A dielektrikum szűrésének alapjai
A dielektrikum alapjai
Még mielőtt belevágnánk a szűrés részleteibe, először is tisztáznunk kell a szikraforgácsoló dielektrikum feladatát. A dielektrikum szerepe, hogy köztes anyagként funkcionáljon és hűtse az elektródát, a kisülést követően pedig elvezesse a munkadarabról és az elektródáról levált szemcséket. A dielektrikum folyadék állandó állapotának megőrzése elengedhetetlen az egyenletes szikraforgácsoláshoz. Mivel a kisülés következtében a dielektrikumba kerülő szemcsék vezetik az elektromosságot, jelentősen befolyásolják a szikraközt és ezáltal az egész szikraforgácsolási műveletet, ezért ezeknek a szemcséknek/szennyeződéseknek a hatékony eltávolítása nagyon fontos feladat a pontos megmunkáláshoz.
A dielektrikum rendszer felépítése
A dielektrikum rendszer feladata a dielektrikum folyadék állandó szinten tartása. Az elektromos kisülés során leváló részecskék újra megszilárdulva szennyezik a dielektrikumot. Ezt a megszilárdult szennyeződést/részecskét a dielektrikum rendszer egyik alrendszere, a szűrőrendszer távolítja el. A szűrő alrendszer általános felépítése a következő:
- Koszos tartály - tárolja a szennyezett dielektrikumot
- szűrő szivattyú - nyomás alatt lévő dielektrikumot fecskendez a szűrőegységbe
- szűrőegység - megtisztítja a dielektrikum folyadékot
- Tiszta tartály - tárolja a tiszta dielektrikumot
Az EDM szűrők rövid története
Az újonnan vásárolt szikraforgácsoló gépek fel vannag szerelve szűrőegységgel és hozzá tartozó szűrőpatronnal. Azonban ez nem volt mindig így.
A szikraforgácsolás történelmének első 25 évében a szűrés inkább csak egy mellékes utógondolat volt, mint prioritás.
Sőt, ha a nyerges vontatók vezetofülkéit alaposan megfigyeljük, láthatjuk honnan is jött a dielektrikum szűrésének eredeti ötlete. Ez egy már létező megoldást kínált az újonnan felmerült problémára. Sok korai szikraforgácsoló gép használt dízelmotorokhoz tartozó szűrőházat és szűrőpatront.
A szemcsék eloszlása a szűretlen dielektrikumban
Ha a dielektrikum szűrésének hatékonyságáról beszélünk, akkor először meg kell vizsgálnunk a szűrni kívánt dielektrikum szennyezettségét. A szennyezett dielektrikum egyszerre tartalmaz levált és újra megszilárdult részecskéket az eletródából/huzalból és a munkadarabból. Azt gondolhatnánk, hogy mivel a szikrázás minden lépését a generátor szabályozza, nincs ez másképp a szemcsemérettel sem.
Valójában viszont a szemcseméret egy viszonylag nagy skálán mozog a szűretlen dielektrikumban, a szemcseméretet pedig sok tényező, mint például a nagyolás és simítás kisülési energiája és a megolvadt szennyeződés újra megszilárdulása befolyásolja. A fenti képen látható a huzalos szikraforgácsoló gépek egyenáramú, illetve váltóáramú generátorai által létrehozott szemcsék mérete és száma.
Megállapíthatjuk, hogy a szemcsék mérete és száma jelentősen változik annak függvényében, hogy milyen típusú generátort használunk. Azt is láthatjuk, hogy a szemcsék jelentős része nem nagyobb mint 5 mikron. A gépgyártók jelentős része ezért 2-3 mikronos szűrő használatát javasolja a gépeikhez, továbbá egy bizonyos gépgyártó az 1 mikronos szűrők használatát kéri bizonyos gépeikhez.
Szűrési finomság
Fontos megjegyezni, hogy a kereskedelmi forgalomban kapható szűrőket két csoportra lehet osztani szűrési besorolás alapján:
- Abszolút - a szűrő minden részecskét kiszűr, ami nagyobb mint a szűrő mikronszáma
- Névleges - a szűrő a legtöbb részecskét kiszűri, ami nagyobb mint a szűrő mikronszáma
A beszerzők és gépkezelők körében bevett gyakorlat, hogy a szűrő élettartamának növelése érdekében magasabb mikronszámú szűrőt vásárolnak a géphez, mint amit a gép gyártója előír. Ez azonban hamis gazdálkodás, ami végül a szelepekben, mágnesszelepekben, vezetékekben keletkező lerakódáshoz, csökkenő vágási teljesítményhez vezet, kíszámíthatatlan módon befolyásolja a szikraközt és drasztikusan
csökkenti az ioncserélő gyanta élettartamát huzalos szikraforgácsolóknál. Ennyi erővel akár lyukakat is fúrhatnánk a szűrőpapírba, és akkor soha nem kellene szűrőt cserélni!
"Filter cake" - avagy miért szűr jobban a
használt szűrő
Ahogy a szűrő egyre jobban eltömődik, úgy lesz egyre hatékonyabban képes kiszűrni a kisebb mikronszámú részecskéket. Az első réteg "kosz" nem csak eltömíti a szűrőfelületen található pórusokat, hanem önmaga is szűrőfelületté válik. Ezt a réteget nevezzük iszaplepénynek (angolul filter cake), ami nagyon fontos szerepet játszik a dielektrikum szűrési műveletben. Talán észrevette már,
hogy szűrőpatron csere után nem egészen olyan tiszta a dielektrikum, mint a szűrőcsere előtt, de néhány óra elteltével a dielektrikum újra kitisztul. Ez az idő, amíg kitisztul a dielektrikum, az iszaplepény kialakulásának ideje, és ez nagyban függ a szűrő anyagától.
Fő- és mellékáramkörű szűrők
A fenti diagrammon látható piros görbe a vízszintesen rétegelt olajszűrő hatékonyságát ábrázolja. Ez a fajta szűrő az idő előrehaladtával egyre kevésbé hatékonyan szűr. A jobb oldalon látható vízszintesen rétegelt olajszűrőt egy időben széles körben használták korai típusú huzalos és tömbös szikraforgácsoló gépeken. Ez a szűrő sok, egymáshoz szegecselt lemezből áll. A szűrés akkor következik be,
amikor a dielektrikum áthalad a lemezek között. Sajnálatos módon ahogy a szűrő folyamatosan eltömődik, a növekvő nyomás következtében a lemezek elválnak egymástól annyira, hogy a részecskék is áthaladnak a szűrőn. A rétegelt szűrőnek ez a kialakítása még a dízelmotorokból átemelt szűrési technológia öröksége. Ezt a szűrőt eredetileg mellékáramkörbe kapcsolt szűrőrendszerhez tervezték.
A mellékáramkörű szűrőrendszerben a szennyezett folyadék csak egy kis része folyik keresztül a szűrőn, a nagy része pedig visszakerül a gyűjtotartályba. Ez a megoldás megnöveli a szűrő élettartamát, mivel a szűrőn áthaladó folyadék sebessége alacsony marad (erről bővebben később). A vízszintesen rétegelt szűrők óriási mennyiségű szennyeződést képesek megtartani a dielektrikum folyadék kárára,
különösen a manapság szikraforgácsoló gépeknél használt főáramkörű szűrőrendszerekben, ahol a szennyezett folyadék egésze szűrésre kerül.
A vízszintesen rétegelt szűrő használata ma már nem ajánlott a nagy pontosságú szikraforgácsolás érdekében!
Nyomás és áramlás
Akkor tekintünk elhasználódottnak egy szűrőpatront, ha a szűrőből kiáramló tiszta dielektrikum mennyisége már nem elégséges a szikraforgácsolási művelet ellátásához, vagy ha az alkalmazott nyomás eléri a maximális megengedett szintet. A tiszta dielektrikum kiáramlása folyamatosan csökken a szűrő élettartama alatt, a nyomás pedig ezzel arányosan folyamatosan növekszik. Ha a szűrőt nem cseréljük le miután elérte a maximális nyomást, akkor a szűrőház "kidurran". Ezt mindenképpen el kell elkerülni, mert az ezt követő takarítás több óra állásidőt jelent a gép számára. A legtöbb szűrőgyártó minden szűrőjénél meghatározza a maximálisan megengedett nyomást, amit semmilyen körülmények között nem szabad túllépni. Ha a nyomásmérőn a mutató eléri a maximumot (általában pirossal jelölt mező), a szűrőket azonnal cserélni kell.
A szűrők anyaga
- Cellulóz - a leggyakrabban használt, legolcsóbb szűrőanyag
- Szintetikus - a szintetikus szűrőanyagot többnyire nagy teljesítményű szűrőrendszernél használjuk, jellemzői az alacsony mikronszám, hosszú élettartam és alacsony iszaplepény képződési idő
- Többrétegű - a szűrőanyag több rétegből áll össze, ezzel egyszerre teszi erőssé és nagy befogadóképességűvé a szűrőt
Szűrőpatron típusok
A gyakran használt szűrők típusai:
- kívülről befelé szűrő, hajtogatott papír - ezt a fajta szűrőt egy nyomás alatt lévő tartályba kell helyezni. A szennyezett dielektrikum a nyomás alatt lévő tartályba kerül és onnan sugárirányban folyik a szűrő belsejében lévő gyűjtocsatorna felé. Sok gyártó a hajtogatott szűrőpapír felületén apró árkokat alakít ki a szűrési hatékonyság növelése érdekében.
belülről kifelé szűrő, hajtogatott papír - ez a típus nem igényel nyomás alatt lévő tartályt. A nyomás alatt lévo dielektrikum a szűrő közepén lévő csatlakozón keresztül kerül a szűrőbe, onnan pedig sugárirányban folyik a szűrő külseje felé, ahol a szűrő oldalán lefolyik a tiszta tartályba.
Két irányú, hajtogatott papír - ebben a szűrőben két szűrőfelület van. Egy külső és egy belső szűrőfelület, ami jelentősen növeli a szűrési felületet. Ez a típus nem igényel nyomás alatt lévő tartályt. A nyomás alatt lévő dielektrikum a külső és a belső szűrőréteg között kerül a szűrőbe, és onnan mind befelé, mind kifelé sugárirányban folyik a dielektrikum.
progresszív, hajtogatott papír - jelenleg ezek a legfejlettebb szűrők a világon. A progresszív szűrőpapír hajtogatási forma segítségével ki tudja használni a szűrőben rendelkezésre álló teljes területet, így a maximumra növelhető a szűrési felület és az élettartam. Ez a típus nem igényel nyomás alatt lévő tartályt. A nyomás alatt lévő dielektrikum a szűrő közepén lévő csatlakozón keresztül kerül a szűrőbe, onnan pedig sugárirányban folyik a szűrő külseje felé, ahol a szűrő oldalán lefolyik a tiszta tartályba.
Áramlási sebesség és a szűrő élettartama
A szűrő élettartamát két féle képpen lehet megnövelni. A szűrőfelület növelésével és a nyomás csökkentésével. Minél nagyobb a szűrőpapír felülete, annál tovább tart a szűrő. Egy másik, kevésbé ismert tény, hogy a nyomás csökkentésével a szűrőpatron élettartama megnő. Valószínűleg ez azért van, mert a kisebb nyomás mellett kevesebb esély van arra, hogy a szemcsék eltömítik a pórusokat. Ezért van az, hogy két megegyező szűrő ugyanabban a gépben egyenként kétszer tovább fog tartani, mintha csak egy szűrőt használnánk, mert a csökkentett nyomás megnöveli a szűrő élettartamát. Éppen ezért, létezik olyan gépgyártó, aki egy bizonyos gépénél 16 darab szűrőt köt párhuzamosan a gépre, és ezzel drasztikusan megnöveli a szűrők hatékonyságát és élettartamát.
Műanyag felépítés
A legtöbb szűrőgyártó ma már olyan szűrőpatront is kínál, ami a szűrőpapírtól eltekintve kizárólag műanyag alkotóelemeket tartalmaz fém helyett. Ez a megoldás csökkenti a szűrő súlyát és nagyban csökkenti az elhasznált szűrő termikus úton történő megsemmisítés költségeit.
A szikraforgácsolás korai szakaszában gyakran használt angol mondás volt a "piszkos olaj gyorsabban vág". Azonban ma már tudjuk, hogy minden szikraforgácsoló gépnél (huzalos, tömbös és startlyukfúró) a dielektrikum tisztasága nagy mértékben befolyásolja a pontosságot és a megbízhatóságot.