WO2001060493A1

WO2001060493A1 - Verfahren und vorrichtung zur reinigung von flüssigkeiten

Info

Publication number: WO2001060493A1
Application number: PCT/CH2001/000091
Authority: WO
Inventors: Josef Vogel
Original assignee: Vobhag Finishing Systems
Priority date: 2000-02-16
Filing date: 2001-02-12
Publication date: 2001-08-23
Also published as: EP1257341A1; AU2001229947A1

Abstract

Das vorgeschlagene Reinigungsverfahren für Flüssigkeiten (2), welche in einem nahezu geschlossenen Kreislauf eingesetzt sind, scheidet in einem ersten Grobfilterprozess (7) die groben Teile aus der Flüssigkeit ab und entfernt in einem nachfolgenden Sedimentationsprozess, welcher in einem Flüssigkeitstank (8) durchgeführt wird, die feinen Partikel aus der Flüssigkeit. Sowohl die als Sediment vorliegenden kleinen Partikel wie auch die groben Teile werden in einem separaten Kreislauf anschliessend einer Feinfiltervorrichtung (10) zugeführt, wo diese Teile vollständig aus der Flüssigkeit (2) entfernt werden und vorteilhaft als stichfestes Schlammkonzentrat anfallen, welches leicht zu handhaben und entsorgen ist. Das Reinigungsverfahren eignet sich insbesondere für die Reinigung von Kühlwasser, welches zur Kühlung der Werkzeuge von Werkzeugmaschinen eingesetzt wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Flüssigkeiten

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Flüssigkeiten nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff von Anspruch 6.

Verunreinigungen in Flüssigkeiten, welche in einem geschlossenen Kreislauf eingesetzt werden, wie beispielsweise Kühlflüssigkeiten, müssen auf möglichst effektive Weise entfernt werden können, ohne dabei die Durchsatzrate des Flüssigkeitsstromes zu stark einzuschränken. Derartige

Kühlmittel werden beispielsweise zur Kühlung der Werkzeuge und Werkstücke von Werkzeugmaschinen eingesetzt und nehmen am Kühlort eine grosse Menge an Verunreinigungen auf, welche im Kühlkreislauf wieder aus der Flüssigkeit entfernt werden müssen. Diese Verunreinigungen sind beispielsweise durch die Werkzeugmaschine abgetragenes Material des bearbeiteten Werkstückes.

Für kleine Kühlmengen werden herkömmlicherweise zum Beispiel Zentrifugalabscheider eingesetzt, welche gerade die festen Verunreinigungsbestandteile zuverlässig aus dem Flüssigkeitsstrom entfernen lassen. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass es sich nur für Verhältnis- massig kleine Kühlmengen eignet und nicht für grosse Kühl- mengen mit hohem Kühlflüssigkeitsdurchsatz eignen.

Weiter sind sogenannte Endlosbandfilter bekannt, bei welchem ebenfalls die Verunreinigungen mittels eines Filters aus der Flüssigkeit entfernt werden. Auch dieses Verfahren eignet sich allerdings nur für verhältnismässig kleine Flüssigkeitsströme . Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand nun darin, ein Verfahren zu finden, welches sich auf für die Reinigung von verhältnismässig grossen Flüssigkeitsströmen in einem geschlossenen Kreislauf eignet .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch das Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsvarianten ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Ansprüche 2 bis 5.

Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich insbesondere auch für die Reinigung von grossen Flüssigkeitsdurchsätzen, bis beispielsweise 1000 Liter / Minute und entfernt zuverlässig sämtlichen Verschmutzungen in der Flüssigkeit. Ein grosser Vorteil besteht zudem darin, dass die Verschmutzungen als stichfestes Schlammkonzentrat anfällt, welches ei- nerseits einfach zu handhaben und andererseits auch einfach zu entsorgen ist.

Dies wird vorteilhaft dadurch erreicht, dass der Volumenstrom beim Durchströmen des Vorgrobfilters aufgeteilt wird und die verhältnismässig groben resp. grossen Schmutzteile hier vorausgeschieden und mit einem wesentlich kleineren Durchsatzstrom einer Feinfiltereinrichtung zugeführt werden, welche diese Schmutzteile zuverlässig entfernen kann. Der nur noch feine Verschmutzungsbestandteile aufweisende Flüssigkeitsstrom, welcher aus dem Vorgrobfilter dem Flüs- sigkeitstank zugeführt wird, kann dort durch Sedimentation am Grund des Tankes selbstständig ausgeschieden werden.

Dieses Sediment wird anschliessend vom Grund abgesogen und ebenfalls mit kleinem Volumenstrom dem Feinfilter zugeführt, wo auch diese Schmutzteile zuverlässig entfernt wer- den. die für den Transport eingesetzte und jetzt gereinigt Flüssigkeit kann vorteilhaft in den Flüssigkeitstank zurückgeführt werden.

Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich insbesondere für die Reinigung von Kühlflüssigkeit, wie sie zur Kühlung der Bearbeitungswerkzeuge in Werkzeugmaschinen eingesetzt werden. Dabei wird durch die Kühlflüssigkeit ein Grossteil des bearbeiteten, abgetragenen Materials des Werkstückes von der Bearbeitungsstelle weggeschwemmt und muss aus der Kühlflüssigkeit ausgeschieden werden. Selbstverständlich kann das Verfahren auch für andere, in einem Kreislauf eingesetzte Flüssigkeiten angewandt werden, welche laufend von Verunreinigungen befreit werden sollen.

Weiter wird erfindungsgemäss eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen von Anspruch 6 vorge- schlagen. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen 7 bis 12.

Gerade die bevorzugte Ausgestaltung des Bodenbereiches des Flüssigkeitstankes mit einem konischen Mittelteil fürdert die Sedimentation der Rückstände im Kühlmittel und lässt diese an einer definierten Stelle, nämlich vorzugsweise einem kreisringförmigen Bodenbereich des Kühlmitteltanks ansammeln. Dort und in dieser Form lässt sich das Sediment auf einfache Weise zuverlässig absaugen und der weiteren Reinigungsstufe zuführen. Diese Anordnung eignet sich be- sonders vorteilhaft für kompakte Anlagen kleineren Formats, wie sie beispielsweise für einzelne Werkzeugmaschinen eingesetzt werden kann. Trotz der kompakten Bauweise ist eine solche Reinigungsanlage in der Lage, auch verhältnismässig hohe Flüssigkeitsdurchsätze, beispielweise bis zu 1000 Li- ter / Minute, zuverlässig zu reinigen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen noch näher erläutert . Es zeigen

Fig. 1 schematisch den Verfahrensablauf des erfin- dungsgemässen Reinigungsverfahrens ;

Fig. 2 schematisch den Längsschnitt durch eine erfin- dungsgemässe Reinigungsvorrichtung .

In Figur 1 ist schematisch das Verfahrensschema des erfin- dungsgemässen Verfahrens dargestellt. Beispielsweise mittels einer Pumpe 1 wird Kühlmittel 2 in einer Zuführungs- leitung 3 dem Kühlort 4 zugeführt. Dies kann beispielsweise der Bearbeitungsort einer Werkzeugmaschine sein, wo das Kühlmittel einerseits das Werkzeug kühlt und andererseits das vom Werkstück abgetragene Material resp. die Bearbeitungsrückstände vom Bearbeitungsort 4 entfernt. Diese Bear- beitungsruckstande können kleine Festkörper aus den unterschiedlichsten Materialien sein oder aber auch chemische Rückstände. Das so verunreinigte Kühlmittel 2 wird an- schliessend beispielsweise in einem Auffangtrichter 5 gesammelt und über eine Ableitung 6 einem Vorgrobfilter 7 zu- geführt.

In diesem Vorgrobfilter 7 werden in einem ersten Schritt die groben Verunreinigungen aus dem Kühlmittel 2 abgeschieden. Dies kann beispielsweise mittels einer Siebanlage mit entsprechend der zu erwartenden Grosse der Verunreinigungen ausgestatteten Durchlassδffnungen erfolgen. Vorzugsweise wird gerade beim Einsatz von Metall-Bearbeitungswerkzeugen ein Magnetabscheider eingesetzt. Letzterer eignet sich insbesondere dann, wenn metallische Verunreinigungen zu erwarten sind, wie dies bei spanenden oder abrasiver Bearbeitung von metallischen Werkstücken auftritt. Das durch diesen Vorgrobfilter 7 durchfliessende Kühlmittel 2 wird anschliessend in einen Flüssigkeitstank 8 geleitet. Die durch den Abscheider und/oder Filter des Vorgrobfilters 7 zurückgehaltenen Verunreinigungen werden über einen Aus- schwemmkanal 9 mit einer kleinen Menge von Kühlmittel abgeführt und einem Feinfiltersystem 10 zugeführt.

Die Verbindungsleitung 11 zwischen dem Vorgrobfilter 7 und dem Flüssigkeitstank 8 mündet vorzugsweise in den oberen Bereich des Flüssigkeitstankes 8. Dieser Flüssigkeitstank 8 ist derart gross bemessen, dass darin eine Sedimentation der noch in der Kühlflüssigkeit 2 befindlichen Verunreinigung an den Boden des Flüssigkeitstankes 8 stattfinden kann. Diese Sedimente werden kontinuierlich mittels einer Saugvorrichtung 12 vom Boden des Flüssigkeitstankes 8 abge- saugt und ebenfalls, beispielsweise über den Ausschwemmkanal 9, dem Feinfiltersystem 10 zugeführt. Hierfür wird beispielsweise die Saugpumpe 12' eingesetzt.

Im Feinfiltersystem 10 werden kontinuierlich der im Verhältnis zum Arbeitsstrom des Kühlmittels 2 kleine, verun- reinigte Volumenstrom aus dem Vorgrobfilter 7 und dem Flüssigkeitstank 8 gereinigt. Da der durch das Feinfiltersystem 10 fliessende Volumenstrom nur kleine ist, kann hier eine effiziente und zuverlässig Endreinigung erfolgen. Vorzugsweise erfolgt dies mittels eines Zentrifugalabscheiders 13, welchem über die Pumpe 14 das in einem Zwischenbecken 15 befindliche Kühlmittel 2 zugeführt wird. Damit wird als Abfall ein stichfestes Schlammkonzentrat erhalten, welches einfach abzuführen, zu lagern und zu entsorgen ist, während die nun vollständig gereinigte Kühlflüssigkeit 2 über die Rückleitung 16 wieder in den Flüssigkeitstank 8 zurückgeführt werden kann. Zusätzlich kann noch ein Ölskimmer 17 eingesetzt werden, welche allfälliges, in der Kühlflüssigkeit 2 befindliches Öl, welches sich an der Oberfläche der Kühlflüssigkeit 2 im Flüssigkeitstank 8 ansammelt, absaugt.

Der Vorteil dieses Reinigungsverfahrens, welches den eigentlichen Kühlmittelstrom aufteilt und für die Feinreinigung den Volumenstrom stark reduziert, liegt darin, dass auf einfache und zuverlässige Weise Kühlflüssigkeitskreis- läufe mit hohen Durchsatzraten d.h. grossen Volumenströmen gereinigt werden können. Ueberdies erlaubt dieses Verfahren, die Reinigungsvorrichtung sehr kompakt und platzsparend aufzubauen, wie dies aus dem Längsschnitt von Figur 2 hervorgeht .

In Figur 2 ist als zentrale Komponente einer erfindungsge- mässen Reinigungsvorrichtung der Flüssigkeitstank 8 erkennbar. Der Flüssigkeitstank 8 weist vorzugsweise eine nach unten konisch zulaufende Gestalt auf und besteht vorzugsweise aus einem Chromnickelstahl . Im Zentrum des Bodens 8 ' des Flüssigkeitstankes 8 ist vorzugsweise ein spitz nach oben zulaufend ausgebildeter Konus 18 eingesetzt, welcher zusammen mit den Seitenwänden einen ringförmigen Boden des Flüssigkeitstankes 8 begrenzt. Auf diesem ringförmigen Boden 8', welcher vorzugsweise eine kreisförmige Gestalt aufweist, erfolgt die Ablagerung der im Kühlmittel 2 noch vor- handenen Verunreinigung als Sediment. Dieses wird nun von der Saugvorrichtung 12, deren Ansaugöffnung 12 ' ' vorzugsweise um die Hochachse des Flüssigkeitstankes 8 rotierend angetrieben ist, abgesaugt und über die Leitung 19 dem neben dem Flüssigkeitstank 8 angeordneten Feinfilter 10 zuge- führt. Oberhalb des Flüssigkeitstankes 8 ist der Vorgrobfilter 7 angeordnet, in welchen die Ableitung 6 mit dem verunreinigten Kühlmittel 2 mündet. Der Vorgrobfilter 7 ist vorzugsweise als Magnetabscheider mit Sieb ausgebildet, wobei die ausgeschiedenen resp. im Sieb aufgefangenen Teile über die Leitung 9 ebenfalls dem Feinfilter 10 zugeführt werden.

Im Feinfilter 10 werden nun sämtliche Verunreinigungen bei im Verhältnis zum Arbeitsstrom des Kühlmittels 2 kleinen Volumenstrom vorzugsweise mittels einer Zentrifuge, wie oben beschrieben, vollständig ausgesondert. Das so erhaltene Schlammkonzentrat liegt in stichfester Form vor und kann einfach weggeführt, transportiert und entsorgt werden. Das für den Transport der Verunreinigungen eingesetzte Kühlmittel 2 gelangt aus dem Feinfilter 10 über die Leitung 16 zu- rück in den Flüssigkeitstank 8.

Eine derartige Anlage weist beispielsweise ein FlüssigkeitStankvolumen von 1500 Litern auf und weist eine Kühl- mittelleistung von bis zu 250 Liter / Minute auf. Die Saugvorrichtung 12 pumpt den Sedimentbereich mit maximal 60 Li- ter / Minuten ab, was zu einem entsprechend reduzierten Volumenstrom im Feinfilterbereich 10 führt.

Die Anlage kann selbstverständlich noch mit automatisch oder manuell gesteuerten Ventilen resp. Absperrschieber versehen sein, um den Volumenstrom einzustellen. Daneben können auch Sensoren zur Kontrolle der Flüssigkeitsstände im Flüssigkeitstank 8 resp. Zwischenbecken 15 eingesetzt werden, welche die genannten Ventile oder Absperrschieber ansteuern oder den Kreislauf mit frischem Kühlmittel 2 versorgen, damit keine der Pumpen trocken laufen kann und da- mit beschädigt werden kann. Insbesondere für grössere Anlagen, bei welchem der Platzbedarf für einen Flüssigkeitstank 8 mit kreisrunder Querschnittsform zu gross würde, kann der Flüssigkeitstank 8 auch in rechteckiger Form ausgebildet sein, wie dies sche- matisch in Figur 3 dargestellt ist. Die Saugvorrichtung 12 kann dann auf Schienen 19 über dem Flüssigkeitstank 8 verschiebbar angeordnet werden und damit ebenfalls die Sedimentrückstände über den gesamten Boden des Flüssigkeitstankes 8 absaugen. Die Ansaugöffnung 12'' kann hier entweder ebenfalls, wie bereits in Figur 2 dargestellt, kreisförmig bewegt werden. Dann müssen die beiden Bodenbereich an den Stirnwände des Flüssigkeitstankes 8 ebenfalls halbkreisförmig ausgebildet sein. Alternativ kann natürlich die Ansaug- δffnung 12 ' ' ihrerseits auf einem Schlitten quer zu den Schienen 19 hin und her bewegt werden, um den gesamten Bodenbereich des Flüssigkeitstankes 8 absaugen zu können. Die Bewegung der Ansaugöffnung 12 ' ' wird dabei vorteilhaft automatisch gesteuert .

Durch eine solche Anordnung lassen sich beispielsweise An- lagen mit einer Flüssigkeitstankgrδsse von über 5000 Liter einfach realisieren, welche einen Kühlwasserstrom von bis zu 400 Liter / Minute bereitstellen können.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Reinigung von Flüssigkeiten in einem weitgehend geschlossenen Flüssigkeitskreislauf, dadurch gekennzeichnet, dass die Verunreinigungen aufweisende Flüssigkeit (2) durch einen Vorgrobfilter (7) mit Ausschwemmkanal (9) hindurchgeführt wird, anschliessend einem Flüssigkeitstank (8) zugeführt wird, an dessen Grund eine Sedi- mentSaugvorrichtung (12) vorhanden ist, und das Kühlmittel (2) mittels einer Pumpe (1) aus dem Flüssigkeitstank (8) abgesogen wird, wobei der Verunreinigungen aufweisende Flüssigkeitsstrom des Ausschwemmkanals (9) mit dem Strom der Sedimentssaugvorrichtung (12) zusammengeführt und einem Feinfiltersystem (10) zugeführt wird, aus welchem die gereinigte Flüssigkeit ebenfalls wieder dem Kühlmitteltank (8) zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Vorgrobfilter (7) ein Magnetabscheider mit Sieb eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Feinfiltersystem (10) eine Zentrifuge (13) und/oder ein Ausschwemmfilter, vorzugsweise ein Kieselgurfilter, eingesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Sedimentsaugvorrichtung (12) eine Rotationssauger eingesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (2) aus dem Flüssig- keitstank (8) , welcher als Sedimentationseinrichtung betrieben wird, einem separaten Kühlmittelbehälter zugeführt wird, aus welchem das Kühlmittel (2) mittels einer Pumpe (1) der Kühlstelle (4) zugeführt wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einer Kühlmittelpumpe (1) , mindestens einem Kühlmittelspender (2) und mindestens einer Kühlmittelauffangvorrichtung (5) , welche als im wesentlichen geschlossener Kreislauf miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelauffangvorrichtung (5) mit einer Vorgrobfiltereinrichtung (7) verbunden ist, welche eine in einen Kühlmitteltank (8) mündende Leitung (11) aufweist sowie einen Ausschwemmkanal (9) , und dass im Kühlmitteltank (8) eine Saugvorrichtung (12) ange- ordnet ist, deren Säugöffnung im Bereich des Bodens (8¹) des Kühlmitteltanks (8) angeordnet ist, und dass die Absaugleitung der Saugvorrichtung (12) zusammen mit dem Ausschwemmkanal (9) in eine Feinfiltervorrichtung (10) münden, welche ihrerseits wieder mit dem Kreislauf in Verbindung steht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorgrobfiltereinrichtung (7) als Magnetabscheider ausgebildet ist .

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7 , dadurch gekenn- zeichnet, dass die Leitung (11) aus der Vorgrobfiltereinrichtung (7) in den oberen Bereich des Kühlmitteltanks (8) mündet, vorzugsweise über dem Normalpegelstand des im Kühl- mitteltanks (8) befindlichen Kühlmittels.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinfiltervorrichtung (10) als

Zentrifugalabscheider (13) ausgebildet ist auf eist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugvorrichtung (12) als Rotationssaugvorrichtung ausgebildet ist .

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmitteltank (8) eine konische, nach unten verjüngte Form aufweist und vorzugsweise in der Mitte der Bodenfläche (8') ein nach oben ragender, in eine Spitze zulaufender Konus (18) ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmitteltank (8) aus Chromnickelstahl besteht.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmitteltank (8) eine im wesentlichen rechteckige Form aufweist und dass die Saugvorrich- tung (12) über dem Kühlmitteltank (8) verfahrbar angeordnet ist .

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugvorrichtung (12) auf Schienen (19) verfahrbar angeordnet ist, welche oberhalb des Kühlmitteltanks (8) an- geordnet sind.