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Die Erfindung betrifft eine Filteranlage für ein flüssiges Medium gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei dem flüssigen Medium kann es sich z. B. um ein Arbeitsmittel handeln, vorzugsweise um einen Kühlschmierstoff, wie er in der spanabhebenden Bearbeitung, insbesondere in der metallverarbeitenden Industrie, eingesetzt wird. Eine Filteranlage der eingangs genannten Art ist z. B. aus der
DE 10 2007 049 658 A1 bekannt. Darin ist ein Filtermodul offenbart, welches ein Filtergehäuse mit darin angeordneten Filterelementen, einen Reintank sowie einen Schmutztank aufweist. Aus einer Unfiltratquelle, z. B. einem Auslass für verunreinigten Kühlschmierstoff einer oder mehrerer Bearbeitungsmaschinen, wird Unfiltrat dem Schmutztank zugeführt. Aus dem Schmutztank wird das Unfiltrat einer Unfiltratseite des Filtergehäuses mittels einer Pumpe zugeführt und das flüssige Medium durch die Filterelemente gepresst. Von der Filtratseite aus wird das Filtrat dem Reintank zugeführt, von wo es seiner weiteren Bestimmung, z. B. als frischer Kühlschmierstoff für Bearbeitungsmaschinen, zugeführt wird.
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Die Filterelemente werden von Zeit zu Zeit mittels eines Rückspülprozesses einer Reinigung unterzogen. Hierzu offenbart der zitierte Stand der Technik, die Zuführung von Unfiltrat und die Abführung von Filtrat zunächst zu unterbinden und das im Filterbehälter verbliebene Unfiltrat in den Schmutztank zu leiten. Anschließend wird gegebenenfalls noch verbliebenes Filtrat mittels Druckluft durch die Filterelemente gepresst, so dass sich der Filterkuchen von den Filterelementen löst. Das abgelöste Material wird dem Schmutztank – gegebenenfalls über einen weiteren Filterschritt – zugeführt. Schließlich kann mittels durch die Filterelemente gepresster Druckluft der Reinigungsprozess weitergeführt werden. Nach der Reinigung kann der Filterprozess wieder in Gang gesetzt werden. Die Filteranlage steht während des Reinigungsprozesses für die Filterung von Unfiltrat nicht zur Verfügung.
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Die Größe und Kapazitäten von Filteranlagen werden durch die dahinter stehende Anwendung bestimmt, in der Metall verarbeitenden Industrie z. B. durch die Größe und Anzahl der Bearbeitungsmaschinen und den hierdurch vorgegebenen Bedarf an Kühlschmierstoffen. Verändert sich ein Bedarf, z. B. im Falle der Vergrößerung der Bearbeitungskapazitäten, muss oftmals auch die Filteranlage angepasst werden. Dies bedeutet entweder eine kostenträchtige Neuanschaffung der kompletten Anlage oder zumindest einzelner Teile, wie z. B. des Filtergehäuses und der Tanks, oder es werden zusätzliche Filtergehäuse und/oder Tanks vorgesehen, die mit der vorhandenen Anlage zu verbinden sind. Zudem weisen die bekannten Filteranlagen einen erheblichen und kostenträchtigen Platzbedarf auf.
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Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, eine Filteranlage der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die Platz sparend gebaut ist und in besonderer Weise für eine Anpassung an sich ändernden Filterbedarf geeignet ist.
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Diese Aufgabe wird bei einer Filteranlage der eingangs genannten Art durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind durch die Unteransprüche gegeben.
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Demnach ist vorgesehen, dass eine Behältereinheit des Filtermoduls die andere umgibt. So kann z. B. das Filtergehäuse durch einen ersten Tank, z. B. den Schmutztank, umgeben sein. Sofern mindestens ein zweiter Tank, z. B. der Reintank benötigt wird, kann dieser in entsprechender Weise verschachtelt, z. B. den Schmutztank umgebend, angeordnet sein. Es ist auch möglich, das Filtergehäuse ringförmig einen der Tanks oder gar sämtliche Tankeinheiten umgebend auszubilden.
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Die Reihenfolge der verschiedenen Behältereinheiten ist austauschbar. Dabei kann die äußere Seite der Seitenwand einer inneren Behältereinheit gleichzeitig als Innenwand der sie umgebenden Behältereinheit dienen. Ist die innerste Behältereinheit z. B. durch das Filtergehäuse gegeben, kann ein Teil der Außenwand des Filtergehäuses gleichzeitig als Begrenzung für den umgebenden Tank, z. B. den Schmutztank, dienen. Die Außenwand dieses Schmutztankes kann dann z. B. auch die Innenwand des ihn ringförmig umgebenden Reintanks bilden. Dieser schalenartige Aufbau der Behältereinheiten ist in besonderer Weise Platz sparend. Zudem werden hierdurch die notwendigen Rohrleitungen zwischen den Behältereinheiten eingespart oder können zumindest sehr kurz ausgeführt werden.
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Umgibt eine Behältereinheit die andere, so kann dies vollständig sein in dem Sinne, dass die Seitenwandung der inneren Behältereinheit vollständig von der anderen Behältereinheit umfasst wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Umschließen der inneren Behältereinheit aber auch unvollständig ausgeführt sein, in dem Sinne, dass noch ein seitlicher Zugang zur inneren Behältereinheit bleibt, z. B. zu Wartungsarbeiten oder – sofern die innere Behältereinheit das Filtergehäuse ist – zur Erleichterung des Ausbaus oder Austauschs von Filtereinheiten, z.B. Filterkerzen. Hierfür kann z.B. die äußere Behältereinheit die Seitenwandung lediglich mindestens 60 %, vorzugsweise mindestens 70 %, weiter vorzugsweise mindestens 75 % des Umfanges umschließen. Alternativ kann die innere Behältereinheit in einem oder mehreren bestimmten Bereichen auf dem vollen Umfange von der äußeren Behältereinheit umschlossen sein, während mindestens ein anderer Bereich für einen Zugang frei bleibt. Wird die innere Behältereinheit von mehreren anderen Behältereinheiten umgeben, kann durch geeignete Anordnung der weiter außen angeordneten Behältereinheit(en) der Zugang zur inneren Behältereinheit frei gelassen werden. Ein seitlicher Zugang ist besonders vorteilhaft, wenn eine gegebene Raumhöhe möglichst vollständig für die Höhe des Filtermoduls ausgenutzt werden soll.
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Die Behältereinheiten werden durch eine Trägerstruktur getragen, wobei mindest ein tragendes Element der Trägerstruktur gleichzeitig als Fluidleitung dienen kann. Hierdurch können in gewissem Rahmen Fluidleitungen eingespart werden.
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Das aus den Behältereinheiten und der Trägerstruktur bestehende Filtermodul kann durch seinen kompakten Aufbau in seinen äußeren Abmessungen so dimensioniert werden, dass es in seiner Gänze mittels straßentauglicher Transporter, z. B. mittels eines LKWs, ohne Sondergenehmigung für Übermaße transportiert werden kann.
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Die erfindungsgemäße Filteranlage kann aus einem einzigen Filtermodul bestehen. Ein Filtermodul kann aber auch so ausgebildet sein, dass es mit weiteren Filtermodulen koppelbar ist. Auf diese Weise lässt sich die Filteranlage in grundsätzlich beliebiger Weise erweitern. Ein Grundmodul, das für sich alleine funktionsfähig und als Filteranlage einsetzbar ist, kann vom Benutzer als Grundelement eingesetzt werden. Bei Bedarf und Vergrößerung der Kapazitäten ist eine Ergänzung durch weitere Module möglich. Hierfür können an dem Filtermodul bereits Koppelelemente vorgesehen werden, um die notwendigen Verbindungen zwischen den Filtermodulen zu schaffen. In umgekehrter Weise können bei einer Verringerung des Bedarfs einzelne Module auch entfernt werden.
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Besteht die Filteranlage aus mindestens zwei Modulen, ist es überdies möglich, eines der Module zu reinigen, während das mindestens eine weitere Filtermodul das flüssige Medium weiter filtern kann. Insbesondere bei einer größeren Anzahl von Filtermodulen kann der Reinigungsvorgang optimal durchgeführt werden, ohne dass hierdurch der Filterprozess insgesamt negativ beeinflusst wird.
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Insbesondere ist es möglich, die Tankelemente verschiedener Filtermodule über Fluidleitungen derart miteinander zu koppeln, dass sie wie ein gemeinsamer Tank genutzt werden können. Dies hat insbesondere auch für die Filterreinigung Vorteile. So können die Tankinhalte des zu reinigenden Filtermoduls und zusätzlich die Tankinhalte der weiteren Filtermodule für den Filterreinigungsprozess genutzt werden. Hierdurch lässt sich die zur Verfügung stehende maximale Reinigungszeit verlängern mit der Folge einer Verbesserung der Prozessqualität, z.B. durch eine verlängerte Anschwemmzeit oder eine verlängerte Trocknungszeit für den Filterkuchen.
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Bei einer größeren Anzahl von Filtermodulen kann eines der Filtermodule redundant geführt werden. Somit kann ein zu reinigendes oder ein havariertes Filtermodul durch das redundante Filtermodul ersetzt und ein negativer Einfluss der Filterreinigung oder der Havarie auf den Filterprozess vermieden werden.
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Filteranlagen können beispielsweise aus 5 oder 6 Filtermodulen bestehen. Diese Größenordnung kann eine weitgehend störungsfreie durchgehende Filterung gewährleisten. Bei außergewöhnlich großem Kühlschmierstoffbedarf kann eine erfindungsgemäße Filteranlage aber auch aus mehr als sechs Filtermodulen bestehen. Bei entsprechend geringem Kühlschmierstoffbedarf kann auch der Einzelbetrieb eines Filtermoduls oder eine Filteranlage aus 2, 3 oder 4 Filtermodulen sinnvoll sein.
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Die Abstimmung der Filtermodule untereinander kann durch eine entsprechend eingerichtete Steuerung erreicht werden, z. B. indem eine Mastersteuerung eine oder mehrere Filtermodule steuert, wobei die Filtermodule jeweils eine von der Mastersteuerung abhängige Slave-Steuerung aufweisen können.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Filteranlage sind im Folgenden anhand von Figuren dargestellt. Es zeigt schematisch
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1: ein Filtermodul im seitlichen Querschnitt,
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2: das Filtermodul gemäß 1 in einem Querschnitt in Aufsicht,
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3: eine Filteranlage mit drei Filtermodulen,
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4: ein Filtermodul in perspektivischer Darstellung mit Stützstrukturelementen,
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5: schematische Darstellung der Generationsphase und
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6 eine alternative Ausbildungsform eines Filtermoduls.
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1 zeigt schematisch ein Filtermodul 1 in einem seitlichen Querschnitt. Ein Filterbehälter 2 mit hier nicht näher dargestellten Filterkerzen ist von einem Schmutztank 3 umgeben. Eine Außenwand 4 des Filterbehälters 2 bildet somit zugleich eine Innenwand des Schmutztanks 3. Der Schmutztank 3 ist von einem Reintank 5 umgeben, wobei eine Außenwand 6 des Schmutztanks 3 gleichzeitig eine Innenwand des Reintanks 5 bildet. Durch das Ineinandersetzen von Filterbehälter 2, Schmutztank 3 und Reintank 5 ist ein sehr Platz sparendes Konzept für das Filtermodul 1 gegeben.
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2 zeigt das Filtermodul 1 gemäß 1 in einem Querschnitt in Aufsicht.
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Ein Filtermodul 1 der hier betroffenen Art kann als Filteranlage für den Kühlschmiermittelstoff von hier nicht dargestellten Bearbeitungsmaschinen dienen. Über einen KSS-Rücklauf 7 gelangt z.B. von den Bearbeitungsmaschinen stammender verschmutzter Kühlschmierstoff in den Schmutztank 3. Über eine Unfiltratpumpe 8 wird belasteter Kühlschmierstoff aus dem Schmutztank 3 in eine Unfiltratkammer 9 des Filterbehälters 2 gepumpt. Über eine Druckdifferenz wird das Unfiltrat durch die hier nicht dargestellten Filterkerzen gedrückt und dadurch filtriert. Hierdurch füllt sich eine Filtratkammer 10 des Filterbehälters 2 mit Filtrat. Das Filtrat, der filtrierte Kühlschmierstoff, gelangt über ein 3-Wege-Ventil 11 in den Reintank 5, von wo aus das Filtrat über eine Filtratpumpe 12 einem KSS-Vorlauf 13 für den Kühlschmierstoff und damit wieder unmittelbar oder mittelbar über einen hier nicht dargestellten Kühlschmierstoffbehälter den Bearbeitungsmaschinen zugeführt wird. Dabei wird das Filtrat über einen Wärmetauscher 14 geführt, um dem Kühlschmierstoff Wärme zu entziehen. Ist der Reintank 5 bis zu einem vorgegebenen Grenzwert gefüllt, wird das Filtrat über einen nicht dargestellten Überlauf zurück in den Schmutztank 3 gegeben.
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Der Filterbehälter 2 weist einen Auswurfschacht 15 für den Filterkuchen auf. Die Regeneration des Filtermoduls 1 wird weiter unten dargestellt. Unterhalb des Auswurfschachtes 15 befindet sich eine Förderanlage 16 zum Abtransport des ausgeworfenen Filterkuchens.
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3 zeigt eine Filteranlage aus drei Filtermodulen 1a, 1b und 1c, die allesamt übereinstimmend aufgebaut sind. Wegen des Aufbaus der einzelnen Filtermodule 1a, 1b und 1c wird auf die Beschreibung zu den 1 und 2 verwiesen.
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Sämtliche Schmutztanks 3a, 3b und 3c der Filtermodule 1a, 1b und 1c sind mit dem KSS-Rücklauf 7 verbunden. Genauso speist jedes Filtermodul 1a, 1b und 1c in den KSS-Vorlauf 13 ein.
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Unterhalb der Filtermodule 1a, 1b und 1c sind einzelne Förderelemente 17a, 17b und 17c der Förderanlage 16 zu erkennen. Die Förderelemente 17 sind miteinander verbunden, so dass ein hierdurch aufgefangener Filterkuchen in einen Filterkuchenauffangbehälter 18 gelangt.
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Der modulare Aufbau der Filteranlage gemäß 3 ermöglicht es, ein beliebiges einzelnes der Filtermodule 1a, 1b oder 1c zu regenerieren, während die Bearbeitungsmaschinen aus den Reintanks 5a, 5b und 5c aller Module 1a, 1b und 1c mit gefiltertem Kühlschmierstoff weiter versorgt werden.
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Es wird regelmäßig vorgesehen, die Menge an Kühlschmierstoff aus einem hier nicht dargestellten Vorratsbehälter bei Bedarf aufzufüllen. Dies kann z. B. durch Einleitung in einen der Reintanks 5a, 5b oder 5c erfolgen.
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Die Schmutztanks 3a, 3b und 3c sind über eine Ausgleichsleitung 34 miteinander verbunden. Durch geeignete Ventilelemente 35 und/oder Verschlusselemente können einzelne Module 1a, 1b oder 1c manuell oder automatisch von der Ausgleichsleitung 34 abgesperrt werden. In entsprechender hier nicht dargestellter Weise können auch die Reintanks 5a, 5b und 5c über eine Ausgleichsleitung mit Absperrmöglichkeit miteinander verbunden werden. Die Ausgleichsleitungen ermöglichen einen Austausch der entsprechenden Flüssigkeit, z.B. nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren, zwischen den so verbundenen Tanks.
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Die Filtermodule 1a, 1b und 1c der Filteranlage gemäß 3 sind in der Steuerung der jeweiligen Pumpen aufeinander abgestimmt, wobei eine hier nicht dargestellte Master-Steuereinheit vorgesehen ist, dem die Slave-Steuerungen der Module 1a, 1b und 1c folgen. Die Darstellung in 3 ist prinzipieller Art. Es können weitere Elemente, insbesondere Ventile, Absperrelemente oder dergleichen vorgesehen werden, die für den Betrieb sinnvoll sind.
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4 zeigt perspektivisch ein Filtermodul 1 einschließlich einer Stützstruktur 19. Diese Stützstruktur 19 trägt Reintank 5, Schmutztank 3 und Filterbehälter 2 und umfasst auf einem Grundelement 26 aufgesetzte Stützrohre 20, 21 und 22, die hohl ausgebildet sind und neben ihrer Stützfunktion als Fluidleitungen dienen. Ein viertes Stützrohr ist ebenfalls vorhanden und ist in der hinteren Ecke des Grundelements 26 aufgesetzt und in der Darstellung nicht sichtbar. Die Stützrohre 20, 21 und 22 weisen des weiteren Koppelpunkte 23, 24 und 25 (erforderlichenfalls auch einen weiteren Koppelpunkt am nicht sichtbaren vierten Stützrohr) auf, über die benachbarte Filtermodule 1 miteinander zum Austausch von Kühlschmierstoff (gefiltert oder ungefiltert) miteinander verbunden werden können.
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Über die Fluidleitungen der hinteren beiden Stützrohre 22 erfolgt ein Fluidausgleich zwischen den Reintanks 5 aneinander gekoppelter Filtermodule 1. Außerdem kann hier die Ansaugung über die Filtratpumpe 12 (siehe 1) angeschlossen werden, die gefilterten Kühlschmierstoff aus dem Reintank 5 über einen Zulauf 30 dem Wärmetauscher 14 und weiter über die Verbindungsleitung 33 dem Kühlschmierstoff-Vorlauf 13 zuführt. Am Wärmetauscher 14 sind zudem Kühlwasserzulauf 31 und Kühlwasserablauf 32 angeschlossen.
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Die Stützrohre 20 und 21 sind jeweils mit dem Schmutztank 3 verbunden und sorgen für einen Fluidausgleich zwischen den Schmutztanks 3 aneinander gekoppelter Filtermodule 1.
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5 verdeutlicht einen Regenerationsvorgang in einem Filtermodul 1, in dem die verschiedenen Phasen der Regeneration am selben Filtermodul 1 dargestellt sind.
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5a zeigt das Filtermodul 1 im Filterbetrieb, wobei der Reintank 5 zu 100% gefüllt ist.
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Zu Beginn der Regeneration wird der Filterbehälter 2 geleert, indem sein Inhalt (Filtrat und Unfiltrat) in den Schmutztank 3 entleert wird. Der Reintank 5 versorgt dabei weiter die Bearbeitungsmaschinen mit Kühlschmierstoff, weshalb sein Füllungsgrad über die verschiedenen Phasen der Regeneration abnimmt (5b)). Ist der Filterbehälter 2 zumindest nahezu vollständig von Flüssigkeit befreit, wird der Filterkuchen, nach einem eventuellen Zwischenschritt der Trocknung des Filterkuchens mittels Pressluft, von den Filterkerzen gelöst, z. B. durch einen Schlagimpuls. Der Kuchen kann durch den in 5 nicht dargestellten Auswurfschacht 15 (siehe 1) entweichen und wird über die in 5 ebenfalls nicht dargestellte Förderanlage 16 (3) abtransportiert. In dieser Zeit hat der Füllungsgrad des Reintanks 5 weiter abgenommen und der des Schmutztanks 3 zugenommen. Die Änderung des Füllungsgrades ergibt sich aus der Kopplung mit anderen Filtermodulen 1 verbunden mit dem Abruf von gefiltertem Kühlschmierstoff und der Zuführung von verschmutztem Kühlschmierstoff durch die Bearbeitungsmaschinen.
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Für einen optimalen Filterbetrieb benötigen Filterkerzen allerdings einen gewissen Filterkuchenbelag, da dieser die Filterwirkung deutlich verbessert. Aufgrund dessen wird Flüssigkeit aus dem Schmutztank 3 an die Filterkerzen angeschwemmt, so dass sich dort wieder ein Filterkuchenansatz bildet. Nachdem der Filterkuchen in hinreichender Weise angeschwemmt ist oder nachdem die Volumina der verschiedenen Reintankbehälter zwecks Regeneration voll ausgenutzt sind, wird das Filtrat in den Reintank 5 zurückgegeben und der Filterbetrieb wird wieder eingesetzt (5e).
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6 zeigt eine alternative Form eines Filtermoduls 100, mit gegenüber dem Filtermodul 1 gemäß den 1 bis 5 geänderten Behältereinheiten Filterbehälter 102, Schmutztank 103 und Reintank 105.
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In einem unteren Teil 130 des Behälterkomplexes ist der Filterbehälter 2 in vollem Umfange vom Schmutztank 103 und dieser wiederum in vollem Umfange vom Reintank 105 umgeben. In einem oberen Teilbereich 131 weisen sowohl der Schmutztank 103 als auch der Reintank 105 eine gemeinsame Zugangsaussparung 132 auf, die einen Zugang zum Filterbehälter 102 erlaubt. Der Filterbehälter 102 ist in seiner Betriebsposition gestrichelt dargestellt. Mit dem Bezugszeichen 102’ ist die obere, für einen seitlichen Ausbau der Filterelemente hinreichende Position eines oberen Deckelelements des Filterbehälters 102 versehen, welches zusammen mit den Filterelementen angehoben werden kann. Somit können Schmutztank 103 und Reintank 105 die Raumhöhe eines Aufstellungsraums vollständig ausnutzen, da die Filterelemente des Filterbehälters 102 nicht mehr nach oben über den Schmutztank 103 und Reintank 105 hinaus für den Ausbau angehoben werden müssen. Auf diese Weise kann der Behälterinhalt von Schmutztank 103 und Reintank 105 in Bezug auf die zur Verfügung stehende Raumhöhe optimiert werden.
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Eine Stützstruktur 119 sowie der sonstige Aufbau des Filtermoduls 100 entspricht dem des Filtermoduls 1 gemäß den 1 bis 5.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Filtermodul
- 2
- Filterbehälter
- 3
- Schmutztank
- 4
- Außenwand des Filterbehälters
- 5
- Reintank
- 6
- Außenwand des Schmutztanks
- 7
- KSS-Rücklauf
- 8
- Unfiltratpumpe
- 9
- Unfiltratkammer
- 10
- Filtratkammer
- 11
- 3-Wege-Ventil
- 12
- Filtratpumpe
- 13
- KSS-Vorlauf
- 14
- Wärmetauscher
- 15
- Auswurfschacht
- 16
- Förderanlage
- 17
- Förderelement
- 18
- Filterkuchenauffangbehälter
- 19
- Stützstruktur
- 20
- Stützrohr
- 21
- Stützrohr
- 22
- Stützrohr
- 23
- Koppelpunkt
- 24
- Koppelpunkt
- 25
- Koppelpunkt
- 26
- Grundelement
- 30
- KSS-Zulauf
- 31
- Kühlwasserzulauf
- 32
- Kühlwasserablauf
- 33
- Verbindungsleitung
- 34
- Ausgleichsleitung für Schutztanks
- 100
- Filtermodul
- 102
- Filterbehälter
- 103
- Schmutztank
- 105
- Reintank
- 119
- Stützstruktur
- 130
- Unterer Teil Behälterkomplex
- 131
- Oberer Teil Behälterkomplex
- 132
- Zugangsaussparung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007049658 A1 [0002]
