration zwischen den Berührungspunkten der Filterelemente, insbesondere wenn sie eine kugelförmige Grundform aufweisen, gesammelt und somit ausfiltriert. Dies erfolgt besonders gut, wenn beispielsweise durch benachbarte Plattensegmente von Filterelementen, insbesondere Filterkugeln, Kapillareffekte auftreten, die die Flüssigkeit noch besser zurückhalten. Die Öltropfen beziehungsweise Emulsionstropfen des Aerosols werden somit als Flüssigkeit im Hohlraum zwischen den Filterelementen, insbesondere Filterkugeln und bevorzugt auch zwischen deren Plattensegmenten gebunden. Dabei kann die Flüssigkeit als Haftflüssigkeit, Zwickelflüssigkeit, Kapillarflüssigkeit oder Innenflüssigkeit gebunden werden. Dabei können dann auch die Metallabriebe, Metallspäne oder Staubpartikel in vorteilhafter Weise an die Filterelementoberfläche herangeführt werden und dort durch elektrostatische Kräfte anhaften. Während dann diese Feststoffpartikel durch besagte elektrostatische Kräfte zumindest vorübergehend anhaften bleiben, bildet sich durch die immer größeren Mengen an gebundener Flüssigkeit, also Öltropfen und/oder Emulsionstropfen, die sich von den Filterelementen lösen und nach unten abtropfen. Teilweise können dann auch Feststoffpartikel mit den Öltropfen und/oder Emulsionstropfen von den Filterelementen abtropfen und mit diesen abgeführt und so aus der Luft entfernt werden.
Die vorliegende Erfindung stellt also in vorteilhafter Weise eine konstruktiv einfach gehaltene Luftfilteranordnung bereit, bei der sich durch elektrostatische Kräfte feine Feststoffpartikel an die Filterelemente anlagern können und sich gleichzeitig durch Diffusionswechselwirkungen Öl- und Emulsionspartikel aus der Luft des Aerosols abscheiden.
In einer bevorzugten Ausführungsform befinden sich die Filterelemente in dem Gehäuse als Schüttung.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Gehäuse einen Siebboden auf, auf dem sich die Filterelemente befinden.
Die erfindungsgemäßen Filterelemente, insbesondere mit einer kugelförmigen Grundform können in vorteilhafter Weise als Schüttung in der Luftfilteranordnung vorhanden sein, insbesondere als Schüttung auf einen Siebboden. Dadurch können die Filterelemente bei Bedarf leicht ausgetauscht werden. Auch sind keine komplexen Verbindungs- oder Abdichtungsmechanismen für die Integration der Filterelemente notwendig. Vor allem aber kann über die Schütthöhe der Filterelemente in einfacher Weise die Filterelementmenge an den gewünschten oder benötigten Abscheidegrad angepasst werden. Es können also ohne weiteres je nach Bedarf mehr oder weniger Filterelemente verwendet werden. Dabei ist die maximale Schütthöhe nur von der Größe des Gehäuses abhängig. Bei einer geringeren Schütthöhe ist im Gehäuse oberhalb der Filterelemente ein Leerraum vorhanden, was unproblematisch ist. Der Siebboden ermöglicht es in vorteilhafterweise, dass die als Zwickelflüssigkeit abtropfenden Öl- und Emulsionstropfen von den Filterelementen durch den Siebboden nach unten abgeführt werden können. Alternativ zu dem Siebboden sind natürlich auch andere konstruktive Ausführungen möglich, beispielsweise ein Trichterboden.
Bevorzugt befinden sich die Filterelemente also in einem Schüttraum, der nach unten hin durch den Siebboden begrenzt wird. Bevorzugt wird der Schüttraum nach oben hin durch eine Rückhaltesiebplatte begrenzt. Der Raum im Gehäuse unterhalb des Siebbodens dient bevorzugt als Verteilraum für das Aerosol.
In dieser vorteilhaften Ausführungsform wird die Luftfilteranordnung entgegen der Schwerkraft in einer zumindest annähernd vertikalen Position aufgestellt, sodass die gereinigte Luft senkrecht nach oben strömt und die abgefilterte Flüssigkeit mit der Schwerkraft zurück in den Lufteinlass fließen kann, von wo sie entweder direkt über die Abluftzuführung in die Maschinenwanne geführt werden kann oder über eine Abflussöffnung, beispielsweise in Kombination mit einem Siphon, anderweitig abgeführt werden kann.
Dabei muss die Luftfilteranordnung sich nicht zwingend genau in vertikaler Richtung erstrecken, sondern sie kann auch schräg positioniert sein. Bevorzugt wird aber die abgefilterte Flüssigkeit durch den Lufteinlass abgeführt, sodass weitere aufwendige Ableitungen eingespart werden können. Dafür ist es allein notwendig, dass sich der Lufteinlass am tiefsten Punkt des Gehäuses befindet und sich die Luftfilteranordnung nicht exakt horizontal erstreckt.
In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich das Gehäuse in zumindest annähernd vertikaler Richtung, wobei sich der Luftfiltereinlass am unteren Ende des Gehäuses befindet und sich der Luftauslass am oberen Ende des Gehäuses befindet.
In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich das Gehäuse in vertikaler Richtung, wobei sich der Luftfiltereinlass am unteren Ende des Gehäuses befindet und sich der Luftauslass am oberen Ende des Gehäuses befindet.
In einer alternativen Ausführungsform erstreckt sich das Gehäuse in einem Winkel von mindestens 1°, bevorzugt mindestens 20° und höchstens 90° bezogen auf die Horizontale, wobei sich der Luftfiltereinlass am unteren Ende des Gehäuses befindet und sich der Luftauslass am oberen Ende des Gehäuses befindet.
Das Gehäuse der Luftfilteranordnung kann in vorteilhafter Weise in beliebiger Form gebildet sein und aus beliebigem Material bestehen. Bevorzugt ist aber ein röhrenförmiges Gehäuse. Dieses kann in vorteilhafter Weise direkt an eine röhrenförmige Zuleitung zum Lufteinlass und an eine röhrenförmige Ableitung am Luftauslass angepasst sein. Beim Material des Gehäuses kann ein Material verwendet werden, das auch bei besagter Zuleitung und besagter Ableitung zum Einsatz kommt. Beispielsweise kann das Gehäuse aus Kunststoff oder Metall bestehen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht das Gehäuse aus einer Kunststoffröhre. Diese kann in vorteilhafter und einfacher Weise mit anderen Kunststoffröhren, die als Zuleitung und Ableitung dienen, verbunden werden. Es kann dabei in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass die Kunststoffröhre des Gehäuses in etwa den gleichen Durchmesser oder ein nur etwas größeren Durchmesser aufweist als die Kunststoffröhren der Zuleitung und der Ableitung.
Durch die Wahl des Durchmessers der Gehäuseröhre kann in vorteilhafter Weise die Luftfilteranordnung an das Volumen der abgesaugten Luft angepasst werden. Wird bei einer Abluftströmung von 500 m³ pro Stunde als Luftleitung eine Röhre mit einem Rohrinnendurchmesser von 150 mm verwendet (DN 150), so kann als Gehäuse der Luftfilteranordnung beispielsweise eine Röhre mit einem Rohrinnendurchmesser von 200 mm (DN 200) verwendet werden. Der Rohrinnendurchmesser wird somit im Bereich der Filterelemente verbreitert, um dort die Strömung zu beeinflussen.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen Ölnebelabscheider zur Reinigung von Ölnebel und Emulsionen aus der Luft eines Arbeitsbereiches, wobei der Ölnebelabscheider eine erfindungsgemäße Luftfilteranordnung aufweist.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff „Ölnebelabscheider“ auch Emulsionsnebelabscheider. Somit betrifft die vorliegende Erfindung auch einen Emulsionsnebelabscheider zur Reinigung von Emulsionsnebel aus der Luft eines Arbeitsbereiches, wobei der Emulsionsnebelabscheider eine erfindungsgemäße Luftfilteranordnung aufweist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der erfindungsgemäßen Luftfilteranordnung im Ölnebelabscheider ein Ventilator nachgeschaltet.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind der erfindungsgemäßen Luftfilteranordnung im Ölnebelabscheider ein Nachfilter und ein Ventilator nachgeschaltet.
In vorteilhafter Weise reicht es als Nachfilter einen handelsüblichen Mikrofilter mit einer Abscheidung bis 99,95% zu verwenden. Durch die effektive Filterleistung der erfindungsgemäßen Luftfilteranordnung hat der Nachfilter eine im Vergleich zum Stand der Technik längere Standzeit und Gebrauchsfähigkeit.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Luftfilteranordnung auch ein Kondensator nachgeschaltet sein. Da sich die aus dem Maschineninnenraum abgesaugte Luft durch Reibung und durch heiße Oberflächen der Werkzeuge, Werkstücke und durch Späne aufheizt, kann diese eine vergleichsweise hohe Restfeuchtigkeit aufnehmen. Durch einen Kondensator kann die Restfeuchte abgetrennt werden, sodass diese bei der Abkühlung der Luft, beispielsweise beim Wiedereinleiten in den Maschineninnenraum oder ins Freie nicht ausfällt.
Bevorzugt wird die Luft eines Arbeitsbereiches im Bereich einer Werkzeugmaschine gereinigt. Bevorzugt wird die Luft aus dem Maschineninnenraum einer Werkzeugmaschine gereinigt.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Abscheiden von Öl, insbesondere eine ölhaltigen Emulsion, aus der Luft eines Arbeitsbereiches einer Werkzeugmaschine umfassend die Schritte: a) Absaugen der Luft aus dem Arbeitsbereich einer Werkzeugmaschine; b) Zuführen der Luft über den Lufteinlass in eine erfindungsgemäße Luftfilteranordnung; c) Abführen der Luft aus der Luftfilteranordnung durch den Luftauslass und Abführen der von den Filterelementen abtropfenden oder abfließenden Flüssigkeit über den Lufteinlass und/oder über einen Flüssigkeitskanal. Bevorzugt wird die Luft aus dem Maschineninnenraum der Werkzeugmaschine abgesaugt.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert, wobei die gezeigten Ausführungsformen nicht einschränkend zu verstehen ist.
Es zeigen:
1 eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Luftfilteranordnung;
2 eine schematische Darstellung der Abscheidung in Form von Tropfen von Öl- oder Emulsionspartikeln durch erfindungsgemäße Filterelemente aus Abluft;
3 eine bevorzugte Ausführungsform eines Filterelements;
4 einen schematischen Aufbaueiner Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ölfilters.
1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Luftfilteranordnung 100 mit einem Gehäuse 10 und einer Vielzahl von kugelförmigen Filterelementen 20.
Das Gehäuse 10 ist röhrenförmig und hat einen Lufteinlass 11, durch den die zu reinigende Zuluft Z, beispielsweise aus einem Maschineninnenraum einer Werkzeugmaschine über entsprechende Röhren oder Schläuche in die Luftfilteranordnung 100 zugeführt wird. Weiterhin hat das Gehäuse 10 einen Luftauslass 12, aus dem die auf gereinigte Abluft A abgeführt wird, beispielsweise in einem Nachfilter. Die Zuführung der Zuluft Z und die Abführung der Abluft A kann wie im Stand der Technik durch einen Ventilator erfolgen, der beispielsweise der Luftfilteranordnung 100 nachgeschaltet ist und über Röhren oder Schläuche mit dem Luftauslass 12 verbunden ist.
Das Gehäuse 10 ist vertikal ausgerichtet, sodass sich der Lufteinlass 11 am unteren Teil des Gehäuses 10 befindet und der Luftauslass 12 am oberen Teil des Gehäuses 10. Im unteren Bereich des Gehäuses 10 befindet sich ein Siebboden 13. Auf diesem Siebboden 13 sind eine Vielzahl der Filterelemente 20 aufgeschüttet. Dabei kann die Anzahl der Filterelemente 20 in vorteilhafter Weise einfach durch die Schütthöhe im Schüttraum 16 eingestellt oder gewählt werden. Der Schüttraum 16 wird nach oben hin durch eine fakultative Rückhaltesiebplatte 14 begrenzt, sodass die Luftfilteranordnung 100 in vorteilhafter Weise abmontiert werden kann, beispielsweise um die Filterelemente 20 zu reinigen oder zu wechseln, ohne dass dabei die Filterelemente 20 heraus rollen oder heraus fallen können.
Im Betrieb wird ölhaltige oder emulsionshaltige Luft, die beispielsweise aus dem Arbeitsbereich einer Werkzeugmaschine stammt, als Zuluft Z durch den Lufteinlass 11 in das Gehäuse 10 geführt. Dort verteilt sich die Luft mit den Öl- oder Emulsionspartikeln im Verteilraum 15 und strömt dann weiter durch den Siebboden 13 in den Schüttraum 16. Dort strömt die Luft durch die Schüttung aus der Vielzahl von Filterelementen 20. Dabei lagern sich die Ölpartikel und/oder Emulsionspartikel aus der Zuluft Z in vorteilhafter Weise an die Filterelemente 20 als Kapillarflüssigkeit oder Haftflüssigkeit 31 an. Sollten die Öl- oder Emulsionspartikel Metallspäne oder Metallabriebe 34 enthalten, so haften diese in vorteilhafter Weise an die Filterelemente 20, da die Filterelemente 20 aus deinem Basismaterial gebildet sind, dass in der triboelektrischen Reihe oberhalb von Stahl steht.
Wenn sich immer mehr Öl- oder Emulsionspartikel als Haftflüssigkeit 31 auf den Filterelementen 20 niederschlagen, bildet sich eine Zwickelflüssigkeit, die durch die Schwerkraft S nach unten fließt und als Öltropfen oder Emulsionstropfen 32 durch den Siebboden 13 tropft. Die sich im Lufteinlass 11 sammelnden Tropfen 32 können dann nach unten hin als Abfluss 33 abgeführt werden.
Die so gereinigte Luft strömt durch die Siebplatte 14 zum Luftauslass 12 und verlässt dort als Abluft A die Luftfilteranordnung 100. Die Abluft A kann dann durch Schläuche oder Röhren zu einer Nachfiltrierung weitergeleitet werden und/oder durch einen Ventilator, der die notwendige Luftströmung erzeugt zurück in den Maschineninnenraum oder aus der Werkhalle heraus transportiert werden.
Eine solche Luftfilteranordnung wurde beispielhaft bei einer CNC-Universal-Drehmaschine zwischen dem Luftauslass des Maschineninnenraums und dem herkömmlichen Ölnebelabscheider dieser Maschine eingebaut. Dabei wurden in vorteilhafter Weise einfache und preiswerte Kunststoffröhren als Zuleitungsröhre, als Ableitungsröhre und als Gehäuse der Luftfilteranordnung verwendet. In dem Gehäuse wurde auf dem Siebboden eine Vielzahl von kugelförmigen Filterelementen aus Polyamid aufgeschüttet. Das Gehäuse wurde nicht gänzlich vertikal positioniert, sondern leicht schrägt. Vor Integration der erfindungsgemäßen Luftfilteranordnung waren die Filtermatten des eigentlichen Ölnebelabscheiders nach normalem Betrieb mit abfiltrierten Ölrückständen benetzt. Nach Einbau der erfindungsgemäßen Luftfilteranordnung und Inbetriebnahme der Drehmaschine über vier Wochen waren solche Ölrückstände nicht mehr in dem eigentlichen Ölnebelabscheider zu finden. Da das durch die Filterelemente abgeschiedene Öl in die Zuleitung zurücktropfte waren auch die Filterelemente der erfindungsgemäßen Luftfilteranordnung in vorteilhafter Weise kaum beschmutzt. Es findet also eine vorteilhafte Selbstreinigung der Filterelemente statt.
2 zeigt schematisch die Abscheidung von Öl- oder Emulsionspartikeln aus der zu reinigenden Luft an den erfindungsgemäßen Filterelementen 20.
Die Abscheidung der Ölflüssigkeitspartikel, also der Öl- oder Emulsionspartikel erfolgt nach dem Prinzip der Massenkonzentration zwischen den Berührungspunkten der Filterkugeln 20. Die Flüssigkeit bindet in Schritt (I) als Adsorptionsflüssigkeit oder Haftflüssigkeit 30 an die Oberfläche der Filterelemente 20. Bei zunehmender Flüssigkeitsanlagerung, wie in Schritt (II) bildet sich neben der Adsorptionsflüssigkeit oder Haftflüssigkeit 30 auch Zwickelflüssigkeit 31, die in Schritt (III) durch Nachströmen neuer Haftflüssigkeit einen Tropfen 32 bildet und durch die Schwerkraft S nach unten abtropft. Zurück bleibt, wie in Schritt (IV) gezeigt ein Restzwickel 31 und Adsorptionsflüssigkeit oder Haftflüssigkeit 30. Während der Aufreinigung der durchströmenden Luft in der erfindungsgemäßen Luftfilteranordnung wiederholen sich diese Schritte (I) bis (IV) stetig, sodass aus der Luft entfernte Öl- oder Emulsionspartikel als Tropfen 32 nach unten abgeschieden werden, während die aufgereinigte Luft nach oben weiterströmt.
3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Filterelements 20 einer erfindungsgemäßen Luftfilteranordnung. Das Filterelement 20 hat eine kugelförmige Grundform. Das Filterelement 20 ist als einstückiges Spritzgussformteil hergestellt und besteht aus beabstandeten Plattensegmenten 21, 22, 23 und 24, die am Äquator 25 durch eine um 90 Grad versetzte Anordnung Kreuzungspunkte bilden und dort beim Spritzgießen miteinander verfließen, und somit zu einem einstückigen Element zusammengeformt werden. Es ist alternativ allerdings auch möglich, an dieser Trennstelle des Äquators eine lösbare Verbindung, beispielsweise durch Ineinanderstecken entsprechender Verbindungselemente zu formen.
Zwischen den einzelnen Plattensegmente 21, 22, 23 und 24 bestehen Zwischenräume 26, 27, die entlang den die Zwischenräume begrenzenden Plattensegmenten 21, 22, 23 und 24 große Bindungsflächen für Öl- und Emulsionspartikel bilden. Die Öltropfen beziehungsweise Emulsionstropfen des Aerosols können somit als Flüssigkeit im Hohlraum zwischen Plattensegmente 21, 22, 23 und 24 gebunden werden. Dabei kann das Öl oder die Emulsion als Haftflüssigkeit, Zwickelflüssigkeit oder Kapillarflüssigkeit gebunden werden. Bevorzugt sind die Oberflächen der Plattensegmente 21, 22, 23 und 24 durch Wahl eines geeigneten Materials, zum Beispiel Polyamid, porös, so dass das Öl oder die Emulsion auch in Form von Innenflüssigkeit zusätzlich gebunden werden kann.
In der Praxis hat sich herausgestellt, dass Polyamid, insbesondere PA 6, für die erfindungsgemäße Verwendung als Basismaterial gut geeignet ist. Dieser Kunststoff hat eine Wasseraufnahme bei Normalklima von 3% und eine Wasseraufnahme bei Wasserlagerung von 9,5% (gemessen nach ISO 62). Dem Polyamid kann noch weiteres, insbesondere die Porosität erhöhendes Material, wie zum Beispiel Fasern oder auch Glaskugeln, mit einem Anteil von bis zu 30% beigemischt sein.
Da das Basismaterial des Filterelements aus einem Material ausgewählt ist, das in der triboelektrischen Reihe oberhalb von Stahl steht, dient die Oberflächen der Plattensegmente 21, 22, 23 und 24 auch als Anhaftungsflächen für Metallpartikel oder Staub.
4 zeigt einen schematischen Aufbau einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ölfilters 1. Von einer Werkzeugmaschine W führt ein Schlauch oder eine Röhre 101 zum Lufteinlass 11 einer erfindungsgemäßen Luftfilteranordnung 100. Vom Luftauslass 12 der einer erfindungsgemäßen Luftfilteranordnung 100 führt ein Schlauch oder eine Röhre 102 zu einem Nachfilter 200. Vom Nachfilter 200 führt ein Schlauch oder eine Röhre 201 zu einem Ventilator 300. Vom Ventilator 300 führt ein Schlauch oder eine Röhre 301 zu eine Luftauslass 400.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202013100421 U1 [0007]
DE 29709034 U1 [0007]
DE 102009043110 A1 [0033, 0034, 0042]
DE 29613990 U1 [0033]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO 62 [0082]

Claims

Luftfilteranordnung 100 eines Ölnebelabscheiders, wobei die Luftfilteranordnung 100 ein einen Lufteinlass 11 und einen Luftauslass 12 aufweisendes Gehäuse 10 aufweist, in welchem sich eine Vielzahl von Filterelementen 20 befinden, wobei die Filterelemente ein Material enthalten, das in der triboelektrischen Reihe oberhalb von Stahl steht.
Luftfilteranordnung nach Anspruch 1, wobei die Filterelemente 20 aus dem Material, das in der triboelektrischen Reihe oberhalb von Stahl steht, bestehen.
Luftfilteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Filterelemente 20 mindestens ein Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Glas, Glimmer, Wolle und Polyamid enthalten oder aus mindestens einem dieser Materialien bestehen.
Luftfilteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Filterelemente 20 aus Polyamid bestehen.
Filteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Filterelemente 20 eine kugelförmige Grundform aufweisen.
Luftfilteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Filterelemente 20 in dem Gehäuse 10 als Schüttung befinden.
Luftfilteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse einen Siebboden 13 aufweist, auf dem sich die Filterelemente 20 befinden.
Luftfilteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich das Gehäuse 10 in vertikaler Richtung erstreckt und wobei sich der Luftfiltereinlass 11 am unteren Ende des Gehäuses 10 befindet und sich der Luftauslass 12 am oberen Ende des Gehäuses 10 befindet.
Ölnebelabscheider 1 zur Reinigung von Ölnebel und Emulsionen aus der Luft eines Arbeitsbereiches, wobei der Ölnebelabscheider eine Luftfilteranordnung 100 nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Ölnebelabscheider nach Anspruch 9, wobei der Luftfilteranordnung 100 nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ein Nachfilter 200 und ein Ventilator 300 nachgeschaltet ist.
Verfahren zum Abscheiden von Öl, insbesondere eine ölhaltigen Emulsion, aus der Luft eines Arbeitsbereiches einer Werkzeugmaschine umfassend die Schritte: a) Absaugen der Luft aus dem Arbeitsbereich einer Werkzeugmaschine W; b) Zuführen der Luft Z über den Lufteinlass 11 in eine Luftfilteranordnung 100 nach einem der Ansprüche 1 bis 8; c) Abführen der Luft A aus der Luftfilteranordnung 100 durch den Luftauslass 12 und Abführen der von den Filterelementen 20 abtropfenden oder abfließenden Flüssigkeit 32, 33 über den Lufteinlass 11 und/oder über einen Flüssigkeitskanal.