Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung
und Kompaktierung von mit fett- und/oder ölhaltigen Stoffen behaftetem
metallischem und/oder keramischem Gut, beispielsweise Drehspäne
und/oder Schleifschlämme.
Bei der spanabhebenden Bearbeitung oder dem Schleifen von
Werkstücken fallen große Mengen von Spänen oder Schlämmen an, die
mit Emulsionen oder mit Ölen vom Bearbeitungsprozeß benetzt sind. Das
Öl oder die Emulsion ist für den Bearbeitungsprozeß notwendig. Diese
Flüssigkeiten dienen zur Kühlung des Werkstücks und zum Abtransport
der anfallenden Späne. In den Filtern der Bearbeitungsmaschinen werden
die Späne von den Flüssigkeiten abgetrennt. Die Flüssigkeit selbst
verbleibt in der Bearbeitungsmaschine, während die Schlämme- und/oder
Späne aus den Filtern entfernt werden müssen.
Durch die große Oberfläche der Späne werden große Mengen an
Schmier- und Kühlflüssigkeit mit ausgetragen. Zur Reduzierung dieser
Flüssigkeitsverluste werden die Späne geschleudert oder ausgepreßt. Die
Flüssigkeit wird in den Kreislauf zurückgeführt, während der verbleibende
Rückstand entsorgt werden muß. Die Entsorgung dieser Späne und/oder
Schlämme bereitet aufgrund der ökologischen Verträglichkeiten
beachtliche Schwierigkeiten.
Durch die Kontamination der Späne und/oder Schlämme mit den
mineralischen Ölen, Estern, Glyzerinen, Emulgatoren, phosphorhaltigen
oder schwermetallhaltigen Additiven u. a. kann eine direkte Rückführung
dieser Wertstoffe in den Schmelzprozeß nicht unmittelbar veranlaßt
werden. Ein weiteres Hindernis ist die geringe Schüttdichte der Späne. Zur
problemlosen Entsorgung müßte eine Dekontamination und weitgehende
Kompaktierung der Späne und/oder Schlämme erfolgen.
In den bekannten Reinigungsverfahren erfolgt die Entfettung durch
Waschen, Pressen oder Schleudern. In thermischen Prozessen wurde die
Wärme durch indirekt-induktive, widerstandsbeheizte oder auch befeuerte
Wärmequellen aufgebracht.
Bekannt ist ein Verfahren zur Aufbereitung flüssigkeitsbehafteter
Metallspäne und -stäube, insbesondere von weicherem oder von
Leichtmetall bzw. Leichtmetallegierungen, wobei die Metallspäne und -
stäube gepreßt, hierbei Feststoffe und Flüssigkeiten voneinander getrennt
und die Feststoffe thermisch behandelt werden (DE 40 28 541 C1), wozu
beim Preßvorgang eine die Pressung begünstigende Temperatur
eingestellt und gehalten wird, Metallspäne und Metallstäbe zu
Metallgranulat als Feststoff stranggepreßt sowie nach dem Strangpressen
granuliert werden und danach unter Luftabschluß bei erhöhter Temperatur
von restlicher Flüssigkeit getrennt werden. Die zugehörige Vorrichtung
besteht aus einem Kollergang, der zumindest teilweise kapselbar und mit
einem erhitzten Gas beaufschlagbar ist, wobei sich unter der Vorrichtung
eine Matrize zum Pressen der Metallspäne und -stäube in Stränge und
unter der Matrize eine Einrichtung zum Zertrennen der aus der Matrize
austretenden Stränge befindet.
Bekannt ist weiterhin ein Verfahren zum Entfernen von schwer
verdampfbaren Kohlenwasserstoffen, insbesondere von Schneidöl
enthaltenden Metallspänen, durch indirekte Erwärmung des Gutes unter
Sauerstoffabschluß in einer vom Gut kontinuierlich durchlaufenden
Retorte, in die das Gut durch eine mit Schutzgas versorgte
Eintragsvorrichtung eingebracht und aus der es durch eine mit Schutzgas
versorgte Austragsvorrichtung wieder ausgebracht wird (DE 36 08 177 C1),
wozu das Gut in der Eintragsvorrichtung in einem Rohr durch einen
intermittierend wirkenden Stempel in axialer Richtung zu einem
gasdurchlässigen, das Rohr weitgehend ausfüllenden, Pfropfen verdichtet
wird und der Pfropfen nach Verlassen des Rohres und vor dem Eintritt des
Gutes in die Retorte wieder in einen fließfähigen Stoffstrom umgewandelt
wird. Die Eintragsvorrichtung weist ein Rohr mit einer Eintritts- und einer
Austrittsöffnung auf, wobei im Bereich der Eintrittsöffnung ein in
Achsrichtung des Rohres intermittierend bewegbarer Stempel angeordnet
ist, derart, daß er in seiner einen Stellung die Eintrittsöffnung freigibt und
bei seinem Eintauchen in das Rohr in diesem einen Pfropfen aus dem Gut
erzeugt und im Bereich der Austrittsöffnung ein in Richtung der Radachse
verschiebbares Widerlager für den Pfropfen angeordnet ist, das in seiner
einen Endstellung in der Nähe der Austrittsöffnung während des
Verdichtungshubs des Stempels stillsetzbar ist und das außerhalb dieser
Endstellung als eine Zerkleinerungsvorrichtung für den Pfropfen
angeordnet ist.
Weiterhin ist ein Verfahren zum Entfernen anhaftender Thermoplaste von
Metallteilen, insbesondere von Spinndüsen, bekannt, bei dem die
Metallteile elektrisch-induktiv erhitzt werden, wobei das Erhitzen in einer
reduzierenden oder inerten oder ggf. in einer oxidierenden
Gasatmosphäre erfolgt (DE 27 52 401 A1).
Schließlich ist ein Verfahren zur Entfettung und Reinigung von mit fett-
und/oder ölhaltigen Stoffen behaftetem Gut vorgeschlagen worden (DE 41 36 990 A1),
bei dem das zu reinigende Gut unter Vakuumbedingungen in
einer Prozeßkammer derart erwärmt wird, daß die Fette und/oder Öle in
Abhängigkeit ihres Aggregatzustandes vom Gut abtrennbar sind, wozu
das Gut in einem ersten Verfahrensschritt in ein Bad, das aus Fetten
und/oder Ölen besteht, eingebracht und/oder erwärmt wird. Die vom Gut
durch Wärmeeintrag abtrennbaren Dämpfe der Fette und/oder Öle werden
dann in einem mit der Prozeßkammer verbundenen Kondensator
niedergeschlagen und als Kondensat gesammelt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Verfahren und eine
Vorrichtung anzugeben, das, bzw. die die Reinigung, insbesondere die
Entfettung und die Kompaktierung von dem elektrisch leitfähigem,
metallischem und/oder keramischem Gut unter wirtschaftlich sinnvollen
Bedingungen ermöglicht und die dabei entstehenden Wertstoffe einer
Weiterverwertung zugeführt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine
Vakuumkammer mit einem Pumpstand und mindestens einem
Kondensator, einem Trog und einem Preßstempel verwendet wird. Dabei
wird das zu behandelnde Gut-Späne und/oder Schlamm in den Trog
eingebracht und der Preßstempel wird mittels einer Verstelleinrichtung in
den Hohlraum des Troges hineinbewegt. Der Preßstempel ist als
Elektrode und der Trog als Gegenelektrode ausgeführt und durch
Anliegen einer elektrischen Spannung zwischen den Elektroden ist das zu
behandelnde Gut vorteilhafterweise durch direkten Stromdurchgang
beheizbar. Durch den, gegenüber typischen Heizleiterwerkstoffen, hohen
elektrischen Widerstand und den damit geringen Strom, wird somit eine
vorteilhafte schonende Aufheizung der verdampfbaren Substanzen
erreicht. Eine weitere Eigenschaft der Späne ist ihre Kompressibilität.
Durch diese Eigenschaft kann der Widerstand in Abhängigkeit der
Verdichtung der Späne verändert werden.
Der durch die ölisolierten Oberflächen anfänglich noch hohe elektrische
Widerstand wird nach kurzer Erwärmungszeit des zu behandelnden Gutes
abnehmen und es stellt sich ein konstanter elektrischer Widerstand ein.
Die elektrische Heizleistung entspricht dem Produkt aus Strom mal
Spannung. Der für das Verfahren angelegte Strom wird so gewählt, daß
sich in dem zu behandelnden Gut eine Stromdichte von mindestens 0,02 A/mm2
für die Entölung eingestellt werden kann. Die maximale elektrische
Spannung sollte unterhalb der Lichtbogenspannung, vorzugsweise 15 V,
aber keinesfalls < 25 V gewählt werden.
Da die Späne anfänglich ein großes Volumen in dem Trog beanspruchen,
ist für deren Verdichtung - nachfolgend als Kompaktierung bezeichnet -
eine Temperatur oberhalb der Anlaßtemperatur der jeweiligen
Stahlqualität, bzw. oberhalb der Sintertemperatur der Keramikqualität
erforderlich. Bei diesen Temperaturen verlieren die Späne ihre
Federeigenschaften und können somit plastisch verformt, d. h. kompaktiert
werden.
Die Elektroden sind selbst so ausgebildet, daß eine gleichgroße
Stromdurchflutung erreicht wird. Damit wird der gesamte Spänequerschnitt
auf Verdampfungstemperatur des Öls, bzw. Erweichungstemperatur
aufgeheizt.
Die Preßelektrode bzw. der Preßstempel ist vorzugsweise nicht gekühlt.
Die Vakuumkammer, in der der Trog mit dem Preßstempel untergebracht
ist, ist von der Gestalt, so daß das Kondensat an den Kammerwänden
abläuft und nicht auf den Preßling in dem Trog zurücktropfen kann.
In einem Ausführungsbeispiel sind die folgenden typischen
Verfahrensparameter für die Entfettung eingestellt:
- 1. Spezifisches Schüttgewicht der Späne 0,4 kg/dm3.
- 2. Spezifischer elektrischer Widerstand nach dem Einbringen in
den Trog 200 mΩcm.
- 3. Stromdichte 0,02 A/mm2.
- 4. Spannung zwischen den Elektroden, ca. 10 V, bei einem
Elektrodenabstand von 200 mm.
Bei den mit Ölen und/oder Fetten beladenen Gütern ist immer mit einem
adsorbierten und absorbierten Wasseranteil zu rechnen. Dabei sind bei
der Vorevakuierung Drücke nur bis zum Tripelpunkt möglich. Bei der
Behandlung dieser Güter geht man bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren daher zweistufig vor. Dabei wird zu Anfang die hohe latente
Wärme des Wassers zur intensiven und schnellen Vorheizung der
eingesetzten Güter und zum Verflüssigen der hochviskosen Fettschicht
benutzt. Während das Wasser in Dampfform in einem separaten
Evakuierungs- und Kondensationsschritt aus dem System entfernt wird,
tropft die Fettschicht ab. Im Trogboden sind Bohrungen angebracht, durch
die das fließfähige Öl ablaufen kann. Der weitere erfindungsgemäße
Prozeßablauf erfolgt dann wie bereits beschrieben.
Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren erfordert das
erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung eine, durch ein
Absperrorgan ermöglichte Trennung der Vakuumkammer von dem
Kondensator.
Weitere Ausführungsmöglichkeiten und Merkmale sind in den
Unteransprüchen näher beschrieben und gekennzeichnet.
Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausführungsmöglich
keiten zu; eine davon ist in den anhängenden Zeichnungen
näher dargestellt und beschrieben und zwar zeigen:
Fig. 1 eine Vakuumkammer mit einem Trog, einem Preß
stempel und einem Vakuumpumpstand in Schnitt
darstellung,
Fig. 2 eine Vorrichtung gemäß Fig. 1, jedoch mit einer
zum Beladen geöffneten Vakuumkammer und
Fig. 3 eine Vakuumkammer mit Kammerdeckel und Preßstempel
in Schnittdarstellung entlang der Linie XX in Fig. 1.
Eine Vakuumkammer 1 (Fig. 1) besteht aus einem wannenförmi
gen Kammerunterteil 2 sowie einem kalottenförmigen Kammer
deckel 3. Auf dem Boden des Kammerunterteils 2 steht ein
in Richtung der Schnittlinie X-X teilbarer Trog 4 mit einem
Bodenablauf 16. In den Trog 4 ragt von oben ein in Schnitt
darstellung pilzförmiger Preßstempel 5 hinein. Der Preß
stempel 5 ist über einen Stempelschaft 6 mit einer hydrau
lischen Verstelleinrichtung 7 verbunden, welche oberhalb des
Kammerdeckels 3 angeordnet ist. Der Trog 4 sowie der Preß
stempel 5 sind mit einer Stromversorgungseinheit 8 verbun
den, so daß sich der Stempel 5 als Elektrode und der Trog 4
als Gegenelektrode ausbilden und das in dem Trog 4 befind
liche, zu behandelnde Gut 9 durch direkten Stromdurchgang
behheizbar ist.
In dem Kammerunterteil 2 ist eine Saugleitung 10 vorgesehen,
in der ein Absperrorgan 11 angeordnet ist. Nach diesem
schließt sich ein Kondensator 12 sowie ein Vakuumpumpstand
13 an.
Zum Be- und Entladen der Vakuumkammer 1 (Fig. 2) wird der
Preßstempel 5 mittels der Verstelleinrichtung 7 in die
oberste Position im Kammerdeckel 3 gefahren. Anschließend
wird der Kammerdeckel 3 durch eine nicht gezeigte Hebe- und
Verfahreinrichtung 15 vom Kammerunterteil 2 abgenommen. In
den Trog 4 wird nun das zu behandelnde Gut 9, beispielsweise
Drehspäne von oben lose eingefüllt. Während des Be- und
Entladevorgangs befindet sich der Preßstempel 5 vollständig
innerhalb des Vakuumkammerdeckels 3.
In einer Schnittdarstellung entlang der Linie XX in Fig. 1
erkennt man in Fig. 3 die langgestreckte Form der Vakuum
kammer 1 und ihrer Einbauten. Der Trog 4 und der Preßstempel
5 weisen beide eine schiffsrumpfförmige Kontur auf, wobei im
Betriebszustand in der untersten Position der vertikale und
der horizontale Abstand zwischen den Außenflächen des Preß
stempels 5 und den Innenwänden des Trogs 4 gleichgroß sind.
Auf der Oberseite des Stempels 5 sind die beiden Stempel
schäfte 6, 6' vorgesehen, welche mittels der Verstellein
richtungen 7, 7' den Preßstempel in die obere Ruheposition
5' in dem Kammerdeckel 3 bewegen.
Die Hebeeinrichtung 15, 15' greift über Seile an Ösen 14, 14'
an, welche auf der Oberseite des Kammerdeckels 3 angebracht
sind.
AUFLISTUNG DER EINZELTEILE
1
Vakuumkammer
2
Kammerunterteil
3
Kammerdeckel
4
Trog, Gegenelektrode
5
Preßstempel, Elektrode
6
,
6
' Stempelschaft
7
,
7
' Verstelleinrichtung
8
Stromversorgungseinheit
9
Gut, Drehspäne
10
Saugleitung
11
Absperrorgan
12
Kondensator
13
Vakuumpumpstand
14
,
14
' Öse
15
,
15
' Hebe- und Verfahreinrichtung
16
Bodenablauf
X-X Schnittlinie