-
Die
Erfindung betrifft eine Absauganlage für die Absaugung brennbarer,
zerspanter Werkstoffe gemäß dem Oberbegriff
von Patentanspruch 1.
-
Bei
der spanabhebenden Verarbeitung von Werkstoffen sind Absauganlagen
unumgänglich. Probleme
ergeben sich jedoch dann, wenn Werkstoffe verarbeitet werden, deren
Späne und
Stäube
vergleichsweise leicht entzündlich
sind. Als Beispiele derartiger Materialien seien Titan-, Aluminium-,
Aluminium-Lithiumlegierungen und Faserverbundwerkstoffe genannt.
Ferner sei Glare® angeführt, bei welchem es sich um
ein glasfaserverstärktes
Metalllaminat handelt. Dieser Werkstoff besteht aus dünngewalzten
Aluminiumlagen, die abwechselnd mit Kunststoffschichten, die durch
hochfeste Glasfasern verstärkt
sind, verklebt sind. Er ist besonders gut als Werkstoff im Flugzeugbau
geeignet. Bei diesen und anderen Werkstoffen kann es bei der spanabhebenden
Bearbeitung zur Entzündung
von Spänen
bzw. Staub kommen. Da sich diese Entzündung prozesstechnisch nicht
vollständig
eliminieren lässt,
ist es notwendig, Anlagen und Maschinen so auszulegen, dass größere Brände verhindert
werden.
-
Aus
der deutschen Patentschrift
DE
39 04 312 ist ein Sauggerät für industrielle Zwecke zur Entsorgung
von staubförmigem
oder feinspanigem, entzündungsfähigem Sammelgut,
wie Metallspäne
aus Magnesium, bekannt. Es weist einen Sammelbehälter auf, der das über eine
Ansaugleitung angesaugte Sammelgut aufnimmt. Mittels eines nachgeschalteten
Saugaggregates wird ein Saugzug erzeugt, wobei eine zwischen Sammelbehälter und
Saugaggregat angeordnete Abscheidevorrichtung Sammelgut und Saugluft
voneinander trennt. Zur Brandverhinderung ist vorgesehen, dass eine
Schutzvorrichtung vorgesehen ist, welche durch Hitzeentwicklung
innerhalb des Sammelbehälters
auslösbar
ist und die den Saugzug unterbricht. Die Unterbrechung des Saugzuges
geschieht, in dem das Saugaggregat ausgeschaltet wird und die Ansaugleitung
verschlossen wird. Dadurch erstickt der Brand im Inneren des Sauggerätes, da
das Zuführen
von Frischluft unterbleibt. Weiterhin kann die Öffnung zwischen Sammelbehälter und
Abscheidevorrichtung durch ein Verschlussglied verschlossen werden.
Dies trägt
zur rascheren Löschung
des Brandes bei. Ferner kann auch ein Löschmittel in den Sammelbehälter eingesprüht werden.
Die Branddetektion erfolgt thermisch, beispielsweise mit Hilfe eines
elektronischen Wärmefühlers. Nachteilig
an diesem Sauggerät
ist, dass der Saugzug zur Brandbekämpfung unterbrochen wird. Die
spanabhebende Bearbeitung muss hierdurch unterbrochen werden, so
dass bei automatischer oder halbautomatischer Bearbeitung stets
nicht nur das Saugaggregat abgeschaltet werden muss, sondern auch
die spanabhebenden und sonstige mit diesem verbundenen Geräte. Folglich
kommt es zu größeren Unterbrechungen
des Produktionsablaufes.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist folglich, ein Absauggerät zur Verfügung zu
stellen, welches zuverlässig
einen Brand bei der Absaugung brennbarer, zerspanter Werkstoffe
verhindert, dessen Saugaggregat jedoch kontinuierlich betrieben werden
kann.
-
Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine Absauganlage nach Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen
sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Die
erfindungsgemäße Absauganlage
weist entsprechend dem aus der
DE
39 04 312 bekannten Sauggerät einen Sammelbehälter auf
und einen Zyklon, in dessen oberem Bereich eine Ansaugleitung angeordnet
ist, mit der die zerspanten Werkstoffe dem Zyklon zugeführt werden.
Ferner weist die Absauganlage ebenfalls einen Strömungserzeuger
auf, der nachgeschaltet ist und der einen Saugstrom erzeugt. Erfindungsgemäß ist nun
zwischen Zyklon und Sammelbehälter
eine Austragvorrichtung vorgesehen, die die zerspanten Werkstoffe
aus dem Zyklon austrägt
und dem Sammelbehälter
zuführt.
Ferner ist erfindungsgemäß zumindest
eine Funkenerkennungsvorrichtung vorgesehen, die einen entzündeten,
zerspanten Werkstoffpartikel detektiert. Es ist ferner eine Steuerung
vorgesehen, die die Austragvorrichtung abschaltet, wenn die Funkenerkennungsvorrichtung
einen entzündeten
Werkstoffpartikel detektiert. Vorzugsweise ist die Austragvorrichtung
erst dann wieder anschaltbar, wenn kein entzündeter Werkstoffpartikel mehr
detektierbar ist. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen erfolgt eine Separation
des entzündeten
Spanes von den im Sammelbehälter
abgelagerten Spänen.
Ist ein entzündeter Werkstoffpartikel
in dem Zyklon vorhanden, so wird das Austragen von Werkstoffpartikeln
in den Sammelbehälter
unterbrochen. Infolgedessen verbleibt der entzündete Werkstoffpartikel im
Zyklon, wo er verglüht.
Es wird folglich eine kontrollierte Verbrennung dieses entzündeten Werkstoffpartikels
durchgeführt.
Da im Gegensatz zu der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung
nur vergleichsweise wenige Werkstoffpartikel und Späne in dem
Zyklon zur selben Zeit vorhanden sind wie der brennende Werkstoffpartikel,
werden größere Brände verhindert. Eine Übertragung
des Brandes auf die im Sammelbehälter
abgelagerten Partikel und Späne
kann nicht erfolgen. Folglich hat ein brennender Span keine größeren Auswirkungen.
Der Strömungserzeuger
bleibt fortwährend
in Betrieb und saugt auch weiterhin ab. Infolgedessen können die
spanabhebende Bearbeitung und auch sämtliche anschließenden Prozesse weitergeführt werden.
Dies bringt bedeutende produktions- und prozesstechnische Vorteile mit
sich. Der fortdauernde Betrieb des Strömungserzeugers bringt überdies
den Vorteil mit sich, dass das kontrollierte Verglühen des
entzündeten
Werkstoffpartikels rasch erfolgt, da kontinuierlich Frischluft zugeführt wird.
-
Als
Funkenerkennungsvorrichtung ist vorzugsweise ein Infrarotsensor
vorgesehen, der vorzugsweise im Eingangsbereich der Absauganlage angeordnet
ist. Folglich wird ein entzündeter
Werkstoffpartikel beim Eintritt in die Absauganlage detektiert,
wodurch die Abschaltung der Austragvorrichtung erfolgt. Vorzugsweise
ist im Ausgangsbereich des Zyklons eine zweite Funkenerkennungsvorrichtung,
insbesondere ein weiterer Infrarotsender vorgesehen, der ebenfalls
entzündete
Werkstoffpartikel detektiert. Folglich sieht der bevorzugte Ablauf
vor, dass sobald ein entzündeter
Werkstoffpartikel von der ersten Funkenerkennungsvorrichtung detektiert worden
ist, eine Steuerung die Austragvorrichtung abschaltet. Die Austragvorrichtung
ist erst dann wieder einschaltbar bzw. wird durch die Steuerung
eingeschaltet, wenn kein entzündeter
Werkstoffpartikel mehr in dem Zyklon vorhanden ist. Dies kann bestimmt
werden, indem die zweite Funkenerkennungsvorrichtung beispielsweise
nach einem gewissen Zeitraum nachweist, dass kein entzündeter Werkstoffpartikel
detektierbar ist. Ferner kann auch vorgesehen sein, dass die Austragvorrichtung
abgeschaltet wird bzw. bleibt, wenn auch die zweite Funkenerkennungsvorrichtung
im Ausgangsbereich des Zyklons einen entzündeten Werkstoffpartikel detektiert.
Ein alternatives Ausführungsbeispiel,
bei welchem eine zweite Funkenerkennungsvorrichtung im Ausgangsbereich
des Zyklons unnötig
ist, kann vorsehen, dass die Austragvorrichtung nach Ablauf eines
gewissen Zeitraumes wieder anschaltbar ist. Dieser Zeitraum entspricht
derjenigen Zeit, die vergeht, bis ein brennender Werkstoffpartikel
verglüht ist.
Sie kann experimentell ermittelt werden, wobei vorzugsweise ein
gewisser Sicherheitsaufschlag hinzugerechnet wird.
-
Als
bevorzugte Ausführungsbeispiele
einer Austragvorrichtung sind eine Zellenradschleuse, eine Klappenschleuse
oder ein Schieber vorgesehen. Der Sammelbehälter kann überdies mit Sand oder einer schwer
entflammbaren Flüssigkeit
teilweise befüllt sein,
wodurch eine weitere Sicherheitserhöhung erzielbar ist, dass selbst
in dem Fall, in welchem ein noch nicht vollständig verglühter, jedoch nicht detektierter
entzündeter
Werkstoffpartikel in den Sammelbehälter ausgetragen wird, ein
Brand unterdrückt wird.
-
Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
sieht vor, dass die Absauganlage nicht nur den oben beschriebenen
Zyklon, sondern zusätzlich
einen Filterzyklon aufweist, der über eine Saugleitung mit dem
Zyklon verbunden ist. Dadurch wird eine Nachreinigung erzielt, wobei
insbesondere vorgesehen ist, dass der erste Zyklon der Abtrennung
des gröberen
Materials dient, insbesondere von Spänen, und der Filterzyklon,
der Abtrennung von feinen Partikeln dient, insbesondere von Feinstäuben. Dieser Filterzyklon
weist erfindungsgemäß einen
Drucksensor auf, welcher eine Druckerhöhung im Filterzyklon detektiert,
wie sie beispielsweise durch eine Explosion verursacht wird. Dadurch
wird ein Löschmittelbehälter aktiviert,
so dass Löschmittel
in den Filterzyklon eingebracht wird. Dadurch wird der Brand gelöscht. Grundsätzlich könnten auch
zwei oben beschriebene Zyklone nacheinander angeordnet werden, um
eine zweistufige Aufreinigung zu erzielen, da jedoch die Brandgefahren
von gröberen
Partikeln und feineren Partikeln unterschiedlich sind, wird bevorzugt
ein Filterzyklon nachgeschaltet. Während gröbere Späne eher zu Bränden führen, indem
sie weitere Partikel entzünden,
führen
entzündete
Stäube
eher zu Explosionen. Infolgedessen ist im nachgeschalteten Filterzyklon
ein Explosionsunterdrückungsschutz
vorgesehen. Bevorzugt ist weiterhin zusätzlich vorgesehen, dass durch
die detektierte Druckerhöhung
im Filterzyklon ein Schnellschlussschieber zwischen Filterzyklon
und Zyklon und zwischen Filterzyklon und Strömungserzeuger verschließbar ist.
Dadurch wird der Filterzyklon explosionstechnisch entkoppelt, wodurch
ein Ausbreiten der Explosion in vor- und nachgeschaltete Anlagenteile verhindert
wird. Auch der Filterzyklon kann überdies eine Austragvorrichtung,
insbesondere eine Zellenradschleuse aufweisen, wodurch der Sammelbehälter von
dem Filterzyklon isoliert und separiert wird. Auch dies trägt zur Erhöhung der
Brandsicherheit bei.
-
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert und beschrieben. Es zeigen:
-
1 Eine schematische Darstellung
einer erfindungsgemäßen Absauganlage;
-
2 eine schematische Darstellung
eines Zyklons einer erfindungsgemäßen Absauganlage;
-
3 eine Seitenansicht eines
Filterzyklons einer erfindungsgemäßen Absauganlage; und
-
4 einen Schnitt durch den
Filterzyklon der 3.
-
1 zeigt eine schematische
Darstellung einer erfindungsgemäßen Absauganlage 1.
Diese weist einen Zyklon 10 auf und einen Filterzyklon 50. Es
ist ferner im oberen Bereich des Zyklons 10 eine Ansaugleitung 2 angeordnet
ist, über
welche zerspante Werkstoffe dem Zyklon 10 zugeführt werden. Zyklon 10 und
Filterzyklon 50 sind über
eine Saugleitung 3 miteinander verbunden. Ein Strömungserzeuger 5 erzeugt
einen Saugstrom. Er ist dem Zyklon 10 und dem Filterzyklon 50 nachgeschaltet.
Die in 1 eingetragenen
Pfeile veranschaulichen den Verlauf des durch den Strömungserzeuger 5 erzeugten Saugstromes.
Die Luft und damit die zerspanten Werkstoffpartikel werden über die
Ansaugleitung 2 eingesaugt und dem Zyklon 10 zugeführt. In
dem Zyklon 10 werden die gröberen Werkstoffpartikel abgeschieden.
Der Saugstrom wird dann über
die Saugleitung 3 dem Filterzyklon 50 zugeführt. In
der Saugluft sind Feinstäube
enthalten, welche so folglich ebenfalls in den Filterzyklon 50 gelangen.
Die Saugluft wird dort durch den Filter 51 hindurchgeführt und
verlässt über eine
weitere Saugleitung 4 den Filterzyklon 50. Das
Sammelgut, sprich die zerspanten gröberen und feineren Werkstoffpartikel
werden in zumindest einem Sammelbehälter gesammelt. Die Absauganlage 1 der 1 weist für den Zyklon 10 und
für den Filterzyklon 50 jeweils
einen gesonderten Sammelbehälter 90 und 95 auf.
-
Anhand
der 1 und 2 wird der Zyklon 10 näher erläutert. Der
Zyklon 10 weist einen langgestreckten Behälter 17 auf.
In dessen oberem Bereich 16 ist die Ansaugleitung 2 angeordnet, über die
die Werkstoffpartikel dem Behälter 17 zugeführt werden. Im unteren
Bereich 15 des Behälters 17 ist
eine Austragvorrichtung, genauer eine Zellradschleuse 14 vorgesehen.
Die Zellradschleuse kann, wie in 2 dargestellt,
beispielsweise 6 Kammern aufweisen. Sie ist insbesondere druckstoßfest, zünddurchschlagssicher
und flammendurchschlagssicher. Wie sich anhand dem beispielhaft
eingetragenen Weg (strichlierte Linie) eines Werkstoffpartikels 30 ergibt, erfolgt
in dem Behälter 17 des
Zyklons 10 eine Fliehkraftabscheidung. Durch die Anordnung
der Ansaugleitung 2 im oberen Bereich 16 des Zyklons
wird die gesamte Höhe
des Zyklons 10 hierfür
genutzt. Dadurch erfolgt eine Abscheidung von Werkstoffartikeln 30,
die insbesondere größere sind
als ungefähr
10 μm. Wenn
der Werkstoffpartikel 30 in den unteren Bereich 15 gelangt
ist, wird er mit Hilfe der Zellradschleuse 14 ausgetragen
aus dem Behälter 17 und dem
Sammelbehälter 90 zugeführt. Dieser
ist mit Sand 91 gefüllt.
Der Zyklon 10 ist mit zwei Funkenerkennungsvorrichtungen 11 und 12 ausgestattet.
Die erste Funkenerkennungsvorrichtung 11 ist an der Ansaugleitung 2 angeordnet.
Alternativ kann er auch im oberen Bereich 16 des Behälters 17 angeordnet
sein. Wichtig ist lediglich, dass die erste Funkenerkennungsvorrichtung 11 sich
im Eingangsbereich der Absauganlage 1 und/oder des Zyklons 10 befindet. Die
Funkenerkennungsvorrichtung 12 ist dagegen im unteren Bereich 15 des
Behälters 17 vorgesehen.
Bei den Funkenerkennungsvorrichtungen 11 und 12 handelt
es sich vorzugsweise um Infrarotsensoren, welche entzündete Werkstoffpartikel
detektieren. Mit Hilfe einer Steuerung 13 wird die Zellradschleuse 14 gesteuert.
Sobald ein Funke erkannt wird, wird die Zellradschleuse 14 gestoppt.
Sie wird erst dann wieder in Betrieb gesetzt, wenn der Span abgebrannt
ist. Passiert folglich ein brennender Werkstoffpartikel 30 die Funkenerkennungsvorrichtung 11,
so hält
die Steuerung 13 die Zellradschleuse 14 an; der
Austrag an Werkstoffpartikeln wird unterbrochen. Detektiert die Funkenerkennungsvorrichtung 12 nach
einer gewissen Zeit keinen brennenden Werkstoffpartikel mehr, so
setzt die Steuerung 13 die Zellradschleuse 14 wieder
in Gang; der Austrag wird wieder aufgenommen. Bevorzugt ist überdies
eine optische oder akustische Warnvorrichtung 20 vorgesehen,
die meldet, wenn ein brennender Werkstoffpartikel 30 ist
durch die Funkenerkennungsvorrichtung 11 detektiert worden ist
und die Zellradschleuse 14 gestoppt worden ist. Bei der
Warnvorrichtung 20 kann es sich beispielsweise um eine
Leuchte, insbesondere eine Rundumleuchte handeln. Ferner können verschiedene
Warnsignale vorgesehen sein. So kann ein erstes Warnsignal vorgesehen
sein, welches anzeigt, dass ein brennender Funke erkannt und die
Austragvorrichtung 14 gestoppt worden ist. Ein zweites
Signal kann zusätzlich
vorgesehen sein, wenn der thermische Verbrennungsablauf des entzündeten Werkstoffpartikels 30 länger dauert
als normalerweise üblich.
Anders ausgedrückt
kann dieses zweite Warnsignal dann ausgestrahlt werden, wenn die
Zellradschleuse 14 länger
als eine vorgegebene Zeit nicht wieder in Betrieb gesetzt worden
ist. Ein derartiger Zeitraum kann beispielsweise eine halbe bis
eine Minute betragen. Damit liegt eine Betriebsstörung vor,
die genauer erforscht werden kann.
-
Anhand
einer Zusammenschau der 1, 3 und 4 wird der Filterzyklon 50 näher erläutert. Der
Filterzyklon 50 weist einen Behälter 57 auf, in dessen oberen
Bereich 55 die Saugleitung 3 mündet. Der Rohgaseintritt ist
in den 3 und 4 mit dem Bezugszeichen 63 versehen.
Weiterhin befindet sich im oberen Bereich 55 der Reingasauslass,
in 3 mit dem Bezugszeichen 62 bezeichnet.
Die Saugluft gelangt folglich von der Saugleitung 3 über den
Rohgaseintritt 63 in das Innere des Behälters 57 wird durch die
Filterpatrone 51 hindurchgeführt und verlässt den Behälter 57 über den
Reingasauslass 62 in die Saugleiter 4. Zwischen
Reingasauslass 62 und Filterpatrone 51 befindet
sich ein Reingasraum 61 in dem ferner ein Druckluftbehälter 60 angeordnet
ist. Es kann eine Filterpatrone 51 angeordnet sein, wie
im Ausführungsbeispiel
der 1, es können jedoch
auch mehrere Filterpatronen angeordnet sein, beispielsweise drei
Filterpatronen 51a, 51b und 51c, wie
in 4 dargestellt. In
der Nähe
der Filterpatrone 51 ist ein Drucksensor 52 angeordnet.
Dieser detektiert einen Druckanstieg in Behälter 57 aufgrund einer
Explosion. Zur Unterdrückung
der Explosion ist ein Löschmittelbehälter 53 vorgesehen,
welcher Löschmittel
in den Behälter 57 einsprüht. Dieser
wird aktiviert, sobald der Drucksensor 52 einen Anstieg
des Druckes im Behälter 57 detektiert.
Weiterhin sind zwei Schnellschlussschieber 70 und 71 in
der Saugleitung 3 bzw. 4 vorgesehen. Sie werden
ebenfalls aktiviert, sobald der Drucksensor 52 einen Druckanstieg
detektiert. Erhöht
sich der Druck, so werden die Schnellschlussschieber 70 und 71 geschlossen,
wodurch der Filterzyklon 50 vom Rest der Absauganlage 1 entkoppelt
wird. Im unteren Bereich 56 des Behälters 57 ist eine
Zellradschleuse 54 vorgesehen, welche die eingebrachten
und abgereinigten Partikel und Stäube austrägt und dem Sammelbehälter 95 zuführt, der
ebenfalls mit Sand 91 oder einem Löschmittel befüllt sein
kann. Durch die Detektion eines Druckanstieges im Filterzyklon 50 kann
die Zellradschleuse 54 ebenfalls gestoppt werden, um ein Übergreifen
der Explosion auf den Sammelbehälter 95 zu verhindern.
-
Um
Wartungsarbeiten und den Austausch von Filterpatronen zu erleichtern
ist ferner eine Revisionstür 65 vorgesehen,
durch die das Innere des Behälters 57 zugänglich ist.