WO2015158335A2 - Verfahren und vorrichtung zum erfassen. trennen und wiederaufbereiten von feststoffbelasteten kühlschmierstoffen aus einer bearbeitungsvorrichtung - Google Patents

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    • B01D2221/00—Applications of separation devices
    • B01D2221/14—Separation devices for workshops, car or semiconductor industry, e.g. for separating chips and other machining residues

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for detecting, separating and reprocessing of solid-laden cooling lubricants from a processing device, in which workpieces are preferably machined from ceramic materials, metals, plastics, natural materials, such as minerals, horn, bone, etc. or waxes.
  • processing devices can be found in dental technology, jewelry production and microsystems technology, but also in other areas in which small workpieces are milled, drilled, ground, sawn and polished.
  • cooling lubricants take over the cooling and lubricating function as well as chips or grinding dust or remove other production waste from the processing room.
  • suspensions and dusts and aerosols are produced. Due to the abrasiveness and the tendency to form sludge, these dusts, suspensions and aerosols must be reliably detected and removed from the processing room of the machine.
  • the evaporation of the water or alcohol content is favored especially in aqueous or alcohol-based cooling lubricating fluids, which also leads to high media losses.
  • This effect is also reinforced by the fact that vapor generated by the premature separation of the media streams no longer has time to settle on colder components.
  • This effect is further enhanced by the fact that the prevailing negative pressure (in commercial vacuum cleaners about 10 - 20 kPa below ambient pressure), the evaporation of liquids is further accelerated.
  • the liquid and solid media stream separated in the first stage are driven through a plurality of settling tanks in the second stage, with transition ports formed between the individual compartments of the settling pond at different levels to equally deposit both floating and descending solids.
  • the media stream with liquids and solids is moved or passed through a pre-filter after separation from the gas stream in the first stage, more preferably driven through at least two settling tanks, and
  • the pre-cleaned liquid medium is conveyed by a downstream pump through a fine filter and then returned to the processing room of the connected processing device.
  • the velocity of the medium flow in a first section with a direction of movement in the direction of gravity is greatly slowed down to the separation edge of the first separation stage and then by 180 ° deflected and discharged against the gravitation, wherein the aerosols and solids contained in the gas stream during the deflection of the media flow maintain their movement and fall to the greatest possible extent on the pre-filter and thus separated from the gas stream.
  • the gas stream is passed in a further section through a labyrinth-like device in which by repeated reversal of the gas flow further aerosol and solid fractions deposited and in the Settling tank are returned, wherein in the last section of the gas stream via an exhaust filter, is sucked by means of a suction device from the separator.
  • the gaseous portion is guided by partitions separated from the rest of the media flow, so as possible in the further course above the liquid level no gas movements take place. A promotion of evaporation is thus excluded.
  • the labyrinthine portion is cooled, preferably by means of a heat exchanger device or Peltier elements, whereby vapor contained in the gas stream is at least partially condensed and preferably returned to the liquid reservoir.
  • the purified liquid in the feed to the processing space in particular after the fine filter, more preferably by means of a heat exchanger device or an array of Peltier elements, cooled.
  • the cleaned cooling lubricating fluid or the cooling lubricant during the cutting and partially sprayed in cutting breaks substantially completely directly into the suction opening of the processing chamber of the processing device to deposit of sludge in the discharge channel to prevent.
  • the reservoir of liquid by means of a sensor is more preferably monitored in the sedimentation basin, particularly preferably directly in the last chamber of the sedimentation basin or at the suction site, and liquid is demanded from one supplemented external storage.
  • the processing space of the processing apparatus and the apparatus for detecting and recycling of solids-loaded cooling lubricants as system with a protective gas, in particular argon, charged and filled, and this circulated, the entire system with respect to the ambient pressure has a slight overpressure , in particular between about 2 and 25 kPa, to prevent ingress of air.
  • the invention is also achieved by a device for detecting, separating and reprocessing of solids-loaded cooling lubricants from a processing device, in particular for the processing of ceramic workpieces, particularly preferably in dental technology, performing a method described above with the following properties.
  • the apparatus comprises a discharge opening for collectively detecting a media stream comprising gases, liquids and solids from a processing space of the processing apparatus, to which a discharge channel is arranged, with a first separation stage for separating the gases from the media stream and a second stage for separating the solids from the Liquid through pre-filter and settling tank.
  • the separation device comprises a funnel, which increases in the direction of gravity, ie "down", and the media mixture in the gravitational direction, ie “from top to bottom “Is flowed through.
  • a coarse filter or pre-filter for collecting the liquid and solid constituents of the medium stream which blocks coarse solids and allows the liquids to pass, is preferably arranged underneath the funnel.
  • openings are provided as far above the lower, further funnel edge, through which the gaseous portions of the medium flow are discharged counter to the gravitational direction, after they have been deflected by 180 ° at the lower edge of the hopper.
  • the device comprises settling tanks with a plurality of chambers, whereby transition openings from one chamber into the following chamber of the settling basin are formed at different levels, so that successively both floating and sinking solids can be retained in the corresponding chambers.
  • gas channels for further treatment of the gas stream spatially above the liquid reservoir or the settling basin arranged and designed so that in the further course of treatment of the gas stream still separated aerosols and solids only by the gravitational effect by appropriate Channels in the liquid reservoir and the settling tank are traceable.
  • the device including the processing space of the processing device is filled with a protective gas and subjected to the ambient pressure with a slight overpressure to prevent ingress of air, wherein the excess pressure monitored by a mounted in the circuit of the system pressure sensor is and so via a controller and a solenoid valve connected thereto, the gas volume and thus the pressure in the system to an adjustable value is regulated, more preferably a compressed gas container is arranged with a suitable pressure reducer for gas storage, in particular a safety valve is provided to impermissibly high To prevent pressures in the circulation system in the event of malfunction or malfunction of the pressure regulator or the solenoid valve.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view of the device according to the invention for the separation and preparation of media mixtures of gases, liquids and solids.
  • Fig. 1 shows in an abstract representation of an apparatus for detecting, separating and processing of media mixtures of gases, liquids and solids.
  • the cooling lubricating fluid In order to ensure the most complete reuse of the cooling lubricating fluid, it is separated from the air flow only in the device described by the invention, roughly filtered, passed through a settling tank and finally cleaned by a fine filter and fed back into the production process.
  • the air flow is also freed of moisture and suspended particles so far that it can be detected by a conventional (dry) vacuum cleaner as a suction device 14 and discharged to the environment.
  • Fig. 1 shows in an abstract manner in a sectional view, the system of processing space 1 of a processing device, as it may for example be a motor-driven and manually operated grinding or polishing wheel, saw or drill as well as multi-axis automated machine tools or 3D printers.
  • This processing space 1 is preferably hermetically sealed from the environment.
  • Underpressure is used when the environment is primarily to be protected from process fumes, with overpressure when the workpiece or the cooling lubricants are primarily to be protected from the ingress of air or atmospheric oxygen.
  • the maintenance of a protective gas atmosphere may also be useful if flammable cooling lubricants (such as, for example, ethanol in the machining of aluminum materials) are used.
  • the device according to the invention for detecting, separating and processing of solids contaminated cooling lubricants is mounted.
  • a common discharge opening is arranged with a subsequent discharge channel 2, with a first separation stage 3 for separating the gases from the media stream and a second stage for separating the solids from the liquid through pre-filter 4 and settling tank 6.
  • the separation device as the first Separation stage includes a funnel 3, which increases in the direction of gravity, ie downwards and the media mixture in the direction of gravity, ie from top to bottom, flows through.
  • a pre-filter 4 a coarse filter for collecting coarse, solid components from the liquid media stream.
  • the settling tank 6 comprises a plurality of chambers, wherein the last chamber forms a sump 7.
  • the individual chambers are formed with transition openings 16, 17 at different levels, so that successively both floating and sinking solids in the corresponding chambers are retained.
  • the gas labyrinth comprises chambers 12 for further treatment of the gas flow spatially above the settling tank 6, which forms a liquid reservoir, with a water level 5.
  • the liquid is passed through a fine filter 8 by a pump 9 and a downstream heat exchanger 11 back into the processing chamber 1, so that closes a loop of the system.
  • this liquid which serves as a coolant, on the one hand, the workpiece and the tool is cooled, and the costs incurred during processing chips and dusts to the common discharge opening.
  • the gas stream is passed through a labyrinthine device with deflections, so in the form of a labyrinth 12 to an exhaust filter 13, so that by means of a suction device 14, which may in particular also be a conventional vacuum cleaner, the gas either dissipates into the environment or in a closed circuit led to the processing room 1, especially if, for example, the gas stream consists of a pressurized inert gas.
  • the function is as follows: The media stream of air, solids and liquids is first fanned out by means of a first separation stage 3 in order to reduce the flow velocity to such an extent that particles and aerosols entrained in the air flow largely fail, and precipitate on the prefilter 4.
  • the air flow is deflected at the end of the funnel by 180 ° against gravity and discharged at low speed upwards for further processing with deflectors 12 and an exhaust filter 13.
  • the airway is designed so that the air flow as low flow velocities but at the same time undergoes numerous deflections 12 in the form of a labyrinth to still deposit in the air flow aerosols and dusts before reaching the wet tolerant exhaust filter 13.
  • deflections 12 in the air flow, which can also be cooled in a possible embodiment, in order to condense vapor present in the gas stream and to supply the liquid reservoir.
  • the separated liquid components seep - driven by gravity - through the pre-filter 4 and get into the multi-part sedimentation tank 6, in which as large as possible fractions of suspended solids are deposited.
  • the liquid passes into the pump sump 7, in which, particularly preferably, the water level 5 is also measured and monitored, preferably contactlessly via an ultrasonic sensor 10. From there, the still charged with very fine suspended particles liquid is canceled, promoted by a fine filter 8 and the completely purified liquid pumped by a pump 9 in the production process in the processing room 1 back.
  • a heat exchanger 11 may be integrated, which cools the liquid.
  • This cooling is also particularly advantageous because it reduces the evaporation of just aqueous or alcoholic media to a minimum. Furthermore, it is advantageous to spray unneeded lubricating lubricating fluid, in particular in times when no active cutting takes place, into the suction hose 2, in order to avoid caking of solids contained in the media, or to rinse off already deposited solids and in remove the separator unit.
  • the separator unit is constructed largely airtight, so that during operation there is a slight negative pressure.
  • An important feature of this invention is that after the separation of gases and liquids and solids, the two media streams are conducted separately so that no or only minimal gas movements are observed on the liquid surface in the further course of liquid processing.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Erfassen, Trennen und Wiederaufbereiten von feststoffbelasteten Kühlschmierstoffen aus einer Bearbeitungsvorrichtung, insbesondere zur Bearbeitung von keramischen Werkstücken, besonders bevorzugt in der Dentaltechnik und der Schmuckherstellung beschrieben. Ein Medienstrom aus Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen wird gemeinsam in einem Bearbeitungsraum in einer Bearbeitungsvorrichtung (1) in einer Abführöffnung erfasst und gemeinsam durch einen Abführkanal (2) abgeführt, wobei in einer ersten Abscheidestufe (3), Gase von Flüssigkeiten und Feststoffen getrennt werden und in einer zweiten Stufe mittels Vorfiltern (4) und Absetzbecken (6) die Flüssigkeit von den Feststoffen getrennt werden.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen, Trennen und Wiederaufbereiten von feststoffbelasteten Kühlschmierstoffen aus einer Bearbeitungsvorrichtung Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen, Trennen und Wiederaufbereiten von feststoffbelasteten Kühlschmierstoffen aus einer Bearbeitungsvorrichtung, in welcher Werkstücke bevorzugt aus Keramikwerkstoffen, Metallen, Kunststoffen, Naturstoffen, wie Mineralien, Horn, Knochen etc. oder Wachsen bearbeitet werden. Solche Bearbeitungsvorrichtungen finden sich in der Dentaltechnik, der Schmuckherstellung und der Mikrosystemtechnik, aber auch in anderen Bereichen, in denen kleine Werkstücke gefräst, gebohrt, geschliffen, gesägt und poliert werden.
Stand der Technik
In Bearbeitungsvorrichtungen mit einem abgeschlossenen Bearbeitungsraum - das können motorisch angetriebene und manuell bediente Schleif- oder Polierscheiben, Sägen oder Bohrmaschinen ebenso sein, wie mehrachsige automatisierte Werkzeugmaschinen oder 3D-Drucker - übernehmen Kühlschmierstoffe neben der Kühl- und Schmierfunktion auch die Aufgabe, Späne bzw. Schleifstaub oder andere Produktionsabfälle aus dem Bearbeitungsraum abzuführen. Hierbei entstehen je nach Korngröße der Späne Suspensionen und Stäube, sowie Aerosole. Aufgrund der Abrasivität und der Neigung zur Schlammbildung müssen diese Stäube, Suspensionen und Aerosole sicher erfasst und aus dem Bearbeitungsraum der Maschine abgeführt werden.
Insbesondere in der Herstellung von Zahnprothesen (Kronen, Implantate, Brücken etc.) werden heute zunehmend vorgesinterte oder organisch gebundene Keramikkörper (z.B. aus Zirkonoxid) spanend bearbeitet, wobei oft noch ein Schleif- und Poliervorgang angeschlossen wird. Hierzu werden zunehmend kleine, speziell für diesen Zweck konstruierte CNC-Maschinen mit bis zu 5 Bearbeitungsachsen eingesetzt. Diese Art der Bearbeitung erfordert eine Kühlung der Fräs- und Schleifwerkzeuge, wozu regelmäßig wässrige Kühlschmierstoffe, aber auch Öle und Alkohole oder Mischungen bzw. Emulsionen dieser Stoffe, ggf. unter Zusatz von Netzmitteln und anderen Hilfsstoffen eingesetzt werden.
Dies wird derzeit vor allem dadurch erreicht, dass man die flüssigen Kühlschmierstoffe und Suspensionen durch einen Abfluss aus dem Bearbeitungsraum ablaufen lässt und auffängt. Stäube und Aerosole werden oftmals durch die Absaugung der Luft aus dem Bearbeitungsraum abgeführt, wobei ein Unterdruck im Bearbeitungsraum erzeugt wird, der verhindert, dass Stäube und Aerosole in Teile der Maschine eindringen können, in denen sie Schaden anrichten könnten.
Charakteristisch für diese Lösungen nach dem aktuellen Stand der Technik ist jedoch, dass die Flüssigkeiten bzw. Suspensionen sowie die Stäube und Aerosole getrennt erfasst werden. Bei diesen Anordnungen können Stoffe, die mit dem Luftstrom abtransportiert wurden, nicht mehr in einen vorhandenen Kühl-Schmierstoffkreislauf zurückgeführt werden.
Auch Anordnungen, die beispielsweise in der Chirurgie und Zahnmedizin eingesetzt werden, um Flüssigkeiten oder Suspensionen aus dem Operationsbereich abzusaugen, sehen zwar teilweise eine Entgiftung der anfallenden Abwässer bzw. eine Abscheidung von Schwerstoffen, insbesondere Amalgamresten vor. Eine Rückführung der gereinigten Flüssigkeitsanteile in einen geschlossenen Kreislauf ist hier jedenfalls nicht vorgesehen.
Diese Trennung von Luftabsaugung und Flüssigkeitsabfuhr hat zur Folge, dass auch ein erheblicher Anteil der Aerosole in die Luftabsaugung gelangt und für den Produktionsprozess nicht mehr zur Verfügung steht. Zudem sind auf Nassschmierung ausgelegte Maschinen in aller Regel nicht für trockene Schleif- und Fräsprozesse geeignet, da sich der trockene Schleifstaub in der Maschine ansammelt, weil die Luftabsaugung bei getrennter Medienführung nicht an der tiefsten Stelle liegen kann und darf.
Ein weiteres Problem sind Ablagerungen von Schlamm im Ablaufschlauch, da bei derzeit gebräuchlichen Anordnungen die Flüssigkeit nur durch die Schwerkraft aus dem Bearbeitungsraum abfließt. Dieses Problem wird noch dadurch verstärkt, dass auf den Maschinen mitunter auch langspanende Werkstoffe (z.B. Polymerkunststoffe, Wachse oder Metalle) bearbeitet werden, welche einen nur durch Schwerkraft getriebenen Abfluss mit zumeist eher geringem Querschnitt sehr schnell verstopfen können.
Zudem wird gerade bei wässrigen oder auf Alkoholen basierenden Kühl-Schmierflüssigkeiten die Verdunstung des Wasser- bzw. Alkoholanteils begünstigt, was ebenfalls zu hohen Medienverlusten führt. Dieser Effekt verstärkt sich auch dadurch, dass durch die frühzeitige Trennung der Medienströme entstandener Dampf keine Zeit mehr hat, sich an kälteren Bauteilen niederzuschlagen. Dieser Effekt wird noch dadurch erheblich verstärkt, dass durch den herrschenden Unterdruck (bei handelsüblichen Staubsaugern ca. 10 - 20 kPa unter Umgebungsdruck) die Verdunstung von Flüssigkeiten weiter beschleunigt wird.
Da bisweilen auch, wie in der DE 20 2005 904 529 beschriebenen Legierung zur Herstellung von Zahnprothesen, bei deren spanender Bearbeitung eine größere Menge wertvoller Edelmetalle anfällt, ist es wirtschaftlich sinnvoll diese Edelmetalle wiederzugewinnen. Umgekehrt können je nach Werkstoff auch giftige oder anderweitig problematische Späne oder Stäube anfallen, bei welchen es vorteilhaft ist, diese aus dem Kühlschmierstoff abzuscheiden und getrennt zu entsorgen. Zudem ist es aus Kostengründen fast immer sinnvoll, Kühlschmierstoffe im Kreislauf zu führen, und sie zu diesem Zwecke zu reinigen und aufzubereiten.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Verfahren und eine Vorrichtung derart, weiterzubilden, so dass mit Feststoffen belastetes Kühlschmiermittel effizient und resourcenschonend möglichst in homogene Stoffe abgeschieden und wiederaufbereitet wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Gegenstand der Patentansprüche 1 und 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Es ist ein Gedanke der Erfindung, ein Verfahren zum Erfassen, Trennen und Wiederaufbereiten von feststoffbelasteten Kühlschmierstoffen aus einer Bearbeitungsvorrichtung derart weiterzubilden dass, ein Medienstrom aus Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen gemeinsam in einem Bearbeitungsraum einer Bearbeitungsvorrichtung in einer besonders bevorzugt am tiefsten Punkt des Bearbeitungsraumes liegenden Abführöffnung erfasst werden und gemeinsam durch einen Abführkanal abgeführt werden, wobei in einer ersten Abscheidestufe, Gase von den Flüssigkeiten und Feststoffen getrennt werden und in einer zweiten Stufe mittels Vorfilter und Absetzbecken die Flüssigkeit von den Feststoffen getrennt werden.
Gemäß einem weiter bevorzugten Verfahren wird der in der ersten Stufe abgetrennte flüssige und feste Medienstrom durch mehrere Absetzbecken in der zweiten Stufe getrieben, wobei Übergangsöffnungen zwischen den einzelnen Kammern des Absetzbeckens in verschiedenen Höhen ausgebildet sind, um sowohl aufschwimmende wie absinkende Feststoffe gleichermaßen abzuscheiden.
Um die Stoffe möglichst homogen und ressourcenschonend wieder aufzubereiten, wird gemäß einem die Erfindung weiterbildenden Verfahren der Medienstrom mit Flüssigkeiten und Feststoffen nach der Abscheidung aus dem Gasstrom in der ersten Stufe durch einen Vorfilter bewegt bzw. passiert, weiter bevorzugt durch mindestens zwei Absetzbecken getrieben, und das vorgereinigte flüssige Medium wird mittels einer nachgeschalteten Pumpe durch einen Feinfilter gefördert und anschließend in den Bearbeitungsraum der angeschlossenen Bearbeitungsvorrichtung zurückgeführt.
Um eine äußerst effiziente Abtrennung der Gase aus dem Medienstrom zu erreichen, wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren in der ersten Abscheidestufe die Geschwindigkeit des Medienstroms in einem ersten Abschnitt mit einer Bewegungsrichtung in Richtung der Gravitation bis zur Abscheidekante der ersten Abscheidestufe stark verlangsamt und anschließend um 180° umgelenkt und entgegen der Gravitation abgeführt, wobei die im Gasstrom enthaltenen Aerosole und Feststoffe bei der Umlenkung des Medienstromes ihre Bewegung beibehalten und zu einem größtmöglichen Anteil auf den Vorfilter herabfallen und damit aus dem Gasstrom abgetrennt werden.
Damit noch eine feinere Abscheidung und damit eine optimale Rückgewinnung der oft teuren Kühlschmierstoffe gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt wird, wird der Gasstrom in einem weiteren Abschnitt durch eine labyrinthartige Vorrichtung geführt, in der durch mehrmalige Umlenkung des Gasstroms weitere Aerosol- und Feststoffanteile abgeschieden und in das Absetzbecken zurückgeführt werden, wobei im letzten Abschnitt der Gasstrom über einen Abluftfilter, mittels einer Saugvorrichtung aus der Abscheidevorrichtung abgesaugt wird.
Um die Verdunstung der Flüssigkeit so gering wie möglich zu halten, wird gemäß einem weiter bevorzugten Verfahren nach der Trennung von gasförmigen und nicht gasförmigen Bestandteilen des Medienstromes der gasförmige Anteil durch Trennwände so vom restlichen Medienstrom getrennt geführt, so dass im weiteren Verlauf über dem Flüssigkeitsspiegel möglichst keine Gasbewegungen stattfinden. Eine Förderung der Verdunstung wird somit ausgeschlossen.
Um eine weitere Abscheidung zu erzeugen und den Gasstrom weiter zu reinigen, wird gemäß einem weiter bevorzugten Verfahren der Gasstrom vor, weiter bevorzugt nach der Saugvorrichtung im Absaugkanal gekühlt und/oder aufgeheizt und weiter bevorzugt wieder dem Bearbeitungsraum der Bearbeitungsvorrichtung zugeführt.
Gemäß einem weiter bevorzugten Verfahren wird der labyrinthartige Abschnitt, bevorzugt mittels einer Wärmetauschervorrichtung oder Peltier-Elementen gekühlt, wodurch im Gasstrom enthaltener Dampf wenigstens teilweise kondensiert und vorzugsweise in den Flüssigkeitsvorrat zurückgeführt wird.
Um die gewünschte Medientemperatur zu erhalten und die Verdunstung gering zu halten, wird gemäß einem bevorzugten Verfahren die gereinigte Flüssigkeit im Zuführkanal zum Bearbeitungsraum, insbesondere nach dem Feinfilter, besonders bevorzugt mittels einer Wärmetauschervorrichtung oder einer Anordnung von Peltier-Elementen, gekühlt.
Um den Bearbeitungsraum möglichst effizient sauber zu halten, wird gemäß einem bevorzugten Verfahren die gereinigte Kühl-Schmierflüssigkeit bzw. das Kühlschmiermittel während der laufenden Zerspanung teilweise und in Zerspanungspausen im Wesentlichen vollständig direkt in die Absaugöffnung des Bearbeitungsraumes der Bearbeitungsvorrichtung eingesprüht, um Ablagerung von Schlamm im Abführkanal zu verhindern.
Um ein möglichst automatisch arbeitendes Verfahren umzusetzen, wird weiter bevorzugt im Absetzbecken, besonders bevorzugt direkt in der letzten Kammer des Absetzbeckens bzw. an der Saugstelle der Vorrat von Flüssigkeit mittels eines Sensors, besonders bevorzugt mittels eines Ultraschall-Entfernungsmessers, überwacht und bedarfsabhängig Flüssigkeit aus einem externen Vorratsspeicher ergänzt.
Gemäß einem weiter bevorzugten Verfahren wird der Bearbeitungsraum der Bearbeitungsvorrichtung und die Vorrichtung zum Erfassen und Wiederaufbereiten von feststoffbelasteten Kühlschmierstoffen als System mit einem Schutzgas, insbesondere Argon, beaufschlagt und gefüllt, und dieses im Kreislauf geführt, wobei das gesamte System gegenüber dem Umgebungsdruck einen leichten Überdruck aufweist, insbesondere zwischen ca. 2 und 25 kPa, um ein Eindringen von Luft zu verhindern.
Die Erfindung wird auch durch eine Vorrichtung zum Erfassen, Trennen und Wiederaufbereiten von feststoffbelasteten Kühlschmierstoffen aus einer Bearbeitungsvorrichtung, insbesondere zur Bearbeitung von keramischen Werkstücken, besonders bevorzugt in der Dentaltechnik, ein oben beschriebenes Verfahren ausführend mit folgenden Eigenschaften gelöst. Die Vorrichtung umfasst eine Abführöffnung zur gemeinsamen Erfassung eines Medienstroms umfassend Gase, Flüssigkeiten und Feststoffe aus einem Bearbeitungsraum der Bearbeitungsvorrichtung, an die ein Abführkanal angeordnet ist, mit einer ersten Abscheidestufe zum Abscheiden der Gase aus dem Medienstrom und einer zweiten Stufe zur Abscheidung der Feststoffe aus der Flüssigkeit durch Vorfilter und Absetzbecken.
Damit möglichst ressourcenschonend und effizient sowie homogen Gase von Flüssigkeiten und Feststoffen getrennt werden, umfasst die Abscheidevorrichtung als erste Abscheidestufe einen Trichter, der sich in Richtung der Gravitation, also „nach unten“, vergrößert und vom Mediengemisch in Gravitationsrichtung, also „von oben nach unten“ durchströmt wird. Somit werden effizient Feststoffe und Aerosole aus einem Gasstrom abgetrennt.
Um Feststoffe möglichst einfach und effizient aus der Flüssigkeit herauszulösen, ist bevorzugt unterhalb des Trichters ein Grobfilter oder Vorfilter zum Auffangen der flüssigen und festen Bestandteile des Medienstromes angeordnet, der grobe Feststoffe aufhält und die flüssigen passieren lässt. Bevorzugt sind möglichst weit oberhalb des unteren, weiteren Trichterrandes Öffnungen angebracht, durch welche die gasförmigen Anteile des Medienstromes entgegen der Gravitationsrichtung abgeführt werden, nachdem diese um 180° am unteren Trichterrand umgelenkt wurden.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung Absetzbecken mit mehreren Kammern, wobei Übergangsöffnungen aus einer Kammer in die folgende Kammer des Absetzbeckens auf unterschiedlichem Niveau ausgebildet sind, so dass nacheinander sowohl aufschwimmende wie auch absinkende Feststoffe in den entsprechenden Kammern zurückhaltbar sind.
Um eine effiziente Reinigung des Gasstroms zu erreichen, sind weiter bevorzugt Gaskanäle zur weiteren Behandlung des Gasstromes räumlich oberhalb des Flüssigkeitsreservoirs bzw. des Absetzbeckens so angeordnet und ausgebildet, dass im weiteren Verlauf der Behandlung des Gasstromes noch abgeschiedene Aerosole und Feststoffe allein durch die Gravitationswirkung durch entsprechende Kanäle in den Flüssigkeitsvorrat und das Absetzbecken zurückführbar sind.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Vorrichtung einschließlich des Bearbeitungsraumes der Bearbeitungsvorrichtung mit einem Schutzgas gefüllt und gegenüber dem Umgebungsdruck mit einem leichten Überdruck beaufschlagt, um ein Eindringen von Luft zu verhindern, wobei der Überdruck durch einen im Kreislauf des Systems angebrachten Drucksensor überwacht wird und so über eine Steuerung und ein daran angeschlossenes Magnetventil das Gasvolumen und damit der Druck im System auf einen einstellbaren Wert regelbar ist, wobei weiter bevorzugt ein Druckgasbehälter mit einem geeigneten Druckminderer zur Gasbevorratung angeordnet ist, wobei insbesondere ein Sicherheitsventil vorgesehen ist, um unzulässig hohe Drücke im Kreislaufsystem im Falle von Störungen oder Fehlfunktionen des Druckreglers oder des Magnetventils zu verhindern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungsfiguren
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Trennung und Aufbereitung von Mediengemischen aus Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen.
Beschreibung der Ausführungsarten
Die Fig. 1 zeigt in abstrahierter Darstellung eine Vorrichtung zum Erfassen, Trennen und Aufbereiten von Mediengemischen aus Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen. Um eine möglichst vollständige Wiederverwendung der Kühl-Schmierflüssigkeit zu gewährleisten, wird diese erst in der durch die Erfindung beschriebenen Vorrichtung aus dem Luftstrom abgetrennt, grob gefiltert, durch ein Absetzbecken geleitet und schließlich durch einen Feinfilter abgereinigt und wieder dem Produktionsprozess zugeführt. Parallel dazu wird auch der Luftstrom soweit von Nässe und Schwebteilchen befreit, dass er über einen herkömmlichen (Trocken-)Staubsauger als Saugvorrichtung 14 erfasst und an die Umgebung abgeführt werden kann.
Die Fig. 1 zeigt in abstrahierter Weise in einer Schnittansicht das System aus Bearbeitungsraum 1 einer Bearbeitungsvorrichtung, wie es beispielsweise eine motorisch angetriebene und manuell bediente Schleif- oder Polierscheibe, Säge oder Bohrmaschine ebenso sein kann, wie mehrachsige automatisierte Werkzeugmaschinen oder 3D-Drucker. Dieser Bearbeitungsraum 1 ist vorzugsweise gegenüber der Umgebung luftdicht abgeschlossen. Dies hat den Vorteil, dass der Bearbeitungsraum 1 entweder mit Unterdruck, oder wenn sauerstoffempfindliche Werkstoffe bearbeitet werden sollten, alternativ mit Überdruck unter Schutzgasatmosphäre, hier insbesondere Argon oder Stickstoff, beaufschlagt werden kann. Mit Unterdruck wird gearbeitet, wenn vorrangig die Umgebung vor Prozessausdünstungen geschützt werden soll, mit Überdruck dann, wenn vorrangig das Werkstück oder die Kühlschmierstoffe vor eindringender Luft bzw. Luftsauerstoff zu schützen sind. Des Weiteren kann die Aufrechterhaltung einer Schutzgasatmosphäre auch dann sinnvoll sein, wenn feuergefährliche Kühlschmierstoffe (wie z.B. Ethanol bei der Zerspanung von Aluminiumwerkstoffen) zum Einsatz kommen.
An dem Bearbeitungsraum ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erfassen, Trennen und Aufbereiten von feststoffbelasteten Kühlschmierstoffen montiert. Am niedrigsten Punkt des Bearbeitungsraums ist eine gemeinsame Abführöffnung mit einem anschließenden Abführkanal 2 angeordnet, mit einer ersten Abscheidestufe 3 zum Abscheiden der Gase aus dem Medienstrom und einer zweiten Stufe zum Abscheiden der Feststoffe aus der Flüssigkeit durch Vorfilter 4 und Absetzbecken 6. Die Abscheidevorrichtung als erste Abscheidestufe umfasst einen Trichter 3, der sich in Richtung der Gravitation, also nach unten vergrößert und vom Mediengemisch in Gravitationsrichtung, also von oben nach unten, durchströmt wird. Unterhalb des Trichters als erste Abscheidestufe ist als Vorfilter 4 ein Grobfilter zum Auffangen von groben, festen Bestandteilen aus dem flüssigen Medienstrom angeordnet. Oberhalb des Trichterrandes sind Öffnungen 15 angeordnet, durch welche die gasförmigen Anteile des Medienstroms entgegen der Gravitationsrichtung abgeführt werden. Diesen Öffnungen schließen sich zahlreiche Umlenkungen in labyrinthartiger Struktur 12 an, so dass der Gasstrom beschleunigt und abgebremst wird und weitere Feststoffe aus dem Gasstrom in das Absetzbecken 6 abgeführt werden können. Das Absetzbecken 6 umfasst mehrere Kammern, wobei die letzte Kammer einen Pumpensumpf 7 bildet. Die einzelnen Kammern sind mit Übergangsöffnungen 16, 17 auf unterschiedlichem Niveau ausgebildet, so dass nacheinander sowohl aufschwimmende wie auch absinkende Feststoffe in den entsprechenden Kammern zurückhaltbar sind.
Das Gaslabyrinth umfasst Kammern 12 zur weiteren Behandlung des Gasstromes räumlich oberhalb des Absetzbeckens 6, das ein Flüssigkeitsreservoir bildet, mit einem Pegelstand 5. Somit können im weiteren Verlauf der Behandlung des Gasstromes noch abgeschiedene Aerosole und Feststoffe durch die Gravitationswirkung und die entsprechenden Kanäle 18 in dem Flüssigkeitsvorrat 5 zurückgeführt werden. Aus dem Pumpensumpf 7 wird die Flüssigkeit über einen Feinfilter 8 von einer Pumpe 9 und über einen nachgeschalteten Wärmetauscher 11 zurück in den Bearbeitungsraum 1 geleitet, so dass sich ein Kreislauf des Systems schließt. Mit dieser Flüssigkeit, die als Kühlschmiermittel dient, wird zum einen das Werkstück und das Werkzeug gekühlt, sowie die bei der Bearbeitung anfallenden Späne und Stäube zur gemeinsamen Abführöffnung geführt.
Der Gasstrom wird durch eine labyrinthartige Vorrichtung mit Umlenkungen, also in Form eines Labyrinths 12 zu einem Abluftfilter 13 geführt, so dass mittels einer Saugvorrichtung 14, die insbesondere auch ein herkömmlicher Staubsauger sein kann, das Gas entweder in die Umgebung ableitet oder in einem geschlossenen Kreislauf mit dem Bearbeitungsraum 1 geführt, insbesondere dann, wenn beispielsweise der Gasstrom aus einem unter Überdruck stehenden Schutzgas besteht.
Die Funktion ist wie folgt: Der Medienstrom aus Luft, Feststoffen und Flüssigkeiten wird zunächst aufgefächert mittels einer ersten Abscheidestufe 3, um die Strömungsgeschwindigkeit so weit zu reduzieren, dass im Luftstrom mitgerissene Partikel und Aerosole größtenteils ausfallen, und sich auf dem Vorfilter 4 niederschlagen. Der Luftstrom wird am Ende des Trichters um 180° gegen die Schwerkraft umgelenkt und mit geringer Geschwindigkeit nach oben zur weiteren Aufbereitung mit Umlenkungen 12 und einem Abluftfilter 13 abgeführt.
Dabei ist der Luftweg so gestaltet, dass der Luftstrom möglichst geringe Strömungsgeschwindigkeiten aber gleichzeitig zahlreiche Umlenkungen 12 in Form eines Labyrinths erfährt, um noch im Luftstrom vorhandene Aerosole und Stäube noch vor Erreichen des nässetoleranten Abluftfilters 13 abzuscheiden. Hierzu sind labyrinthartige Strukturen als Umlenkungen 12 in den Luftstrom eingebracht, welche in einer möglichen Ausführungsvariante auch gekühlt werden können, um im Gasstrom vorhanden Dampf zu kondensieren und dem Flüssigkeitsvorrat zuzuführen.
Die abgetrennten Flüssigkeitsanteile sickern – getrieben durch die Schwerkraft – durch den Vorfilter 4 und gelangen in das mehrteilige Absetzbecken 6, in dem noch möglichst große Anteile der Schwebstoffe abgeschieden werden. Schließlich gelangt die Flüssigkeit in den Pumpensumpf 7, in dem besonders bevorzugt auch der Pegelstand 5 – bevorzugt berührungslos über einen Ultraschall-Sensor 10 – gemessen und überwacht wird. Von dort wird die noch mit sehr feinen Schwebteilchen belastete Flüssigkeit abgesagt, durch einen Feinfilter 8 gefördert und die vollständig gereinigte Flüssigkeit mittels einer Pumpe 9 in den Produktionsprozess im Bearbeitungsraum 1 zurück gepumpt. In dieser Leitung kann noch ein Wärmetauscher 11 integriert sein, der die Flüssigkeit kühlt.
Diese Kühlung ist auch deshalb besonders vorteilhaft, da sie die Verdunstung gerade von wässrigen oder alkoholhaltigen Medien auf ein Minimum zu reduziert. Des Weiteren ist es vorteilhaft, nicht benötigte Kühl-Schmierflüssigkeit, insbesondere auch in Zeiten, in denen keine aktive Zerspanung stattfindet, in den Absaugschlauch 2 einzusprühen, um ein Verbacken von in den Medien enthaltenen Feststoffen zu vermeiden, bzw. bereits angelagerte Feststoffe abzuspülen und in die Abscheidereinheit abzuführen. Die Abscheidereinheit ist weitgehend luftdicht aufgebaut, so dass während des Betriebes darin ein leichter Unterdruck herrscht.
Ein wichtiges Kennzeichen dieser Erfindung ist dabei, dass nach dem Auftrennen von Gasen und Flüssigkeiten und Feststoffen die beiden Medienströme so getrennt geführt werden, dass im weiteren Verlauf der Flüssigkeitsaufbereitung keine oder nur noch minimale Gasbewegungen an der Flüssigkeitsoberfläche zu beobachten sind.
Alle Figuren zeigen lediglich schematische nicht maßstabsgerechte Darstellungen. Im Übrigen wird insbesondere auf die zeichnerische Darstellungen für die Erfindung als Wesentlich verwiesen.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Erfassen, Trennen und Wiederaufbereiten von feststoffbelasteten Kühlschmierstoffen aus einer Bearbeitungsvorrichtung, wobei ein Medienstrom aus Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen gemeinsam in einem Bearbeitungsraum (1) einer Bearbeitungsvorrichtung in einer Abführöffnung erfasst wird und gemeinsam durch einen Abführkanal (2) abgeführt wird, wobei in einer ersten Abscheidestufe (3), Gase von den Flüssigkeiten und Feststoffen getrennt werden und in einer zweiten Stufe mittels Vorfilter (4) und Absetzbecken (6) die Flüssigkeit von den Feststoffen getrennt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der in der ersten Abscheidestufe (3) abgetrennte flüssige und feste Medienstrom durch mehrere Absetzbecken (6) in der zweiten Stufe getrieben wird, wobei Übergangsöffnungen (16, 17) zwischen den einzelnen Kammern des Absetzbeckens (6) in verschiedenen Höhen ausgebildet sind, um sowohl aufschwimmende, wie absinkende Feststoffe gleichermaßen abzuscheiden, wobei insbesondere der Medienstrom mit Flüssigkeiten und Feststoffen nach der Abtrennung aus dem Gasstrom in der ersten Abscheidestufe (3) einen Vorfilter (4) passiert, weiter bevorzugt er durch mindestens zwei Absetzbecken (6) getrieben wird und das vorgereinigte flüssige Medium(7) mittels einer nachgeschalteten Pumpe (9) durch einen Feinfilter (8) gefördert wird und anschließend in den Bearbeitungsraum (1) der angeschlossenen Bearbeitungsvorrichtung zurückgeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Abscheidestufe (3) die Geschwindigkeit des Medienstroms in einem ersten Abschnitt mit einer Bewegungsrichtung in Richtung der Gravitation bis zur Abscheidekante der ersten Abscheidestufe stark verlangsamt wird, und anschließend um 180° umgelenkt und entgegen der Gravitation abgeführt wird, wobei die im Gasstrom enthaltenen Aerosole und Feststoffe bei der Umlenkung des Medienstromes ihre Bewegung beibehalten und zu einem größtmöglichen Anteil auf den Vorfilter (4) herab fallen und damit aus dem Gasstrom abgetrennt werden, wobei insbesondere der Gasstrom vor, oder weiter bevorzugt nach der Saugvorrichtung (14) gekühlt oder aufgeheizt wird und weiter bevorzugt wieder dem Bearbeitungsraum der Bearbeitungsvorrichtung zugeführt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom in einem weiteren Abschnitt durch eine labyrinthartige Vorrichtung geführt wird, in der durch mehrmalige Umlenkung des Gasstroms weitere Aerosol- und Feststoffanteile abgeschieden und in das Absetzbecken zurückgeführt werden, wobei im letzten Abschnitt der Gasstrom über einen Abluftfilter (13), mittels einer Saugvorrichtung (14) aus der Abscheidevorrichtung abgesaugt wird, wobei insbesondere der labyrinthartige Abschnitt (12), bevorzugt mittels einer Wärmetauschervorrichtung oder Peltierelementen gekühlt wird, wodurch im Gasstrom enthaltener Dampf wenigstens teilweise kondensiert und vorzugsweise in den Flüssigkeitsvorrat (6) zurückgeführt wird, wobei weiter bevorzugt die gereinigte Flüssigkeit im Zuführkanal zum Bearbeitungsraum (1), insbesondere nach dem Feinfilter (8), besonders bevorzugt mittels einer Wärmetauschervorrichtung oder einer Anordnung von Peltier-Elementen, gekühlt wird.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Trennung von gasförmigen und nicht gasförmigen Bestandteilen des Medienstromes (3) der gasförmige Anteil durch Trennwände so vom restlichen Medienstrom getrennt geführt wird, so dass im weiteren Verlauf über dem Flüssigkeitsspiegel (5) möglichst keine Gasbewegungen stattfinden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die gereinigte Kühl-Schmierflüssigkeit während der laufenden Zerspanung teilweise und in Zerspanungspausen im Wesentlichen vollständig direkt in die Absaugöffnung des Bearbeitungsraumes (1) der Bearbeitungsvorrichtung eingesprüht wird, um die Ablagerung von Schlamm im Abführkanal (2) zu verhindern, wobei insbesondere im Absetzbecken, besonders bevorzugt direkt in der letzten Kammer des Absetzbeckens bzw. an der Saugstelle (7) der Vorrat von Flüssigkeit mittels eines Sensors, besonders bevorzugt mittels eines Ultraschall-Entfernungsmessers, überwacht wird und bedarfsabhängig Flüssigkeit aus einem externen Vorratsspeicher ergänzt wird, wobei bevorzugt der Bearbeitungsraum der Bearbeitungsvorrichtung und die Vorrichtung zum Erfassen und Wiederaufbereiten von feststoffbelasteten Kühlschmierstoffen als System mit einem Schutzgas, beispielsweise Argon oder Stickstoff, gefüllt ist, und dieses im Kreislauf geführt wird, wobei das gesamte System gegenüber dem Umgebungsdruck einen leichten Überdruck aufweist, um ein Eindringen von Luft zu verhindern.
  7. Vorrichtung zum Erfassen, Trennen und Wiederaufbereiten von feststoffbelasteten Kühlschmierstoffen aus einer ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 ausführenden Bearbeitungsvorrichtung, mit einer Abführöffnung zur gemeinsamen Erfassung eines Medienstroms umfassend Gase, Flüssigkeiten und Feststoffe aus einem Bearbeitungsraum der Bearbeitungsvorrichtung, an die ein Abführkanal angeordnet ist, mit einer ersten Abscheidestufe (3) zum Abscheiden der Gase aus dem Medienstrom und einer zweiten Stufe zur Abscheidung der Feststoffe aus der Flüssigkeit durch Vorfilter (4) und Absetzbecken (6).
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidevorrichtung als erste Abscheidestufe (3) einen Trichter umfasst, der sich in Richtung der Gravitation, also „nach unten“, vergrößert und vom Mediengemisch in Gravitationsrichtung, also „von oben nach unten“ durchströmt wird.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Trichters als erste Abscheidestufe (3) ein als Vorfilter (4) ausgebildeter Grobfilter zum Auffangen der flüssigen und festen Bestandteile des Medienstromes angeordnet ist, und möglichst weit oberhalb des unteren (weiten) Trichterrandes Öffnungen (15) angebracht sind, durch welche die gasförmigen Anteile des Medienstromes entgegen der Gravitationsrichtung abgeführt werden.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Absetzbecken mehrere Kammern umfasst, wobei die Übergangsöffnungen (16, 17) aus einer Kammer in die folgende Kammer des Absetzbeckens (6) auf unterschiedlichem Niveau ausgebildet sind, so dass nacheinander sowohl aufschwimmende, wie auch absinkende Feststoffe in den entsprechenden Kammern zurückhaltbar sind, wobei insbesondere Gaskanäle (12) zur weiteren Behandlung des Gasstromes räumlich oberhalb des Flüssigkeitsreservoirs bzw. des Absetzbeckens (6) so angeordnet sind, so, dass im weiteren Verlauf der Behandlung des Gasstromes noch abgeschiedene Aerosole und Feststoffe allein durch die Gravitationswirkung durch entsprechende Kanäle (18) in den Flüssigkeitsvorrat zurückführbar sind, wobei bevorzugt die Vorrichtung einschließlich des Bearbeitungsraumes der Bearbeitungsvorrichtung mit einem Schutzgas gefüllt ist und gegenüber dem Umgebungsdruck ein leichter Überdruck herrscht, um das Eindringen von Luft zu verhindern, wobei der Überdruck durch einen im Kreislauf des Systems angebrachten Drucksensor überwacht wird und so über eine Steuerung und ein daran angeschlossenes Magnetventil das Gasvolumen und damit der Druck im System auf einen einstellbaren Wert regelbar ist, weiter bevorzugt ist ein Druckgasbehälter mit einem geeigneten Druckminderer zur Gasbevorratung angeordnet, wobei insbesondere ein Sicherheitsventil vorgesehen ist, um unzulässig hohe Drücke im Kreislaufsystem im Falle von Störungen oder Fehlfunktionen des Druckreglers oder des Magnetventils zu verhindern.
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