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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kühlwasseraufbereitung insbesondere zum Ausfällen von Glaspartikeln sowie der Entfernung von Verunreinigungen wie Schmier- oder Poliermittel aus dem Kühlwasser in der Glasbearbeitung.
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Bei der Bearbeitung von Glas wird zur Kühlung der Werkzeuge sowie zum Abtransport der Glaspartikel in einem Kreislauf Kühlwasser eingesetzt, das mit einer Pumpe den Werkzeugen zugeführt und beladen mit Glaspartikeln zurück in den Kühlwasserbehälter gelangt. Dieser Kühlwasserbehälter ist üblicherweise mit Zwischenwänden zur Verbesserung der Sedimentation ausgestattet, wobei jedoch nur die schweren Glaspartikel abgeschieden werden, während die leichteren Glaspartikel, die nicht sedimentieren, zu einer ständig zunehmenden Verschmutzung beziehungsweise Zunahme der Trübung des Kreislaufwassers führen. Dies wird gezeigt in anhand der Linie A.
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Wird ein für den jeweiligen Bearbeitungsprozess relevanter Wert erreicht, der sich durch die Reduzierung der Qualität und/oder der Leistung bemerkbar macht, müssen der angefallene Schlamm im Behälter entfernt und das Wasser des Kreislaufs ausgetauscht werden, was einer langen Nutzung entgegensteht und beim Einsatz teurer Kühlschmierstoffe nicht akzeptabel ist.
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Bei einer verbesserten Lösung wird anstelle des Kühlwasserbehälters ein Kreislauftank verwendet, dem in einem Bypass ein Flockungstank parallel geschaltet ist. Das Volumen des Kreislauftanks umfasst dabei üblicherweise ein Mehrfaches des Flockungstanks.
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Zum Entfernen dieser schlecht sedimentierbaren Glaspartikel haben sich Verfahren durchgesetzt, die in geeigneten Anlagen, die üblicherweise einen Kreislauftank und einen Flockungstank besitzen, durch die Zugabe von Flockungsmitteln, die zum Beispiel flüssig oder pulverförmig sein können, Flocken bilden, die sich auf Grund ihrer Dichte gut absetzen und in nachgeschalteten Filteranlagen entwässert werden können.
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Das Kühlwasser des Primär- oder Maschinenkreislaufs stellt sich dabei als ein Mischwasser dar, welches durch die ständige Zufuhr von Glaspartikeln eine kontinuierliche Zunahme der Verschmutzung erfährt, die durch die Reinigung eines Teils des Prozesswassers im Flockungstank mit jedem Flockungsvorgang einen Ausgangswert erreicht, von dem an die Verschmutzung bis zum nächsten Flockungsvorgang wieder ansteigt. Prinzipiell entsteht im Primärkreislauf ein Mischwasser, welches umso sauberer ist, je öfter und je besser die Reinigung durch Flockung im Sekundärkreislauf ist. ( )
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Im Falle von flüssigen Flockungsmitteln, die zum Beispiel als polymere Lösungen eingesetzt werden, werden insbesondere die Ladungen auf der Oberfläche der Glaspartikel verändert und damit unterschiedliche Ladungen der Oberfläche erreicht, die zu Anziehungskräften zwischen den Glaspartikeln und in der Folge zur Bildung von Flocken führen, wobei eine relativ genaue Dosierung bezogen auf die auszufällende Glaspartikelmenge erforderlich ist. Erreicht werden dabei vorwiegend Glaspartikel, mit einer Größe ab 1 μm, während die Partikel unter 1 μm im Kühlwasser verbleiben und in der Folge die erreichbare Klärung des Kreislaufwassers begrenzen, was bei bestimmten Bearbeitungsprozessen bereits zu Qualitätsproblemen führen kann. Bei Stillstand der Anlage über einen längeren Zeitraum können diese Partikel sedimentieren und sich in Leitungen und Anlagenteilen absetzen.
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Auch zusätzliche Verunreinigungen, wie beispielsweise in das Wasser gelangte Schmier- oder Poliermittel, können nur sehr begrenzt gebunden werden. Auf Grund der verbleibenden Resttrübung besteht zusätzlich die Gefahr von Überdosierungen, da die Dosierung meist an Hand subjektiv wahrgenommener Trübungswerte festgelegt wird.
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Im Falle einer Überdosierung kippt das System um, was dazu führt, dass keine Flockung mehr möglich ist und nur durch gezielte Maßnahmen ein normaler Betriebszustand wieder erreicht werden kann.
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Vorteilhaft beim Einsatz von flüssigem Polymer ist die sehr kurze Reaktionszeit für die Flockenbildung und die geringen Kosten.
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Eine erhebliche Verbesserung des Klärungseffekts ist im Falle der Verwendung von pulverförmigen Polymeren, gemischt mit die Flockung unterstützenden Zusätzen wie Bentoniten, zu verzeichnen.
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Hierbei werden neben der Veränderung der Ladungen auf der Oberfläche der Glaspartikel durch das Polymer zusätzliche Adhäsionskräfte durch die eingesetzten Bentonite mit hohem Quellverhalten und extrem großer Oberfläche erreicht, die auch kleinste Glaspartikel sowie bestimmte weitere Verunreinigungen des Kühlwassers binden. Dabei liegt der erreichbare Grad der Wasserreinheit üblicherweise über den für die Glasbearbeitung notwendigen Anforderungen, was bedeutet, dass zum Beispiel am Ende einer Arbeitsperiode ohne weitere Zufuhr von Glaspartikeln ein Zustand des Kühlwasserkreislaufs erreicht werden kann, der einem Neuansatz nahe kommt.
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Auch ist die Gefahr möglicher Überdosierungen stark reduziert, da die eingesetzten Bentonite freie Polymerketten in bestimmtem Umfang binden.
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Dem generellen Einsatz von pulverförmigen Flockungsmitteln steht allerdings entgegen, dass bei einer alleinigen Verwendung sowohl die mechanischen Dosieranlagen, als auch insbesondere das einzusetzende pulverförmige Flockungsmittel im Vergleich zur Verwendung von flüssigem Flockungsmittel zusätzliche Kosten verursachen, weshalb dieses Verfahren bei Neuanlagen nur noch sehr geringe Nutzung erfährt.
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Zusammenfassend ist festzustellen, dass die bekannten Verfahren wie beispielsweise Filtration usw. innerhalb der Flockungsverfahren nachteiligerweise nur gesteuerte Prozesse abbilden. Dabei kann die benötigte Menge an Flockungsmittel nur über eine Vorwahl in Stufen oder stufenlos geschehen.
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Hierbei wird durch den Benutzer eine feste Größe vorgegeben, die nicht dem sich dauernd verändernden Prozess angepasst ist. Außerdem sind Absetzzeit und Umpumpzeit ebenfalls fix vorgegeben und nicht variabel an die Gegebenheiten anzupassen. Ein weiterer Nachteil der Lösungen gemäß des Standes der Technik besteht darin, dass keine Aussage über die erreichte Reinigung gemacht werden kann.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kühlwasseraufbereitung so weiterzubilden, dass die kontinuierliche Anreicherung des Prozesswassers mit Feinpartikeln und weiteren Schadstoffen auf ein solches Maß begrenzt wird, dass für die typische Glasbearbeitung keine erheblichen Störungen entstehen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art im Wesentlichen dadurch gelöst, dass diese Verfahren so weitergebildet werden, dass die zuzugebende Flockungsmittelmenge und die Zeiten für Absetzen und Umpumpen dynamisch geregelt werden. Darüber hinaus wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Aussage über die Reinheit des erzeugten Kühlmittels getroffen.
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Nachfolgend soll die erfindungsgemäße Lösung anhand der bis näher erläutert werden.
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Dabei zeigen
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eine Prinzipdarstellung der Verläufe der Kühlwasserverschmutzung beziehungsweise der Zunahme der Trübung in Abhängigkeit der Zeit bei einem Verfahren ohne Aufbereitung, einem Verfahren mit flüssigem Flockungsmittel und der Wirkung einer Zusatzflockung mit pulverförmigem Flockungsmittel,
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eine Prinzipdarstellung einer dem Stand der Technik entsprechenden Kühlwasseraufbereitungsanlage mit Kreislauftank und dem Einsatz von flüssigem Flockungsmittel,
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zeigt eine Graphik mit einem typischen Zyklusverlauf zwischen Kühlwasserverschmutzung und Klärung.
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stellt den Unterschied zwischen den Verläufen der Kühlwasserverschmutzung beziehungsweise Zunahme der Trübung in Abhängigkeit der Zeit bei einem Verfahren ohne Aufbereitung, einem Verfahren mit flüssigem Flockungsmittel und der Wirkung einer Zusatzflockung mit pulverförmigem Flockungsmittel dar.
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Wird ohne Reinigung gearbeitet, nimmt die Verschmutzung kontinuierlich zu bis ein Wert erreicht ist, an dem ein Wechsel des Kühlwassers unumgänglich wird. Beim Einsatz von flüssigem Flockungsmittel wird durch die Reinigung pro Charge auf Grund des erreichbaren Kläreffektes ein Kurvenverlauf erreicht, der sich einem bestimmten Trübungswert annähert.
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Beim zusätzlichen Einsatz von pulverförmigem Flockungsmittel wird ein höherer Kläreffekt pro Charge erreicht, der zu einer Verschiebung des Kurvenverlaufes auf ein niedrigeres Niveau führt, wodurch bei mehrfacher Anwendung ein wesentlich geringerer Endtrübungswert erreicht werden kann.
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zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Kühlwasseraufbereitungsanlage, insbesondere bestimmt zum Ausfällen von Glaspartikeln aus dem Kühlwasser von Schleifanlagen und Bohrmaschinen in der Glasbearbeitung auf der Basis von polymeren Flockungsmitteln.
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Die Anlage umfasst eine oder mehrere Glasbearbeitungsmaschinen 1, einen oder mehrere Kreislauftanks 2, einen parallel zum Kreislauftank arbeitenden Flockungstank 3 mit Überlauf in den Kreislauftank 4, Rührwerk 5 und Flockungsmitteldosieranlage für flüssiges Flockungsmittel bestehend aus Vorratsbehälter 8 und Dosierpumpe 9 sowie einem Schlammablassventil 6 und einer Filtereinrichtung 7 zur Entwässerung des abgelassenen Glasschlamms.
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Aus dem von der Glasbearbeitungsmaschine 1 kommenden Kühlwasser werden im Kreislauftank 2 schwerere Partikel sedimentiert, das so vorgereinigte Kühlwasser wird an die Glasbearbeitungsmaschine zurückgeführt.
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Aus dem Konus des Kreislauftanks wird das mit Glaspartikeln angereicherte Kühlwasser dem Flockungstank kontinuierlich oder chargenweise zugeführt, gereinigt und mittels Überlauf 4 in den Kreislauftank zurückgeführt, wodurch dort ein Mischwasser mit verbesserter Qualität entsteht. Die Qualität des Kreislaufwassers hängt dabei von der Qualität der Reinigung im Flockungstank sowie der Häufigkeit der Reinigungsintervalle ab. Variationen der Wasserführung und Verbindung von Maschinen, Kreislauftank und Flockungstank sind möglich und dem Erfindungsgedanken als zugehörig zu betrachten.
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zeigt einen typischen Zyklusverlauf zwischen Kühlwasserverschmutzung und Klärung, welcher mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu erreichen ist.
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Dazu werden in ein bekanntes Flockungssystem ein oder mehrere Sensoren eingebracht, welcher im Flockungstank 3 die Verschmutzung des Kühlmittels misst. Ausschlaggebend ist hierbei weniger der Anteil der Verschmutzung durch beispielsweise Schmier- oder Poliermittel, sondern als Mess- bzw. Regelgröße wird vorzugsweise der Glasanteil als Bestandteil der die Verschmutzung verursachenden Schwebstoffe betrachtet. Mittels einer Steuerung werden unter Verwendung mathematischer Algorithmen, anhand des Kurvenverlaufs der Messwerte der Sensorik, die Schaltpunkte für die den Verlauf bestimmenden Prozesszeiten, d. s. insbesondere Absetzzeit und Umpumpzeit, berechnet. Auf Grundlage der bei den Anwendern vorhandenen physikalischen und (chemischen) Kenntnis der Prozesse wird der Kurvenverlauf interpretierbar.
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Zur Steuerung des Zeitpunktes und der Menge der Zugabe von Flockungsmittel wird der Steigungsverlauf der Kurve zugrunde gelegt und es werden dynamisch numerisch die Extremwerte bestimmt. Mittels geeigneter mathematischer Methoden werden die Kurven von Störeinflüssen und naturgemäßen Schwankungen befreit. Bei Erreichen eines definierten und vorher bestimmten Zielintervalles, i. d. R. um das Maximum/Minimum der Kurve, erhält die Anlage den Regelimpuls für den Beginn der Absetz- und Ende der Umpumpzeiten bzw. den Beginn der Zugabe des Flockungsmittels.
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Die zuzugebende Flockungsmittelmenge wird an den maximalen Wert des Glasanteils angepasst, d. h. die Menge des Flockungsmittels fährt fast auf ”0” wenn die Anlage steht und passt sich automatisch an höhere Werte an.
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Durch die permanente oder mit geringen Zeitabständen durchgeführte Messung des Verschmutzungsgrades erfolgt eine genaue Erfassung der Belastung des Kühlwassers mit Glaspartikeln. Hierdurch ist eine dynamische Zuführung des Flockungsmittels in Abhängigkeit des jeweiligen Verschmutzungsgrades möglich.
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Wird durch Bearbeitung des Glases die Intensität der Belastung mit Schleifgut dynamisch verändert, dies erfolgt beispielsweise bei Einsatz unterschiedlich vieler Bearbeitungsmaschinen, verschiedenen Bearbeitungsstufen oder ähnlichen Faktoren, wird die zuzugebende Flockungsmittelmenge ebenfalls an den entsprechenden Wert des Glasanteils angepasst. Die Mengenzugabe des Flockungsmittels kann unter Verwendung verschiedener durch die Messergebnisse geführter Funktionen realisiert werden. Damit ist es möglich, die Menge des Flockungsmittels z. B. linear oder exponentiell geführt und dynamisch zuzugeben.
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In einer besonderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung wird aufgrund seiner mechanischen Bauform als Sensor ein Streulichtsensor bevorzugt, da dieser für Verschmutzungen weniger Angriffsfläche bietet und zusätzlich an seiner Abstrahl- und Messfläche Reinigungssysteme wie Wischer oder Ultraschall zur Anwendung kommen können.
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Mittels des eingesetzten Sensors ist eine Messdatenerfassung möglich, die eine kontinuierliche Prozessverfolgung und -optimierung erlaubt.
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Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die prozessrelevanten Werte gespeichert und dokumentiert werden. Darüber hinaus wird eine extreme Zykluszeitverkürzung erreicht, da durch die Erfassung des Verschmutzungsgrades die Schaltpunkte zur Zugabe des Flockungsmittels erstmalig sichtbar waren und nicht auf Verdacht und mit Sicherheitsabstand die Zeiten für Absetzen, Flockungsmittelzugabe und Umpumpen gesteuert werden müssen.
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Beispielhaft soll die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens nochmals erläutert werden:
In einem Reinigungskreislauf wird durch eine Pumpe dem Flockungstank verunreinigtes Prozesswasser aus dem Kreislauftank zugeführt. Das einfließende Prozesswasser verdrängt das im Flockungstank befindliche gereinigte Prozesswasser durch ein Überlaufrohr in den Kreislauftank. Durch diesen „Wassertausch” wird eine gleichbleibend hohe Wasserqualität erreicht. Nach einer bestimmten Zeit, wenn der Streulichtsensor keine Zunahme des Schleifschlammgehaltes im oberen Teil des Flockungstanks mehr feststellt, wird die Zufuhr des verunreinigten Prozesswassers gestoppt und das Flockungsmittel unter Rühren dosiert und eingearbeitet. Der Rührer ist in der Drehzahl regelbar und wird zur optimalen Flockenausbildung mit verschiedenen Drehzahlen betrieben. Die mit Glaspartikeln angereicherten Flocken setzen sich nach dem Abschalten des Rührers im Konus des Flockungstanks ab und werden durch kurzzeitige Öffnung des Ablassventils in einen Filtersack abgelassen. Die Zeit, welche die Flocken zum Absetzen benötigen bis zur Öffnung des Ablassventils wird mit dem Streulichtsensor durch Messung der Änderung des Schleifschlammgehaltes im oberen Teil des Flockungstanks bestimmt. Nach dem Reinigungsvorgang beginnt der Zyklus erneut.
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Die Dosieranlage für das flüssige Flockungsmittel besteht beispielsweise aus einer Dosierpumpe mit Ansauglanze und integrierter Füllstandsüberwachung über die das Flockungsmittel aus dem Lieferbehälter angesaugt wird. Die Zeit, für welche die Dosierpumpe eingeschalten wird richtet sich nach der Höhe des Schlammanteils im Wasser, welcher vom Streulichtsensor im oberen Teil des Flockungstanks gemessen wird, und nach dem Umrechnungsfaktor „Schlammanteil-Anschaltzeit”, der in der Steuerung hinterlegt ist.
