DE60020929T2 - Hilfsfilter und Verfahren zur Entfernung von Partikeln aus einer filtrierten Schneidflüssigkeit - Google Patents

Hilfsfilter und Verfahren zur Entfernung von Partikeln aus einer filtrierten Schneidflüssigkeit Download PDF

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Filter und insbesondere Filter zum Entfernen von Schmutzpartikeln aus Schneidflüssigkeiten, die bei der Metallbearbeitung eingesetzt werden.
  • Beim Bearbeiten von Metall in großtechnischen Verfahren zum Schneiden von Metall, wie beispielsweise in der Herstellung von Motorenbauteilen in der Automobilindustrie, entstehen große Mengen verunreinigter Schneidflüssigkeit. Diese Flüssigkeit wird gefiltert, um feste Partikel, wie Splitt, Metallspäne, etc. in einem Rezirkulierungssystem zu entfernen, durch welches die gefilterte Flüssigkeit zur Wiederverwendung in der Maschine erneut zugeführt wird. Derartige Mengen an Flüssigkeit werden für große Maschinenanlagen benötigt, so dass ein Aufteilen von Bahnfiltern über große Tanks erforderlich ist.
  • Beispielsweise im Dokument US 5,601,729 ist eine derartige Filtervorrichtung beschrieben.
  • Mittels dieser Filter können größere Mengen Filterflüssigkeit gefiltert werden, doch es ist nicht möglich, das Vorhandensein von Streupartikeln, die um die Kanten der Bahnen herum und durch Risse in den Bahnen hindurch wandern, oder anderweitig in die gefilterte Flüssigkeit gelangen können, vollkommen auszuschließen.
  • Bereits ein einziger Metallspan kann das Verstopfen einer Düse eines Maschinenwerkzeugs und damit ein rasches Ausfallen des Werkzeugs und ein mögliches Abschalten der gesamten Anlage verursachen.
  • Daher besteht Bedarf an einem ausfallsicherem Hilfsfilter zum Entfernen von Restpartikeln aus der gefilterten Flüssigkeit.
  • Ein besonderes Problem, das in Zusammenhang mit Schneidflüssigkeit auftritt, ist das Entstehen eines gallertartigen Materials, das sehr dazu neigt, feinporige Filteröffnungen rasch zu verstopfen, so dass diese Streupartikel durch das einfache Passieren der gefilterten Flüssigkeit eines feinen Siebs nicht beseitigt werden können.
  • Derartige Vorrichtungen werden ferner häufig kontinuierlich mittels automatischer Steuerung betrieben, so dass eine konstante Wartung der Hilfsfilter nicht möglich ist.
  • Das Dokument US-A-5,423,977 beschreibt einen Filter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4. Diese Vorrichtung wird zum Filtern von Marineheizöl und Schmiermittel eingesetzt. Das Dokument US-A-5,992,642 beschreibt ein Filterverfahren gemäß dem Oberbegriff das Anspruchs 1.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Filter und ein Filterverfahren anzugeben zum Filtern von Restpartikeln aus gefilterter Schneidflüssigkeit, die beim Betrieb einer Maschine rezirkuliert wird.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die soeben genannte sowie weitere Aufgaben der Erfindung, die sich aus der folgenden Beschreibung ergeben, werden gelöst durch einen Filtervorgang und einen Filter nach den Ansprüchen 1 bzw. 4. Der Filter umfasst ein hohles Radelement, an dessen Umfang ein Filtersieb angeordnet ist, wobei das Rad in einem abgedichteten Tank, der die unter Druck stehende gefilterte Flüssigkeit aufnimmt, kontinuierlich gedreht wird. Der äußere zylindrische Umfang des hohlen Radelements ist mit einem feinen Sieb bedeckt, das von Profildraht-Windungen getragen ist, und hat entlang des Umfangs eine Reihe von Stäben, die an den äußeren Abschnitt von gegenüberliegenden konkaven Nabenstücken geschweißt sind. Die Nabenstücke sind axial voneinander beabstandet, um einen Fließweg für die Flüssigkeit zu bilden, die unter Druck vom Hauptfilter aufgenommen wird und durch das feine Sieb fließt, woraufhin die Flüssigkeit zum Zentrum der Bearbeitung zurückgeleitet wird.
  • Das Sieb wird rückgespült, indem eine Reihe von Hochdruckdüsen auf das Sieb gerichtet werden, während es sich an den Düsen vorbeidreht. Eine geöffnete Seite einer Auffangwanne liegt an der Stelle, an der die Sprühdüsen angeordnet sind, gegenüber dem Sieb, um abgelöstes Material aufzufangen und dieses aus dem Tank zu entfernen.
  • Die Kombination aus der Drehung des Rads und des Reinigungseffekts der Rückspüldüsen hält das feine Sieb sauber sowohl von gallertartigem Material also auch von aufgefangenen Restpartikeln, um den kontinuierlichen Betrieb des Hilfsfilters sicherzustellen.
  • Beschreibung der Zeichnungsfiguren
  • 1 ist eine Teilansicht des Filters gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei zugehörige Komponenten schematisch dargestellt sind;
  • 2 ist eine Teilschnitt-Seitenansicht des hohlen Radelements des Filters der 1;
  • 3 ist eine vergrößerte Teilansicht eines Abschnitts des hohlen Rades im teilweisen Schnitt, wobei Details des Trägers für ein feines Sieb dargestellt sind, das sich um den Umfang des hohlen Rades herum erstreckt;
  • 4 ist eine Seitenansicht der Auffangwanne und der Sprühdüsenanordnung der 1;
  • 5 ist eine vergrößerte Teilansicht eines Abschnitts des Filters der 1, wobei hier eine optionale Modifikation dargestellt ist.
  • Detaillierte Beschreibung
  • In der folgenden Beschreibung wird zum Zwecke der Klarheit eine gewisse Terminologie verwendet sowie ein bestimmtes Ausführungsbeispiel gemäß den Erfordernissen nach 35 USC 112 beschrieben. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass dieses als nicht einschränkend anzusehen und nicht als solches auszulegen ist, da im Rahmen der beigefügten Ansprüche viele Formen und Varianten der Erfindung möglich sind.
  • In den Figuren und insbesondere in 1 ist die erfindungsgemäße Hilfsfiltervorrichtung 10 derart ausgestaltet, dass sie zur Verwendung mit einem Hauptfiltersystem 12 vorgesehen ist, das mit einem Werkzeugmaschinen-Kühlmittelsystem 14 verbunden ist.
  • Die gefilterte Kühlflüssigkeit wird vom Hauptfiltersystem 12 unter Druck in einen abgedichteten Tank 16 geleitet, der aus zwei trennbaren Hälften 18A, 18B besteht, die durch Schwenkbolzen 20 und Flansche 22, 24 miteinander verbunden sind. Eine Umfangsdichtung 26 stellt eine druckdichte Abdichtung des Tanks sicher.
  • Ein hohles Radelement 28 ist drehbar in dem Tank 16 auf einer Antriebswelle 30 gelagert, die durch das Rad 28 hindurch verläuft und mit einem Paar von gegenüberliegenden konkaven Scheibenelementen 32, 34 verschweißt ist. Die Scheibenelemente 32, 34 sind axial voneinander beabstandet, um einen Fließraum 36 zu bilden, der die einströmende Flüssigkeit durch ein feines Mikrosieb 38, das sich um den Außenumfang des hohlen Rades 28 herum erstreckt, aufnimmt.
  • Die Außenbereiche 40, 42 jedes der Scheibenelemente 32, 34 sind voneinander abgewinkelt, um in Achsenrichtung mehr Raum zu schaffen, um ein breiteres Mikrosieb 38 unterzubringen und den verfügbaren Filterbereich zu vergrößern.
  • Das Mikrosieb 38 ist ein im Handel erhältliches Material mit sehr feinen Öffnungen (25–300 Mikrometer) und ist aus einem dünnen Metall mit einer Dicke von wenigen Tausendsteln hergestellt, um nicht verkratzt werden zu können, und muss an Unterbrechungen in geringen Abständen gehalten sein.
  • Für diese Vorrichtung würde typischerweise eine Größe von 50–70 Mikrometern verwendet. Die Details der Haltestruktur sind in 3 dargestellt. Die voneinander abgewinkelten Bereiche 40, 42 erstrecken sich bis zu radialen Randabschnitten 44, 46 und eine Reihe von dünnen Stäben 48, die entlang dem Umfang in Abständen zueinander angeordnet sind, ist an jedem Ende mit einem entsprechenden Randbereich 44, 46 verschweißt. Die Windungen eines im Handel erhältlichen Drahtes mit dreieckigem Querschnitt (Profildraht) sind um die Außenflächen der Stäbe 48 gewunden und mit diesen verschweißt, wobei die spitze Seite nach außen weist, um den geöffneten Bereich unterhalb des Siebs 38 zu vergrößern, und wobei die unter Druck stehende Flüssigkeit zwischen den Profildraht-Windungen und den dünnen Stäben 48 das Sieb passiert und in den Innenraum 36 eintritt.
  • Das linke Scheibenelement 32 hat in einem Innenabschnitt eine Reihe von Löchern 52, die das Abfließen aus dem Raum 36 ermöglichen. Ein Dichtungsring 54 ist an die Außenfläche des Scheibenelements 32 geschweißt und trägt eine Runddichtung 56, die ins Innere eines sich in Achsenrichtung erstreckenden Mittelrohrs 58 eingreift, das mit der Tankhälfte 18A verschweißt ist.
  • Das Mittelrohr 58 ist auf einer Reihe von radialen Bahnen 60 getragen, die ermöglichen, dass Flüssigkeit ins Innere des Rohrs 58 und damit zu einem Auslass 62 gelangt.
  • Ein Abstandsrohr 64 hält ein paar Lagerbuchsen 66, 68, die auf der Welle 30 lagern, wobei die Runddichtungen 70 sicherstellen, dass am Tank 16 kein Leck auftritt.
  • Ein Antriebsmotor 72 und ein Untersetzungsgetriebe 74 treiben die Welle derart an, dass sie für die Drehbewegung des hohlen Rades 28 mit einer Geschwindigkeit sorgt, die ausreicht, um das Sieb 38 sauber zu halten (4,57–6,1 m/s, 15–20 Fuß der Oberfläche pro Sekunde), wenn diese mit dem Effekt einer Rückspülungsbesprühung kombiniert wird.
  • Eine Auffangwanne 76 ist im Innern des Tanks 16 befestigt, wobei ihre geöffnete Seite in Richtung Außenumfang des hohlen Rades 28 weist und eine Reihe von Sprühdüsen 78 von einem Rückspül-Verteilerrohr 80 (4) abstehen, das mit einer Flüssigkeit, deren Druck über dem im Tank herrschenden Druck liegt, aus einer Quelle 82 (wie beispielsweise einem Reservoir gefilterter Flüssigkeit) versorgt wird, die derart unter Druck gesetzt wird, dass ihr Druck wesentlich höher ist als der Druck im Tank 16, d.h. so dass ihr Druck den Druck im Tank um 6,89 × 105–20,7 × 105 Pa (100–300 psi) übersteigt. Ein Auslass 84 verbindet die Wanne mit einer unter geringem Druck stehenden Seite einer Rückspül-Rückführpumpe 84, um die gesammelte Flüssigkeit in das Hauptfiltersystem 12 zu führen. Die Wanne 76 und der Ausfluss sammelt Material, das von dem Sieb 38 abgelöst wurde.
  • Durch die Kombination aus der Drehbewegung des Siebs 38 und den Strahlen aus den Sprühdüsen 38 wird das Sieb von Feststoffen und gallertartigem Material sauber gehalten, um einen kontinuierlichen Betrieb des Hilfsfilters 10 zu ermöglichen, so dass sichergestellt ist, dass keine beliebig großen Restpartikel zurück in das Kühlflüssigkeitssystem 14 der Werkzeugmaschine gelangen.
  • Das Rückspülen kann kontinuierlich (wenn beträchtliche Mengen an gallertartigem Material vorhanden sind) oder auch intermittierend stattfinden, um zu ermöglichen, dass sich Feststoffe ansammeln, um besser gefiltert werden zu können. Das Rad 28 kann in diesem Fall auch lediglich indexiert sein, anstatt, wie herkömmlich der Fall, kontinuierlich gedreht zu werden.
  • 5 zeigt, dass ein an der Achse angeordneter Flusspropeller 90 von der Welle 30 angetrieben sein kann, um den Druck der vorhandenen Flüssigkeit zu verstärken, wobei die Verluste, die beim Passieren des Hilfsfilters 10 entstehen, ausgeglichen werden können.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Filtern von Schneidflüssigkeiten, die in einer Metallbearbeitungsmaschine verwendet werden, umfassend die Schritte: Auffangen von Schneidflüssigkeiten, die mit festen Partikeln verunreinigt sind, in der Metallbearbeitungsmaschine und Hindurchführen dieser Flüssigkeit durch eine Hauptfiltervorrichtung, um diese Partikel daraus zu entfernen, Leiten der gefilterten Flüssigkeit von der Hauptfiltervorrichtung (12) durch einen Hilfsfilter (10), um Restpartikel zu entfernen, wobei der Hilfsfilter ein hohles Element (28) mit einem Filtersieb (38) enthält, das entlang dessen äußeren Umfang angebracht ist, Drehen des hohlen Elements (28), während dieses Element in einem Tank (16) mit der gefilterten Flüssigkeit angeordnet ist, Leiten der Flüssigkeit in dem Tank (16) durch das Sieb (38) und in einen Flüssigkeit aufnehmenden hohlen Raum in dem hohlen Element (28), und Zurückführen der durch das Sieb (38) geleiteten Flüssigkeit zur Metallbearbeitungsmaschine, gekennzeichnet durch die Schritte: Lenken einer Reihe von Sprühstrahlen auf den äußeren Umfang des Siebs (38), wenn das Sieb an einer Reihe von Sprühdüsen (78) mit einer Oberflächengeschwindigkeit von 4,57 bis 6,1 m/s vorbei bewegt wird, um dadurch das Sieb beim Vorbeidrehen an den Sprühdüsen durch die kombinierten Wirkungen der Drehung des hohlen Elements (28) und der Sprühstrahlen zu reinigen, Bereitstellen einer druckdichten Abdichtung des Tanks (16) und Leiten einer unter Druck stehenden Flüssigkeit in dem Tank (16) durch das Sieb (38) in den Innenraum (36) des hohlen Elements (28).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend den Schritt des kontinuierlichen Drehens des hohlen Elements (28) und des Lenkens der Sprühstrahlen auf das Sieb (38), um das Sieb kontinuierlich zu reinigen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend den Schritt des Anordnens einer offenen Seite einer Wanne (76) über den Umfang des sich drehenden Siebs (38) an der Stelle der Sprühdüsen (78), und des Ziehens von Flüssigkeit aus der Wanne und dem Tank (16), um Material aufzufangen, dass von den Sprühdüsen aus dem Sieb (38) abgelöst wird.
  4. Filter, umfassend einen abgedichteten Tank (16), der sich dazu eignet, eine zu filternde Druckflüssigkeit aufzunehmen, ein hohles Rad (28), das zur Drehung in dem Tank (16) angebracht ist, wobei das hohle Rad (28) einen äußeren Umfang hat, der mit einem Feinsieb (38) abgedeckt ist, wobei Druckflüssigkeit durch das Sieb (38) und in einen Innenraum (36) des Rades (28) geleitet wird, Mittel zum Leiten von Flüssigkeit aus dem Innenraum (36) und dem Tank (16), Antriebsmittel (72) zum Drehen des Rades (28) in dem Tank (16), und eine Reihe von Sprühdüsen (78), die sich über das Sieb (38) erstrecken, und Mittel zum Zuführen von Hochdruckflüssigkeit zu den Düsen (78), um Rückspülstrahlen auf das Sieb (38) zu richten, wenn sich das Sieb an den Sprühdüsen (78) vorbeidreht, dadurch gekennzeichnet, dass das Radelement (28) ein Paar gegenüberliegende, konkave Scheibenelemente (32, 34) umfasst, die zueinander beabstandet sind, um den Innenraum (36) zu definieren, eine Umfangsanordnung von festen Stäben (48), die sich über den Raum zwischen den Scheibenelementen (32, 34) angrenzend an deren Umfang erstrecken, und eine Reihe von Profildraht-Windungen über den Stäben (48), wobei das Sieb (38) über den Profildraht-Windungen liegt.
  5. Filter nach Anspruch 4, ferner mit einer offenseitigen Auffangwanne (76), die derart über dem Sieb (38) angeordnet ist, dass die offene Seite zum Sieb nahe den Sprühdüsen (78) zeigt, und mit Mitteln (84) zum Ziehen von Flüssigkeit aus der Wanne (76) und dem Tank (16), um abgelöstes Material abzuführen.
  6. Filter nach Anspruch 4 oder 5, ferner mit einer Antriebswelle (30), an der die Scheibenelemente befestigt sind, und einem Motor (72), der antreibend mit der Welle (30) verbunden ist, um das Rad (28) zu drehen.
  7. Filter nach Anspruch 6, ferner mit einem Mittelrohr (58), das sich durch eine Seite des Tanks (16) und über die Antriebswelle (30) erstreckt, wobei das Mittelrohr (58) an der Seite des Tanks (16) befestigt ist, und mit Mitteln zum Anbringen der Antriebswelle (30) zur Drehung in dem ortsfesten Mittelrohr (58), wobei das Mittelrohr mit dem Innenraum (36) in dem Radelement (28) in Verbindung steht und daran angepasst ist, sowie mit einem Auslass (62), der an das Mittelrohr (58) angeschlossen ist.
  8. Filter nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei das Sieb (38) ein sehr dünnes Mikrosieb mit Öffnungen in der Größenordnung von 50–70 Mikrometern umfasst.
  9. Filter nach einem der Ansprüche 4 bis 8, mit Mitteln zum kontinuierlichen Drehen des Radelements (28), um eine Oberflächengeschwindigkeit des Siebs (38) in der Größenordnung von 4,57–6,1 m/sec zu erzeugen.
  10. Filter nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei die Sprühstrahlen durch Hochdruckflüssigkeit in der Größenordnung von 20,68 bar erzeugt werden.
  11. Filter nach einem der Ansprüche 4 bis 10, ferner mit einem Propeller (90), der von den Antriebsmitteln (72) angetrieben wird, um den Druck der aus dem Tank (16) fließenden Flüssigkeit zu erhöhen.
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