DE9308809U1 - Flow separator - Google Patents

Description

14. Juni 199314 June 1993

M/tp/it552M/tp/it552

UZ: 36 239UZ: 36 239

Strömungsseparator zum sortierenden Separieren des Abfallschlamms vomFlow separator for sorting the waste sludge from the

AbrasivstrahlschneidenAbrasive jet cutting

Die Erfindung betrifft einen Strömungsseparator zum sortierenden Separieren des Abfallschlamms vom Abrasivstrahlschneiden.
10 The invention relates to a flow separator for sorting and separating waste sludge from abrasive jet cutting.
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Es ist bekannt, daß mit einem fein gebündelten Wasserstrahl, der eine Strahlgeschwindigkeit bis zu 900 m/s besitzen kann, viele Materialien, vom Papier bis Stahl, vorteilhaft getrennt werden können.It is known that many materials, from paper to steel, can be advantageously separated using a finely focused water jet that can have a jet speed of up to 900 m/s.

Generell wird unterschieden zwischen dem Trennen mit reinem Wasserstrahl mit einem Strahldurchmesser von 0,08 bis 0,4 mm und dem Trennen mit abrasivem Wasserstrahl mit einem Strahldurchmesser von 0,8 bis 1,5 mm. Mit dem reinen Wasserstrahl werden alle Weichmaterialien wie Papier, Schaumstoffe, Holz, Textilien, Leder und Kunststoffe staubfrei und kalt getrennt, während mit dem Abrasivwasserstrahl auch verstärkte Kunststoffe, Glas, Keramik, Stein und Metall bearbeitet werden können.In general, a distinction is made between cutting with a pure water jet with a jet diameter of 0.08 to 0.4 mm and cutting with an abrasive water jet with a jet diameter of 0.8 to 1.5 mm. With the pure water jet, all soft materials such as paper, foam, wood, textiles, leather and plastics are separated dust-free and cold, while with the abrasive water jet, reinforced plastics, glass, ceramics, stone and metal can also be processed.

Das Hochdruckwasserstrahlschneiden zeichnet sich dadurch aus, daß komprimiertes Wasser mit bis zu 4.000 bar von einer Schneiddüse in einen fein gebündelten Strahl mit hoher Geschwindigkeit umgesetzt wird. Durch die feine Bündelung des Strahls wird auf der Werkstückoberfläche eine hohe Energiedichte erreicht, die zum mechanischen Abtrag des Werkstoffs führt. Beim Abrasivstrahlschneiden wird diesem Hochdruckwasserstrahl in einer Mischkammer Abrasivmittel beigemischt. In Abhängigkeit von der Bearbeitungsaufgabe werden 3 bis 5 g/s Abrasivmittel benötigt. Nach dem Durchtritt durch das bearbeitete Werkstück wird die Restenergie des Schneidstrahls in einem Wasserbecken vernichtet. Der beim Schneiden entstehende Abfall besteht aus Abrasivmittel und Mikrospänen des Werkstoffs des bearbeitenden Gegenstands. Zur Abführung des Abfalls aus dem Wasserbecken muß letzteres ständig durchspült werden.High-pressure water jet cutting is characterized by the fact that compressed water at up to 4,000 bar is converted from a cutting nozzle into a finely focused jet at high speed. The fine bundling of the jet achieves a high energy density on the workpiece surface, which leads to the mechanical removal of the material. In abrasive jet cutting, abrasive is mixed into this high-pressure water jet in a mixing chamber. Depending on the processing task, 3 to 5 g/s of abrasive are required. After passing through the workpiece being processed, the residual energy of the cutting jet is destroyed in a water basin. The waste generated during cutting consists of abrasive and micro-chips from the material of the object being processed. In order to remove the waste from the water basin, the latter must be constantly flushed.

Abhängig vom jeweils geschnittenen Werkstoff, z.B. V2A, muß der Abfall als Sondermüll betrachtet werden. Jedoch kann ein großer Anteil des Abfalls durch Reinigung und Sortierung als Abrasivmittel zurückgewonnen und erneut verwendetDepending on the material being cut, e.g. V2A, the waste must be considered hazardous waste. However, a large proportion of the waste can be recovered and reused as an abrasive through cleaning and sorting

werden. Nur der verbleibende Teil, die Mikrospäne des Werkstoffs und durch Verschleiß verbrauchtes Abrasivmittel, muß dann noch entsorgt werden. Die im Umfang reduzierte Entsorgung bietet erhebliche Vorteile hinsichtlich der Kosten des Verfahrens und in Hinblick auf den Umweltschutz.
5 Only the remaining part, the micro-chips of the material and the abrasive used up by wear, then has to be disposed of. The reduced amount of disposal offers considerable advantages in terms of the costs of the process and in terms of environmental protection.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, mittels der beim Abrasivstrahlschneiden anfallende Abfall hinsichtlich seiner Einzelbestandteile separierbar ist, so daß die Möglichkeit zur neuerlichen Verwendung des noch nicht verschlissenen Anteils an Abrasivmittel besteht und im übrigen der zu entsorgende Anteil des Abfalls so klein wie möglich gehalten wird.The invention is based on the object of creating a device by means of which waste arising during abrasive jet cutting can be separated into its individual components, so that it is possible to reuse the portion of abrasive that has not yet been worn out and, furthermore, the portion of waste to be disposed of is kept as small as possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.This object is achieved according to the invention by measures specified in the characterizing part of claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind aus den Unteransprüchen zu ersehen.Advantageous further training can be seen from the subclaims.

Die erfindungsgemäße Gestaltung des Strömungseparators macht sich den Umstand zunutze, daß der Abfall im wesentlichen aus drei Komponenten besteht, nämlich aus nach Rückgewinnung wiederverwendbarem Abrasivmittel, aus infolge von Verschleiß nicht mehr wiederverwendbarem Abrasivmittel und aus Mikrospänen des geschnittenen Werkstoffs, und daß diese drei Komponenten ein unterschiedliches Schwebe- bzw. Schwimm verhalten zeigen. Die erfindungsgemäße Ausbildung sieht daher vor, daß über den Einlaß für ein Aufwirbelungsmedium ein solches in den Strömungsseparator eingeführt wird, durch den in Längsrichtung der Abfallschlamm mit einem hohen Wasseranteil hindurchgepumpt wird. Das Aufwirbelungsmedium führt dabei zu einer sehr starken Durchwirbelung des wässrigen Abfallschlamms mit der Folge, daß die Einzelpartikel der verschiedenen Komponenten voneinander gelöst werden und sich zusätzlich zu ihrer Weiterbewegung entsprechend dem ihnen eigenen Schwebeverhalten durch den Strömungsseparator hindurch bewegen können. Dabei bilden sich dann "Schichten" des wässrigen Abfallschlamms aus, die hinsichtlich Gewicht und Größe unterschiedliche Abfallpartikel enthalten. Durch entsprechende getrennte Abführung der einzelnen "Schichten" über separate Auslaßstutzen des Strömungsseparators können die drei wesentlichen Komponenten des Abfallschlamms im Endergebnis voneinander separiert abgeführt werden.The design of the flow separator according to the invention makes use of the fact that the waste essentially consists of three components, namely abrasive that can be reused after recovery, abrasive that can no longer be reused due to wear and tear, and microchips from the cut material, and that these three components exhibit different suspension or floating behavior. The design according to the invention therefore provides that a fluidizing medium is introduced into the flow separator via the inlet for a fluidizing medium, through which the waste sludge with a high water content is pumped in the longitudinal direction. The fluidizing medium leads to a very strong fluidization of the aqueous waste sludge, with the result that the individual particles of the various components are separated from one another and, in addition to their further movement, can move through the flow separator in accordance with their own suspension behavior. This creates "layers" of the aqueous waste sludge, which contain waste particles of different weight and size. By removing the individual "layers" separately via separate outlet nozzles of the flow separator, the three main components of the waste sludge can ultimately be removed separately from one another.

In Hinblick auf die Zusammensetzung des Abfallschlamms aus im wesentlichen drei unterschiedlichen Komponenten empfiehlt sich die Ausbildung des Strö-In view of the composition of the waste sludge, which essentially consists of three different components, it is recommended to form the flow

mungsseparators mit drei übereinander angeordneten Auslaßstutzen obwohl auch bereits eine Ausbildung mit nur zwei Auslaßstutzen die Möglichkeit bietet, den Anteil des wieder verwendbaren Abrasivmittels von dem Anteil des Rests des Abfallschlamms separat abzuführen und einer Wiederverwendung zuzuführen.
5 separator with three outlet nozzles arranged one above the other, although a design with only two outlet nozzles already offers the possibility of separating the portion of the reusable abrasive from the portion of the rest of the waste sludge and reusing it.
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Untersuchungen haben gezeigt, daß 70 % der ursprünglich eingesetzten Menge an Abrasivmittel nach einem Trenn- bzw. Schneidevorgang wiederverwendbar ist. Der erfindungsgemäße Strömungsseparator bietet also nicht nur die Möglichkeit, hinsichtlich des zu verwendeten Abrasivmittels preiswerter arbeiten zu können, sondern auch den erheblichen Vorteil, den Umfang des zu entsorgenden Materials erheblich zu reduzieren.Investigations have shown that 70% of the originally used amount of abrasive can be reused after a separation or cutting process. The flow separator according to the invention therefore not only offers the possibility of being able to work more cheaply in terms of the abrasive used, but also has the considerable advantage of significantly reducing the amount of material to be disposed of.

In Hinblick auf eine gute Durchwirbelung des wässigren Abfallschlamms nach dessen Einführung in den erfindungsgemäßen Strömungsseparator empfiehlt es sich, einen Klappenkörper, insbesondere einen verschwenkbaren Klappenkörper, im Rohrkörper anzuordnen, mittels dessen das Aufwirbelungsmdedium gezielt auf einen bestimmten Bereich des in den Separator eingeführten Abfallschlamms gerichtet werden kann.In order to ensure good swirling of the aqueous waste sludge after it has been introduced into the flow separator according to the invention, it is recommended to arrange a flap body, in particular a pivotable flap body, in the tubular body, by means of which the swirling medium can be directed specifically at a certain area of the waste sludge introduced into the separator.

Auch empfiehlt es sich, an dem freien Ende der Führungsflächenteile jeweils eine insbesondere schwenkbeweglich gelagerte Steuerklappe vorzusehen. Durch entsprechende Stellung dieser Steuerklappen läßt sich willkürlich die Dicke der einzelnen "Schichten" beeinflussen, die über die unterschiedlichen Auslaßstutzen abzuführen sind. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise die "Schichten" so einstellen, daß sie nahezu ausschließlich je nur Partikel einer einzigen Abfallkomponente enthalten.It is also advisable to provide a control flap, particularly one that can be pivoted, at the free end of the guide surface parts. By positioning these control flaps accordingly, the thickness of the individual "layers" that are to be discharged via the different outlet nozzles can be arbitrarily influenced. In this way, for example, the "layers" can be adjusted so that they almost exclusively contain particles of a single waste component.

Nachfolgend wird die Erfindung zu ihrem besseren Verständnis ausschließlich beispielhaft und unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:For a better understanding, the invention is described below purely by way of example and with reference to the accompanying drawings, in which:

Fig. 1 einen schematischen Vertikalschnitt durch eine Abrasivschneideanlage undFig. 1 a schematic vertical section through an abrasive cutting system and

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch einen erfindungsgemäßen Strömungsseparator, der stromabwärts hinter dem Auslaß des Wasserbeckens zum Auffangen des Schneidstrahls anzuordnen ist.Fig. 2 is a vertical section through a flow separator according to the invention, which is to be arranged downstream behind the outlet of the water basin for collecting the cutting jet.

Die Schneideanlage der Fig. 1 besteht im wesentlichen aus einer Dosiereinrichtung 1 für Abrasivmittel, einer Schneiddüse 2, einer Abrasivmischkammmer 3 mitThe cutting system of Fig. 1 consists essentially of a dosing device 1 for abrasive, a cutting nozzle 2, an abrasive mixing chamber 3 with

nachgeschaltetem Fokusierrohr 4 und einem Wasserbecken 5 mit einer Auflage 6 für ein zu bearbeitenden Werkstück 7. Der aus dem freien Ende des Fokusierrohrs 4 austretende Schneidstrahl 8, der mit Feststoffpartikein 9, nämlich Abrasivmittelpartikeln, versetzt ist, durchdringt im Wege der Schneidarbeit das Werkstück 7 und gelangt dabei in das Wasser des Wasserbeckens 5, wodurch die Restenergie des Schneidstrahls 8 vernichtet wird. Dabei sammeln sich zugleich die Feststoff partikel 9 am Boden des Wasserbeckens 5. Zur Abführung des sich am Boden des Wasserbeckens 5 absetzenden Abfalls bzw. Abfallschlamms dienen eine Spülpumpe 10a und eine Absaugpumpe 10b, die je an unterschiedlichen Seiten des Wasserbeckens 5 angeordnet sind.downstream focusing tube 4 and a water basin 5 with a support 6 for a workpiece 7 to be machined. The cutting jet 8 emerging from the free end of the focusing tube 4, which is mixed with solid particles 9, namely abrasive particles, penetrates the workpiece 7 during the cutting work and enters the water in the water basin 5, whereby the residual energy of the cutting jet 8 is destroyed. At the same time, the solid particles 9 collect at the bottom of the water basin 5. A flushing pump 10a and a suction pump 10b, each of which is arranged on different sides of the water basin 5, are used to remove the waste or waste sludge that settles at the bottom of the water basin 5.

Der Druckseite der Absaugpumpe 10 der Fig. 1 ist der erfindungsgemäße Stimmungsseparator gemäß Fig. 1 nachgeordnet.The pressure side of the suction pump 10 of Fig. 1 is followed by the mood separator according to the invention according to Fig. 1.

Dieser insgesamt mit 11 bezeichnete Strömungsseparator besteht aus einem horizontalen, im wesentlichen rohrförmigen Körper 12. Rohrförmig bedeutet in diesem Zusammenhang nicht zwangsläufig eine kreisrunde Querschnittsgestaltung des Körpers 12; vielmehr kann dieser im Querschnitt auch durchaus eckig, beispielsweise quadratisch oder rechteckig, gestaltet sein. Am einlaufseitigen Stirnende 13 des Körpers 12 ist ein Einlaßstutzen 14 vorgesehen, über den der Abfallschlamm zuzuführen ist. An der gegenüberliegenden Stirnseite des Körpers 12 sind bei der dargestellten Ausführungsform drei Auslaßstutzen 15, 16 und 17 übereinander angeordnet vorgesehen. In Durchströmungsrichtung hinter dem Einlaßstutzen 14 ist ein Einlaß 18 für ein Aufwirbelungsmedium ausgebildet, wobei zwischen dem Einlaßstutzen 14 für den Abfallschlamm und dem Einlaß 18 für das Aufwirbelungsmedium ein Klappenkörper 19 vorgesehen ist, der sich von der dort teilweise schräg verlaufenden Stirnwand 13 aus zum Inneren des Körpers 12 hin erstreckt. Der Klappenkörper 19 ist dabei am zugehörigen Bereich der Stirnwand 13 schwenkbeweglich bei 20 gelagert, und zwar derart, daß seine Schwenkstellung vom Äußeren des Körpers 12 aus einstellbar ist.This flow separator, designated as a whole by 11, consists of a horizontal, essentially tubular body 12. In this context, tubular does not necessarily mean that the cross-section of the body 12 is circular; rather, the cross-section can also be angular, for example square or rectangular. An inlet nozzle 14 is provided on the inlet-side front end 13 of the body 12, through which the waste sludge is to be fed. On the opposite front side of the body 12, three outlet nozzles 15, 16 and 17 are arranged one above the other in the embodiment shown. In the flow direction behind the inlet nozzle 14, an inlet 18 for a fluidizing medium is formed, whereby between the inlet nozzle 14 for the waste sludge and the inlet 18 for the fluidizing medium a flap body 19 is provided, which extends from the front wall 13, which runs partially obliquely there, to the interior of the body 12. The flap body 19 is pivotally mounted at 20 on the associated area of the front wall 13, in such a way that its pivot position can be adjusted from the outside of the body 12.

Den Verbindungsbereichen 21 bzw. 22 zwischen zwei übereinander angeordneten Auslaßstutzen 15 und 16 bzw. 16 und 17 ist jeweils ein Führungsflächenteil 23 bzw. 24 entgegen der Durchströmungsrichtung des Körpers 12 zu dessen Inneren hin vorstehend zugeordnet. An das freie Ende dieser Führungsflächenteile 23 bzw. 24 schließt jeweils eine bei 25 bzw. 26 schwenkbeweglich gelagerte Stellklappe 27 bzw. 28 an. Mittels dieser Stellklappen 27, 28 ist die in Höhenrichtung des Strömungseparators zu sehende Dicke der einzelnen "Schichten", die den Auslaßstut-The connecting areas 21 and 22 between two outlet nozzles 15 and 16 or 16 and 17 arranged one above the other are assigned a guide surface part 23 or 24 that protrudes against the direction of flow through the body 12 towards the interior. The free end of these guide surface parts 23 and 24 is connected to a control flap 27 or 28 that is pivotably mounted at 25 or 26. These control flaps 27, 28 are used to adjust the thickness of the individual "layers" that can be seen in the vertical direction of the flow separator, which form the outlet nozzle.

zen 15 bis 17 zuzuführen sind, einstellbar.zen 15 to 17 are adjustable.

Jedem Verbindungsbereich 21 bzw. 22 ist zugleich ein zweites Führungsflächenteil 29 bzw. 30 zugeordnet, wobei die Führungsflächenteile 23 und 29 bzw. 24 und 30 jedes einzelnen Verbindungsbereichs 21 bzw. 22 einen diesen vorgeschalteten Keil bilden, der den Strömungsverlauf begünstigt.Each connecting area 21 or 22 is simultaneously assigned a second guide surface part 29 or 30, whereby the guide surface parts 23 and 29 or 24 and 30 of each individual connecting area 21 or 22 form a wedge upstream of them, which promotes the flow pattern.

Fig. 2 läßt vier in Strömungsrichtung divergierende Linien 31 erkennen, mit denen die allmähliche Ausbildung von "Schichten" angedeutet werden soll; die Linien 31 zeichnen keine Einbauten oder dergleichen innerhalb des Körpers 12.Fig. 2 shows four lines 31 diverging in the direction of flow, which are intended to indicate the gradual formation of "layers"; the lines 31 do not indicate any built-in components or the like within the body 12.

Die sich in Laufe der Durchströmung des Körpers 2 ausbildenden "Schichten" mit unterschiedlich großen Abfall partikel &eegr; sind aus der Darstellung der Fig. 2 ohne weiteres erkennbar.
15The "layers" with waste particles η of different sizes that form during the flow through the body 2 are easily recognizable from the illustration in Fig. 2.
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Claims (8)

14. Juni 1993 M/tp/it551 UZ: 36 239 Ansprüche14 June 1993 M/tp/it551 UZ: 36 239 claims 1. Strömungsseparator zum sortierenden Separieren des Abfallschlamms vom Abrasivstrahlschneiden, gekennzeichnet durch einen horizontalen, wesentlichen rohrförmigen Körper (12) mit einem Einlaßstutzen (14) für den Abfallschlamm am oberen Bereich seines einen Stirnendes (13) und mit mindestens zwei übereinander angeordneten Auslaßstutzen (15, 16, 17) an seinem anderen Stirnende, durch einen Einlaß (18) für ein Aufwirbelungsmedium in Längsrichtung des Rohrkörpers (12) hinter dem Einlaßstutzen (14) für den Abfallschlamm und durch ein Führungsflächenteil (23, 24) in unmittelbarer Zuordnung vor - mit Ausnahme des untersten -jedem Auslaßstutzen (15, 16,17).1. Flow separator for sorting the waste sludge from abrasive jet cutting, characterized by a horizontal, essentially tubular body (12) with an inlet nozzle (14) for the waste sludge at the upper region of one of its front ends (13) and with at least two outlet nozzles (15, 16, 17) arranged one above the other at its other end, by an inlet (18) for a fluidizing medium in the longitudinal direction of the tubular body (12) behind the inlet nozzle (14) for the waste sludge and by a guide surface part (23, 24) in direct association in front of - with the exception of the lowest - each outlet nozzle (15, 16, 17). 2. Strömungsseparator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Einlaß (18) für das Aufwirbelungsmedium und der Einmündung des Einlaßstutzens (14) für den Abfallschlamm in den rohrförmigen Körper (12) ein Klappenelement (19) an der Innenwand des Rohrkörpers (12) angebaut ist, das sich zum Inneren des letzteren hin erstreckt.2. Flow separator according to claim 1, characterized in that between the inlet (18) for the fluidizing medium and the mouth of the inlet nozzle (14) for the waste sludge in the tubular body (12), a flap element (19) is mounted on the inner wall of the tubular body (12) and extends towards the interior of the latter. 3. Strömungsseparator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Klappenelement (19) an der Innenwand des Rohrkörpers (12) quer zu letzterem verschwenkbar angeordnet ist.3. Flow separator according to claim 2, characterized in that the flap element (19) is arranged on the inner wall of the tubular body (12) so as to be pivotable transversely to the latter. 4. Strömungsseparator nach Anspruch 2 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Klappenelement (19) vom Äußeren des Rohrkörpers (12) aus in seiner Schwenkstellung verstellbar ist.4. Flow separator according to claim 2 and/or 3, characterized in that the flap element (19) is adjustable in its pivoting position from the outside of the tubular body (12). 5. Strömungsseparator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Führungsflächenteil (23, 24) an seinem freien Ende eine (27, 28) Stellklappe schwenkbeweglich zugeordnet ist, wobei die Schwenksachse (25, 26) quer zur Durchströmungsrichtung des Strömungsseparators (11) horizontal durch diesen hindurchgeführt ist.5. Flow separator according to claim 1, characterized in that each guide surface part (23, 24) is assigned a pivoting flap (27, 28) at its free end, the pivot axis (25, 26) being guided horizontally through the flow separator (11) transversely to the flow direction of the latter. 6. Strömungsseparator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellklappen (27, 28) vom Äußeren des Rohrkörpers (11) aus in ihrer Schwenk-6. Flow separator according to claim 5, characterized in that the control flaps (27, 28) are adjustable in their pivoting position from the outside of the tubular body (11). Stellung verstellbar sind.Position can be adjusted. 7. Strömungsseparator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Führungsflächenteil (23, 24) ein zweites Führungsflächenteil (29, 30) zugeordnet ist, die gemeinsam keilförmig entgegen der Durchströmungsrichtung des Strömungsseparators (11) vor dem Verbindungsbereich (21, 22) zwischen zwei übereinander angeordneten Auslaßstutzen (15, 16,17) angeordnet sind.7. Flow separator according to claim 1, characterized in that each guide surface part (23, 24) is assigned a second guide surface part (29, 30), which are arranged together in a wedge shape against the flow direction of the flow separator (11) in front of the connecting region (21, 22) between two outlet nozzles (15, 16, 17) arranged one above the other. 8. Strömungsseparator nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Einlaßstutzen (14) für den Abfallschlamm eine Pumpe (10b) für das Einpumpen des Abfallschlamms in den Strömungsseparator (11) angeordnet ist.8. Flow separator according to at least one of the preceding claims, characterized in that a pump (10b) for pumping the waste sludge into the flow separator (11) is arranged on the inlet connection (14) for the waste sludge.