Glossar - Ein kleiner Blick in den Anlagendschungel
Bandfilter – Anschwemmfilter – Hydrostat – Rückpumpstation – Tiefbettfilter – Kantenspaltfilter – Unterdruckfilter – Kratzerförderer – Sedimentationstank – Magnetwalze – Magnet-Schrägbett – Kuchenfiltration - Hydrozyklon – Druckbandfilter – Klappbandfilter – Trommelbandfilter – Kerzenfilter – manuelle Zentrifuge – Automatikzentrifuge – Kettenmagnetabscheider – Schrägbettfilter – Ölskimmer – Späneentölung – Nebelabsaugung – Schrägbettklärer...
Bandfilter sind i.d.R. Kleinanlagen für
Einzelmaschinen. Sie arbeiten nach dem Prinzip der Kuchenfiltration, d.h. auf einer Unterlage, meistens
Vlies aus Zellulose oder Kunstfaser, lagern sich die Abspanpartikel ab und verhaken sich zu einem Filterkuchen. Bleibt dieser drainagefähig, kann die nachströmende Flüssigkeit durch den Kuchen
fließen, und ein Teil der Schmutzpartikel wird vom Kuchen zurückgehalten. Die Reinflüssigkeit wird unter dem Band im Reintank gesammelt und der Maschine wieder zugeführt. Treibende Kraft für die
Filtration ist der hydrostatische Druck der auf dem Band liegenden Flüssigkeit. Die Flüssigkeitshöhe beträgt üblicherweise ca. 5 bis 7 cm.
Bei Hydrostaten, Schrägbettfilter, Tiefbettfilter o.ä. kann sich ein entschieden höhere Flüssigkeitssäule von ca. 30 bis 50 cm aufbauen, wodurch der Filterkuchen länger durchströmt werden kann. Er wird dadurch dicker, und die Reinheit des Filtrats nimmt zu.
Bei Unterdruckfiltern, vielfach als Bettfilter oder als Trommelbandfilter ausgeführt, wird die Flüssigkeit nicht mittels Schwerkraftdruck durch das Band gedrückt, sondern es wird an der Bandgegenseite ein Unterdruck angelegt, der die Flüssigkeit durch das Band saugt. Ein Unterdruck von 0,2 bar entspricht einer Flüssigkeitssäule von ca. 2 m, demzufolge entwickelt sich ein deutlich dickerer Filterkuchen als bei den obigen Systemen, die Reinheit des Filtrats steigert sich deutlich.
Beim Druckbandfilter wird ein Filterband zwischen einer Ober- und einer Unterkammer abgedichtet eingespannt. Die Schmutzflüssigkeit in der Oberkammer wird mit bis zu 0,8 bar Druck, entsprechend 8 m Flüssigkeitssäule, beaufschlagt und so durch das Band gepresst. Bei dieser hohen Druckdifferenz bildet sich bei guten Bedingungen ein mehrere cm dicker Kuchen aus, wodurch absolute Filterfeinheiten von ca. 15 µm erreicht werden können. Die üblichen Baugrößen werden mit Filterflächen von 2 m² bis zu 5 m² gebaut, bei Schleifanwendungen mit wassermischbaren KSS können damit durchaus 5.000 l/Min. gefiltert werden. Anlagen von bis zu 2 m² werden in abgewandelter Bauform als Klappbandfilter angeboten. Besondere Bauformen für kleine Durchflußmengen sind für spezielle Anwendungen verfügbar.
Bei allen Filtern der Kuchenfiltration ist der Aufbau eines Kuchen die unbedingte Voraussetzung für das Erzielen einer Trennung der Feststoffen aus der Flüssigkeit, das Band hat in der Regel nur die Funktion eines Trägers, damit sich ein Kuchen bilden kann. Die Anfangsphase des Filters bei frischem Band ist dadurch bestimmt, dass die Flüssigkeit in Ermangelung des Kuchens sehr wenig gereinigt durch das Band strömt. Baut sich schlecht ein Kuchen auf, so ist diese Phase relativ lang, und das Filterergebnis ist unbefriedigend. Weisen die Abspanpartikel keine Spanform auf sondern ähneln eher kleinen Brocken (Schleifen von Hartmetall oder Keramik, häufiges Abrichten von Korundscheiben), so setzt sich gerne das Band sehr schnell zu, ohne dass sich ein Kuchen aufgebaut hat. Als Folge taktet das Band weiter, ohne dass eine nennenswerte Reinigung stattgefunden hat. Der Filter ist zu einer Papierabwickelmaschine mutiert. Als Abhilfe werden oft dickere Vliese mit besonderem strukturellen Aufbau verwendet, sie bleiben länger durchlässig, haben ein eigenes Schmutzaufnahmevermögen und sind um ein Vielfaches teurer. Die System werden alternativ nicht mit Vlies aus Zellulosen oder Kunstfasern betrieben sondern mit einem Endlosband aus Kunststoff oder Metall. Dadurch entfallen die Kosten für Papier und Entsorgung, die erzielbare Filterfeinheit ist etwas schlechter.
Anschwemmfilter haben als Filtergrundmedium kein Band, sondern Hohlkörper wie Kerzen oder Hohlscheiben mit durchlässigen Oberflächen (z.B. ein geschlitztes Rohr als Grundkörper, überzogen mit einem feinmaschigen Stützgewebe). Sie befinden sich in einem Druckbehälter, die Innenräume aller Hohlkörper sind mit einer Sammelleitung zum Reintank verbunden. Das Schmutzöl aus dem Druckbehälter wird demnach durch die Oberflächen der Hohlkörper gedrückt und dem Reintank zugeleitet. Ein Anschwemmmittel, i.d.R. Zellulose oder Kieselgur, seltener Maisschrot, wird vor Filtrationsbeginn auf die Hohlkörperoberflächen geschwemmt, so dass ein künstlicher Filterkuchen entsteht. Dieser ermöglicht zusammen mit den relativ niedrigen Filtriergeschwindigkeiten von ca. 2 m/Std. eine Feinstreinigung des Öls von ca. 5 µm absolut. Früher nur als Großanlage verfügbar, werden heute kleine Einheiten gebaut, bei denen der Grundkörper aus diskusartigen Hohlscheiben besteht, die auf einer querliegenden Hohlwelle aufgereiht sind. Diese Anlagen sind extrem platzsparend, feinstreinigend und betriebskostenarm. Die wesentliche Einschränkung liegt bei der Art der Flüssigkeit: es können nur Öle mit niedrigen Viskositäten gereinigt werden, Emulsionen werden ausgemagert.
Bei Kantenspaltfiltern wird die Flüssigkeit durch ein im Regelfalll zylindrisches Filterelement mit definierten Schlitzen oder Löchern gedrückt, ausgeprägt als Spaltrohr, Lochblechzylinder oder als Kerzen aus gestapelten Papierscheiben. Letztere werden z. T. auch als Kerzenfilter oder Transorfilter bezeichnet. Die Schmutzpartikel sammeln sich vor den Spalten an und werden üblicherweise bei zu großer Belegung rückgespült oder abgekratzt. Auslöser ist eine festgelegte Druckschwelle. Die Bandbreite der Systeme am deutschen Markt ist groß und auf die verschiedensten Anwendungsfälle zugeschnitten, die Filtrierleistungen und Filterfeinheiten rangieren demzufolge in großen Bereichen bis hinunter zu 5µm absolut.
Magnetische Trennsysteme benötigen im Regelfall keine zusätzlichen Hilfsstoffe. Bekannt sind die Magnetwalzen als Vorabscheider zur Abtrennung gröberer Schmutzfraktionen. Dabei wird der Maschinenrücklauf in ein kleines Becken gegeben, in dem eine querliegende Magnetwalze etwa zur Hälfte seines Durchmessers eingetaucht ist und sich permanent dreht. Die magnetisch ausgetrennten Partikel werden im oberen Bereich der Walze, der aus der Flüssigkeit austaucht, abgestriffen. Als Magnetwerkstoff sind neben Eisen auch Seltene-Erd-Werkstoffe verfügbar, die aufgrund ihrer höheren Remanenz ein deutlich höheres Abscheideverhalten aufweisen. Fälschlicherweise werden Magnetwalzen oft als Vorabscheider vor einen Bandfilter installiert. Dadurch kann es möglich sein, dass sich die groben Partikel austrennen, obwohl sie gerade zum Aufbau eines drainagefähigen Grundkuchens auf dem Filter wichtig wären.
Kettenmagnetabscheider wurden vor über 40 Jahren in der Walzwerktechnik entwickelt, um Eisenabplatzungen aus dem Walzprozeß auszutrennen. Sie gelten als hervorragende Trennsysteme, zum einen weil exzellente Filterfeinheiten erzielt werden können, zum anderen sind sie extrem wartungsarm und erfordern dazu noch geringe Investitionen. KMA werden in einen Kratzer-Absetztank eingebaut. Dabei wird eine große Zahl von magnetischen Stäben in einer speziellen Geometrie so angeordnet, dass die Schmutzflüssigkeit zwischen die Zwischenräume der eng benachbarten Stäbe hindurchfließen muß, um zur Reinseite zu gelangen. Bei geringen Durchströmungsgeschwindigkeiten ist die Verweilzeit der Abspanpartikel in den Magnetfeldern sehr groß, so dass ein hoher Abscheidegrad erzielt werden kann. Die angelagerten Partikel werden automatisch von den Stäben entfernt. Es sind keine zusätzlichen Hilfsstoffe erforderlich, es können Öle, Lösungen oder Emulsion gereinigt werden. Bei der Gußbearbeitung hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, dass Fremdöle und Graphit mit ausgetrennt werden.
Beim Magnet-Schrägbett befindet sich unter einem dünnen, schräg stehenden Metallblech eine Vielzahl an kleinen Magneten, üblicherweise starke Nd-Magnete. Die Schmutzflüssigkeit, sie kann Öl, Emulsion oder Lösung sein, wird auf das Schrägbett gegeben und läuft über die Magnetstrecke ab, wobei ferritische Partikel festgehalten werden. Ausführungsbedingt wird das Schrägblech entweder manuell oder automatisch gereinigt. Die Anlagen bauen sehr kompakt, haben aber natürlich die Einschränkung auf die Bearbeitung ferritischer Werkstoffe.
Manuelle Zentrifugen sind i.d.R. Versorgungssysteme für die einzelne Werkzeugmaschine. Dabei wird die Schmutzflüssigkeit kontinuierlich einer drehenden Trommel zugeführt und durchströmt diese, um sie in den Reintank zu verlassen. Während der Durchströmung werden die Schmutzpartikel aufgrund der Fliehkraft teilweise an die Trommelwand gepresst, sie werden in zeitlichen Abständen manuell aus der Zentrifuge entfernt. Die auftretende Fliehkraft, und damit direkt zusammenhängend das Trennvermögen einer Zentrifuge, ist u.a. vom Durchmesser der Trommel abhängig. In Deutschland betragen sie üblicherweise etwa 200 mm, 300 mm und 400 mm mit Trommelvolumina von 1,5 l, 5 l und 15 l. Ein großes Trommelvolumen bedeutet eine große Verweilzeit, also die Zeit, die ein Partikel benötigt, um von der Trommelzuführung bis zum –auslaß zu gelangen. Je größer die Zeitspanne im Fliehkraftfeld ist, um so besser ist das Trennvermögen. 400 mm-Trommeln werden mit einem Volumenstrom von bis zu ca. 120 l/Min. betrieben. Es existieren zwar nur wenige Zentrifugenhersteller, jedoch sind die Bauartunterschiede z. T. erheblich. Zentrifugen werden sowohl bei Öl, Emulsion als auch bei Lösungen eingesetzt, sie benötigen keine Hilfsstoffe, sind jedoch in Abständen gemäß der Unfallverhütungsvorschrift zu überprüfen.
Mit ungleich höheren Investitionen versehen sind die Automatikzentrifugen, die den ausgetrennten Schmutz in Intervallen selbstständig - mehr oder weniger zuverlässig - austragen. Bei den meisten Bauarten geschieht dies durch Auskratzen der Trommel. Die Trommeldurchmesser und –volumina sind üblicherweise größer als bei den manuellen Zentrifugen, die Reinigungsleistungen aber z.T. deutlich besser. Daneben ist der geringe Personaleinsatz vorteilhaft, während sich je nach Anwendung und Ausführung erheblicher Verschleiß einstellen kann. Dieses Marktsegment gewinnt gegenwärtig offensichtlich an Bedeutung, denn neben den angestammten Herstellern haben sich in jüngster Zeit weitere deutsche Untenehmen zum Bau dieser Automatikzentrifugen entschlossen.
Eine der einfachsten Trennverfahren ist die Sedimentation. Dabei durchströmt die Schmutzflüssigkeit einen langen Sedimentationstank möglichst laminar, die Partikel sinken während der Durchströmzeit teilweise zu Boden, wo sie von einem Kratzerförderer mitgenommen werden; je größer der Tank, um so besser das Absetzverhalten. Vorteilhaft ist an diesem System, dass sich der
Absetzvorgang physikalische gut beschreiben lässt und das Trennergebnis vorhersehbar ist. Nachteilig sind die benötigten großen Flüssigkeitsmengen hinsichtlich Anschaffung, Betrieb und
Entsorgung.
Oftmals werden in diesen Sedimentationstanks Hydrozyklone eingebaut. Sie bestehen aus einem zylindrischen und im
unteren Teil konischen Rohr, im Innern befindet sich ein Steigrohr. Die Flüssigkeit wird oben mit hoher Geschwindigkeit zugeführt und durchströmt im Drall den oberen Zyklonteil. Dabei werden die
Feststoffpartikel infolge der Zentrifugalkraft an die Außenwand gedrückt und nach unten zum Ende des konischen Zyklonteils, dem Unterlauf geführt. Dort verlassen etwa 7 bis 10% der Flüssigkeit
den Zyklon mit einer entsprechend hohen Schmutzfracht. Die restliche Flüssigkeit steigt durch das innere Steigrohr auf zum oberen Ausgang des Zyklons, dem Oberlauf. Die große Flüssigkeitsmenge,
die aus dem Unterlauf austritt, macht es notwendig, diese anschließend weiter zu behandeln, sprich einer Sekundärreinigung zuzuführen. Oftmals wird der Unterlauf einer Sedimentation mit
Kratzeraustrag zugeleitet.
Die Systeme sind ausgesprochen einfacher Bauart und unkompliziert im Betrieb. Die maximal erzielbaren Filterfeinheiten bei den üblichen Systemen sind im Bereich von 20 µm zu finden, wobei die
Trennschärfe z. T. sehr niedrig ist. Neben Standardanlagen einer Vielzahl an Herstellern haben sich am Markt einige z. T. abenteuerliche Ausführungen gezeigt.
Bei Nebelabsaugern handelt es sich i. a. um Systeme, die aus den Bearbeitungsmaschinen den Nebel der Bearbeitungsflüssigkeit absaugen. Ziel dabei ist es, beim Öffnen einer gekapselten Maschine keinen Nebel in die Umgebung, sprich Arbeitsplatz, gelangen zu lassen. Der ständig erzeugte Unterdruck verhindert zudem ein Austreten von Flüssigkeiten aus Ritzen der Bearbeitungsmaschine. Die am häufigsten am Markt vertretenden Systeme sind Konstant-Filterelemente, Elektrostaten und Zentrifugalabscheider. Bei Filterelementen wird der Nebel durch offenporige Filterpakete gefördert, die Poren nehmen die Feuchtigkeit auf. Bei entsprechend hohem Gegendruck ist der Filter voll, er muß ausgewechselt werden. In Elektrostaten wird zwischen zwei Elektroden eine extrem hohe elektrische Spannung erzeugt, durch die die Flüssigkeitströpfchen elektrostatisch geladen werden. Dadurch schlagen sie sich an dem Kollektor (Katode) nieder und werden wieder abgeführt. Nachteilig nimmt sich hier der Umstand aus, dass eine zu hohe Konzentration von leitenden Flüssigkeiten wie z.B. wässrige KSS zum Durchschlagen des Absorbers führen kann und somit die Effektivität kurzzeitig deutlich reduziert wird. Ein Cracken der Ölanteile im KSS kann zu Belegungen der Elektroden führen, wodurch die Abscheiderate ebenfalls reduziert wird.