Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ab scheiden magnetisierbarer Verunreinigungen aus strömenden Fluiden (Flüssigkeiten und Gasen) .

Magnetfilter werden zur Entfernung magnetisierbarer Teilchen aus Fluiden benutzt, die beispielsweise bei der Fertigung anfallen (z.B. Metallspäne beim Bohren und Drehen) . Es wird eine möglichst hohe Filtereffizienz, insbesondere auch die Entfernung kleinster Teilchen, angestrebt, um den Verschleiß von Maschinen und Werkzeugen zu reduzieren, die von den Fluiden durchströmt werden oder mit diesen in Kontakt gelangen. Bei Betrieb des Magnetfilters setzen sich immer mehr magnetisier- bare Filterpartikel an der Wand bzw. Oberfläche ab. Die Filtereffizienz sinkt so allmählich und schlimmstenfalls kommt es zum Verstopfen des Filters. Das Magnetfilter muss somit mit kürzestmöglicher Unterbrechungsdauer des Filtrationsbetriebs in Zeitabständen gereinigt werden.

In der DE 1 160 130 A ist eine Vorrrichtung zur magnetischen Filterung magnetisch leitender Partikel aus strömenden Medien beschrieben. In einem vertikalen Rohr bzw. Gehäuse 1, das magnetisch induziert ist, ist eine Schnecke 2 um eine Achse 3, 6 drehbar gelagert, die an der Wand abgelagerte Verunreinigungen bis auf einen dünnen Belag abträgt und abtransportiert. Eine kontinuierliche Reinigung wird als mögliche Alternative dargestellt. Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 strömt die Flüssigkeit von oben nach unten und es werden beim Durchfließen der Schneckengänge Zentrifugalkräfte erzeugt, die für das Reinigen genutzt werden. Der Teilchenauslass und der Auslass für die Reinflüssigkeit befinden sich unterhalb der verschmutzten Schnecke. Es besteht die Gefahr, dass Verschmutzungen in die gereinigte Flüssigkeit gelangen. Die Polung der Magnete ist ineffektiv, da die größten Magnetkräfte immer an den Polen des Magneten vorhanden sind, siehe unten. Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 strömt die Flüssigkeit durch eine rotierende Hohlachse 6 und durch deren Löcher in das Rohr, wobei der tangentiale Austritt aus der Hohlachse die Reinigungswirkung unterstützt, und in diesem Fall werden die Verunreinigungen durch das Drehen der Schnecke nach oben abgeführt und an die Pole transportiert, wo die Magnetkräfte am größten sind. Konstruktionsbedingt können die magnetisierbaren Teilchen nur durch nachgeschobene Verunreinigungen weggedrückt werden. Je nach Eigenschaft der magnetisierbaren Partikel kommt es zu einer Verstopfung zwischen dem Abdeckblech und dem Magneten .

Eine aus der DE 1 794 280 B bekannte magnetische Filtervorrichtung umfasst ein zylindrisches Gehäuse 1 mit einer Einlassöffnung 2 und einer Auslassöffnung 3. Im Gehäuse 1 ist konzentrisch eine drehbare Magnetfiltersäule mit Magneten 5, 6 auf einer unmagnetischen Welle 7 drehbar angeordnet. Zwischen dem Einlass 2 und der Magnetfiltersäule befindet sich eine zylindrische, unmagnetische Mantelschale 9, die bei dem Aus- führungsbeispiel von Fig. 4 Schneckenflügel 16 aufweist. Im Eintrittsbereich (Einschwemmstelle 13) befindet sich eine Fang- bzw. Abstreifleiste 14, die bei Drehung der Magnetsäule die an dieser angelagerten Verunreinigungen abstreift. Die Reinigung des Magnetfilters von den anhaftenden magnetischen Verunreinigungen kann während des normalen Filterbetriebs durchgeführt werden. Es kann auch ein periodisch arbeitender Drehantrieb vorgesehen sein. Bei dem bekannten Magnetfilter besteht die Gefahr, dass an der Außenseite der Mantelschale 9 eine Verschlammung auftritt. Hier wirken bei starken Magneten noch Magnetkräfte. Diese sind besonders hoch, wenn die starr befestigten Schneckenflügel mit Schlamm gefüllt werden, da die Magnetkräfte durch die ferromagnetischen Teilchen weitergeleitet werden. Da die Magnetsäule 5, 6 zentral angeordnet ist, ist die wirksame Fläche für das Auffangen der magnetisierbaren Teilchen im Vergleich zu einer peripheren Anordnung kleiner. Hinzu kommt, dass sich der bzw. die Magnete im Medium befinden, und dies kann zu einem Beständigkeitsproblem bezüglich des Magnetmaterials führen, denn manche Magnetmaterialien lösen sich in bestimmten Medien.

Ein Magnetabscheider zur Entfernung von magnetisierbaren Metallteilen aus einer Papierfasersuspension gemäß DE 103 31 022 AI umfasst einen zylindrisch geformten Magneten 1, der durch eine Antriebswelle 6 angetrieben wird. Ein Teil ist von einem koaxialen Rohr 7 umgeben, in dem sich eine den Magneten umschließende WendelSchnecke als Förderlement 2 befindet. Statt der Konstellation rotierender Magnet und stationäres Förderelement kann auch der Magnet stationär sein und das Förderelement dreht sich. Durch die Relativbewegung wird eine axiale Förderbewegung erzeugt, wodurch die mittels des Magneten festgehaltenen Partikel herausbefördert werden. Das Herausbefördern kann kontinuierlich sein oder in Zeitabständen erfolgen. Bei diesem Magnetabscheider werden gröbere ferromagnetische Teilchen abgeschieden. Das Filtrat durchfließt die Schneckenwendeln nicht und der Abscheidprozess findet nur außerhalb des Rohrs 7, jedoch nicht innerhalb desselben statt. Im Rohr 7 werden die ferromagnetischen Teilchen zusammen mit einem Anteil Papierfasern zum Abwurf bzw. der Schleuse 4 transportiert und der Magnet hat hier nur Förderfunktion. Der Faseranteil kann durch den Spülanschluss 13 zurückgespült werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Abscheiden von magnetisierbarer Verunreinigungen aus strömenden Fluiden (Flüssigkeiten und Gasen) zur Verfügung zu stellen, die energieeffizient arbeitet, große Mengen an Verunreinigungen verarbeiten kann und mit minimaler Unterbrechung des Fluiddurchflusses zu reinigen ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung zum Abscheiden magnetisierbarer Verunreinigungen aus strömenden Fluiden mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung betrifft somit eine Vorrichtung zum Abscheiden magnetisierbarer Verunreinigungen aus strömenden Fluiden

(Flüssigkeiten oder Gasen) , die eine zylindrische Kammer mit einem Einlass für das magnetisierbare Teilchen enthaltendes Fluid (Fluideinlass) , einem Auslass für das gereinigte Fluid (Reinfluidauslass) und einem Auslass für die magnetisierbaren Teilchen (Teilchenauslass) enthält. In der Kammer ist ein innerer Zylinderkörper angeordnet, der mit der Kammerwand einen von dem Fluid durchströmten Ringspalt bildet. Vor oder am Fluideinlass befindet sich ein Zulaufventil und am Teilchenauslass ist ein Ablassventil vorgesehen. Außerhalb des Ringspalts ist in Strömungsrichtung zwischen dem Fluideinlass und dem Reinfluidauslass mindestens ein Magnet angeordnet. Im Ringspalt befindet sich ein rotierbarer, wendeiförmiger Abstreifer, der an der Wand der Kammer und/oder des Innenrohrs abgelagerte magnetisierbare Teilchen zum Teilchenauslass transportiert. Ein Antrieb für den wendeiförmigen Abstreifer während der Zeitdauer der Filterreinigung ist vorgesehen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Abscheiden von magnetisierbaren Verunreinigungen, insbesondere ferromagnetischen Teilchen, aus Fluiden zeichnet sich durch einen sehr einfachen Aufbau aus. Sie filtert die magnetisierbaren Teilchen aus strömenden Flüssigkeiten oder Gasen, wobei der Durchfluss durch Unterdruck oder Überdruck bewirkt wird. Bei den Flüssig- keiten kann es sich z.B. um Emulsionen, Schneidöle und der gleichen und bei den Teilchen um ferromagnetische Partikel aus Eisen oder Stahl handeln. Andere Flüssigkeiten können jedoch auch gereinigt werden und die Teilchen können auch paramagnetisch sein. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich auch zum Reinigen von Gasen von magnetisierbaren Teilchen und es kann beispielsweise metallurgischer Staub aus der Luft entfernt werden. Es können Teilchen mit Abmessungen von weniger als 10 μιη abgeschieden werden.

Das Magnetfilter gemäß der Erfindung zeichnet sich somit durch die Eigenschaft, selbstreinigend zu sein, aus. Seine Funktionsweise ist wie folgt: Der Ringspalt wird während des Normalbetriebs von der zu reinigenden Flüssigkeit (oder Gas) durchströmt. Im Ringspalt befindet sich die wendeiförmige Führungseinrichtung für die Flüssigkeit, wodurch die Flüssigkeit einer Zentrifugalkraft ausgesetzt ist und zur Außenwand strebt. Die wendeiförmige Führungseinrichtung ist für die Reinigung drehbar ausgeführt und schabt während der Zeitdauer der Reinigung haftengebliebene Feststoffpartikel (Schlamm) von der Außenwand ab. Während der Filterung wird die wendeiförmige Führungseinrichtung nicht angetrieben. Der Reinigungsvorgang verläuft drucklos, das heißt, es muss kein Druck extra aufgebaut werden. Es wird vielmehr gegebenenfalls zurückgespült oder der vorhandene Überdruck genutzt, was später noch beschrieben wird.

Die Magnete können Permanentmagnete oder Elektromagnete sein. Vorzugsweise ist (sind) der (die) Magnet (e) außen an der zylindrischen Kammer angebracht. Zum Einen ist bei dieser Anordnung die wirksame Fläche zum Sammeln der magnetisierbaren Teilchen größer. Zum Anderen können die Magnete während des Betriebs ausgetauscht oder weitere angebracht werden. Der wendeiförmige Abstreifer kann dann am inneren Zylinderkörper angebracht, z.B. mit diesem verschweißt sein, wobei dann der innere Zylinderkörper drehbar ausgeführt ist. Es können zusätzlich Magnete innerhalb des Ringspalts vorgesehen werden, beispielsweise, um die auf die magnetisierbaren Teilchen wirkenden Kräfte und damit die Filtereffizienz zu vergrößern. Der wendeiförmige Abstreifer ist in diesem Fall stets unabhängig von der Kammerwand und dem inneren Zylinderkörper drehbar ausgeführt und hat somit einen separaten Antrieb .

Durch den wendeiförmigen Abstreifer im Ringspalt wird das Fluid spiralförmig durch den Ringspalt geführt. Die auf die magnetisierbaren Teilchen wirkenden Zentrifugalkräfte während des Durchströmens der Schneckenwendel unterstützen bei außen angebrachten Magneten die Bewegung der Teilchen nach außen zur Kammerwand. Wenn die Steigung der Schneckenwendel flach gewählt wird, wird der Strömungswiderstand größer. Zugleich bleiben die magnetisierbaren Teilchen länger im Magnetfeld und werden aufgrund der größeren Verweilzeit effizienter aus dem Fluid ausgeschieden. Ein weiterer Parameter, mit dem die Filterfunktion gesteuert werden kann, ist die Spaltbreite, die ebenfalls die Strömungsgeschwindigkeit beeinflusst. Damit kann das Abscheideverhalten bezüglich der Teilchengröße gesteuert werden. Sollen größere Partikel abgeschieden werden, wird die Fließgeschwindigkeit erhöht, und umgekehrt. Noch weitere Parameter, die in das Reinigungsverhalten eingehen, sind der Durchfluss des zuströmenden Fluids, dessen Viskosität und die Stärke der verwendeten Magneten bzw. der Magnetfelder.

Der Teilchenauslass ist zweckmäßig in dem Bereich der Kammer vorgesehen, in dem sich der Fluideinlass befindet. Das Rein- fluid wird somit in entgegengesetzter Richtung zu den ausgebrachten magnetisierbaren Teilchen abgeführt. Mittels dieser Maßnahme verbleiben weniger Schmutzpartikel im Filtrat.

Je nach dem Abreinigungsverhalten der magnetisierbaren Teilchen ist der Teilchenauslass trichterförmig oder zylinderförmig . Durch Öffnen des Ablassventils können die vom Abstreifer abgeschabten und zum Teilchenauslass transportierten, magnetisier- baren Teilchen mit Hilfe des im System vorhandenen Überdrucks gespült bzw. gereinigt werden.

Bei einer Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Reinfluidauslass mit einem automatischen Ventil ausgestattet. Wird dieses Ventil geschlossen, kann die gesamte Flüssigkeit durch den bestehenden Überdruck durch den Teilchenauslass gedrückt werden, um in kritischen Fällen die Verunreinigungen zuverlässig aus der Kammer abzutransportieren.

Es kann auch von der Reinflüssigkeitsseite aus gespült wer- denen. Dazu wird das Zulaufventil geschlossen. Aufgrund des Überdrucks im System wird dann die Flüssigkeit zusammen mit den Verunreinigungen durch den Teilchenauslass abgeführt.

Es besteht die Möglichkeit, auch bei laufendem Betrieb das Magnetfilter zu reinigen. Hierzu wird in den Reinfluidauslass eine Drossel eingebaut. Allerdings kommt es bei dieser Ausführung während der Reinigung des Magnetfilters zu einer kurzfristigen Reduzierung der Durchflussmenge und einem Druckabfall des Filtrats.

Für einen durchgehenden Betrieb auch während der Filterreinigung können zwei Magnetfilter parallel angeordnet sein. Es ist dann eine Umschalteinrichtung dann für das Umschalten von einem Fluideinlass des einen Magnetfilters zum Fluideinlass des anderen Magnetfilters (z.B. ein Dreiwegeventil) und/oder das Öffnen sowie Schließen der zugeordneten Reinfluidauslässe vorgesehen. Muss das in Betrieb befindliche Magnetfilter gereinigt werden, wird auf das andere Magnetfilter umgeschaltet. Es kommt durch den Reinigungsprozess weder zu einer Betriebsunterbrechung der Gesamtanlage, noch zu einem Abfall des Fluid- drucks .

Eine weitere Alternative der Reinigung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die ausgebrachten Teilchen vom Fluid getrennt werden, kann bei der Ausführung mit zylinderförmigem Teilchenauslass angewendet werden. Diese ist am Teilchenaus- lass oder diesem nachgeordnet mit einer Weiche oder einer entsprechenden zusätzlichen Einrichtung versehen, mit der am Teilchenauslass zu einer Ableitung von Fluid und Feststoffen umgeschaltet wird. Zu Beginn des ReinigungsVorgangs wird als Erstes die in der Kammer vorhandene Flüssigkeit abgelassen. Dazu wird das Ablassventil geöffnet und das Zulaufventil und das Ventil am Reinfluidauslass werden geschlossen. Nachdem das Fluid abgelassen ist, wird der wendeiförmige Abstreifer angetrieben und trägt die an der Wand haftenden Schmutzpartikel ab. Die nassen Feststoffe, praktisch die Trockensubstanz, treten durch den Teilchenauslass aus der Kammer aus und können über eine Leitung abgeführt oder in einem Auffangbehälter gesammelt werden. Danach sollte noch nachgespült werden, um die restlichen abgelösten Schmutzpartikel auszubringen. Eine Weiche beispielsweise kann dazu eingesetzt werden, die Feststoffe in den Auffangbehälter und die aus der Kammer ausgelassene Flüssigkeit über eine separate Leitung abzuführen. Bei hoher Schlammkonzentration (Partikelanteil im Fluid) sollte keine Trennung von Fluid und Feststoffen erfolgen, vielmehr beide zusammen abgeführt werden, um Verstopfungen zu vermeiden.

Bei einer anderen Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das Reinfluid in einen Tank ausgelassen. In diesem Fall liegt dann an der Kammer an der Reinfluidseite kein Gegendruck an .

Die Erfindung wird im folgenden weiter anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und der Zeichnung beschrieben, wobei diese Darstellung ebensowenig wie die Zusammenfassung von Merkmalen in den Unteransprüchen die Erfindung beschränken soll, sondern lediglich zu Erläuterungszwecken dient. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Magnetfilters gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit außerhalb des Ringspalts angeordetem Magneten und

Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Magnetfilters gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit außerhalb und innerhalb des Ringspalts angeordneten Magneten .

Im Folgenden wird ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Fig. 1 beschrieben, bei dem es sich um ein Magnetfilter zum Abscheiden von ferromagnetischen Verunreinigungen aus Flüssigkeiten wie Emulsionen oder Schneidölen handelt. Im beschriebenen Fall ist das Magnetfilter in eine Anlage eingebaut, bei der die Flüssigkeit mit Überdruck gefördert wird, wie er beispielsweise in Pumpsystemen vorherrscht. Das Magnetfilter umfasst eine zylindrische Kammer 2, die in vertikaler Positionierung dargestellt ist. Eine beispielsweise horizontale Anordnung der Kammer ist ebenfalls möglich. Die Kammerwandung ist aus nicht- ferromagnetischem Material, vorzugsweise Edelstahl oder Kunststoff. In der Kammer 2 befindet sich ein innerer Zylinderkörper 4, der über einen Drehzapfen 6 mit einem Motor 8 gekuppelt ist. Der innere Zylinderkörper kann massiv oder innen hohl sein. Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 ist er innen hohl und wird im Folgenden als Innenrohr bezeichnet. Außen am Innenrohr 4 ist ein Abstreifer 10, einn Schneckenwendel, angebracht, der sich fast bis zur Wand der Kammer 2 erstreckt. Das Innenrohr 4 erstreckt sich über nahezu die gesamte Länge der Kammer 2 und endet mit Abstand vor dessen dem Motor 8 gegenüberliegenden, d.h. dem in Fig. 1 unteren Ende. Das Innenrohr 4 und die Wand der Kammer 2 begrenzen einen Ringspalt 12. Außen an der Kammer 4 ist ein Magnet 14 angeordnet, dessen Magnetfeld den Ringspalt 12 durchdringt.

In der Darstellung von Fig. 1 unten an der Kammer 2 befindet sich ein Einlass 18 für verschmutzte Flüssigkeit, die ferro- magnetische Teilchen enthält, siehe Pfeil 16. Der Einlass 18 ist mit einem Zulaufventil 20 versehen. In Fig. 1 oben, d.h. am Ende der Kammer 2 nahe der Drehachse 6 befindet sich ein Auslass 22 für Reinflüssigkeit, siehe Pfeil 14. Der Auslass 22 ist mit einem Automatikventil oder einem Drosselventil 26 versehen. Ein Auslass 28 für die ferromagnetischen Teilchen

(Schlammauslass) , siehe Pfeil 32, befindet sich an dem dem Reinflüssigkeitsauslass 22 entgegengesetzten Ende der Kammer 2, in Fig. 1 unterhalb des Einlasses 18, und ist trichterförmig ausgebildet. Er ist mit einem Ablassventil (Schlammablass- ventil) 30 versehen.

Das Magnetfilter kann in bestehenden Anlagen nachgerüstet werden. Während des Normalbetriebs strömt durch den Einlass 18 verschmutzte Flüssigkeit, die ferromagnetische Teilchen enthält (z.B. Schneidemulsion mit Metallspänen), in die Kammer 2 ein. Die Flüssigkeit gelangt dann in den Ringspalt 12 und durchströmt diesen geführt durch die Wendeln der Schneckenwendel 10, siehe Pfeile 34. Unter der Wirkung des vom Magneten 14 erzeugten Magnetfelds wandern die ferromagnetischen Teilchen nach außen zur Wand der Kammer 2 und setzen sich dort ab. Die Reinflüssigkeit tritt am Ende der Kammer 2 durch den Auslass 22 aus. Das Schlammablassventil 30 ist während des Normalbetriebs geschlossen.

Soll das Magnetfilter von den sich an der Kammerwand ansammelnden ferromagnetischen Teilchen gereinigt werden, werden das Zulaufventil 20 und bei der Ausführung des Auslassventils 26 als Automatikventil am Reinflüssigkeitsauslass 22 wird das Auslassventil geschlossen. Bei vorhandenem Drosselventil wird dieses in die Drosselstellung gebracht, so dass weniger Reinflüssigkeit aus dem Magnetfilter tritt. Das Schlammablassventil 30 wird geöffnet. Der Motor 8 wird eingeschaltet und dreht das Innenrohr 4 mit der Schneckenwendel 10. Die letztere schabt bzw. kratzt die Teilchen von der Kammerwand ab. Die Drehrichtung ist so gewählt, dass die Teilchen durch die Schneckenwendel 10 in Richtung des Schlammauslasses 28 transportiert werden. Reicht die Schneckenwendel 10 nicht aus oder besteht die Gefahr, dass sich der Schlammauslass 28 durch die Teilchen zusetzt, kann das Zulaufventil 20 geöffnet und einlaufende Schmutzflüssigkeit zum Ausspülen der ferromagneti- schen Partikel durch den Schlammauslass 28 benutzt werden. Der ReinigungsVorgang erfordert nur wenig Zeit, so dass die Unterbrechung des Betriebs der Anlage kurz ist.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Soweit die Teile denen des ersten Ausführungsbeispiels gleichen, sind sie mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht erneut beschrieben. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Magnetfilter sind auch im Innenrohr 4 Magneten 36 angeordnet. Die Schneckenwendel 10 ist nicht am Innenrohr 4 angebracht, sondern ist direkt durch den Motor 8 antreibbar. Sie trägt während der Filterreinigung abgesetzte Teilchen sowohl von der Kammerwand, als auch vom Innenrohr ab. Der Schlammab- lass 38 ist zylinderförmig, so dass die Gefahr von Verstopfungen geringer ist. Der Schlammablass 38 ist mit einem Ablassventil 40 versehen.

Die zylinderförmige Ausführung ist unabhängig vom Ort der Magnetanordnung, das heißt, ob diese außen oder innen angeordnet sind. Im Fall einer horizontalen Kammeranordnung ist ein zylinderförmiger Teilchenauslass bevorzugt.