DE19745520A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Zugabe mindestens eines Additivs zu Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zugabe mindestens eines Additivs zu Flüssigkeiten, wie Treibstoffen, Brennstof­ fen, Kühl- und Schmierstoffen, die einem Einsatzort zugeführt werden. Unter "Additiv" ist in diesem Zusammenhang auch ein Additivkonzentrat zu verstehen.

Additive werden als chemisch und/oder physikalisch wirkende Zusatzstoffe zu Flüssigkeiten gegeben, um deren Eigenschaften für einen nachfolgenden Prozeß zu beeinflussen. Wenn es sich bei diesen Flüssigkeiten beispielsweise um Treibstoffe oder Brennstoffe handelt, die an ihrem Einsatzort einem Verbren­ nungsprozeß zugeführt werden, so kann das Verbrennungsverhal­ ten und insbesondere die chemische Zusammensetzung des Verbrennungsabgases durch die Zugabe von Additiven beeinflußt werden. Ein kennzeichnendes Beispiel hierfür ist die Zugabe von Antiklopfmitteln zu Treibstoffen für Verbrennungsmotore, um deren Klopfverhalten zu beeinflussen.

Ein anderes kennzeichnendes Beispiel für den Einsatz von Additiven ist die Zugabe von Antirußmitteln zu Heizöl, um die Rußbildung bei Heizungsanlagen zu unterdrücken oder zumindest wesentlich zu verringern. Ein weiteres kennzeichnendes Einsatzbeispiel für Additive liegt auf dem Gebiet der Kühlschmierstoffe für spanende Bearbeitungsprozesse, wobei ein Verschleißschutz erreicht und ein Oxidationsvorgang verhindert werden soll.

Allen Einsatzbereichen von Additiven ist gemeinsam, daß die Art und die Menge der zuzugebenden Additive auf die jeweiligen Prozeßanforderungen abgestellt werden müssen. Diese Abstimmung beruht überwiegend auf Erfahrungswerten. Hierbei wird der Additivgehalt der Flüssigkeit vorsorglich so hoch gewählt, daß unter allen zu erwartenden Einsatzbedingun­ gen noch eine ausreichende Wirkung des Additivs erzielt wird.

Dies hat zur Folge, daß die Flüssigkeit in vielen Fällen einen zu hohen Gehalt an Additiven aufweist, insbesondere wenn mit veränderten Einsatzbedingungen zu rechnen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß die angestreb­ te Wirkung auch bei veränderlichen Einsatzbedingungen jeweils mit der geringstmöglichen Menge an Additiven erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Additiv bzw. die Additive der Flüssigkeit vor dem Einsatzort dosiert zugegeben wird bzw. werden und daß mindestens eine durch das Additiv beeinflußte Meßgröße am oder nach dem Einsatzort erfaßt wird und als Steuergröße für die Dosierung des Additivs verwendet wird.

Damit wird erreicht, daß auch unter sich ändernden Einsatzbe­ dingungen jeweils nur diejenige Menge an Additiv zugegeben wird, die zum jeweiligen Zeitpunkt erforderlich ist, um die beeinflußte Meßgröße auf den gewünschten Wert zu bringen. Damit wird ein unnötiger Verbrauch an Additiven vermieden.

In vielen Fällen ist es zweckmäßig oder sogar erforderlich, mindestens eine weitere durch ein weiteres Additiv beeinfluß­ te Meßgröße am oder nach dem Einsatzort zu erfassen und auch diese als Steuergröße für die Dosierung dieses weiteren Additivs zu verwenden. Damit wird auch für Einsatzfälle, in denen mehrere Additive verwendet werden, für jedes dieser Additive eine optimale und damit sparsame Zugabe zu der Flüssigkeit sichergestellt.

Die hier gewählte Angabe, daß die durch das Additiv beeinflußte Meßgröße als Steuergröße für die Dosierung des Additivs verwendet wird, beinhaltet einen direkten Zusammen­ hang zwischen der Meßgröße und der Dosierung, das heißt sowohl eine Erhöhung der Meßgröße führt zu einer Erhöhung der Dosierung, als auch einen reziproken Zusammenhang, das heißt bei einer Erhöhung der Meßgröße erfolgt eine Verringerung der Dosierung. Welcher dieser beiden grundsätzlich unterschiedli­ chen Zusammenhänge gewählt wird, hängt davon ab, ob die erfaßte Meßgröße einen unerwünschten Zustand (beispielsweise den Rußgehalt im Abgas) oder einen erwünschten Zustand (beispielsweise die Erhöhung der Verbrennungstemperatur) kennzeichnet.

Zur Vereinfachung des Verfahrensablaufs kann es in vielen Fällen ausreichen, die dosierte Zugabe des Additivs zu unterbrechen, wenn die durch das Additiv beeinflußte Meßgröße einen vorgegebenen Grenzwert unter- bzw. überschreitet.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Diese ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine oder mehrere Dosiereinrichtungen für ein oder mehrere Additive und eine Meßeinrichtung, die jeweils die durch das Additiv beeinflußte Meßgröße erfaßt und über eine Steuersignalleitung mit der Dosiereinrichtung verbunden ist.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert, die in der Zeichnung jeweils schematisch dargestellt sind. Es zeigt:

Fig. 1 ein Schema eines Verfahrensablaufs bei einem Prozeß, bei dem die mit dem Additiv versetzte Flüssigkeit verbraucht wird,

Fig. 2 ein Schema eines Verfahrensablaufs, bei dem die mit dem Additiv versetzte Flüssigkeit im Kreislauf geführt wird,

Fig. 3 ein Schema eines Kühlschmiermittelkreislaufs an einer Schleifmaschine,

Fig. 4 ein Schema einer Treibstoffzuführung zu einem Verbrennungsmotor und

Fig. 5 ein Schema einer Brennstoffzuführung zu einer Heizungsanlage.

Bei dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Verfahrensablauf wird eine Flüssigkeit aus einem Vorratsbehälter 1 mittels einer Pumpe 2 über eine Mischeinrichtung 3 einem Einsatzort 4 zugeführt und in einem Prozeß verbraucht, wobei ein Reststoff entsteht, der durch eine Leitung 5 weitergeleitet wird. Am Einsatzort 4 kann beispielsweise eine Verbrennung oder eine sonstige chemische Umwandlung geschehen. Der durch die Leitung 5 abgeführte Reststoff kann beispielsweise ein Abgas oder ein zu verwertendes Produkt sein.

Aus einem Vorratsbehälter 6 wird über eine Dosierpumpe 7 ein Additiv der Mischeinrichtung 3 zugeführt, wo es mit der Flüssigkeit vermischt wird, bevor diese dem Einsatzort 4 zugeführt wird. Das Additiv dient dazu, den am Einsatzort 4 durchgeführten Prozeß zu beeinflussen. Dieser Einfluß äußert sich in einer Meßgröße, die durch eine Meßeinrichtung 8 am Einsatzort 4 erfaßt wird. Die Meßgröße wird einer Steuerein­ richtung 9 zugeführt, die in Abhängigkeit von der jeweils ermittelten Meßgröße über eine Steuersignalleitung 10 die Dosiereinrichtung 7 steuert.

In Fig. 1 ist mit strichpunktierten Linien angedeutet, daß die Meßeinrichtung 8' dem Einsatzort 4 auch nachgeschaltet sein kann, wobei die Meßgröße in dem durch die Leitung 5 abgeführten Reststoff ermittelt und in der schon beschriebe­ nen Weise der Steuereinrichtung 9 zugeführt wird.

Abweichend von dem in Fig. 1 dargestellten allgemeinen Beispiel, bei dem ein Verbrauch der Flüssigkeit erfolgt, ist im Schema nach Fig. 2 ein Verfahren dargestellt, bei dem die Flüssigkeit im Kreislauf geführt wird. Nachdem die Flüssig­ keit aus dem Vorratsbehälter 1 über die Pumpe 2 dem Einsatzort 4 zugeführt wurde, gelangt sie in einen Sammelbe­ hälter 11, aus dem sie über eine Kreislaufleitung 12 und eine Pumpe 13 wieder in den Vorratsbehälter 1 gefördert wird.

An einer Stelle des Kreislaufs, beispielsweise vor dem Einsatzort 4, ist eine Meßeinrichtung 8'' angeordnet, die eine Meßgröße der im Kreislauf geführten Flüssigkeit erfaßt und der Steuereinrichtung 9 zuführt. Diese steuert in der schon beschriebenen Weise die Dosierpumpe 7, die das Additiv, das diese Meßgröße beeinflußt, aus dem Vorratsbehälter 6 der Mischeinrichtung 3 in der Kreislaufleitung 12 zuführt.

Nachfolgend werden konkrete Anwendungsbeispiele der vorher nur allgemein und schematisch beschrieben Verfahren dargestellt und erläutert.

Fig. 3 zeigt einen Kühlschmiermittel-Kreislauf für einen spanenden Bearbeitungsprozeß, hier dargestellt am Beispiel eines Schleifprozesses, wobei eine Schleifscheibe 14 ein Werkstück 15 spanend bearbeitet. Von der Bearbeitungsstelle gelangt das Kühlschmiermittel in einen Auffangbehälter 16, aus dem es durch eine Pumpe 17 einem Sammelbehälter 18 zugeführt wird. Eine Kreislaufpumpe 19 fördert das Kühl­ schmiermittel wieder zur Bearbeitungsstelle.

Eine Meßeinrichtung 8, die dem Auffangbehälter 16 nachge­ schaltet ist, bestimmt bei dem dargestellten Ausführungsbei­ spiel Inhaltsstoffe des Kühlschmiermittels nach dem Durchlaufen des Bearbeitungsprozesses, beispielsweise Oxide.

Deren Vorhandensein beziehungsweise Konzentration dient in einer Steuereinrichtung 9 zur Festlegung der Steuergröße, mit der eine Dosierpumpe 7 gesteuert wird, die das Additiv aus einem Vorratsbehälter 6 einer Mischeinrichtung 3 in der Kreislaufleitung zuführt. Bei dem dargestellten Ausführungs­ beispiel handelt es sich um ein Additiv, mit dem der Oxidationsvorgang beim Schleifprozeß beeinflußt wird.

Abweichend von dem beschriebenen Beispiel nach Fig. 3 kann auch vorgesehen sein, daß die Temperaturerhöhung des Kühlschmiermittels im Bearbeitungsprozeß bestimmt wird, beispielsweise durch Temperaturfühler nach und gegebenenfalls auch vor der Bearbeitungsstelle, und als Steuergröße für die Dosierung des Additivs verwendet wird.

Fig. 4 zeigt einen Verbrennungsmotor 20, dem ein flüssiger Treibstoff aus einem Vorratsbehälter 1 über eine Einspritz­ pumpe 21 zugeführt wird. Als Meßeinrichtung dient ein am Verbrennungsmotor 20 angebrachter Klopfsensor 22, der einen Klopfvorgang im Motor erfaßt. Dessen Auftreten oder seine Intensität wird als Steuergröße für die Dosierung eines als Antiklopfmittel wirkenden Additivs verwendet. Hierzu liefert der Klopfsensor 22 ein Signal an eine Steuereinrichtung 9, die eine Dosierpumpe 7 steuert, mit der das Antiklopfmittel aus einem Vorratsbehälter 6 einer Mischeinrichtung 3 in der Treibstoffleitung zugeführt wird. Die Zugabe von Antiklopf­ mitteln erfolgt somit nur dann, wenn ein Klopfvorgang auftritt, und nur mit der Dosierung, die zur Verhinderung des Klopfvorgangs ausreichend ist. Bei der Anwendung des Verfahrens bei einem Treibstoff für einen Verbrennungsmotor oder für einen Brennstoff einer Heizungsanlage kann vorgesehen werden, daß Inhaltsstoffe des Verbrennungsabgases bestimmt und deren Vorhandensein beziehungsweise Konzentrati­ on als Steuergröße für die Dosierung verwendet wird. Dies ist am Beispiel einer Heizungsanlage in Fig. 5 erläutert. Die Heizungsanlage 23 wird aus einem Vorratsbehälter 1 über eine Pumpe 2 mit Brennstoff, beispielsweise Heizöl, versorgt. In der Abgasleitung 24 der Heizungsanlage 23 ist beim darge­ stellten Ausführungsbeispiel ein Rußfühler 25 als Meßeinrich­ tung angeordnet, dessen Meßwert über eine Steuereinrichtung 9 zur Steuerung einer Dosierpumpe 7 verwendet wird, die ein Antirußmittel als Additiv aus einem Vorratsbehälter 6 dosiert an eine Mischeinrichtung 3 abgibt, in der es dem Brennstoff in der erforderlichen Menge zugemischt wird, um die Rußbildung in dem geforderten Maße zu unterdrücken.

In Fig. 5 ist darüberhinaus dargestellt, daß in der Abgasleitung 24 als weitere Meßeinrichtung beispielsweise eine Stickoxid-Meßsonde 26 angeordnet sein kann, die über eine Steuereinrichtung 9' eine zweite Dosierpumpe 7' steuert, die aus einem Vorratsbehälter 6' ein Additiv zu einer Mischeinrichtung 3' in der Brennstoffleitung fördert, das die Bildung von Stickoxiden herabsetzt.

Claims (8)

1. Verfahren zur Zugabe mindestens eines Additivs zu Flüssigkeiten, wie Treibstoffen, Brennstoffen, Kühl- und Schmierstoffen, die einem Einsatzort zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Additiv bzw. die Additive der Flüssigkeit vor dem Einsatzort dosiert zugegeben wird bzw. werden und daß mindestens eine durch das Additiv beeinflußte Meßgröße am oder nach dem Einsatzort erfaßt wird und als Steuergröße für die Dosierung des Additivs verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine weitere durch ein weiteres Additiv beeinfluß­ te Meßgröße am oder nach dem Einsatzort erfaßt wird und als Steuergröße für die Dosierung dieses weiteren Additivs verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dosierte Zugabe des Additivs unterbrochen wird, wenn die durch das Additiv beeinflußte Meßgröße einen vorgegebenen Grenzwert unter- bzw. überschreitet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es bei einem Kühlschmiermittel für einen spanenden Bearbeitungsprozeß angewendet wird, wobei Inhaltsstoffe des Kühlschmiermittels nach dem Durchlaufen des Bearbeitungsprozesses bestimmt und deren Vorhandensein bzw. Konzentration als Steuergröße für die Dosierung des Additivs verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es bei einem Kühlschmiermittel für einen spanenden Bearbeitungsprozeß angewendet wird, wobei die Temperaturerhöhung des Kühlschmiermittels im Bearbeitungspro­ zeß bestimmt und als Steuergröße für die Dosierung des Additivs verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es bei einem Treibstoff für einen Verbrennungsmotor angewendet wird, wobei ein Klopfvorgang erfaßt und sein Auftreten oder seine Intensität als Steuergröße für die Dosierung eines als Antiklopfmittel wirkenden Additivs verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es bei einem Treibstoff für einen Verbrennungsmotor oder bei einem Brennstoff einer Heizanlage angewendet wird, wobei Inhaltsstoffe des Verbrennungsabgases bestimmt und deren Vorhandensein bzw. Konzentration als Steuergröße für die Dosierung verwendet wird.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Dosiereinrich­ tung (7, 7') für das Additiv und eine Meßeinrichtung (8, 8',8'', 22, 25, 26), die die durch das Additiv beeinflußte Meßgröße erfaßt und über eine Steuersignalleitung mit der Dosiereinrichtung (7, 7') verbunden ist.