DE10020974A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Filtrierung und Trocknung von Feststoffpartikeln aus Flüssigkeiten - Google Patents

Abstract

In einem Gehäuse (1) ist eine durch einen Motor (5) angetriebene Hohlwelle (3) drehbar gelagert. Mit der Welle (3) ist ein Druckbehälter (6) starr verbunden. An der Welle (3) ist innerhalb des Behälters (6) ein Filter, bestehend aus mehreren kerzenförmigen Filterelementen (9), montiert. Die zu filtrierende Flüssigkeit wird einem oberen Hohlraum (19) der Welle (3) durch einen Zuführring (18) zugeführt und tritt durch Querbohrungen (20) in den Behälter (6) aus. Nach Passieren des Filters (9) tritt die gereinigte Flüssigkeit durch Bohrungen (10) der Hohlwelle (3) durch einen Abflussring (12) aus. Zum Reinigen des Filters wird zunächst die Restflüssigkeit im Behälter (6) mit Druckluft über die Filter ausgepresst. Anschließend wird das an den Filterkerzen (9) haftende Filtrat durch Rotieren der Welle (3) abgeschleudert und mittels Zufuhr von Druckluft oder Reinöl zu Reinigungsdüsen (38) zum Behälterboden befördert. Ein Auslassring (7) wird leicht angehoben und das Filtrat an der Behälterwand trockengeschleudert. Nach vollständigem Öffnen des Rings (7) wird das getrocknete Filtrat durch den Spalt zwischen Ring (7) und Behälterboden (8) abgeschleudert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Filtrieren von Flüs­ sigkeiten. Insbesondere Maschinen für das Schleifen, funken­ erosive Erodieren und andere Arten der Metallbearbeitung, bei denen der Abtragsprozess mit Öl oder Emulsion gekühlt werden muss, sind gewöhnlich mit einer Kühlmittelaufbereitungsanlage ausgerüstet, welche die Aufgabe hat, das aus dem Arbeitsraum konimende Kühlmittel von Feststoffpartikeln, z. B. Metallspänen und Schleifscheibenabrieb, zu reinigen und anschliessend dem Prozess wieder zuzuführen. Bei Prozessen mit hoher Abtragsra­ te werden bis zu 200 Litern/min gereinigten Kühlmittels unter hohem Druck in die Maschine geleitet. Aber auch bei anderen Prozessen stellt sich häufig die Aufgabe, mit hoher Effizi­ enz, Qualität und Verfügbarkeit Feststoffpartikel aus Flüs­ sigkeiten auszuscheiden, wobei ein möglichst trockenes Fil­ trat und eine hohe Lebensdauer des Filters angestrebt werden.

Auf dem hier vorzugsweise betrachteten Gebiet des Filtrierens von Kühlmitteln für spanabhebende Werkzeugmaschinen werden zur Reinigung des Kühlmittels von Spänen und anderen im Pro­ zess verursachten Verunreinigungen zumeist Zentrifugen oder Filteranlagen mit Band- oder Spaltfiltern oder andersartigen Filterelementen eingesetzt.

Die bekannten Zentrifugen haben den Vorteil, kein Filter zu benötigen und Dank des Schleuderns einen niedrigeren Rest­ flüssigkeitsgehalt des Austrags als die bekannten Filterag­ gregate zu ermöglichen. Ihre Filterleistung ist jedoch wegen der begrenzten Beherrschbarkeit von Zentrifugengrösse und -drehzahl bei hohen Reinheitsanforderungen auf Durchsatzmengen beschränkt, die für Prozesse mit hoher Literleistung nicht mehr ausreichen.

Die Grenzen der bekannten Bandfilteranlagen für hohe Liter­ leistung und Filtrierqualität liegen in ihrem hohen Platzbe­ darf, der Beherrschbarkeit von Flüssigkeiten mit Feststoff­ partikeln unterschiedlicher Konsistenz und Grösse hinsicht­ lich Filterverstopfung und dem hohen Restflüssigkeitsgehalt, der bei diesbezüglich höhen Anforderungen ein anschliessendes separates Trocknen des Filtrats erforderlich macht.

Bei den bekannten Filteraggregaten mit kerzenförmigen Fil­ terelementen kann auch bei geringem Platzbedarf und hohem Reinheitsanspruch eine hohe Literleistung erzielt werden, wo­ bei die Filterkerzen eine hohe Lebensdauer aufweisen. Je nach Art und Konsistenz des Filtrats entstehen jedoch während der Regenerierung des Filters Probleme bei der Ablösung des Fil­ trats von der Filteroberfläche und dem Austrag des Filtrats aus dem Druckbehälter. Zudem hat auch hier das Filtrat einen zu hohen Restflüssigkeitsgehalt und muss vor der Entsorgung in einem zusätzlichen Prozessschritt getrocknet werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, bei welcher bei geringem Raumbedarf und hoher Literleistung die Flüssigkeit effizient gereinigt werden und das Filtrat getrocknet werden kann. Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination der Ansprüche gelöst. Erfindungsgemäss sind die Funktionen

• - Filtrieren
• - Regenerierung des Filters und
• - Trocknung des Filtrats

in einem einzigen Aggregat erfüllt, wobei die filtrierte Flüssigkeit, die verunreinigte Restflüssigkeit des Filtrats und das getrocknete Filtrat die Anlage voneinander getrennt durch separate Ausgangsöffnungen verlassen. Die erfindungsge­ mässe Lösung wird nachfolgend an zwei Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch das Filteraggregat nach Varian­ te A,

Fig. 2 den Schnitt durch ein Filterelement,

Fig. 3 einen Schnitt durch den Auslassring von Variante A,

Fig. 4 einen Schnitt durch das Filteraggregat nach Varian­ te B mit der Filtertrommel in oberster Stellung, und

Fig. 5 einen Schnitt durch das Filteraggregat nach Varian­ te B mit der Filtertrommel in unterster Stellung.

Im Gehäuse 1 des in Fig. 1 schematisch dargestellten Filte­ raggregats 2 ist die Hohlwelle 3 drehbar um die Achse 4 durch den Motor 5 antreibbar gelagert. Im Inneren des Gehäuses 1 befindet sich die als Druckbehälter ausgebildete Filtertrom­ mel 6, die mit der Hohlwelle 3 fest verbunden ist. Zwischen der Aussenwand der Filtertrommel 6 und deren Boden 8 befindet sich der Auslassring 7, mittels dessen die Filtertrommel 6 zum Austrag des Filtrats geöffnet werden kann. Sternförmig auf der Hohlwelle 3, in mehreren übereinander liegenden Ebe­ nen montiert, befinden sich im Inneren der Filtertrommel 6 die Filterkerzen 9, die durch Bohrungen 10 in der Wand der Welle 3 mit deren unterem Hohlraum 21 verbunden sind.

Die Filterkerzen 9 in Fig. 2 bestehen im hier dargestellten Ausführungsbeispiel aus Paketen aufeinandergeschichteter zu­ sammengepresster und auf längs geschlitzte oder mit Löchern versehene Rohre 14 aufgefädelter Papierrondellen 15. Anstelle dieser Spaltfilter sind auch andere kerzenförmige rückspühl­ bare Filterelemente denkbar. Die an einem Ende verschlossenen Rohre 14 sind am anderen Ende mit einem Gewinde 16 versehen, über das sie mit der Hohlwelle 3 verschraubt sind.

Während des Filtrierens wird über den Schlauch 17, den Zu­ führring 18, den oberen Hohlraum 19, die Wandbohrungen 20 der Hohlwelle 3 und die Rohre 33 unfiltrierte Flüssigkeit in die stillstehende geschlossene Filtertrommel 6 gepumpt, die nach Passieren der Filterkerzen 9 und des unteren Hohlraums 21 der Welle 3 das Filteraggregat über den Abflussring 12 und den Schlauch 13 als filtrierte Flüssigkeit verlässt.

In periodischen Zeitabständen wird der Filtrierprozess zur Reinigung der Filterkerzen 9 und zum Trocknen und Austragen des Filtrats unterbrochen. Mittels Druckluftzufuhr am Ein­ lassstutzen 11 durch den Zuführring 18 und den oberen Hohl­ raum 19 der Welle 3 in die Filtertrommel 6 wird die Flüssig­ keit durch die Filterkerzen 9 aus der Filtertrommel 6 ge­ presst. Nach Entleeren der Filtertrommel 6 wird der als Ven­ tilschieber ausgebildete Pneumatikringkolben 22 des in Fig. 3 detailliert dargestellten Auslassrings 7 entlastet, so dass er mittels der Federn 31 um einige Hundertstel Millimeter von der Bodenplatte 8 abgehoben wird, und die Filtertrommel 6 wird in Rotation versetzt. Durch die so entstehende Flieh­ kraft wird an den Filterkerzen 9 haftendes Filtrat abgelöst und mittels aus den Düsen 38 austretender Druckluft oder Reinöl oder über die Bohrungen 20 und Rohre 33 eingeleiteter Flüssigkeit zum Boden 8 der Filtertrommel 6 befördert, wo es trockengeschleudert wird, wobei die in der Filtertrommel 6 noch vorhandene Restflüssigkeit durch den Ringspalt zwischen dem Ringkolben 22 und dem Trommelboden 8 aus der Filtertrom­ mel 6 entweicht und über die Bohrung 23 und das Auffangblech 24 zu der unfiltrierten Flüssigkeit zurückgeführt wird. Die Regenerierung des Filters wird unterstützt durch über die Zu­ führung 34 in den unteren. Hohlraum 21 der Welle 3 geleitete Druckluft oder Reinöl, welche die Filterkerzen 9 von innen nach aussen durchströmen.

Nach dem Trocknen des Filtrats wird mittels Druckbeaufschla­ gung des Ringkolbens 25 (Fig. 3) durch die Druckluftleitung 32 der Sperrring 26 samt Ringkolben 22 gegen den Druck der Feder 27 angehoben und dadurch die Austrittsöffnung für das trocke­ ne Filtrat freigegeben, das bei Filterwänden der Filtertrom­ mel 6 durch die Öffnungen 28 in der Bodenplatte 29 des Gehäu­ ses 1 in den Filtratbehälter 30 fällt.

Das Ausführungsbeispiel nach Variante B des erfindungsgemä­ ssen Filteraggregats in Fig. 4 besteht aus einem Gehäuse (41) mit einer in ihm drehbar und axial verschiebbar gelager­ ten Welle (42) und einer mit ihr fest verbundenen Filtertrom­ mel 43. Der im Inneren der Filtertrommel 43 auf der Welle 42 axial verschiebbar und drehbar gelagerte Filterträger 44 trägt an seinem äusseren Umfang die sternförmig in übereinan­ derliegenden Ebenen angeordneten, fest mit ihm verschraubten Filterkerzen 45 und die Druckluftdüsen 69, 70, die mit der inneren Ringkammer 46 in Verbindung stehen, welche beim Rei­ nigen der Filtertrommel 43 über die Rohrleitung 71, den Zu­ führring 47 und die Bohrungen 48 in der Welle 42 mit Druck­ luft versorgt wird. Die äussere Ringkammer 49 des Filterträ­ gers 44 ist mittels der Querbohrungen 50, der axialen Bohrung 51 der Welle 42 und des Abflussrings 52 mit dem Abflussrohr 53 verbunden.

Zum Filtrieren der Flüssigkeit wird die Filtertrommel 43 mit­ tels des Stellzylinders 54 und des Hebels 55 in die oberste Stellung gebracht, in der sie am oberen Bund des Gehäuses 41 dichtend anliegt und über das Zuflussrohr 56 mit zu filtrie­ render Flüssigkeit beschickt wird. In dieser Stellung ruht der Filterträger 44 mit seinem Flansch 57 auf dem Innenkonus 58 der Filtertrommel 43 und verschliesst deren Austrittsöff­ nungen 59, so dass die Flüssigkeit die stehende Filtertrommel 43 nur über die Filterkerzen 45 verlassen kann, wobei das Filtrat in der Filtertrommel 43 verbleibt.

Die Reinigung des Filters und Entsorgung des Filtrats beginnt mit der Sperrung der Flüssigkeitszufuhr und dem Abpressen der in der Filtertrommel 43 befindlichen Flüssigkeit mittels über die Druckluftleitung 60 in die Filtertrommel 43 geleiteter Druckluft, wobei die Flüssigkeit bis auf einen Flüssigkeits­ rest über dem Flansch 57 durch die Filterkerzen entweicht. Nach Entleerung der Filtertrommel 43 wird diese mittels Stellzylinder 54 und Hebel 55 um ca. 1,5 Millimeter so weit abgesenkt, dass sie das Gehäuse 41 nicht mehr berührt, und mittels des Motors 61 in Rotation versetzt, wobei infolge der Fliehkraft das an den Filterkerzen 45 haftende Filtrat abge­ schleudert wird und die Restflüssigkeit die Filtertrommel 43 durch die mittels Fliehkraft geöffneten Austrittsbohrungen 62 verlässt und über die Rinne 63 und den Abfluss 64 der unfil­ trierten Flüssigkeit zugeführt wird. Auch hier wird die Rege­ nerierung des Filters mittels aus der äusseren Ringkammer 49 von innen nach aussen durch die Filterkerzen 45 gepresste Druckluft oder Reinöl unterstützt.

Nach dem Abschleudern des Filtrats von den Filterkerzen 45 und der Beseitigung der Restflüssigkeit aus der Filtertrommel 43 wird diese mittels des Stellzylinders 54 und Hebels 55 um einige weitere Millimeter so tief abgesenkt, dass die Verbin­ dung zwischen dem Innenkonus 58 der Filtertrommel 43 und dem Flansch 57 des Filterträgers 44 einen Spalt weit geöffnet ist und der Filterträger 44 mit der Kegelfläche seines unteren Hohlschaftendes 65 auf dem als Kupplung ausgebildeten Stütz­ kegel 66 des Gehäuses 41 aufliegt und von diesem gegen Rota­ tion gebremst und getragen wird. In dieser Stellung wird die Filtertrommel 43 bei stehendem Filterträger 44 auf eine er­ höhte Rotationsgeschwindigkeit gebracht und das in ihr be­ findliche Filtrat trockenzentrifugiert.

Nach dem Zentrifugieren des Filtrats wird die Filtertrommel 43 mittels des Stellzylinders 54 und des Hebels 55 in die in Fig. 5 dargestellte unterste Stellung abgesenkt, in welcher der Durchtritt zwischen dem Flansch 57 des Filterträgers 44 und dem Innenkonus 58 der Filtertrommel 43 maximal geöffnet ist und das getrocknete Filtrat mittels aus den Druckluftdü­ sen 69 ausströmender Druckluft bei langsamer Rotation der Filtertrommel 43 von deren Wand gelöst und durch die Öffnun­ gen 59 und 67 in der Filtertrommel 43 bzw. dem Gehäuse 41 in den Filtratbehälter 68 befördert wird. Die Druckluftdüse 70 dient zum Reinigen der Austrittsöffnungen 62 der Filtertrom­ mel 43 von allfälligen Filtratrückständen.

Claims (10)

1. Verfahren zum Filtrieren von Flüssigkeiten, wobei die un­ filtrierte Flüssigkeit im Inneren eines Druck-Behälters (6, 43) in der Weise durch ein Filter mit mehreren Filterkerzen (9, 45) gepresst wird, dass das Filtrat im Behälter zurück­ bleibt und in periodischen Zeitabständen daraus entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionen Filtrieren, Reinigen des Filters und Trocknen des Filtrats in derselben Vorrichtung zusammengefasst sind, wobei bei der Reinigung des Filters das an den Filterkerzen (9, 45) haftende Filtrat mit­ tels Rotation des Filters abgelöst wird und das Trocknen des Filtrats durch Zentrifugieren des Filtrates erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Behälterwand haftendes Filtrat mittels eines Druckme­ diums abgelöst wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (6, 43) beim Reinigen der Filterkerzen und beim Zentrifugieren des Filtrats mit unterschiedlichen Dreh­ zahlen rotiert.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, dass vor dem Zentrifugieren des Filtrats ein Auslassspalt für die Restflüssigkeit mittels eines Huborgans geöffnet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, dass während des Abschleuderns des Filtrats von den Filterkerzen (45) und des Zentrifugierens des Filtrats Auslassöffnungen (62) für die Restflüssigkeit automatisch durch Fliehkraft geöffnet werden.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend einen Druck-Behälter (6, 43), in welchem ein Filter mit mehreren Filterkerzen (9, 45) angeordnet ist, wobei dem Behälter (6, 43) über die Zuführ­ leitung (19, 56) die zu filtrierende Flüssigkeit zufügbar ist und die Filterkerzen (9, 45) mit einer Abflussleitung (13, 53) für die filtrierte Flüssigkeit verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass im Behälter (6, 43) eine mit dem Behäl­ ter (6, 43) verbundene, motorisch antreibbare Hohlwelle (3, 42) angeordnet ist, mittels welcher sowohl der Behälter (6, 43) als auch die Filter rotiert werden können, und dass am unteren Ende des Behälters (6, 43) eine Einrichtung (7, 57) zur Abfuhr des trockengeschleuderten Filtrates angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei am unteren Ende der Hohlwelle (3, 42) ein Abflussring (12, 52) für den Austrag der filtrierten Flüssigkeit angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Filterker­ zen (9) in sternförmiger Anordnung mit einem unteren Hohlraum (21) der Hohlwelle (3) verbunden sind und ein Zuführring (18) zur Beschickung des Behälters (6) über einen oberen Hohlraum (19) und Wandbohrungen (20) der Hohlwelle (3) mit der zu fil­ trierenden Flüssigkeit angeordnet ist, und wobei am unteren Ende des Behälters (6) ein Auslassring (7) mit einem inneren Ringkolben (22) für die Abführung der Restflüssigkeit und ei­ nem Sperring (26) für die Entfernung des getrockneten Filtra­ tes aus dem Behälter (6) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Hohlwelle (42) in einem Gehäuse (41) axial verschiebbar gelagert ist, wobei die Filterkerzen (45) auf einem auf der Hohlwelle (42) drehbar gelagerten Filterträger (44) montiert sind, der eine erste Ringkammer (49) zu Aufnahme und Weiterleitung der fil­ trierten Flüssigkeit über Bohrungen (51) der Hohlwelle (42) aufweist sowie eine zweite Ringkammer (46) zur Versorgung von Luftdüsen (69, 70) mit Druckluft, wobei ein Huborgan zum Ver­ schieben der Hohlwelle (42) in drei axiale Stellungen ange­ ordnet ist, nämlich in eine obere Stellung; in welcher der Behälter (43) mit einem Flüssigkeitseinlass (56) und einem Drucklufteinlass (60) verbunden ist und ein an einem Konus (58) des Behälters (43) aufliegender Flansch (57) des Filter­ trägers (44) den Behälter (43) verschliesst, in eine Zwi­ schenstellung, in welcher der Flansch (57) einen Spalt weit vom Konus (58) abgehoben und der Filterträger (44) mit einem rohrförmigen Ende (65) auf dem Gehäuse (41) aufliegt und in eine untere Endstellung, in welcher der Durchlass zwischen dem Konus (58) und dem Flansch (57) maximal geöffnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das rohrförmige Ende (65) mit einem Stützkegel (66) des Gehäuses (41) eine Brems­ kupplung bildet.