DE4223832A1 - Filtrationssystem für Flüssigkeiten mit Schwebeteilchen - Google Patents

Description

Da in Maschinen sämtliche Bauelemente miteinander in Beziehung stehen, zieht eine Überdimensionierung der einen die Überdimensionierung anderer nach sich und umgekehrt.

In Werkzeugmaschinen verwendet man Kühlflüssigkeiten wie Wasser und Bohrwasser, in Erodiermaschinen Spezialflüssigkeiten wie Petroleum oder anderes Dielektrikum usw., die aus Umwelt- und Kostengründen wiederaufbereitet und durch ein System zur ständigen Filterung in die Maschinen zurückgeführt werden.

Eine von mehreren Einflußgrößen für die Auslegung eines solchen Filtersystems ist die Stundenzahl, die für das Absetzen von Schwebteilchen und Verschmutzungen im Vorratsbehälter/Tank abgewartet werden muß, bevor die Flüssigkeit wieder verwendet werden kann.

Die Erfindung geht von der experimentellen Kenntnis aus, daß nach Ablauf einer gewissen Zeit, die zur ersten Dekantierung /Klärung der Flüssigkeit benötigt wird, der obere Teil des Behälters mittels dafür konstruierter Einrichtungen mit einer solchen Geschwindigkeit geleert werden kann, daß sich die Gesamtdauer der Entleerung wesentlich verringert gegenüber der herkömmlichen Methode.

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein verbessertes System zur Filtrierung von Flüssigkeiten mit suspendierten Schwebeteilchen vorgeschlagen, das eine komplette Ventilanordnung zur Verteilung der Flüssigkeit, ein Filter und einen Absetzbehälter umfaßt, in dem sich die Schwebeteilchen der Flüssigkeit in verschiedenen Phasen mit abnehmender Absetzgeschwindigkeit absetzen können. Dieses System zeichnet sich ferner aus durch Einrichtungen oder Mittel, um den Absetzbehälter im oberen Teil zu entleeren, wobei diese Mittel auf dem absinkenden Flüssig­ keitsspiegel des Tanks verbleiben und zur Flüssigkeitsentnahme einschaltbar sind, wenn wenigstens ein Teil der Zeitphase mit der (natürlichen, gegebenen) höchsten Absetzgeschwindigkeit verstrichen ist, so daß die Entleerungsgeschwindigkeit für den Absetzbehälter ungefähr der Absetzgeschwindigkeit (VA) eines Bereichs entspricht, in dem sich die Teilchen frei absetzen.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung handelt es sich bei diesen Hilfsmitteln bzw. Einrichtungen um eine Leitung, deren Öffnung sich nahe/knapp unter der Oberfläche der Flüssigkeit befindet und die an Schwimmern befestigt ist, so daß sie sich mit dem Flüssigkeitsspiegel bewegt.

Es können herkömmliche Schwimmer verwendet werden, um die Extraktionsleitung im Bereich der Oberfläche einer Flüssigkeit zu halten, wie sie z. B. bei Öllachen auf dem Meer oder bei der Trennung von Erdöl über dem Wasser aus dem UK-Patent 1 412 102 bekannt sind.

Für die vorliegende Erfindung werden somit Schwimmer zum Halten von Extraktionsschläuchen bei einem anderen Medium eingesetzt (Flüssigkeit mit Partikeln oder suspendierten Stoffen) und auf der Grundlage der obengenannten Erkenntnis über die Absetz­ geschwindigkeit erfolgt nur die Abführung oder Absaugung des oberen Teils der Flüssigkeit, ohne den Tank ganz zu leeren.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich in der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 ein Übersichtsschema des Filtersystems für Flüssigkeiten in Werkzeugmaschinen,

Fig. 2 ein Kurvendiagramm für den Absetzvorgang von suspendierten Teilchen über der Zeitachse und

Fig. 3 einen Gegenstand der Erfindung in schematischer Darstellung.

Entsprechend Fig. 1 verursacht eine Werkzeugmaschine 1 die Verschmutzung der benutzten Flüssigkeiten, wie Kühlmittel, Dielektrikum usw., die über eine Leitung 2 abgezogen und in einen Sammeltank 3 für verschmutzte Flüssigkeiten (mit Schwebeteilchen) befördert werden.

Diese Flüssigkeit wird in einer Filtereinheit 4 filtriert, die über ein Ventilsystem 5 verfügt, um verschmutzte oder nicht verschmutzte Flüssigkeit in verschiedenen Arbeitsphasen zur Maschine 1, zum Sammeltank 3 und zum Absetzbehälter 6 zu verteilen.

Im Absetzbehälter 6 sollen sich die suspendierten Partikel zum Boden bewegen, so daß die Flüssigkeit danach sauber ist und weiter verwendet werden kann.

Bei der Trennung durch Absetzung wird die Schwerkraft ausge­ nutzt, die den Partikeln eine Absinkbewegung erteilt, deren Absinkgeschwindigkeit von der Dichte und Viskosität der Flüssigkeit sowie von der Größe, Form und Dichte der Partikel abhängt. Um höchste Effizienz beim Absetzvorgang zu erreichen, empfiehlt es sich, schwere und große Teilchen zu verwenden. Sollten diese sich nicht von selbst bilden, kann dies durch eine vorherige Gerinnung oder Flockung erreicht werden. Wenn eine wesentliche Konzentration der Feststoffe vorhanden ist/stattfindet, nimmt die Dichte der Flüssigkeit zu und erzeugt eine verzögerte Sedimentation.

Die verschiedenen Phasen der Sedimentation sind Fig. 2 deutlich zu entnehmen, wobei die Y-Achse die Höhe des Bereichs angibt, in dem sich keine Schwebeteilchen befinden, und auf der X-Achse die Zeit dargestellt ist. Im Laufe der Zeit entsteht im oberen Teil des Absetzbehälters eine freie Oberfläche, ähnlich wie auf der Wasseroberfläche, als Zeichen für das Vorhandensein eines Schwerkraftfelds und Reaktionen zwischen bestimmten Partikel­ klassen. Darunter setzen sich Partikel A frei ab (außer bei einer sehr hohen Anfangskonzentration) und darüber befindet sich sauberes Wasser bzw. Flüssigkeit. Weiter unten näher dem Boden befindet sich ein Bereich B, in dem die Sedimentation langsamer abläuft, und direkt über dem Boden ein Bereich mit hoher Konzentration C. In diesem Bereich findet eine Kompri­ mierung und Kompaktierung des Schlamms statt. Der von Partikeln freie Oberflächenbereich erstreckt sich im Laufe der Zeit immer tiefer, bis er auf den Kompressionsbereich stößt. Mit der Zeit wird die Absinkgeschwindigkeit jeweils immer langsamer.

Um die Flüssigkeit 1 aus dem Absetzbehälter 6 zu nutzen, wird sie über die Leitung 7 (Fig. 1) abgesaugt. Dabei muß man warten, bis die Flüssigkeit weitestgehend sauber ist. Zur vollständigen Reinigung (Dekantierung) der Flüssigkeit sind normalerweise viele Stunden U1 erforderlich; aufgrund dieser Stundenanzahl werden Größe und Funktionsweise der übrigen Anlage und des Filters 4 festgelegt. Dieser Filter 4 müßte auf eine Mindestkapazität von U1 Stunden für eine ununterbrochene Absorption von Verunreinigungen ausgelegt sein, bevor dem Absetzbehälter 6 von neuem verbrauchte Flüssigkeit zugeführt wird.

Überraschenderweise ist gefunden worden, daß obige Ausführungen zutreffen, falls die Höhe h des Flüssigkeitsspiegels S im Absetzbehälter konstant bleibt. Wird der Absetzbehälter 6 jedoch in dem der Oberfläche S naheliegenden Bereich mit einer Geschwindigkeit entleert, die mit der ersten Absetzge­ schwindigkeit VA des direkt unter dem partikelfreien Bereich befindlichen Bereichs A in Beziehung steht oder dieser entspricht, entsteht das Phänomen, daß die Absetzgeschwin­ digkeit sich nicht in verschiedene Phasen zergliedert (für die Bereiche A, B, C, D), vielmehr annähernd konstant bleibt und der erstgenannten Absetzgeschwindigkeit VA entspricht, so daß für sie in Fig. 2 die als gestrichelte Linie A′ dargestellte Verlängerung des Bereichs A gilt. Die Stundenzahl zur Ent­ leerung des Behälters ergibt sich jetzt zu U2 und ist viel niedriger als die ursprünglich erforderliche Zeitdauer U1 also U2 U. In der Praxis haben sich folgende Ergebnisse ergeben: U1 = 24 Std. und U2 = 5 Std . . Es wurde sogar beobachtet, daß bei einer Entleerung des Behälters 6 entsprechend erfindungsgemäßer Vorgehensweise die Absetzgeschwindigkeit ansteigt, d. h. die Steigung der Geraden A-A′, größer wird, und somit die praktisch auftretende Stundenanzahl U unterhalb des theoretisch ermittelten Wertes liegt.

Deshalb wird für das neue Filtrationssystem vorgeschlagen, im oberen Bereich des Behälters 6 Entleerungseinrichtungen vorzusehen, die nach Ablauf des Zeitraums U3 in Betrieb gesetzt werden, z. B. nach 3 Stunden, die erforderlich sind, bis der obere Teil der Flüssigkeit (entlang der Geraden A) sich in gereinigtem Zustand befindet.

Obwohl auch vorgesehen ist, daß die Flüssigkeit an der Seitenwand p des Behälters 6 ablaufen und die Entleerung durch einen gegebenenfalls verstellbaren Überlauf erfolgen kann, haben Versuche gezeigt, daß man mit einer Leitung 9, deren Öffnung b sich leicht unter der Oberfläche S befindet und durch einen Schwimmer 8 in dieser Position gehalten wird, die besten Ergebnisse erzielt, vorausgesetzt, daß sich die Öffnung b auf diese Weise ständig im Bereich A der Fig. 2 befindet.

Claims (2)

1. Filtrationssystem für Flüssigkeiten mit in Suspension befindlichen Partikeln, mit einer Ventilanordnung (5) zur Verteilung der Flüssigkeit, einer Filtereinheit (4) und einem Absetzbehälter (6), in dem sich die Partikel aus der Flüssig­ keit in verschiedenen Phasen abnehmender Absetzgeschwindig­ keiten absetzen können, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (8, 4) zum Entleeren des Behälters (6) in dessen oberem Bereich vorgesehen sind, die sich entsprechend dem Absinken des Flüssigkeitsspiegels mitbewegen und zur Flüs­ sigkeitsentnahme einschaltbar sind, nachdem wenigstens ein Teil der Zeitphase mit der höchsten Absetzgeschwindigkeit verstri­ chen ist, so daß die Entleerungsgeschwindigkeit für den Absetz­ behälter annähernd der Absetzgeschwindigkeit (VA) eines Be­ reichs entspricht, in dem sich die Partikel frei absetzen (A).

2. Filtrationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entleerungseinrichtung eine Rohr- oder Schlauchleitung (9) aufweist, deren Öffnung (b) sich direkt unter der Oberfläche (s) der Flüssigkeit befindet und die mit Hilfe von Schwimmern (8) in ihrer Position im Bereich der Oberfläche gehalten wird.