WO1992011923A1

WO1992011923A1 - Vorrichtung zum reinigen der bearbeitungsflüssigkeit für eine elektroerosive oder elektrochemische bearbeitungsmaschine

Info

Publication number: WO1992011923A1
Application number: PCT/CH1991/000275
Authority: WO
Inventors: Arno Sieg
Original assignee: Erosonic Ag
Priority date: 1991-01-07
Filing date: 1991-12-20
Publication date: 1992-07-23
Also published as: US5298161A; EP0519028B1; JPH05504722A; EP0519028A1; DE59109162D1

Abstract

Die Anlage enthält mindestens einen Membranfilter (32) zum Filtrieren einer Bearbeitungsflüssigkeit, die durch ihre Verwendung bei der elektroerosiven oder elektrochemischen Bearbeitung von Werkstücken verunreinigt wurde. Die Anlage enthält auch eine Vorrichtung zum zyklischen Reinigen des verschmutzten Membranfilters, welche Vorrichtung Ultraschall-Quellen (33) zum Beschallen des Membranfilters (32) und Lockern der Verunreinigungsteilchen in den Filterporen sowie Mittel (20, 23, 24, 25, 35, 36, 41) zum Rückspülen des Membranfilters und zum Entfernen der Verunreinigungsteilchen vorsieht. Die Verunreinigungsteilchen werden mittels Durchspülintervallen aus dem Konzentrat-Raum (30) in das Sedimentiergefäss (12) befördert. Infolge dieser Kombination von Ultraschall und Rückspülen werden extrem kleine Zeiten der Reinigungszyklen und eine gleichmässige Reinigung der gesamten Filterfläche ohne Rücksicht auf die durch die Verunreinigung entstandene ungleichmässige Verschmutzungstopographie der Filterfläche gewährleistet.

Description

Vorrichtung zum Reinigen der Bearbeitungsflüssigkeit für eine elektroerosive oder elektrochemische Bearbeitunqs aschine

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Bearbeitungsflüssigkeit für die elektroerosive Bearbeitung von Werkstücken (EDM) ist bekanntlich ein Dielektrikum mit sehr niedrigem elektrischen Leitwert, das beim Senkerodieren mittels Formelektroden aus Kohlenwasserstoffen und beim erosiven Schnei¬ den mittels Drahtelektroden aus deionisiertem Wasser besteht. Als Bearbeitungsflüssigkeit für die elektrochemische Bearbeitung von Werkstücken (ECM) ist ein Elektrolyt mit höherem elektrischen Leitwert vorgesehen, der das Werkstück berührt. Die Bear¬ beitungsflüssigkeiten werden bei beiden Verfahren in einem stän¬ digen Kreislauf zur Bearbeitung der Werkstücke verwendet. Im Laufe der Betriebszeit verändert die ständig zunehmende Ver¬ schmutzung der Bearbeitungsflüssigkeit deren Reinheit und deren elektrischen Leitwert, was den Bearbeitungsvorgang unerwünscht und nachteilig beeinflusst. Daher sind Filter entweder als Tie¬ fenfilter oder Membranfilter eingesetzt, die aus der Bearbei¬ tungsflüssigkeit immer die infolge der Bearbeitung entstandenen Verunreinigungen entfernen. Die als Filtermatte oder Filterpa¬ trone ausgebildeten Tiefenfilter haben den Nachteil, dass wäh¬ rend ihres Betriebes die Filtereigenschaften sich unkontrolliert ändern. Die aus der Bearbeitungsflüssigkeit gefilterten Verun¬ reinigungspartikel verstopfen die Poren, sodass die Durchfluss¬ menge der gefilterten Bearbeitungsflüssigkeit verringert wird. Eine Rückspülung der Tiefenfilter zu ihrer Reinigung ist nicht möglich, sodass die in die Poren eingedrungenen Verunreinigungs¬ partikel nicht entfernt werden können. Daher werden in jüngerer Zeit Membranfilter verwendet, welche mittels Rückspülung von den Verunreinigungspartikeln befreit werden können. Der Reinigungseffekt wird dadurch noch verbessert, weil die Ver¬ unreinigungspartikel mehrheitlich auf der Membranoberfläche an¬ gesammelt sind.

Die JP-OS 62-24917 zeigt einen Membranfilter für eine elektro¬ erosive Bearbeitungsmaschine, der nur im Teilbereich eines Ionen- tauschers eingesetzt wird und nur einen Teil der gesamten Bear¬ beitungsflüssigkeit filtert. Der grössere Teil der Bearbeitungs¬ flüssigkeit wird durch einen Tiefenfilter gefiltert.

Die EP-OS 0321751 zeigt eine Filtervorrichtung, in der die verun¬ reinigte Bearbeitungsflüssigkeit einer Erosions-Maschine durch Sedimentieren vorgereinigt, durch ein Flockungsmittel aufberei¬ tet und so in einen rohrfδr igen Membranfilter geführt wird, dass der grössere Anteil der Bearbeitungsflüssigkeit an der Fil¬ terwand ungefiltert vorbeifliesst und nur zum Spülen bzw. Reini¬ gen der Filterwand verwendet wird. Der kleinere Anteil der Bear¬ beitungsflüssigkeit geht senkrecht durch die Membrane und wird gefiltert. In kurzen zeitlichen Abständen wird der Membranfil¬ ter mittels der gereinigten Bearbeitungsflüssigkeit, auf wei¬ che Druckluft gegeben wird, rückgespült und gereinigt. Die nun verschmutzte Flüssigkeit wird wieder dem gesamten-. Filtrierpro- zess wie Vorreinigung und Filtrieren zugeführt. Der Reinigungs¬ effekt ist ungenügend, weil manche Teile der Membranoberfläche ungleich ässig rückgespült werden können, was auf die ungleich- massige Verteilung und Eindringtiefe der Verunreinigungspartikel auf der gesamten Membranoberfläche zurückzuführen ist. Daher wird ein erhöhter Rückspüldruck und ein grösseres Volumen der für die Rückspülung verwendeten gereinigten Bearbeitungsflüssig- keit benötigt. Der erhöhte Rückspüldruck kann die Filtermembrane beschädigen. Das grosse Volumen der für die Reinigung benötigten Flüssigkeit verringert den Wirkungsgrad der Filtrierung, da diese Flüssigkeit die schon einmal gefiltert war, den gesamten Filterprozess nun wieder durchlaufen uss. Gemäss der EP-OS 0355632 ist der gleiche röhrenförmige Membran¬ filter in eine Aufbereitungsanlage für eine Elektroerosionsma- schine so eingebaut, dass der grösste Anteil der verschmutzten Bearbeitungsflüssigkeit, die bekanntlich als Konzentrat bezeich¬ net wird, ungefiltert an der Filterwand vorbeifliesst und zum Abbau des an der Filterwand sich bildenden Schmutzkuchens dient. Nur der kleinere Anteil der Bearbeitungsflüssigkeit gelangt durch die Filterwand und wird gefiltert. Dieser gefilterte klei¬ ne Anteil der Bearbeitungsflüssigkeit wird bekanntlich als Per- eat bezeichnet. Hinzu kommt, dass der ungefilterte grössere An¬ teil, der nur zum Reinigen bzw. zum Spülen der Filterwand dient, seine Strömungsrichtung durch den röhrenförmigen Membranfilter zyklisch umkehrt und dadurch den Schmutzkuchen, der an der kon- zentratseitigen Filterwand sich ungleichmässig aufbaut, von bei¬ den Seiten des Filterrohrs entfernt. Ferner gibt es eine zykli¬ sche Rückspülung durch das Filtermaterial von der Permeatseite zur Konzentratseite mit Hilfe von Druckluft. Die Nachteile der Rückspülung, welche dieselben sind wie vorhin beschrieben wurde, werden noch einmal kurz erwähnt. Die mit erhöhtem Druck, der mit¬ tels Druckluft erzeugt wird, erfolgte Rückspülung benötigt ein grosses Volumen des Permeat, welches dann wieder dem gesamten Filtriervorgang wie Sedimentieren und Filtrieren unterworfen werden muss. Der Wirkungsgrad dieser bekannten Aufbereitungs¬ anlage ist klein, weil ein beträchtlicher Anteil des Permeat nicht seiner eigentlichen Zweckbestimmung, nämlich als gereinig¬ te Bearbeitungsflüssigkeit dem elektroerosiven Prozess zugeführt wird, sondern für die Filterrückspülung verwendet wird. Diese bekannte Aufbereitungsanlage, welche die Umkehrung der Strömungs¬ richtung des einen und nur der Reinigung dienenden Anteils der Bearbeitungsflüssigkeit und die Rückspülung des Filtermaterials zyklisch steuert, ist nicht nur aufwendig und kompliziert, son¬ dern verschlechtert das Filtrierergebnis, da der eigentliche Filtervor~ang bei jedem Rückspül-Zyklus unterbrochen wird, was bei kurzzeitiger Folge der Rückspül-Zyklen als Nachteil sich be¬ merkbar macht. Die EP-OS 0355633 zeigt dasselbe wie bei den bereits diskutier¬ ten bekannten Aufbereitungsanlagen. Die Umkehr der Strömungs¬ richtung des einen und grδsseren Anteils der verschmutzten Be¬ arbeitungsflüssigkeit, der ungefiltert von einem Ende zum ande¬ ren Ende des röhrenförmigen Membranfilters fliesst, dient nur der Reinigung der Filterfläche auf der Konzentratseite. Der Mem¬ branfilter -wird mittels Druckluft rückgespült. Zusätzlich wird der Anteil der Bearbeitungsflüssigkeit, der nur zur Reinigung der konzentratseitigen Filterwand dient, mittels eines konven¬ tionellen grossporigen Fliessfilters teilweise gereinigt. Die Nachteile sind auch bei dieser Aufbereitungsanlage dieselben wie oben beschrieben.

Die Erfindung hat die Aufgabe, die Nachteile der bekannten Auf¬ bereitungsanlagen für elektroerosive Bearbeitungsmaschinen nicht nur zu beseitigen, sondern auch weitere Vorteile zu erzielen. Die Erfindung ist sowohl für elektroerosive als auch für elektro¬ chemische Bearbeitungsmaschinen vorgesehen. Die Erfindung ver¬ kürzt die Rückspülzeiten, benötigt für die Rückspülung nur ein sehr kleines Volumen der Bearbeitungsflüssigkeit und erhöht da¬ mit den Wirkungsgrad der Aufbereitungsanlage. Sie benutzt ein¬ fache Membranfilter und verlängert deren Lebensdauer. Sie ist umweltsverträglich, weil praktisch keine Bearbeitungsflüssig- keit, die ein Dielektrikum oder ein Elektrolyt sein kann, an die Umwelt abgegeben wird und die ausgefilterten Verunreinigungen bzw. Abfallprodukte aus der elektroerosiven oder elektrochemi¬ schen Bearbeitung von Werkstücken in fester Form entsorgt wer¬ den.

Die Aufgabenstellungen der Erfindung werden durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Figur 1: die gesamte Reinigungsanlage, in welcher ein erstes Ausführungsbeispiel des Filter¬ bauteils integriert ist;

Figur 2; ein zweites Ausführungsbeispiel des Fil¬ terbauteils in Schnittdarstellung, welches Filterbauteil in die gesamte Reinigungsan¬ lage an den angegebenen Anschlussteilen eingesetzt wird;

^*ιgur 3: in Schnittdarstellung ein drittes Ausfüh¬ rungsbeispiel des Filterbauteils, das in die gesamte Reinigungsanlage an den ange¬ benen Anschlusstellen eingefügt wird;

Figur 4: in Schnittdarstellung ein viertes Ausfüh- rungsbeispiel des Filterbauteils, das an den angegebenen Anschlusstellen in die ge¬ samte Reinigungsanlage eingesetzt wird;

Figur 5: in Schnittdarstellung ein fünftes Ausfüh¬ rungsbeispiel des Filterbauteils, das in die gesamte Reinigungsanlage an den ange¬ gebenen Anschlussteilen eingesetzt wird.

Die gesamte Reinigungsanlage der Figur 1 enthält den nur symbo¬ lisch angedeuteten Arbeitstank 10, in welchem die Bearbeitungs¬ flüssigkeit gesammelt wird, die durch das elektroerosive Schnei¬ den, Senkerodieren oder elektrochemische Bearbeiten verschmutzt ist. Diese Bearbeitungsmethoden bringen bekanntlich Abfallproduk¬ te in die Bearbeitungsflüssigkeit. Solche Abfallprodukte, die im folgenden als Verunreinigungspartikel bezeichnet werden, bestehen im wesentlichen aus Metalloxiden der Bearbeitungselektrode und des bearbeiteten Werkstückes sowie aus Verbrennungsprodukten in der Grössenordnung von 0,2 um bis 0,5 mm. Die verunreinigte und im Arbeitsbehälter 10 gesammelte Bearbei¬ tungsflüssigkeit gelangt über Leitung 11 in das vier- oder recht¬ eckige Sedimentiergefäss 12, in welchem Umlenkwände 13 die lang¬ same Strömung der Bearbeitungsflüssigkeit in Fallrichtung umlen¬ ken, so dass die Verunreinigungspartikel mit grösserem Gewicht sich auf dem Boden ablagern. Es besteht auch die Möglichkeit, die Verunreinigungspartikel durch ein Magnetfeld so zu beeinflussen, dass diese in Richtung Boden des Sedimentiergefässes abgelenkt werden. Die magnetische Beeinflussung erstreckt sich auch auf Partikeln von kleinerem Gewicht und verbessert so die Sedimenta¬ tion beträchtlich. Die vorgereinigte Flüssigkeit verlässt über den Ausfiuss 15 das Sedimentiergefäss 12 und gelangt in den Kon¬ zentratbehälter 17. Der Boden 14 des Sedimentiergefässes 12 kann zu Reinigungszwecken entfernt werden. Die Umlenkwände 13 sind an den nicht gezeichneten Seitenwänden des Gefässes 12 oder an sei¬ nem Deckel befestigt, so dass die Reinigung infolge Oeffnung der Klappe 14 nicht behindert wird. Die Reinigung des Sedimentierge¬ fässes 12 wird in längeren zeitlichen Abständen bzw. Zyklen durch¬ geführt. Der Zufluss der Bearbeitungsflüssigkeit aus Leitung 11 wird gesperrt. Das Ventil 16 wird geöffnet, so dass die im Sedi¬ mentiergefäss 12 befindliche Flüssigkeit in den Konzentrat¬ behälter 17 abfliessen kann. Der als Klappe ausgebildete Boden 14 wird geöffnet, wie in Figur 1 gezeichnet ist. Der am Boden ange¬ sammelte Schmutzkuchen wird in einem Abfallwagen 18 entsorgt. Da der Schmutzkuchen nur noch sehr wenig Flüssigkeit enthält, ist das zu entsorgende Volumen klein, so dass die Umweltbelastung wesentlich kleiner ist als bei den bekannten Sedimentiergefässen. Das Sedimentiergefäss 12 kann auch einen zylinderförmigen Grund- riss haben. In diesem Fall sind kreisförmige Umlenkwände in Form von Röhren konzentrisch um den gemeinsamen Mittelpunkt angeord¬ net. Der Zufluss 11 der Bearbeitungsflüssigkeit erfolgt in zweck- mässiger Weise vor der ümlenkwand bzw. Umlenkrohr mit dem gröss- ten Durchmesser.Der Ausfiuss 15 befindet sich im gemeinsamen Mit¬ telpunkt. Diese kreisförmige Ausführungsform des Sedimentiergefäs¬ ses hat die gleiche Schnittdarstellung wie in Figur 1 nur mit den Ausnahmen der anderen Anordnung des Ausflusses 15, des Ventils 16 und des als Klappe ausgebildeten Bodens 14. Das Sedimentiergefäss kann auch als archimedische Spirale oder sogar als Doppelspirale ausgebildet sein. Der Vorteil des Sedimentiergefässes mit kreis¬ förmigem Querschnitt liegt in der kompakten Bauweise und bringt Platzersparnis bei maximal langen Strömungswegen.

Die vorgereinigte Bearbeitungsflüssigkeit wird im Konzentratbehäl¬ ter 17 gesammelt und nach Bedarf mittels Pumpe 19 über Leitung 20 und geöffnetes Ventil 22 in das erste in Figur 1 gezeichnete Aus¬ führungsbeispiel des Filterbauteils gepumpt. Der zulässige Druck im Filterbauteil wird durch das Ueberdruckventil 21 eingestellt.

Das Filterbauteil, das im wesentlichen einen Konzentratraum 30 und einen Permeatraum 31 mit einem oder mehreren Ultraschallsen¬ dern 33 enthält, welche Räume durch ein Gehäuse 300 nach aussen abgeschlossen und im inneren über einen Membranfilter 32 in Ver¬ bindung stehen, ist über die Anschlüsse A, B, C, D, E in die ge¬ samte Reinigungsanlge integriert. Das Filterbauteil kann einen beliebigen Querschnitt haben; z.B. zylinderförmig, elliptisch oder polygon. Dies hängt v zur Verfügung stehenden Raum und von der optimalen Filterfläche ab, die von Einsatzort zu Einsatz¬ ort variieren kann. In der Figur 1 hat das Filterbauteil ein Ge¬ häuse 300 mit einem zylinderför igen Querschnitt. Der Boden 36 des Konzentratraumes 30 ist in Figur 1 so gezeichnet, dass seine beiden Positionen "geschlossen" während dem Filtervorgang und "offen" während dem Reinigungszyklus ersichtlich sind. Während dem normalen Filtervorgang sind die Ventile 22 und 23 der An¬ schlüsse A, B geöffnet und das Ventil 24 des Anschlusses C ge¬ schlossen, welche vom später noch näher beschriebenen elektroni¬ schen Steuergerät 25 angesteuert werden. Das Konzentrat strömt über Leitung 20 in den Konzentratraum 30, dessen Boden 36 mittels der Schliessorgane 34, von denen nur zwei sichtbar sind, geschlos¬ sen und durch die 0-Ringe abgedichtet ist. Versuche haben ergeben, dass die Zufuhr im Mittelpunkt des Bodens mit haubenförmigen Ver¬ teilwänden eine gleichmässige Verteilung des Konzentrats und so¬ mit auch der noch vorhandenen Verunreinigungspartikeln im gesam¬ ten Konzentratsraum gewährleistet. Dem durch den Membranfilter ^'32 gedrückten Konzentrat werden die letzten Verunreinigungspartikel entzogen, so dass die Bearbeitungsflüssigkeit vollkommen gerei¬ nigt als Permeat in den Permeat-Raum 31 eintritt.Der zwischen den beiden Räumen 30, 31 befestigte und abgedichtete Membranfilter 32 besteht aus bekanntem Material, kann im Handel bezogen werden und wird von vielen Herstellern unter den verschiedenen Handelsmarken angeboten. Die Grosse der Filterfläche wird dem jeweiligen Bedürf¬ nis angepasst. Die Figur 1 zeigt nur eine Ultraschall-Quelle 33, deren Abstrahlfläche 37, die auf der linken Hälfte der Figur 1 als Abstrahlfläche und auf der rechten Hälfte der Zeichnung als Abstrahlmembrane gezeichnet ist, so in den Permeat-Raum 31 hinein¬ ragt, dass der Membranfilter 32 beschallt werden kann. Es können auch mehrere Ultraschall-Quellen vorgesehen werden. Der Zweck und die Funktionsweise der Ultraschall-Quellen werden im Zusammenhang mit den Reinigungszyklen des Membranfilters 32 später beschrieben. Das Permeat gelangt während dem Filtervorgang über Leitung 27, ge¬ öffnetem Ventil 23 in den Permeat-Behälter 28, der auch Saubertank genannt wird. Die Pumpe 29 fördert über Leitung 9 die saubere Be¬ arbeitungsflüssigkeit an den Ort der elektroerosiven Bearbeitung von Werkstücken mittels Elektroden (EDM) oder der elektrochemi¬ schen Bearbeitung von Werkstücken ohne Elektroden (ECM) . Danach wird die durch die Bearbeitung verunreinigte Bearbeitungsflüssig- keit im Arbeitsbehälter 10 gesammelt und wieder dem Kreislauf der Filterung unterzogen. Diese Filterprozesse können beliebig oft wiederholt werden. Für den seltenen Fall, dass der. Zufluss des Permeat in den Permeat-Behälter 28 grösser ist als der Abfluss zum Ort der Bearbeitung, ist die Ueberfliessleitung 8 vorgesehen. Im normalen Fall sind Zufluss- und Abflussmenge aufeinander abge¬ stimmt.

In zeitlichen Abständen wird der Membranfilter 32 gereinigt, wo¬ durch die in den Membranporen sitzenden Verunreinigungspartikel entfernt werden. Je nach Beschaffenheit des Membranfilters 32 und der Filtεrleistung entsteht zwischen dem Konzentratraum 30 und dem Permeat-Raum 31 eine Druckdifferenz Δ P, die vom Druck¬ sensor 26 zwischen den Anschlüssen D und E detektiert und an das elektronische Steuergerät 25 gegeben wird. Wenn die Druckdifferenz ^ P den für das Material des Membranfilters zulässigen Wert er- reicht hat, wird ein Reinigungszyklus eingeleitet. Der zulässige Wert wird entsprechend dem verwendeten Filtermaterial als SOLL- Wert in das Steuergerät 25 eingegeben, in welchem mehrere Program¬ me für verschiedene Reinigungszyklen eingespeichert sind. Jedes der in einem PROM Bauteil eingespeicherten Programme enthält ei¬ nen Reinigungszyklus mit seinen einzelnen Tätigkeitsmerkmalen wie Ultraschallfrequenz, Druckaufbau im Raum 31, Rückspülen, Entfer¬ nen der Partikel aus Raum 30, von unterschiedlicher zeitlicher Länge und unterschiedlicher Reihenfolge der Teilmerkmale. Beim Ausführungsbeispiel der Figur 1 sei angenommen, dass die Zeit für den gesamten Reinigungszyklus 5 Sekunden betragen soll. Wenn der ReinigungsZyklus beginnt, weil die Druckdifferenz Δ P den SOLL- Wert erreicht hat, veranlasst das Steuergerät 25 die Schliessung des Ventils 23 und Oeffnung des Ventils 24, durch dessen geregel¬ te Oeffnung im Permeat-Raum 31 der für die Rückspülung des Mem¬ branfilters 32 notwendige Druck aufgebaut wird, was durch ein fluides Druckmedium, z.B. Druckluft, geschieht. Dieser Druck ist etwas kleiner als der durch die Pumpe 90 erzeugte Druck, so dass das Ventil 22 während der Reinigung des Membranfilters 32 geöff¬ net bleiben kann. Danach wird die Ultraschall-Quelle 33 für etwa 4 Sekunden vom Steuergerät 25 in Betrieb gesetzt, dessen Abstrahl¬ membran 37 auf die Permeatseite des Membranfilters 32 gerichtet ist. Durch die Schallwellen werden die Verunreinigungspartikel, die sich während des Filterns der Bearbeitungsflüssigkeit in den Membranporen festgesetzt hatten, gelockert und veranlasst, ^' in den Konzentratraum 30 zu wandern. Der Frequenzbereich der Ultraschall- Quelle 33 liegt zwischen 10 kHz und 2 MHz. Die Rückspülung des Membranfilters 32 vom Permeat-Raum 31 in den Konzentrat-Raum 30 beginnt nach Oeffnung des Bodens 36. Zu diesem Zweck steuert das Steuergerät 25 die Schliessorgane 34 an, welche den Boden 36 von der in der linken Bildhälfte symbolisch dargestellten Schliess- stellung um ca. 2 mm in die in der rechten Bildhälfte symbolisch dargestellten Offenstellung verschiebt. Der Boden bleibt eine be¬ stimmte im Steuergerät 25 programmierte Zeit geöffnet bis der mit dem durch den Ultraschall gelockerten und rückgespülten Verunrei¬ nigungspartikeln angereicherte Inhalt des Konzentrat-Raumes 30 in den -αuffangbehälter 35 geflossen ist. In dieser Zeit findet das Durchspülintervall des Konzentrat-Raumes 30 mit Hilfe der Pumpe 19 aus dem Konzentratbehälter 17 statt. Durch diese Massnahme wird im Konzentrat-Raum 30 die gleiche Konzentration an Verunrei¬ nigungspartikeln erzielt wie im Konzentratbehälter 17. Bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel bleibt der Boden 36 während des Rückspülzyklus und des Durchspülintervalls drei Sekunden geöffnet. Das Steuergerät 25 beendet die Beschallung durch die Ultraschall-Quelle 33, schliesst den Boden 36 durch die Schliess- organe 34 und das Ventil 24, öffnet das Ventil 23. Der Filtervor¬ gang kann wieder beginnen. Infolge des ca. vier Sekunden dauern¬ den Reinigungszyklusses sind nur 0,5 1 des Permeat der Bearbei¬ tungsflüssigkeit nötig, welche in das Sedimentiergefäss 12 gelan¬ gen und nicht verloren gehen.

Diese Kombination von Ultraschall und Rückspülung des Membranfil¬ ters 32 verringert das Rückspülvolumen auf ein Minimum und ver¬ bessert daher den Wirkungsgrad der gesamten Filteranlage. Der Membranfilter erlangt hierdurch die ursprüngliche porentiefe Sau¬ berkeit auf der gesamten Fläche. Sämtliche Membranfilterparameter erlangen ihre anfänglichen Werte, womit innerhalb eines grossen Betriebszeitraumes von mehreren Monaten die Bearbeitungsflüssig¬ keit von gleicher Qualität ist, so dass in der gesamten Reinigungs¬ anlage nur der Anteil der verdunsteten Bearbeitungsflüssigkeit zu ersetzen ist. Ein weiterer Vorteil der Kombination von Ultra¬ schall und Rückspülung ist darin zu sehen, dass die gesamte Flä¬ che des Membranfilters 32 ohne Einfluss der an der Filterfläche vorhandenen Verstopfungstopographie gereinigt wird. Unter Ver¬ stopfungstopographie soll verstanden werden, dass die Verunrei¬ nigungspartikel während des normalen Filtrierens an willkürlichen Teilen der Fläche des Membranfilters 32 angehäuft werden, wo hin¬ gegen andere Flächenteile keine oder nur wenige Verunreinigungs¬ partikel haben. Die Verteilung der Flächenteile, die als Versto¬ pfungstopographie definiert wird, erfolgt ohne Gesetzmässigkeit und ist von Filtervorgang zu Filtervorgang unterschiedlich. Die Rückspülung ohne Verwendung von Ultraschall hat bei den Flächen¬ teilen mit vielen Verunreinigungspartikeln je nach Verstopfungs¬ grad keine bis geringe Wirkung, weil die anderen Flächenteile mit wenig Verunreinigungspartikeln die Rückspülflüssigkeit sehr leicht durchgehen lassen. Zur Vermeidung dieses Nachteils wird bei der bekannten Rückspülung, die den Einsatz von Ultraschall nicht kennt, Druck und Volumen der Äückspülflüssigkeit stark er¬ höht, wodurch der Membranfilter zerstört werden kann und der Wir¬ kungsgrad *2 reduziert wird.

Ϋf % = filtriertes Volumen _ filtriertes Volumen + Rückspülvolumen

Bei der erfindungsgemässen Kombination von Ultraschall und Rück¬ spülen wird der Wirkungsgrad "*? verbessert, weil nur ein geringes Rückspülvolumen benötigt wird.

Wie schon eingangs erwähnt, werden je nach Grosse und Form der Fläche des Membranfilters 32 eine oder mehrere Ultraschall-Quel¬ len 33 so angeordnet, dass die gesamte Fläche gleichmässig be¬ schallt wird und keine schalltoten Räume entstehen können. Die Ultraschall-Quelle(n) 33 werden vom Steuergerät 25 so angesteuert, dass während der vorgesehenen Beschallungszeit der Membranfilter entweder kontinuierlich oder als Impulse mit einer programmierten Repe* .tionsfrequenz beschallt wird. Ferner können die Ultraschall- Quel. n 33 in einer programmierten zeitlichen Reihenfolge vom Steuergerät 25 angesteuert werden,so dass mindestens eine Ultra¬ schall-Wanderwelle die Fläche des Membranfilters 32 beschallt. Dies wird später im Zusammenhang mit anderen Ausführungsbeispie¬ len der Figuren 2 - 5 näher erläutert, welche Figuren nur die ver¬ schiedenen Filterbauteile zeigen, die an den Anschlusstellen A, B, C, D, E in die Filter- und Reinigungsanlage eingebaut werden kön¬ nen.

Die Figur 2 zeigt einen Filterbauteil in teilweiser Schnittdar¬ stellung, dessen Konstruktion derjenigen des Filterbauteils der Figur 1 entspricht, mit der Ausnahme, dass die Ultraschall-Quelle 33 mit ihrer Abstrahlmembrane 37 bzw. ihrer Abstrahlfläche im Bo¬ den 36 des Konzentrat-Raumes 30 eingebaut ist. Der Membranfilter 32 wird in der Figur 2 von der Konzentratseite beschallt. Die Funktionsweise des Filterns des über Leitung 20 zugeführten Kon- zentrates über Membranfilter 32 in den Permeat-Raum31 und Abfluss über Leitung 27 in den Per eatbehälter 28 sowie des Reinigungs¬ zyklus * des Membranfilters durch Ultraschall und Rückspülung und Durchflussintervall für den Konzentrat-Raum 30 einschliess- lich Oeffnen des Bodens 36 mittels der Betätigungsorgane 34 für den Abfluss der Verunreinigungspartikeln in den Auffangbehälter 35 wurden bereits im Zusammenhang mit der Figur 1 beschrieben. Zum Ausführungsbeispiel der Figur 2 sei noch gesagt, dass nur eine Ultraschall-Quelle 33 vorgesehen ist, die mit einer bestimm¬ ten Frequenz betrieben wird.

Das Ausführungsbeispiel des in Figur 3 dargestellten Filterbau¬ teils hat einen röhrenförmigen Membranfilter 32 und einen beson¬ deren Zufluss des Konzentrates über Leitung 20 und ein im zylin- derförmigen Konzentrat-Raum 30 angebrachtes Steigrohr 38, aus dessen Ausfiuss das Konzentrat oben in den Konzentrat-Raum aus- fliesst und gut durchgemischt den Membranfilter 32 durchströmt. Im ebenfalls zylinderfδrmigen Permeat-Raum 31 sammelt sich das Permeat und gelangt über Leitung 27 und Anschlusstelle A in den Permeatbehälter 28 zur Wiederverwendung als gefilterte Bearbei¬ tungsflüssigkeit. Die beiden Räume und der Boden 36 sind vom Ge¬ häuse 300 umgeben. Am äusseren Umfang dieses Gehäuses sind in der Höhe des Permeat-Raumes 31 z.B. sechs Ultraschall-Quellen 33 mit ihren Abstrahlflächen 37 ringförmig um den Permeat-Raum ange¬ ordnet, so dass sie während des Reinigungszyklusses die Permeat- seite des Membranfilters 32 beschallen und die Verunreinigungs¬ partikel in den Membranporen lockern. Das Steuergerät 25 steuert den ReinigungsZyklus, nachdem der Differenzdruck Δ. P zwischen Konzentrat-Raum 30 und Permeat-Raum 31 den für das Filterbauteil der Figur 3 voreingestellten SOLL-Wert erreicht, was der Diffe¬ renzdruckdetektor 26 feststellt und an das Steuergerät weitergibt. Ein für das Filterbauteil der Figur 3 optimaler Reinigungszyklus wird aus den im Steuergerät 25 gespeicherten Programmen verschie¬ dener Reinigungszyklen gewählt. Es sei ein Programm gewählt, des¬ sen Reinigungszyklus total 12 Sekunden dauern soll mit einer Be¬ schallungszeit von 5 Sekunden, einer Rückspülzeit von 7 Sekunden und einer Durchspülzeit von 5 Sekunden, wobei die Rückspülung über Anschluss C, Permeat-Raum 31, Membranfilter 32, Konzentrat- Raum 30, geöffnetem Boden 36, Auffangbehälter 35 schon während der Beschallung beginnt. Die sechs Ultraschall-Quellen 33 be¬ schallen die Permeatseite des Membranfilters 32 mit einer Fre¬ quenz, die im Bereich von 10 kHz bis 2 MHz liegen kann, in der Weise, dass jede der Ultraschall-Quellen mit einer bestimmten Phasenverschiebung vom Steuergerät angesteuert wird, wodurch eine Wanderwelle entsteht, die mit einer bestimmten Geschwindigkeit sich entlang des röhrenförmigen Membranfilters 32 dreht. Hier¬ durch werden die Membranporen noch besser gereinigt und das Ma¬ terial des Membranfilters noch mehr geschont zur Erlangung einer längeren Lebensdauer. Das Ausführungsbeispiel der Figur 3 ver¬ meidet sogenannte schalltote Räume auf deren Membranfilter 32 und zwar ohne Rücksicht auf die Verschmutzungstopographie der Membranfläche, so dass ein optimaler Wirkungsgrad gewährleistet wird. Nach dem Reinigungszyklus werden der Boden 36 mittels der Schliessorgane 34 geschlossen, Ventil 23 geöffnet und Ventil 24 geschlossen. Der Filtervorgang beginnt wieder und wird durchge¬ führt bis zum nächsten Reinigungszyklus.

Die Figur 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines Filter¬ bauteils, das in die Anschlusstellen A, B, C, D, E der Reinigungs¬ anlage integriert wird. Der Filterbauteil enthält zylinderfδrmige Konzentrat- und Permeaträume 30, 31, welche durch _.einen röhren¬ förmigen Membranfilter 32 getrennt sind. Die genannten Räume sind im Gehäuse 300 untergebracht. Das Konzentrat strömt über das ge¬ öffnete Ventil 23, Anschluss B, Leitung 20 in den zylinderförmi- gen Konzentrat-Raum 30und füllt den unteren Raum 40, an dessen unterster Stelle ein Ventil 41 mit einem Abfluss 35 in das Sedi¬ mentiergefäss 12 vorgesehen ist. Das Ventil 41 ist während des Filtrierens geschlossen. Das im Konzentrat-Raum 30 befindliche Konzentrat wird durch den Membranfilter 32 gedrückt und verliert die letzten Verunreinigungspartikel- Als Permeat strömt es in den Permeat-Raum 31 und gelangt über das Steigrohr 42, Leitung 27, Anschluss A, Ventil 23 in den Saubertank 28. Der Reinigungszy¬ klus beginnt, wenn der Differenzdruck ΔP den SOLL-Wert erreicht^' hat. Das Steuergerät 25 schliesst Ventil 23 und öffnet Ventil 24. Die Ultraschall-Quellen 33 sind mit ihren Abstrahlmembranen bzw. Abstrahlflächen 37 in einer bestimmten Anzahl um den Konzentrat- Raum 30 ringförmig angeordnet und beschallen während des Reini¬ gungszyklus die Konzentratseite des Membranfilters 32. Es sei angenommen, dass der ReinigungsZyklus eine Gesamtzeit von 14 Se¬ kunden, die Beschallung eine Zeit von 5 Sekunden, die Rückspü¬ lung eine Zeit von 7 Sekunden, die Durchspülzeit eine Zeit von 5 Sekunden beanspruchen soll, wobei die Ultraschall-Quelle 33 die Konzentratseite des Membranfilters 32 mit Impulsen gemäss einem bestimmten Muster beschallen, z.B. Impulsgruppen von je 10 Impulsen pro 1 Sekunde, die durch Pausen von je 0,5 Sekunden ge¬ trennt sind. Die Verunreinigungspartikel gelangen über das geöff¬ nete Ventil 41, Abschluss 35 in das Sedimentiergefäss 12.

Das in Figur 5 gezeigte Filterbauteil zeigt ein zylinderförmiges Ausführungsbeispiel, bei dem der Konzentrat-Raum 30 von dem eben¬ falls zylinderförmigen Membranfilter 32 umschlossen ist. Der Per¬ meat-Raum 31 umfasst den Membranfilter. Beide Räume sind im Ge¬ häuse 300 untergebracht. Ueber die Anschlusstelle B gelangt das Konzentrat durch Leitung 20 in den Konzentrat-Raum, wird durch den Membranfilter gedrückt und verliert sämtliche Verunreinigungs¬ partikel. Das im Permeat-Raum 31 sich sammelnde Permeat verlässt über Leitung 27, Anschlussteile A das Gehäuse 300 des Filterbau¬ teils und strömt in den Saubertank 28. Der Reinigungszyklus, der nach Erreichung des voreingestellten und Material sowie Fläche des Membranfilters 32 berücksichtigenden Wertes Δ P gestartet wird, besteht aus der Kombination von Ultraschall und Rückspü¬ lung. Die Figur 5 zeigt die Ultraschall-Quelle 33 und ihre Ab¬ strahlmembrane 37, welche die Konzentratseite des Membranfilters 32 quasitangential beschallt. Eine solche quasitangentiale Haupt¬ richtung ist nicht kritisch, da der Ultraschall infolge seiner kugelförmigen Fortpflanzung auch an Verunreinigungspartikeln die gesamte Filterfläche gleichmässig beschallt. Bei der bisherigen Annahme eines zylinderförmigen Membranfilters dürfte eine Ultra¬ schall-Quelle in der Zylinderachse genügen. Bei jeder anderen Form des Membranfilters (wie z.B. elliptischer oder polygoner Querschnitt) werden zwei oder mehr Ultraschall-Quellen benötigt zur gleichmässigen Beschallung der Filterfläche. Beim fünften Aus¬ führungsbeispiel des Membranfilters 32 der Figur 5 soll die Be¬ schallungszeit 4 Sekunden mit einer kontinuierlichen Frequenz von z.B. 400 kHz und die Rückspülzeit ebenfalls 6 Sekunden beanspru¬ chen, wobei die durch Oeffnung des Ventils 24 hervorgerufene Rück¬ spülung eine Sekunde früher als die Beschallung beginnen soll. Das Ventil 41 steuert das Durchspülintervall.

Die Diskussion der fünf Ausführungsbeispiele anhand der Figuren 1 - 5 zeigte, dass die Beschallung des Membranfilters 32 mit Ultraschall jeden der Reinigungszyklen verbessert, so dass klei¬ nere Zeiten für die Zyklen und längere Abstände der Zyklen vor¬ gesehen werden können. Ausserdem werden schalltote Räume auf den Flächen der Membranfilter vermieden. Durch diese Massnah en wird der Wirkungsgrad beträchtlich erhöht.

Die Filterbauteile sind so konstruiert, dass sie in bereits be¬ stehende Anlagen eingebaut werden können. Die Konstruktion der Filterbauteile ist einfach, so dass ihre äusseren Abmessungen und Formen (zylinder-, ellipsen- oder polygonförmig) den jewei¬ ligen räumlichen Verhältnissen angepasst werden können. Es ist auch ohne weiteres möglich, dass zwei oder mehrere Filterbauteile in die gesamte Anlage dort eingesetzt werden, wo die Betriebsver¬ hältnisse und der Einsatzort es verlangen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zum Reinigen der Bearbeitungsflüssigkeit für eine elektroerosive oder elektrochemische Bearbeitungsmaschine, enthaltend

- eine Einrichtung zum Ausfällen (Sedimentieren) der Ver¬ unreinigungen der aus der Bearbeitungszone kommenden Bearbeitungsflüssigkeit

- ein Membranfilter zum Filtern der Bearbeitungsflüssigkeit

- ein Gerät zum Rückspülen der Membranfilter d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

- der gesamte Strömungsfluss der Bearbeitungsflüssigkeit durch die zum Ausfällen vorgesehene Einrichtung (12) min¬ destens einem nachgeordneten Membranfilter (32) zugeführt wird, welcher das Gerät (300) in einen Konzentrat-Raum (30) und einen Permeat-Raum (31) aufteilt,

- mindestens eine Ultraschall-Quelle (33) in der Nähe des Membranfilters (32) vorgesehen ist zum Entfernen der auf dem Membranfilter festgesetzten Verunreinigungspartikeln, die durch den Rückspülvorgang entfernt werden,

- Mittel zur Durchspülung des Konzentrat-Raumes (30) mit¬ tels der Bearbeitungsflüssigkeit aus dem Konzentratbehäl¬ ter (17) vorgesehen sind, welche Durchspülung intervall- mässig durchgeführt wird,

- Entsorgungsmittel (12, 14, 18) zum Entsorgen der aus der Bearbeitungsflüssigkeit ausgeschiedenen Verunreinigungs¬ partikeln.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , dass der Membranfilter (32) scheibenförmig oder röhrenförmig mit einer der Filterfeinheit angepassten Minimalwandstärke ausgebildet ist. (Fig. 1 - 5)

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , dass der Konzentrat-Raum (30) eine solche Form aufweist, durch welche die im Konzentrat-Raum befindli¬ che Bearbeitungsflüssigkeit zusätzlich sedimentiert wird, wo¬ bei die intervallmässige Durchspülung den Konzentrat-Raum reinigt. (Fig. 1 - 5)

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mindestens eine Ultra¬ schall-Quelle (33) im Permeat-Raum (31) des Gehäuses (300) vorgesehen ist, deren Abstrahlfläche (37) zum Membranfilter (32) gerichtet ist. (Fig. 1, 3)

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2, 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mindestens eine Ultra¬ schall-Quelle (33) im Konzentrat-Raum (30) des Gehäuses (300) vorgesehen ist, deren Abstrahlfläche (37) zum Membranfilter gerichtet ist. (Fig. 2, 4, 5)

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 4, 5, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mehrere Ultra¬ schall-Quellen (33) am äusseren Umfang des Gehäuses (300) , welcher zylinderförmig, elliptisch oder polygon geformt ist, angeordnet sind, deren Abstrahlflächen (37) den Membranfilter

(32) vom Permeat-Raum (31) des Gehäuses (300) beschallen. (Fig. 3)

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 4, 5, d a - d u r - h g e k e n n z e i c h n e t , dass am äusseren Umfang des Gehäuses (300) , welches die Form als Zylinder, Ellipse oder polygon aufweist, mehrere Ultraschall-Quellen

(33) angeordnet sind und mit ihren Abstrahlflächen (37) den Konzentrat-Raum (30) des Gehäuses (300) beschallen. (Fig. 4)

8. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass der Gradient der Abstrahlflä¬ che (37) der im Gehäuse (300) vorgesehenen Ultraschall-Quelle (33) im wesentlichen parallel und in einem Winkelbereich von

_+ 20° zur Strömungsrichtung der Bearbeitungsflüssigkeit ange¬ ordnet ist. (Fig. 1, 2, 3, 4)

9. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass der Gradient der Abstrahlflä¬ che (37) der Ultraschall-Quelle (33) im wesentlichen recht¬ winklig und in einem Winkelbereich von _+ 20° zur Strδmungs- richtung der Bearbeitungsflüssigkeit angeordnet ist. (Fig. 5)

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Steuer¬ gerät (25) jeden Reinigungszyklus und jedes Durchspülintervall des durch den Filtervorgang verunreinigten Membranfilters

(32) in der Weise steuert, dass der oder die Ultraschall-Quel¬ len (33) mit einem bestimmten Betriebsmuster die Verunreini¬ gungspartikel in den Membranporen lockert und eine Rückspü¬ lung zur Entfernung der Verunreinigungspartikeln durchführt, wobei das Durchspülintervall sich der Rückspülung zeitlich anschliesst. (Fig. 1 - 5)

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e^'n n - z e i c h π e t , dass jede Ultraschall-Quelle (33) den Mem¬ branfilter (32) mit einer bestimmten Frequenz, die im Bereich von 10 kHz bis 2 MHz liegt, kontinuierlich oder impulsmässig beschallt. (Fig. 1, 2, 5)

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6, 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Steuergerät (25) jede der am äusseren Umfang des Gehäuses (300) angeordneten Ultra¬ schall-Quellen (33) so mit einer zeitlichen Phasenverschiebung ansteuert, dass in dem beschallten Membranfilter (32) eine mit einer bestimmten Frequenz umlaufende Beschallungswelle ent¬ steht und so die Verunreinigungspartikel in den Membranporen lockert. (Fig. 3, 4)

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , dass die Einrichtung (12) zum Ausfällen der in der Bearbeitungsflüssigkeit enthaltenen Verunreini¬ gungspartikeln eine verschliessbare Oeffnung (14) enthält zum Entfernen der aus der Bearbeitungsflüssigkeit ausgeschie¬ denen Verunreinigungspartikeln. (Fig. 1)

14. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , dass der erste Raum (30) des Gehäuses (300) mittels Organen (34, 41) verschlossen und geöffnet wird und im geöffneten Zustand die aus der Bearbeitungsflüs¬ sigkeit ausgeschiedenen Verunreinigungspartikeln entfernt. (Fig. 1, 2, 3, 4, 5)

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , dass die Oeffnung zur Entfernung der aus der Bearbeitungsflüssigkeit ausgeschiedenen Verunreinigungen durch ein Ventil (41) verschlossen und geöffnet wird, wobei eine elektronische SteuerSchaltung (25) die Oeffnungs- und Schliessvorgänge nach einem vorbestimmten Muster steuert. (Fig. 1, 4, 5)