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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Entkeimung und/oder
Sterilisation von flüssigen Medien,
insbesondere von in der Industrie verwendeten Kühlschmierstoffen.
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Stand
der Technik ist, dass, um beispielsweise Kühlschmierstoffe vor Keimbefall
zu schützen
und diesen zu verhindern oder einzuschränken, giftige chemische Zusatzstoffe
verwendet werden, die potentiell umwelt- und gesundheitsschädlich sind.
Eine Verkeimung würde
hier bedeuten, dass der Kühlschmierstoff
seine technische Funktion nicht mehr bzw. nur noch eingeschränkt erfüllen kann.
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Der
Erfindung liegt in Anbetracht dieses Standes der Technik die Aufgabe
zugrunde, ein System der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen,
welches einen Verzicht auf die Zugabe der genannten chemischen Zusatzstoffe
ermöglicht
und ferner auf einfache Art und Weise eine Anpassung der Entkeimung
bzw. Sterilisation an das zu entkeimende bzw. zu sterilisierende
ermöglicht.
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Zur
technischen Lösung
dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein System zur kontinuierlichen oder
zyklischen Entkeimung und/oder Sterilisation des gesamten, insbesondere
in einer Werkzeugmaschine befindlichen Medienvolumens ohne die Verwendung
von giftigen chemische Zusatzstoffen mit den Merkmalen des Anspruchs
bereitgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die
Erfindung nutzt dabei gezielt den biologischen Umstand, dass Keime
und sonstige Mikroorganismen und/oder mikrobiologische Kleinstlebewesen
durch eine Bestrahlung mit UV-Strahlung, vorzugsweise mit einer
Wellenlänge
von 254 nm, abgetötet
und/oder oder dauerhaft geschädigt
werden. Erfindungsgemäß wird daher
vorteilhafterweise ein der UV-Strahlung ausgesetzter Medienfilm
bis zur Eindringtiefe der UV-Strahlung entkeimt.
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Die
Erfindung macht sich dabei weiter die Erkenntnis zu nutze, dass
es, insbesondere da in der Regel ansonsten keine völlige Keimfreiheit
erreicht werden kann, vorteilhafterweise ausreichend ist, die Keimzahl
lediglich unter einen gewissen Grenzwert halten zu können, um
die technische Funktion des Kühlschmierstoffs
oder dergleichen Medien aufrechterhalten zu können. Die Erfindung nutzt ferner
die Erkenntnis, dass die Eindringtiefe der UV-Strahlung direkt von
der Dicke des Medienfilms auf der Fläche bestimmt wird.
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Es
wurde festgestellt, dass sich durch die erfindungsgemäße Verwendung
eines im Wesentlichen eine geschlossene Mantelfläche aufweisenden dreidimensionalen
Körpers
auf einfache und kostengünstige
Art und Weise eine Anpassung der Entkeimung bzw. Sterilisation an
das zu entkeimende bzw. zu sterilisierende ermöglicht wird, da die Dicke des Medienfilms
durch die Fläche
einstellbar und/oder steuerbar ist. Vorteilhafterweise ist die Größe der Fläche und/oder
der Abstand zwischen dem die Fläche im
Wesentlichen ausbildenden bzw. bereitstellenden dreidimensionalen
Körper
und dem Medienstrahl bzw. dem Auftreffpunkt des Medienstrahls auf
die Fläche
einstellbar, vorzugsweise durch eine Regelung unter automatischer
Berücksichtigung
der Dicke des Medienfilms und/oder des Mediums. Erfindungsgemäß ist so
die Dicke des Medienfilms auf der Fläche bestimmbar und reproduzierbar
erzeugbar. Vorteilhafterweise wird eine Medienfilm mit möglichst
optimaler medienspezifischer Dicker erzeugt und so vorteilhaferweise
eine optimale Durch- bzw. Bestrahlung des Medienfilms mit UV-Strahlung bewirkt.
Vorteilhafterweise ist eine Einstellbarkeit des Medienfilms durch Änderung
des Volumenstroms, insbesondere durch Änderung der Fließgeschwindigkeit
und der Durchflussmenge des flüssigen
Mediums erreichbar.
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Zur
Erhöhung
der Durchflussleistung können erfindungsgemäß vorteilhafterweise
mehrere Medienstrahlen verwendet werden.
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Vorteilhafterweise
ist es erfindungsgemäß ausreichend,
die Eindringtiefe der UV-Strahlung
gering zu halten, vorzugsweise insbesondere bei einem milchigen
Kühlschmierstoff
in einem Bereich von 0,1 mm bis 0,9 mm.
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Erfindungsgemäß ist die
Schichtdicke des Medienfilms vorteilhafterweise so zu erzeugen,
dass diese weitestgehend der Eindringtiefe der UV-Strahlung entspricht.
Vorteilhafterweise ist die Schichtdicke des zu erzeugenden Medienfilms ≤ der Eindringtiefe
der UV-Strahlung. Erfindungsgemäß werden
daher dünne Flüssigkeitsfilme
produziert, um eine optimale Durch- bzw. Bestrahlung des Medienfilms
zu erreichen.
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Erfindungsgemäß wird der
flüssige
Medienstrahl durch sein Auftreffen auf den dreidimensionalen Körper, vorzugsweise
einem Kegel, oder sonstiger beliebiger dreidimensionaler Form, auf
der Mantelfläche
des Körpers
zu einem flüssigen
Medienfilm aufgeweitet. Durch das in dem flüssigen Medienstrahl vorhandene
Flüssigkeitsvolumen
und die Geschwindigkeit des Mediums kann vorteilhafterweise die
Dicke des am Ende der Mantelfläche
vorhandenen flüssigen
Medienfilms mathematisch bestimmt werden. Im Weiteren schließt sich
an den Kegelquerschnitt vorteilhafterweise ein zylindrischer Querschnitt
an, auf dessen Mantelfläche
wird der flüssige Medienfilm
mit seiner bereits durch die Kegelmantelfläche erreichte Dicke weitergeführt. Der Übergangsquerschnitt
zwischen dem dreidimensionalen Körper, vorzugsweise
einem Kegel und dem anschließendem
Querschnitt, idealerweise einem Zylinder, kann beliebig gestaltet
sein, idealerweise gebogen mit einem Radius oder sogar stufenartig
das heißt,
der flüssige
Medienfilm fließt
im Anschluss an die Mantelfläche
des vorzugsweise Kegels ins Freie, und trifft dann auf einen weiteren
dreidimensionalen Körper, vorzugsweise
Zylinder. Der Übergangsquerschnitt zum
Zylinder ist beliebig gestaltbar, beispielsweise mit einem Radius
versehbar. Denkbar ist auch dass auf dem beliebig gestaltbaren Übergangsquerschnitt, beispielsweise
einem Radius, Erhöhungen
oder Vertiefungen zwecks Beeinflussung des Strömungsverhaltens des Medienfilms
anzuordnen sind. Der flüssige
Medienfilm liegt vorteilhafterweise aufgrund des physikalischen
Phänomens
der Adhäsion
annähernd gleichmäßig an der
zylindrischen Mantelfläche
an und bewegt sich aufgrund der Erdanziehung nach unten. Erfindungsgemäß wird die
Dicke des flüssigen Medienfilms
der medienspezifische Eindringtiefe der genannten UV-Strahlung angepasst.
Somit kann eine technisch erreichbare optimale Durchdringung des flüssigen Medienfilms
erzielt werden.
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Die
Ausführung
der dreidimensionalen Körper
und deren Querschnitte kann symmetrisch wie asymmetrisch sein. Beispielsweise
muß ein
zylindrischer Querschnitt der sich an einen Kegelquerschnitt anschließt nicht
den gleichen Querschnitt wie der Kegel an seinem größtem Durchmesser
haben.
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Vorstellbar
ist auch eine Anordnung von mehreren dreidimensionalen Körpern und
deren Querschnitten, sowie eine Kombination mehrerer Körper und
deren Querschnitten.
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Weitere
Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend
anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 eine
Seitenansicht einer Anordnungsskizze des grundlegenden Prinzips
und des prinzipiellen Aufbaus eines erfindungsgemäßen Systems zur
Entkeimung und/oder Sterilisation flüssiger Medien unter Verwendung
eines freien flüssigen
Medienstrahls, der sich beim Auftreffen auf eine Fläche zu einem
Medienfilm verteilt;
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2 eine
Draufsicht der Anordnung nach 1;
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3 eine
Seitenansicht einer Anordnungsskizze der Erzeugung eines Medienfilms
unter Verwendung eines Behälters,
dessen Öffnung
derart gestaltet ist, dass das flüssige Medium auf einer Fläche derart
verteilt wird, so dass es einen erfindungsgemäßen Medienfilm ausbildet;
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4 in
einer Anordnungsskizze das grundlegende Prinzip und den prinzipiellen
Aufbau eines weiteren erfindungsgemäßen Systems zur angepassten
Entkeimung und Sterilisation flüssiger
Medien;
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5 in
einer Anordnungsskizze ein System in welchem der sich an den Kegel
anschließende
zylindrische Körper
einen größeren Durchmesser
hat, als dieser an seinem größten Querschnitt.
Der Übergang
zwischen beiden Körpern
ist hier als Radius ausgeführt;
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6 in
einer Anordnungsskizze ein System in welchem der sich an den Kegel
anschließende
zylindrische Körper
einen größeren Durchmesser
hat, als dieser an seinem größten Querschnitt.
Der Übergang
zwischen beiden Körpern
ist hier als Stufe ausgeführt.
Das heißt
der flüssige
Medienfilm fließt
hier ins Freie, trifft dann auf den als Radius ausgeführte, obere
Ende des Zylinders und fließt
dann an der Mantelfläche
des Zylinders weiter und
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7 in
einer Anordnungsskizze ein System in welchem sich die Kombination
von dreidimensionalen Körpern,
hier ein Kegel mit Übergangsradius an
einen Zylinder angeschlossen durch eine zweckmäßige Druckerhöhung zu
reinigen ist. Erfindungsgemäß wird zum
Schutz anderer Anlagenteile eine Schutzvorrichtung, hier ein Rohr über das
System bewegt. Um auch eine Abreinigung der Mantelfläche des
Zylinders sicher zu stellen muß der
Abstand der Rohrinnenfläche
zu Zylindermantelfläche
definiert, nicht zu groß sein,
um eine ausreichend hohe Fließgeschwindigkeit
sicher stellen zu können.
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Das
in 1 und 2 dargestellte System weist
eine Druckerhöhung
des Mediums auf, vorzugsweise durch eine Pumpe 6. Das Medium
strömt dann
durch eine Rohrleitung oder vergleichbares Bauelement und wird dann
in einem offenen Strahl 3 gegen eine Fläche 1 geleitet. Der
offene Strahl 3 trifft unter einem Winkel in einem Bereich
von 0° bis
180° zur
horizontalen Ebene wie zur vertikalen Ebene auf die Fläche 1.
Die Fläche 1 nimmt
zur Längsachse
des Strahls 3 einen Winkel in einem Bereich von 0° bis 180° in horizontaler
Ebene wie in vertikaler Ebene ein.
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Durch
das Auftreffen des Strahles auf die Fläche 1 verteilt sich
das flüssige
Medium auf dieser Fläche 1.
Im Folgenden bewegt sich bzw. rinnt dann das flüssige Medium aufgrund der Schwerkraft
und der Adhäsion
als Medienfilm 4 in Richtung der Erdanziehung. Der Medienfilm 4 wird
dabei während
seiner Bewegung in Richtung der Erdanziehung UV-Strahlung geeigneter
Intensität
und Wellenlänge,
vorzugsweise einer Wellenlänge
von 254 nm, ausgesetzt. Die UV-Strahlung
wird vorteilhafterweise mit speziellen Leuchtmitteln, insbesondere
UV-Lampen 5 erzeugt.
Durch die Bestrahlung des Medienfilms 4 mit der UV-Strahlung
werden in der Flüssigkeit
enthaltene Keime und/oder Mikroorganismen bzw. mikrobiologische
Kleinstlebewesen abgetötet
bzw. derart geschädigt,
dass diese die technische Funktion des flüssigen Mediums nicht verschlechtern.
Somit wird erfindungsgemäß eine Keimfreiheit
bzw. Keimarmut des flüssigen
Mediums erzielt.
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Das
in 3 dargestellte System weist einen beispielsweise
nach unten geöffneten
Behälter 7 auf. Das
vorteilhafterweise lediglich durch die Schwerkraft und den Schweredruck
austretende flüssige Medium
verteilt sich hier durch die länglich
ausgeführte Öffnung des
Behälters 7 auf
der vertikal darunter befindlichen Fläche 1 und bildet wiederum
aufgrund der Schwerkraft und der Adhäsion einen sich in Richtung
der Erdanziehung bewegenden flüssigen Medienfilm 4.
Dabei kann die Fläche
in einem Winkel in einem Bereich von 0° bis 180° zur vertikalen Ebene geneigt
sein. Der flüssige
Medienfilm 4 wird dann, wie vorstehend im Zusammenhang
mit 1 und 2 beschrieben, erfindungsgemäß mit UV-Strahlung behandelt.
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4 zeigt
in einer Anordnungsskizze das grundlegende Prinzip und den prinzipiellen
Aufbau eines weiteren erfindungsgemäßen Systems zur angepassten
Entkeimung und Sterilisation flüssiger
Medien, vorliegend mit einem dreidimensionalen Körper. Dabei wird ein flüssiger Medienstrahl
verwendet der sich beim Auftreffen auf einen dreidimensionalen Körper zu
einem mathematisch bestimmbaren und einstellbaren flüssigen Medienfilm
verteilt. Dieser flüssige
Medienfilm wird dann im Weiteren mit der genannten UV-Strahlung
bestrahlt.
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Das
in 4 dargestellte System besteht aus einem Rohr 12 mit
rundem Querschnitt durch dass das flüssige Medium 11 mit
einstellbarem Druck und einstellbarer Geschwindigkeit transportiert
wird. Die Längsachsen
des Rohres 12 und des Kegels 16 sind hier exemplarisch
identisch, es sind jedoch auch andere Geometrieformen denkbar. Vorliegend
trifft der flüssige
Medienstrahl 13 zentrisch auf die Kegelspitze. Infolgedessen
wird der Medienstrahl 13 aufgeweitet und fließt auf der
Mantelfläche 18 des
Kegels als flüssiger
Medienfilm 14 in Richtung der Schwerkraft weiter. Am Ende
der Mantelfläche 18 des
Kegels 16 besitzt der flüssige Medienfilm 14 eine durch
das Volumen und die Fließgeschwindigkeit
des Medienstrahls 13 bestimmte Dicke. Der flüssige Medienfilm
wird im Weiteren über
eine sich an den Kegel 19 anschließende Mantelfläche eines
Zylinders 17 geleitet. Befindet sich der flüssige Medienfilm
auf der Zylindermantelfläche,
behält
er im weiteren Verlauf eine dem Gesamtstrom des flüssigen Mediums 14 nach
definierte Dicke. Die Dicke des Medienfilms ist mit Änderungen
des Medienvolumenstroms und/oder seiner Fließgeschwindigkeit an die spezifische
Eindringtiefe der UV-Strahlen
in das flüssige
Medium 11 anpassbar. Der Medienfilm wird auf seinem Weg
von den Lampen 15 mit UV-Strahlung der genannten Wellenlänge, vorzugsweise
254 Nanometern, bestrahlt. Somit wird der erfindungsgemäß der der
Dicke nach an die Eindringtiefe der UV-Strahlung in das flüssige Medium 11 angepasste
flüssige
Medienfilm 14 entkeimt.
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Das
in 5 dargestellte System besteht aus einem Kegel 16 und
einem Zylinder 17, der über einen
Radius mit dem Kegel 16 verbunden ist. Das durch das Rohr 2 geleitete
flüssige
Medium 20 trifft als Strahl flüssigen Mediums 13 zentrisch
auf die Spitze des Kegels 16. An der Kegelspitze wird der Strahl
flüssigen
Mediums 13 aufgeweitet und wird auf der Mantelfläche 18 aufgrund
von Adhäsion
und Erdanziehung zu einem flüssigen
Medienfilm 14 umgeformt. Im Weiteren wird der flüssige Medienfilm 14 über den
Radius auf die Mantelfläche 18 des
Zylinders 17 geleitet.
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Die
Dicke des Medienfilms ist mit Änderungen
des Medienvolumenstroms und/oder seiner Fließgeschwindigkeit an die spezifische
Eindringtiefe der UV-Strahlen
in das flüssige
Medium 11 anpassbar. Der Medienfilm wird auf seinem Weg
von den Lampen 15 mit UV-Strahlung der genannten Wellenlänge, vorzugsweise
254 Nanometern, bestrahlt. Somit wird der erfindungsgemäß der der
Dicke nach an die Eindringtiefe der UV-Strahlung in das flüssige Medium 11 angepasste
flüssige
Medienfilm 14 entkeimt.
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Das
in 6 dargestellte System besteht aus einem Kegel 16 und
einem Zylinder 17, der über einen
Radius mit dem Kegel 16 verbunden ist. Das durch das Rohr 2 geleitete
flüssige
Medium 20 trifft als Strahl flüssigen Mediums 13 zentrisch
auf die Spitze des Kegels 16. An der Kegelspitze wird der Strahl
flüssigen
Mediums 13 aufgeweitet und auf der Mantelfläche aufgrund
von Adhäsion
und Erdanziehung zu einem flüssigen
Medienfilm 14 umgeformt. Am Ende des Kegels 16 fließt der flüssige Medienfilm 14 ins
Freie und trifft dann auf den oberen als Radius ausgeführen Bereich
des Zylinders 17. Über
den Radius fließt
der flüssige
Medienfilm im Weiteren auf die Mantelfläche 18 des Zylinders 17 geleitet.
Die Dicke des Medienfilms ist mit Änderungen des Medienvolumenstroms
und/oder seiner Fließgeschwindigkeit
an die spezifische Eindringtiefe der UV-Strahlen in das flüssige Medium 11 anpassbar.
Der Medienfilm wird auf seinem Weg von den Lampen 15 mit
UV-Strahlung der genannten Wellenlänge, vorzugsweise 254 Nanometern,
bestrahlt. Somit wird der erfindungsgemäß der der Dicke nach an die
Eindringtiefe der UV-Strahlung in das flüssige Medium 11 angepasste flüssige Medienfilm 14 entkeimt.
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Das
in 7 dargestellte System zeichnet sich dadurch aus,
dass es durch Erhöhung
des Mediendruckes in der Rohrleitung 2, somit Erhöhung der kinetischen
Auftreffenergie des flüssigen
Medienstrahls 3 abreinigbar ist. Durch ein zentrisch über die Anordnung
bewegbaren Rohres 21 mit entsprechend geringem Abstand
zur Mantelfläche 18 des
Zylinders 17 kann eine erhöhte Fließgeschwindigkeit des flüssigen Mediums 4 sicher
gestellt werden, um so eine Abreinigung gewährleisten zu können. Zudem
ist das Rohr 21 in der Weise ausgeführt, sodass andere Anlagenteile
vor Medienspritzern geschützt
sind.
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Die
in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele dienen lediglich
der Erläuterung
der Erfindung und sind für
diese nicht beschränkend.
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- 1
- Fläche
- 2
- Rohrleitung
- 3
- Strahl
flüssigen
Mediums
- 4
- Flüssiger Medienfilm
- 5
- UV-Lampe
- 6
- Pumpe
- 7
- Behälter für flüssiges Medium
- 8
- Medientank
- 11
- Flüssiges Medium
- 12
- Rohrleitung
- 13
- Strahl
flüssigen
Mediums
- 14
- Flüssiger Medienfilm
- 15
- UV-Lampe
- 16
- Kegel
- 17
- Zylinder/Konus
- 18
- Mantelfläche
- 19
- Behälter für flüssiges Medium
- 20
- flüssiges Medium