DE4319166C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung, insbesondere Entfettung und Kompaktierung von elektrisch leitfähigem Gut - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung, insbesondere Entfettung und Kompaktierung von elektrisch leitfähigem Gut

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Description

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

Claims (23)

1. Vorrichtung zur Reinigung, insbesondere zur Entfettung und Kompaktierung von elektrisch leitfähigem, metallischem und/oder keramischem Gut (9), beispielsweise Drehspänen und/oder Schleifschlämmen, im wesentlichen bestehend aus einer Vakuumkammer (1) mit einem Vakuumpumpstand (13) und mindestens einem Kondensator (12), einem Trog (4), der mit mindestens einem Preßstempel (5) zusammenwirkt, wobei das zu behandelnde Gut (9) in den Trog (4) eingebracht wird und der Preßstempel (5) mittels einer Verstelleinrichtung (7) in den Hohlraum des Trogs (4) hineinbewegbar ist, der Preßstempel (5) als Elektrode und der Trog (4) als Gegenelektrode ausgeführt sind und durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den Elektroden (4, 5) das zu behandelnde Gut (9) durch direkten Stromdurchgang beheizbar ist und wobei der Trog (4) und der Stempel (5) in der Vakuumkammer (1) angeordnet sind und zwischen Kammer (1) und Kondensator (12) je ein Absperrorgan (11) vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trog (4) mindestens einen Bodenablauf (16) aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwände des Trogs (4) zur Vertikalen geneigt angeordnet sind und die Projektionsfläche der Trogöffnung größer ist als die des Trogbodens.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Trog (4) mindestens zweiteilig ausgeführt ist.
5. Vorrichtung nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenform des Preßstempels (5) im wesentlichen der Form des Hohlraums des Trogs (4) entspricht.
6. Vorrichtung nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßstempel (5) in vertikaler Richtung beweglich angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung (7, 7') des Preßstempels (5) oberhalb des Trogs (4) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßstempel (5) so weit in den Trog (5) geführt wird, bis der vertikale und der horizontale Abstand zwischen den Außenflächen des Preßstempels (5) und den Innenwänden des Trogs (4) gleich groß sind.
9. Vorrichtung nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumkammer (1) mindestens zweiteilig ausgeführt ist.
10. Vorrichtung nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Trog (4) im Kammerunterteil (2) angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßstempel (5) mit der Verstelleinrichtung (7, 7') am Kammerdeckel (3) befestigt ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kammerdeckel (3) so ausgeformt ist, daß kein Kondensat vom Kammerdeckel (3) in den Trog (4) zurückfließt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kammerdeckel (3) gewölbt oder dachförmig ausgeführt ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kammerdeckel (3) vom Kammerunterteil (2) abnehmbar ist.
15. Vorrichtung nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpstand (13) zweistufig ausgeführt ist.
16. Vorrichtung nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (12) zweistufig ausgeführt ist.
17. Vorrichtung nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (4, 5) mit einer Stromversorgungseinheit (8) verbunden sind.
18. Vorrichtung nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Randzonen der Elektroden (4, 5) während des Erwärmens trocken sind.
19. Vorrichtung nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßstempel (5) hohl oder massiv ausgeführt ist.
20. Verfahren zur Reinigung, insbesondere Entfettung und Kompaktierung von elektrisch leitfähigem, metallischem und/oder keramischem Gut (9), beispielsweise Drehspäne und/oder Schleifschlämme, wobei das zu behandelnde Gut (9) in einen Trog (4) eingebracht wird und ein Preßstempel (5) mittels einer Verstelleinrichtung (7, 7') in den Hohlraum des Trogs (4) hineinbewegbar ist, der Preßstempel (5) als Elektrode und der Trog (4) als Gegenelektrode ausgeführt sind und durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den Elektroden (4, 5) das zu behandelnde Gut (9) durch direkten Stromdurchgang beheizbar ist und in dem zu behandelnden Gut (9) eine Stromdichte von mindestens 0,02 A/mm2 eingestellt ist.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die angelegte elektrische Spannung kleiner als die Lichtbogenspannung ist.
22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungstemperatur des Gutes (9) größer ist als die Anlaß-, bzw. Sintertemperatur.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßstempel (5) während des Erwärmungsvorgangs ständig nachgestellt wird und das Gut (9) kompaktiert.
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