DE60204646T2 - Vakuum assistiertes Ablaufsystem und Prozess zur Handhabung von Schneid- oder Schmierflüssigkeiten von Werkzeugmaschinen - Google Patents

Description

• Hintergrund der Erfindung
• Die vorliegenden Erfindung betrifft die Behandlung von Schneidflüssigkeit, die bei der Bearbeitung von Metallstücken eingesetzt wird, um das Filtern und die Wiedervenwendung der Schneidflüssigkeit zu ermöglichen.
• In einer typischen Anlage lagert sich die Schneidflüssigkeit, die Späne und andere Abfallpartikel enthält, in einer Rinne unterhalb der Werkzeugmaschine ab. Der Schneidflüssigkeitsfluss ist dazu vorgesehen, die Späne und die anderen Abfallpartikel entlang der Rinne zu einer Vertiefung zu tragen, wo sodann eine Filtervorrichtung die Reinigung der Schneidflüssigkeit für ihre Wiederverwendung vornimmt.
• Um sicherzustellen, dass die Späne in der Rinne nach unten abtransportiert werden, ist eine gewisse Flussgeschwindigkeit nötig, wobei. 2,13 m/Sek. (7 Fuß/Sek.) eine typische minimale Flussgeschwindigkeit im Falle von Eisen- oder Stahlspänen ist. Hierbei ist ein recht steiles Gefälle nötig, damit die Rinne relativ tief ist, wenn eine weite Strecke zurückzulegen ist. Bodenrinnen sind recht kostspielig in ihrer Herstellung, insbesondere für den Fall, dass aufgrund von Vorschriften zum Schutze der Umwelt eine doppelte Beschichtung vorgesehen ist, da so versteckte Lecks zum Problem werden können, da sie lange Zeit unentdeckt existieren und dabei ermöglichen, dass die Öl enthaltenden Schneidflüssigkeiten das Grundwasser verunreinigen. Ferner verursachen unterirdische betonummantelte Rinnen eine kostspielige und schwierige Anlagenwartung, da derartige Rinnen nicht verlagert werden können.
• Manchmal wird in den Rinnen eine Sprühspülung benötigt, um dabei die Späne und andere feste Partikel die Rinne hinunterzuspülen. Derartige Sprühspülungen sind nur bei kurzen Entfernungen effektiv, es müssen leistungsstarke Pumpen eingesetzt werden und die Spülungen unterbrechen die Bodenkontur der Rinne. Es wurde weiterhin vorgeschlagen, verstärkte Spülflüsse einzusetzen, für die wie in dem Dokument US 4,655,940 zusätzliche Flüsse in die Rinne gepumpt werden, wodurch wiederum Pumpen benötigt werden und die Kapazität der Filtervorrichtung sinkt, da gefilterte Flüssigkeit nicht wieder verwendet, sondern abgeleitet wird.
• Weiterhin wurden, wie beispielsweise in den Dokumenten US 5,466,380 ; 4,325,663 und 5,223,156 oberhalb des Bodens angeordnete Fluid-Sammelsysteme vorgeschlagen. Bei diesen Systemen werden Pumpen zum oberirdischen Transportieren der Flüssigkeit eingesetzt, wobei derartige Pumpen kostspielig sind und ausfallen können. Die Zuverlässigkeit leidet, da das System nicht funktioniert, wenn eine Pumpe ausfällt, so dass manchmal eine Notpumpe eingesetzt werden muss, wodurch die Kosten weiter ansteigen.
• Das US-Patent Nr. 5,380,446, das als nächstliegender Stand der Technik angesehen wird, beschreibt ein Sammelsystem für Schneidflüssigkeit, bei dem über Pumpen an einem oberirdischen Kollektor, der über Abzugsrohre mit dem Sammelbehälter der Maschine verbunden ist, ein Vakuum angelegt wird.
• Ziel der Erfindung ist es, ein System zur Behandlung von Schneidflüssigkeit und festen Abfallpartikeln anzugeben, welches den Einsatz von steil abfallenden Rinnen zum Erzeugen einer ausreichenden Flussgeschwindigkeit zur Sicherstellung, dass Späne aus der Rinne gewaschen werden, unnötig macht.
• Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, ein Sammelsystem anzugeben, das oberhalb des Bodens oder ebenerdig angeordnet werden kann, dabei jedoch keinen Einsatz von Pumpen oder Sprühspülungen in einer Sammelrinne nötig macht.
• Zusammenfassung der Erfindung
• Die obengenannten Ziele sowie weitere Aufgaben, die sich aus der Beschreibung und den Ansprüchen ergeben, werden gelöst durch ein Vakuum-Spülen eines geschlossenen Sammelrohrs, das sich unterhalb einer Reihe von einzelnen Sammelbehältern erstreckt, wobei jeder dieser Sammelbehälter Schneidflüssigkeit und Späne aus einer Werkzeugmaschinen-Anlage erhält und die Flüssigkeit aufgrund der Schwerkraft in jeden einzelnen Sammelbehälter fließt.
• Jeder Sammelbehälter ist über eine Schwerkraftfließverbindung mit dem Sammelrohr verbunden.
• Das Abfluss-Sammelrohr hat eine Abwärtsleitung, die sich bis zu einem Filtertank unter der Oberfläche erstreckt. Durch das Abfließen über die Abwärtsleitung entwickelt sich ein Saugvakuum, wenn ein Hauptsteuerventil am unteren Ende der Leitung geöffnet wird, um das Spülen des Sammelrohrs einzuleiten. Die Höhe der Abwärtsleitung ist derart gewählt, dass sich ein ausreichendes Vakuum bildet, um zumindest die minimale Flussgeschwindigkeit in dem Sammelrohr zu erzielen, die nötig ist, um das Befördern der festen Abfallpartikel mit dem Schneidflüssigkeitsfluss sicherzustellen.
• Die Schneidflüssigkeit aus jedem Sammelbehälter tritt in das Abfluss-Sammelrohr ein, wobei eine Reihe von Lüftungen ermöglichen, dass sich das Sammelrohr mit Flüssigkeit und Spänen füllt, die von den Sammelbehältern bei geschlossenem Hauptventil abfließen.
• Beim Füllen des Sammelrohrs sind alle Durchlässe bis auf eine Hauptlüftung am stromaufwärts gelegenen Ende geschlossen. Die Flüssigkeit und die Späne fließen rasch aus dem Rohr ab, das sich durch das Öffnen der Abwärtsleitung des Sammelrohrs in einem Vakuum-Zustand befindet, so dass sich in dem Sammelrohr eine Flussgeschwindigkeit entwickelt, die ausreicht, um sicherzustellen, dass die Späne über die Länge des Abflussrohrs zusammen mit der Schneidflüssigkeit in die Filtervorrichtung hinabtransportiert werden.
• Die Höhe der Abwärtsleitung ist derart gewählt, dass eine Vakuumintensität entsteht, durch welche die durch Reibung verursachten Druckverluste über die gesamte Länge des Sammelrohrs überwunden werden, so dass dennoch die minimale Flussgeschwindigkeit in dem Sammelrohr entwickelt wird.
• Die Sammelbehälter können während der gesamten Dauer eines Flüssigkeitszyklus in das Sammelrohr ablaufen. Der Sammelbehälter-Abfluss kann jedoch auch geschlossen werden, wenn der Flüssigkeitspegel in dem Sammelbehälter unter einen gewissen Mindestpegel sinkt, um zu verhindern, dass während des Spülzyklus Luft in das Sammelrohr gelangt und um so das Vakuum aufrecht zu erhalten, das in dem Sammelrohr während eines Spülzyklus auf die Flüssigkeit wirkt.
• Das Sammelrohr kann einen abgestuften Durchmesser haben, der sich in Richtung stromabwärts vergrößert, so dass am stromaufwärts gelegenen Ende bei einem geringeren Spülvolumen höhere Flussgeschwindigkeiten erzeugt werden können. Es ist jedoch auch möglich, ein Sammelrohr mit konstantem Durchmesser vorzusehen.
• Beschreibung der Zeichnungen
• 1 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Sammeln von Werkzeugmaschinenflüssigkeit mit Vakuumspülung.
• 2 ist eine schematische Darstellung eines typischen Sammelbehälters in dem in den 1 und 2 dargestellten System.
• 3 ist eine schematische Darstellung einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Flüssigkeitssammelsystems.
• 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 1 ist ein Vakuumspülungssammelsystem 10 in Verbindung mit einer Reihe von Werkzeugmaschinen 12 in Form eines Blockdiagramms dargestellt.
• Die bekannte Filtervorrichtung 14 ist in einer Vertiefung unterhalb des durch die Linie 16 gekennzeichneten Bodens angeordnet. Die Filtervorrichtung 14 umfasst einen offenen Tank 38, der Schneidflüssigkeit aus den Werkzeugmaschinen 12 erhält, die durch das Behandlungssystem 10 gesammelt wird, filtert diese und eine Pumpe 18 befördert die gereinigte Flüssigkeit über eine Rohrleitung 20 zur Wiederverwendung zurück zu den Werkzeugmaschinen 12. Die Zufuhr von gereinigter Schneidflüssigkeit an jede Werkzeugmaschine 12 kann durch Ventile 22 in zugehörigen Abzweigungen der Rohrleitung 20 gesteuert sein.
• Jede der Werkzeugmaschinen 12 hat einen eigenen Sammelbehälter 24, der derart angeordnet ist, dass er den Abfluss der Schneidflüssigkeit und der Späne aus jeder Werkzeugmaschine 12 aufnimmt.
• Jeder Sammelbehälter 24 hat wiederum einen Ablauf 26, der mit einem geschlossenen Hauptsammelrohr 28 verbunden ist, das hier derart dargestellt ist, dass es einen konstanten Durchmesser hat und sich horizontal unterirdisch unterhalb der Sammelbehälter 24 erstreckt. Die Flüssigkeit fließt aufgrund der Schwerkraft von den Sammelbehältern 24 durch die Steuerventile 25 und den Ablauf 26 in das Sammelrohr 28, das derart bemessen ist, dass es die Menge an generierter Flüssigkeit aufnimmt, d.h. es hat eine Größe zwischen 12'' und 24''.
• Das Sammelrohr 28 hat ein oder mehr dazwischen liegende Entlüftungsrohre 30A, 30C, wobei eine Hauptlüftung 30B am stromaufwärts gelegenen Ende angeordnet ist, von denen jedes über Ventile 32A, 32B, 32C geöffnet oder geschlossen werden kann, die durch die Systemsteuerungen 34 gesteuert sind.
• Eine Abwärtsleitung 36 einer Länge "L" ist mit dem stromabwärts gelegenen Ende des Sammelrohrs 28 verbunden, so dass ein Fluss in den offenen Tank 38 der Filtervorrichtung 14 geleitet wird, wobei ein Spülsteuerventil 40 den Abfluss der Flüssigkeit aus dem unteren Ende der Abwärtsleitung 36 steuert.
• Die vertikale Höhe der Abwärtsleitung 36 ist derart gewählt, dass sie ausreicht, ein ausreichendes Vakuum zu erzeugen, wenn das Spülsteuerventil 40 geöffnet wird, um die Rohrreibung zu überwinden und einen Fluss aufzubauen, der stark genug ist, um sicherzustellen, dass die Späne mit der Schneidflüssigkeit mitgeführt werden.
• Eine typische Höhe für die Abwärtsleitung wäre etwa 6 Fuß bei einem Rohr von 400 Fuß, 24 Zoll (ein Fuß = 30,48 cm; 1 Zoll = 2,54 cm).
• Das Spülsteuerventil 40 wird in gewissen Abständen geöffnet, nachdem das Sammelrohr voll ist, was anhand eines Sensors 22 gemessen wird, der einen Anstieg des Pegels in dem Hauptlüftungsrohr 30B erkennt.
• Die stromabwärts gelegene Lüftung 30A wird geschlossen, um zu verhindern, dass während einer Spülung Luft in das Sammelrohr 28 gesogen wird, wohingegen die stromaufwärts gelegene Lüftung 30B geöffnet bleibt.
• Die Flüssigkeit in der Abwärtsleitung 36 fließt in den Tank 38, wodurch ein Saugvakuum entsteht, das auf die Flüssigkeit in dem Sammelrohr 28 wirkt, so dass diese die gesamte Länge hinuntergesogen wird, wobei Luft durch das geöffnete Ventil 30B eintritt. Die Flussgeschwindigkeit steigt aufgrund der verringerten Rohrreibung und Flüssigkeitsmasse progressiv an, während sich das Rohr leert. Es wurde errechnet, dass eine anfängliche Flussgeschwindigkeit von 8,8 Fuß/Sekunde in einem Rohr von 400 Fuß zu einer Geschwindigkeit von 9,9 Fuß/Sekunde führt, wenn nur 300 Fuß des Rohrs gefüllt sind, führt, einer Geschwindigkeit von 12,8 Fuß/Sekunde, wenn 200 Fuß gefüllt sind und zu einer Geschwindigkeit von 15 Fuß/Sekunde, wenn nur 100 Fuß gefüllt sind, wobei all diese Geschwindigkeiten über der minimalen gewünschten Flussgeschwindigkeit von 7 Fuß/Sekunde liegen.
• Weitere Details des Sammelbehälters 24 sind in 2 dargestellt. Dieser nimmt über ein Ablaufrohr 44 Flüssigkeit aus der Maschine 12 auf und über den Ablauf 26 erfolgt der Schwerkraftfluss in das Sammelrohr 28. Ein erster Pegelsensor 46 erzeugt ein Signal, durch welches das Ventil 25 geschlossen wird, wenn der Flüssigkeitspegel unter einen vorbestimmten Mindestpegel sinkt, um zu verhindern, dass Luft in das Sammelrohr 28 gelangt. Das Entlüftungsrohr 30A ist vorzugsweise unten angeordnet und über dem Sammelbehälter 24 gebogen, um geringste von der Entlüftungsöffnung 30A abgegebene Spritzer aufzufangen.
• Es kann ferner ein Notfalls-Überlaufsensor 48 eingesetzt werden, der den Kühlflüssigkeitsfluss zu den Werkzeugmaschinen 12 stoppen kann (dieser kann auch gestoppt werden, wenn dies nötig wird). Der Ablauf zum Sammelrohr 28 kann während eines Spülzyklus solange fortgeführt werden, als die Flüssigkeit über dem Mindestpegel liegt.
• Ferner kann ein Ventil 48 vorgesehen sein, welches einen gereinigten und gefilterten Flüssigkeitsstrom entlang dem Sammelrohr 28 hinabführt, um dieses in regelmäßigen Abständen zu reinigen.
• 3 zeigt eine zweite Ausführungsform des Vakuum-Behandlungssystems 10A mit dem Merkmal eines Sammelrohrs 28A, das über dem Boden 16 angeordnet ist und einen abgestuften Durchmesser hat. Die Abschnitte 50A, 50B, 50C haben nacheinander einen abnehmenden Durchmesser, wobei der Abschnitt 50B einen Durchmesser von 20 Zoll, der Abschnitt 50C einen Durchmesser von 18 Zoll und der Abschnitt 50D einen Durchmesser von 14 Zoll hat.
• Es wurde errechnet, dass eine Ableitung 36A mit einer Länge von sechs Fuß die folgenden Geschwindigkeiten erzeugt, während sich jeder der Abschnitte der Sammelleitung 28A mit einer Länge von 400 Fuß entleert. (1gpm = 3,785 Liter pro Minute):
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• Ohne Sprühspülung bleibt das Sammelrohr ohne Hindernisse und weist eine glatte Kontur auf und es werden keine zusätzlichen Pumpen benötigt, so dass die ursprünglichen Kosten des Systems verringert sind, wobei gegenüber herkömmlichen Systemen die Wartungskosten reduziert und die Zuverlässigkeit verbessert ist.
• Beim Anordnen des Sammelrohrs besteht eine verbesserte Flexibilität, d.h. es kann auch oberhalb des Bodens, wie in 3 dargestellt, angeordnet sein, so dass keine Doppelbeschichtung nötig ist, da Lecks sofort erkannt werden.
• Das Sammelrohr kann wahlweise, je nach verfügbarem vertikalem Zwischenraum unterhalb des Sammelbehälters, auch eine geringere Neigung haben, um den Spülvorgang zu unterstützen und das komplette Ablaufen sicherzustellen, wenn die Anlage nachts abgeschaltet wird, obgleich eine derartige Neigung selbst nicht ausreichend wäre, um die minimale Flussgeschwindigkeit zu erzielen.
• Der Vorteil des Ablaufens der Sammelbehälter gegenüber dem Auspumpen liegt darin, dass diese vollständig entleert werden können, um zu verhindern, dass Wasser zurückbleibt und absteht, wenn die Anlage abgeschaltet wird.
• Beim Abschalten kann das Sammelrohr mit sauberem Wasser gefüllt und dieses wieder abgelassen werden, um das Sammelrohr zu reinigen.

Claims (10)

1. System zum Auffangen von Schneidflüssigkeit und Spänen aus einer Reihe von Werkzeugmaschinen (12), umfassend: eine Reihe getrennter Sammelbehälter (24), die entlang der Reihe von Werkzeugmaschinen (12) angeordnet sind, um aus denselben Flüssigkeit und Späne aufzufangen, ein längliches, geschlossenes Sammelrohr (28), das sich im allgemeinen horizontal unter jedem Sammelbehälter (24) erstreckt, eine Ablaufverbindung (26) zwischen jedem Sammelbehälter und dem Sammelrohr (28), wobei das Sammelrohr (28) an einem stromabwärtigen Ende eine Abwärtsleitung (36) hat, die vertikal nach unten verläuft, um Schneidflüssigkeit zu einer Filtervorrichtung (14) zu leiten, die einen aufnehmenden Filtertank (38) einschließt, und ein Spülventil (40), das das Öffnen der Abwärtsleitung (36) steuert, um das Füllen dieser Abwärtsleitung (36) und des Sammelrohres mit der Schneidflüssigkeit sowie deren regelmäßige Entleerung zu gestatten, ein oder mehr dazwischen liegende Entlüftungsöffnungen (30A, 30B), die entlang des Sammelrohres (28) angeordnet sind und auf gesteuerte Weise geöffnet werden, um eine Entleerung der Schneidflüssigkeit in das Sammelrohr zu gestatten, und alternativ dazu geschlossen werden, um das Eintreten von Luft zu verhindern, und eine primäre Entlüftungsöffnung (30B), die an einem stromaufwärtigen Ende des Sammelrohres (28) angeordnet ist und gestattet, dass Luft in das Sammelrohr (28) eingelassen wird, um das Entleeren des Sammelrohres bei Öffnung des Spülventils (40) der Abwärtsleitung zu gestatten.
2. System nach Anspruch 1, wobei das Sammelrohr (28) einen konstanten Durchmesser hat.
3. System nach Anspruch 1, wobei das Sammelrohr (28) einen variierenden Durchmesser hat, der zum stromabwärtigen Ende hin zunimmt.
4. System nach Anspruch 1, wobei jeder Sammelbehälter-Ablauf ein Steuerventil (25) und einen Füllstandssensor (46) hat, der das Steuerventil (25) schließt, wenn der Flüssigkeitspegel auf einen vorgegebenen Mindestpegel abfällt, um so zu verhindern, dass Luft in das Sammelrohr (28) eintritt, während dieses entleert wird.
5. System nach Anspruch 1, wobei die Abwärtsleitung (36) über eine Strecke in der Größenordnung von 1,83 Meter (sechs Fuß) vertikal nach unten verläuft.
6. System nach Anspruch 1, wobei sich das Sammelrohr (28) über einer Bodenhöhe befindet, auf der die Werkzeugmaschinen angeordnet sind.
7. Verfahren zur Behandlung von Schneidflüssigkeit und Spänen, die von einer Reihe von Werkzeugmaschinen erzeugt werden, umfassend die Schritte: Auffangen der Schneidflüssigkeit und der Späne in einer Reihe von Sammelbehältern (24) für die Werkzeugmaschinen (12), Verlegen eines Sammelrohrs (28) unter den Sammelbehältern (24) und Anschließen der Sammelbehälter an dasselbe, um die Entleerung der Sammelbehälter in das Sammelrohr zu gestatten, Verlegen einer Abwärtsleitung vertikal nach unten von einem stromabwärtigen Ende des Sammelrohres (28), um Flüssigkeit in einen Filtertank (38) zu leiten, der sich unter dem Sammelrohr (28) befindet, Schließen der Abwärtsleitung (36), um das Füllen des Sammelrohres (28) mit Schneidflüssigkeit und Spänen aus dem Sammelbehälter (24) zu gestatten, und Öffnen der Abwärtsleitung (36), während das stromaufwärtige Ende (30B) des Sammelrohres gelüftet wird, um das Entleeren des Sammelrohres zu gestatten, wobei die Abwärtsleitung eine derart ausreichende Höhe hat, dass sie ein Vakuumniveau erreicht, das auf die Schneidflüssigkeit in dem Sam melrohr wirkt und ausreichend dazu beiträgt, dass eine Mindestfließgeschwindigkeit der Schneidflüssigkeit aufgebaut wird, die notwendig ist, um die Späne zusammen mit der Schneidflüssigkeit in dem Sammelrohr zu befördern.
8. Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend den Schritt des Verringerns des Durchmessers des Sammelrohres (28) in eine stromaufwärtige Richtung, um die Fließgeschwindigkeit in demselben zu erhöhen, um größere Reibungsverluste stromaufwärts in dem Sammelrohr auszugleichen.
9. Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend den Schritt des Lüftens des Sammelrohres (28) an einer oder mehr Zwischenstellen (30C) entlang des Sammelrohres, um die Entleerung aus den Sammelbehältern in das Sammelrohr zu gestatten, und des Schließens der dazwischen liegenden Entlüftungsöffnungen, wenn das Sammelrohr entleert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend den Schritt des Schließens der Ablaufverbindung (26) zwischen irgendeinem Sammelbehälter (24) und dem Sammelrohr (28), jedes Mal, wenn der Pegel in einem Sammelbehälter auf einen vorgegebenen Mindestpegel absinkt.