DE4101701C2

DE4101701C2 - Filter für Kühlflüssigkeit

Info

Publication number: DE4101701C2
Application number: DE4101701A
Authority: DE
Inventors: Mugica D Fernando Martinez
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-12-28
Filing date: 1991-01-22
Publication date: 1995-05-24
Anticipated expiration: 2011-01-23
Also published as: GB2251194A; CH683751A5; GB2251194B; DE4101701A1; FR2670396A1; GB9028114D0; FR2670396B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Filter für Kühlflüssigkeit oder ein Dielektrikum von Werkzeugmaschinen bzw. Erodieranlagen, bei dem an einen Filterbehälter für ein aus körnigem Material bestehenden Filterbett eine obere Leitung und eine untere Leitung angeschlossen sind, die während der Filtrationszeiten als Zufluß bzw. als Abfluß und während der Regenerationszeiten entgegengesetzt beaufschlagt werden.

Indem bei spangebender, insbesondere elektroerosiver Werkstück bearbeitung flüssige dielektrische oder petrochemische Kühl- oder Schmiermedien eingesetzt werden, wirken z. B. Stahl , Mes sing, Kupfer, Petroleum und Graphit aufgrund örtlich entstehen der Hitze oder Entladungen aufeinander ein, so daß ein komplexe chemische Verbindungen enthaltendes Partikelgemenge entsteht, das zur Reinigung des Kühlmediums aus diesem entfernt wer den muß. Die zu diesem Zweck angewendete herkömmliche Filter technik bringt zwei Probleme mit sich:

- Während der Filterphase wird das Filtergut verschmutzt, und aufgrund der schnellen Sättigung des Filtergutes ist die Dauer der Filterphase äußerst kurz.
- Da beim Regenerieren des Filtergutes ein Teil davon fortspült und verloren geht, muß dieser mit Kosten und Arbeitsaufwand ersetzt werden.

Aus der DE-PS 14 36 327 ist ein Mehrstoff-Filter bekannt, der aus mindestens drei unterschiedlichen Stoffarten mit unter schiedlicher Korngröße und unterschiedlichem spezifischen Ge wicht ohne Trennböden besteht, wobei in dem die verschiedenen Materialien enthaltenden Teilchengemisch die durchschnittliche Korngröße in Richtung des Filterdurchganges kontinuierlich ab nimmt, dagegen das spezifische Gewicht ansteigt. Die Korngrößen liegen zwischen 0,15 und 2,0 mm, wobei als Filtergut u. a. Gra natstein, Magneteisenstein und Titaneisenerz zur Anwendung kom men und die Gesamthöhe des Filterbettes bis zu 90 cm beträgt.

Weiterhin ist aus der DE 29 45 609 A1 ein Filter bekannt, bei dem als Filtergut zur Reinigung technischer oder kommunaler Abwässer und insbesondere zur Rückhaltung aus Mineralöl beste hender Verunreinigungen mineralisches Kernmaterial z. B. Teil chen auf Basis von Siliciumdioxid, Calciumkarbonat oder Metall oxid verwendet werden, die mit einem wasserunlöslichen Material aus Kohlenstoff in organischer Bindung, z. B. Polymeren be schichtet sind. Durch Wahl des Beschichtungsmaterials bzw. des sen Nachbehandlung lassen sich die chemischen und physikali schen Eigenschaften der Körneroberflächen, z. B. organophil, oleophil oder adsorptiv ausbilden. Sie besitzen Korngrößen im Bereich von 0,1 bis 50 mm und eine bevorzugte Dichte von mindestens 2 g/cm³. Die beschichteten Filtergutkörner bilden im Filterbehälter die untere Schicht einer zwei- oder mehrschich tigen Filterbettung von etwa 100 cm Höhe, wobei die überdecken de Schicht aus mineralischen Partikeln wie Blähschiefer be steht.

In der GB 2159429 A ist ein Filter für Zuckerlösungen oder Bier mit einem zweischichtigen Filterbett beschrieben, dessen obere Filterschicht aus granulierter Knochenkohle und dessen untere Filterschicht aus geschmolzenem Aluminiumoxid, Granat, Ilmenit oder Glasperlen besteht, wobei der Durchmesser dieser kugelför migen Partikel zwischen 0,6 und 0,9 mm liegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Filter der ein gangs angegebenen Art zu schaffen, der sich durch einen sehr einfachen Aufbau, vor allem seines Filterbettes auszeichnet, dessen körniges Filtergut eine über lange Filterphasen anhal tende Reinigungskapazität und in seiner Schichtung eine hohe Stabilität gegenüber Druckänderungen aufweist und beliebig häu fig ohne Qualitätsverlust rückgespült werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches gelöst.

Ein mit dem erfindungsgemäßen Filter erreichter Vorteil besteht darin, daß mit ihm sämtliche in Aufgabe gestellten Anforderun gen vollständig erfüllt werden. Versuche haben gezeigt, daß bei komplexe petrochemische oder organische Partikel enthaltenden Kühl- und Schmierflüssigkeiten, z. B. Petroleum als Dielektrikum einer Elektroerosionsmaschine, ausgezeichnete Reinigungsergeb nisse erzielt werden, wenn das Filtergut

- eine oberhalb 5 g/cm³ liegende Dichte,
- eine in gemahlenem oder gebrochenem Zustand erreichbare Korngröße nicht unter 0,2 mm und nicht über 1 mm und
- beim Zerkleinern entstehende scharfkantige Körneroberflä chen besitzt.

Aufgrund der geometrischen Konfiguration und geringen Korngrö ßen des Filtergutes entsteht ein hoch-effektives Filterbett mit engen Körnerabständen, in dem die scharfkantigen Oberflächen die Reinigungswirkung und die Schutzaufnahmekapazität erhöhen. Als besonders vorteilhaft erweist sich die hohe Dichte des Fil tergutes, durch die das Filterbett unter einem erhöhten Druck steht und die Anordnung der Filterkörner eine hohe Stabilität erhält, so daß während des Filterbetriebes in den Hohlräumen zwischen den Körnern, abgesehen von denen an der Oberfläche des Filterbettes, keine wesentlichen Veränderungen stattfinden. Aufgrund des hohen spezifischen Gewichtes des Granulates bleibt die Stabilität des Filterbettes auch bei Abstellen der Pumpe und dadurch auftretender plötzlicher Dekompression des Granula tes erhalten. Ebenso verhält es sich bei durch Betriebsstörun gen bedingten Erschütterungen bzw. Flüssigkeitsstößen, die bei einem Filtergut mit geringem spezifischem Gewicht aufgrund der Körnerbewegungen deren Abstände und Hohlräume derart verändern, daß dort befindliche Schmutzpartikel aus dem Filter entweichen und die Qualität des Filtrates vermindern bzw. das Entstehen von Verbindungswegen ermöglichen und so die Filtration beeinträchtigen. Der apparative Aufwand bleibt ge ring, weil aufgrund der Bettungsstabilität relativ hohe Ge schwindigkeiten möglich sind und bereits mit verhältnismäßig kleinen Filterbettoberflächen und somit Behälterdurchmessern gute Betriebsergebnisse erreicht werden.

Vorzugsweise entspricht der Filtrat-Durchsatz Q im Verhältnis zur Oberfläche S des Filterbettes ungefähr der Beziehung 25 Q/S 40 m³/h m². Jedoch kann der Wert des Quotienten aus Durchsatz und Oberfläche unter Berücksichtigung von Anspruch 3 in einem noch weiter eingegrenzten Bereich liegen. - Eine ver einfachte Granulierung des Ausgangsmaterials für das Filtergut und eine Erhöhung von dessen Schmutzaufnahmekapazität ergeben sich, wenn die Filtergutkörner kristalline Bruchflächen aufwei sen.

Besonders vorteilhafte Betriebsergebnisse werden erreicht, wenn die Filtergutkörner aus Ilmenit (Titaneisen) bestehen, da die ses schwere Mineral mit einer Dichte von etwa 5 g/cm³ sich leicht mahlen oder brechen läßt und dabei vorwiegend rhomboed rische und hexaedrische Formen entstehen. Das Material wird im Rohzustand bezogen, dann gemahlen und gesiebt, wobei Körner mit vielen Kanten und unregelmäßigen Oberflächen entstehen. Etwa das halbe Volumen des Filterbettes besteht aus Filtergutkörnern mit einer um 0,4 mm schwankenden Korngröße, während größere Körner um 0,75 mm sich im Unterteil des Filterbettes befinden.

Auch andere z. B. nicht mineralische Filterstoffe können mit Vorteil insbesondere dann eingesetzt werden, wenn die Dichte d der Filtergutkörner innerhalb des Bereiches 6 d 8 g/cm³ liegt. Ein diesen Bedingungen genügender Filterstoff ist bei spielsweise gemahlene oder gebrochene Bronze.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Fil ters ergeben sich aus den Unteransprüchen 6 bis 16.

Ausführungsbeispiele des Filters gemäß der Erfindung sind nach folgend anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Filters gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Austrittsrohrs des unteren Verteilers und

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer anderen prakti schen Ausführung des Filters gemäß der Erfindung.

Der Filter besteht aus einem zylindrischen Behälter 1 mit zwei Öffnungen, an die im Inneren weitergeführte obere und untere Rohrleitungen 2 bzw. 5 angeschlossen sind, die an vor zugsweise zentrisch angeordneten Verteilern enden. Eine ver tikale Aufstellung des Behälters wird bevorzugt, aber auch in anderen Stellungen ist der Filter wirksam.

Der obere Verteiler 14 befindet sich im Oberteil des Behäl ters 1 in der Nähe des Deckels 16. Der mittlere Bereich des Verteilers 14 besteht aus einem halbkugelförmigen Teil, des sen gekrümmte Oberseite für eine gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit 3 benötigte Öffnungen 15 enthält. Seine Aufgabe besteht darin, die zu filternde Flüssigkeit 3 gleichmäßig zu verteilen und dabei das Entstehen von Turbulenzen und Wirbeln zu verhindern, die auf die Oberseite S des Filtergutes ein wirken könnten. Die Oberseite S befindet sich darunter in ei ner Entfernung von mindestens 1/6 der in Fig. 1 eingezeichne ten Gesamthöhe h₂. Ebenfalls über den Verteiler 14 erfolgt der Abtransport der herausgefilterten Teilchen, nachdem die Durchflußrichtung, vorzugsweise mit Reinigungsflüssigkeit um gekehrt worden ist. Die Erweiterung des Filtergutes bzw. des Filterbettes 4 bei dieser Kreislaufrichtung wird durch seinen Abstand vom Verteiler 14 aufgefangen, so daß die Flüssigkeit beim Reinigungsvorgang wohl die herausgefilterten Partikel, nicht aber die größeren und vor allem schwereren Filterkörner mitreißt.

Im Filterbetrieb werden die Schmutzpartikel im Filterbett 4 festgehalten, das jedoch allmählich durch diese Partikel ver stopft. An oder nahe dem Boden des Filters 1 ist ein unterer Verteiler angebracht, der aus einer Gruppe sternförmig ange ordneter Rohre 6 besteht.

Die Rohre 6 des unteren Verteilers können an den Enden 7 ver schlossen und mit Verstärkungsringen 18 versehen sein. Die Rohre 6 sind mit Rillen oder Schlitzen 9 versehen, durch die die Flüssigkeit aus dem Bereich des Filterbettes 4 in den In nenraum 8 des Rohres 6 gelangt. Der Innenraum 8 steht mit der unteren Rohrleitung 5 des Filters 1 in Verbindung. Die Breite a der Schlitze ist kleiner als die Größe der Filterpartikel.

Die Wände der Rillen 9 verlaufen über eine kurze Strecke e hinweg zueinander parallel und erweitern sich dann entspre chend Fig. 2 zum Innenraum 8 des Rohres hin. Um zu vermeiden, daß sich Druckluft im Oberteil des Filters 1 unter dem Deckel ansammelt, ist ein Auslaß mit Luftfilter 10 vorgesehen.

Der Betrieb des Filters umfaßt drei vollständig unterschied liche Vorgänge, nämlich Filtern sowie Reinigen und Spülen des Filterbettes, die im folgenden beschrieben sind.

Filterphase: In der Filterphase wird verunreinigte Flüssig keit 3, die z. B. bei der Elektroerosion entsteht, von einer Pumpe über den oberen Verteiler 14 in den Filterbehälter 1 gepumpt. Der obere Verteiler 14 verteilt die Flüssigkeit gleichmäßig nach oben, so daß sich das gesamte Volumen, das sich zwischen dem oberen Verteiler 14 und der Oberfläche des Ilmenits befindet, gleichmäßig abwärts bewegt und das Ilmenit passiert, wobei die in der Flüssigkeit enthaltenen Partikel dort zurückbleiben. Die gefilterte Flüssigkeit wird dann von den Kollektoren 8 des unteren Verteilers aufgefangen und über diesen nach außen geleitet.

Wenn dieser Vorgang ständig wiederholt wird, sättigen sich die Hohlräume in dem Ilmenitbett mit den Partikeln. Diesen Zustand zeigt ein Manometer 17 an, das in den Kreislauf ein geschaltet ist und die Druckdifferenz zwischen dem oberen Zu fluß und dem unteren Abfluß 5 anzeigt. Dieses Manometer gibt das Zeichen für den Reinigungsvorgang und kann zur Steuerung einer Umschalteinrichtung vorgesehen sein.

Reinigung des Filters: Beim Reinigungsvorgang gelangt die Flüssigkeit von der Pumpe über den unteren Verteiler bzw. dessen Rohre 6 in den Filter. Hierbei entsteht eine aufwärts gerichtete Strömung, welche die bei der Erosion entstandenen herausgefilterten Partikel über den oberen Verteiler 14 nach außen mitführt. Gleichzeitig lockert sie das Filterbett auf und sortiert die Körner nach ihrer Größe, so daß die größten Körner sich ganz unten und die feineren oben absetzen.

Spülung des Filters: Bei der Spülung gelangt eine dafür ver wendete Flüssigkeit durch den oberen Verteiler 14 in den Fil ter 1 und entweicht durch den Abfluß 5. Dabei stabilisiert und komprimiert sie das Filterbett und bewirkt eine Neuanord nung der Hohlräume, die dann wieder zur Aufnahme von Schmutz partikeln bereit sind, die z. B. bei der Elektroerosion ent stehen.

Aus Fig. 3 ergibt sich, daß als unterer Verteiler anstelle der sternförmig angeordneten Rohre 6 eine Reihe geschlitzter Halbkugeln 11 vorgesehen sind, deren Inneres 8′ in eine unte re Kammer 12 des Behälters mündet, an die die untere Abfluß leitung 5 angeschlossen ist.

In der Wasch- wie auch in der Spülphase kann es sinnvoll sein, im Gegenstrom nicht nur Flüssigkeit, sondern auch Luft einzu setzen. Fig. 3 zeigt zu diesem Zweck eine in die Leitung 5 mün dende Verzweigung 13 für die Zuführung von Luft, die das Ablösen der Schmutzpartikel aus dem Filterbett 4 fördert und die bis zur oberen Anschlußleitung 2 mitgerissen werden kann. Eine Luftzuführung kann auch zur Einmündung an anderen Stellen vorgesehen werden, über die sich das gesetzte Ziel erreichen läßt, z. B. direkt in der unteren Kammer 12.

Die untere Kammer 12 kann vom Filterbett 4 durch einen Gitter rost getrennt sein, für dessen Öffnungen das gleiche gilt, was über die Rohre 5 und die mit vergleichbaren Schlitzen versehe nen Halbkugeln 11 des unteren Verteilers ausgeführt worden ist.

Versuche haben gezeigt, daß der Filter einwandfrei arbeitet, wenn bei einem gegebenen Filtrat-Durchsatz Q eine Filterober fläche S im Filter 1 zur Verfügung steht, für die ungefähr die Beziehung gilt: 25 Q/S 40 m³/h·m² und vorzugsweise 30 Q/S 35 m³/h·m² und sofern der Filter den vorbeschriebenen Eigenschaften entspricht.

Die Höhe h₁ des Filterbettes 4 ist vorzugsweise ungefähr gleich dem Durchmesser des Filters h₁ ≃ ⌀, solange nur eine Zuführ pumpe eingesetzt wird. Bei der Verwendung verschiedener Pumpen in den verschiedenen Phasen würden sich diese Eigen schaften verändern. Da aber der Filter mit einer einzigen Pumpe optimal arbeitet, ist es nicht sinnvoll, mehrere einzu setzen.

Wie bereits erwähnt, sollte der obere Verteiler/Kollektor 14 in der Nähe des Deckels 16 angeordnet sein, so daß sich im praktischen Betrieb ungefähr für die in Fig. 1 eingezeichnete Gesamthöhe h₂ ≃ 1,2 h₁ ergibt.

Um für jeden Filter die Bereitstellung des betriebsgerechten Filtergutes zu erleichtern, kann man zwei Korngrößen in ge trennten Vorratsbeuteln zur Verfügung halten. Zunächst füllt man etwa die unteren 10 cm bis über den unteren Verteiler mit Filtergutkörnern zwischen 0,6 bis 1 mm Größe auf, und an schließend füllt man kleinere Filtergutkörner mit einer Größe zwischen 0,3 und 0,6 mm nach, wobei, wie oben ausgeführt, mindestens 1/6 der Gesamthöhe des Behälters freigelassen wird.

Da die Unterschiede nur gering sind, kann man im allgemeinen davon ausgehen, daß der Abstand zwischen den beiden Vertei lern der gleiche ist wie zwischen den Zu- und Ableitungen 2 bzw. 5.

Bezugszeichenliste

1 - Filterbehälter
2 - Zuflußleitung
3 - zu filternde Flüssigkeit
4 - Filterbett
5 - Abflußleitung
6 - geschlitzte Rohre
7 - verschlossene Enden von 6
8 - Innenraum von 6
9 - Längsschlitze
10 - Luftfilter am Behälterauslaß
11 - geschlitzte Halbkugeln
12 - untere Kammer in 1 (Fig. 3)
13 - Luftzuleitung
14 - oberer Verteiler/Kollektor
15 - Öffnungen in 11
16 - Behälterdeckel
17 - Manometer
18 - Verstärkungsringe um 6
a = Breite der Längsschlitze 9
e = radiale Länge der Parallelität der Schlitzwände.

Claims

1. Filter für Kühlflüssigkeit oder ein flüssiges Dielektrikum in Werkzeugmaschinen bzw. Erodieranlagen, mit einem ein Filter bett (4) enthaltenden Filterbehälter (1), an den eine obere Leitung (2) und eine untere Leitung (5) angeschlossen sind, die während der Filtrationszeiten als Zufluß bzw. als Abfluß und während der Regenerationszeiten entgegengesetzt beaufschlagt werden, wobei das Filterbett (4) durch aus einem einzigen ge mahlenem Material bestehende Filtergutkörner gebildet ist, die eine Dichte d < 5 g/cm³, eine Größe t im Bereich von 0,2 < t < 1 mm sowie scharfkantige Bruchflächen aufweisen.

2. Filter nach Anspruch 1, wobei der Filtrat-Durchsatz (Q) im Verhältnis zur Oberfläche (S) des Filterbettes (4) der Beziehung 25 Q/S 40 m³/h·m² entspricht.

3. Filter nach Anspruch 2, wobei der Filter-Durchsatz (Q) im Verhältnis zur Oberfläche (S) des Filterbettes (4) der Bezie hung 30 Q/S 35 m³/h·m² entspricht.

4. Filter nach einen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Filtergutkörner kristalline Bruchflächen aufweisen.

5. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Filtergutkörner aus Ilmenit (Titaneisen) bestehen.

6. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Dichte d der Filtergutkörner innerhalb des Bereiches 6 < d < 8 g/cm³ liegt.

7. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei über dem Boden des Filterbettes (4) ein an die untere Leitung (5) angeschlossener Kollektor/Verteiler (20) angeordnet ist, der mehrere mit Schlitzen (9) versehene hohle Bauelemente (6; 11) aufweist, deren Schlitzbreite (a) kleiner ist als die kleinsten Filtergutkörner.

8. Filter nach Anspruch 7, wobei die Schlitze (a) einwärts in Richtung des Innenraums (8) der geschlitzten Bauelemente (6) erweitert sind.

9. Filter nach Anspruch 7 oder 8, wobei die geschlitzten Bau elemente (6) Rohrabschnitte sind, die in einer sternförmig radialen Anordnung den unteren Kollektor/Verteiler (20) bilden.

10. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Höhe (h₁) des Filterbettes (4) im Filterbehälter (1) ungefähr seinem Durchmesser entspricht.

11. Filter nach Anspruch 10, wobei der Abstand (h₂) eines obe ren Verteiler/Kollektors (14) vom unteren Kollektor/Verteiler (20) ungefähr 1,2 mal größer ist als die Höhe (h₁) des Filter bettes (4).

12. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, 10 oder 11, wobei die geschlitzten Bauelemente (11) des unteren Kollektor/Vertei lers jeweils eine etwa halbkugelförmige Oberseite aufweisen und an eine mit der unteren Leitung (5) in Verbindung stehende, unterhalb des Filterbettes (4) angeordnete Kammer (12) des Filterbehälters (1) angeschlossen sind.

13. Filter nach Anspruch 12, wobei die untere Kammer (12) von dem Filterbett (4) durch einen Gitterrost getrennt ist, dessen Öffnungen kleiner sind als die kleinsten Filtergutkörner.

14. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine in die untere Leitung (5) mündende Zuleitung (13) für Luft vorgesehen ist, die zu Reinigungszwecken im Gegenstrom auf das Filterbett einwirkt.

15. Filter nach Anspruch 11, wobei der obere Verteiler/Kollek tor (14) eine halbkugelförmige Außenfläche mit Austrittsöffnun gen (15) besitzt, die nach der Seite weisen, die der normalen allgemeinen Strömungsrichtung des Filtrats entgegengesetzt ist.

16. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwi schen der oberen und der unteren Rohrleitung (2 bzw. 5) ein Differentialmanometer (17) angeschlossen ist.