-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
-
Kathodenstrahlröhren-Geräte sind
beispielsweise Fernsehgeräte
oder Computerbildschirme, aber auch Oszilloskope. Die Kathodenstrahlröhre (oder
auch „Braun'sche Röhre") hat eine Kathode, die
einen Elektronenstrahl erzeugt. Durch eine Ablenkeinheit aus senkrecht
zueinander stehenden und elektrisch geladenen Ablenkplatten wird
der Elektronenstrahl auf einen bestimmten Punkt auf einer phosphoreszierenden
Leuchtschicht gelenkt, um diesen Punkt zum Leuchten anzuregen.
-
Der
Elektronenstrahl ist in einem hohlen Glaskörper gefangen. Dieser Glaskörper hat üblicherweise
einen zylindrischen Abschnitt, in dem die Kathode und die Ablenkeinheit
untergebracht sind. Zur Montage der Kathode und der Ablenkeinheit kann
der zylindrische Abschnitt auf seiner Rückseite offen sein. An den
zylindrischen Abschnitt schließt sich
ein sich erweiternder, etwa konischer bzw. pyramidenförmiger Bereich
an, der schließlich
durch einen etwa senkrecht zum Elektronenstrahl stehenden Frontbereich
abgeschlossen wird. Die meist leicht konkave Innenseite des Frontbereichs
ist mit der Leuchtschicht versehen, die z.B. durch einen Sprühprozess
oder durch Fließbeschichten
aufgebracht worden sein kann. Der Frontbereich des Glaskörpers kann
auf diese Weise als Bildschirm dienen.
-
Bis
auf den Frontbereich ist fast der gesamte Glaskörper aus bleihaltigem Glas
gebildet. Das Blei hat die Aufgabe, den Raum außerhalb des Glaskörpers von
Röntgenstrahlung
abzuschirmen, die durch die Kathode und den Elektronenstrahl erzeugt
wird.
-
Der
Bleigehalt des Glases erschwert das Recycling der Kathodenstrahlröhren-Geräte. Würde die Kathodenstrahlröhre einfach
zertrümmert,
so würde sich
das Bleiglas mit dem vorher nicht bleihaltigen Glas des Frontbereichs
vermischen. Da die Entsorgung von Bleiglas jedoch aufwendig ist
und durch die Vermischung die Menge an bleihaltigem Glasbruch steigen
würde,
würden
sich die Entsorgungskosten deutlich erhöhen. Um dies zu verhindern,
wurden Verfahren entwickelt, bei denen vor einem Zerkleinern des
Materials der bleihaltige Teil des Glaskörpers vom nicht-bleihaltigen
Frontbereich getrennt wird.
-
Ein
solches Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs
1 ist aus der
EP 1 402
556 B1 bekannt. Dort wird im Übergangsbereich zwischen dem
Bleiglas und dem Frontbereich eine Sollbruchlinie oder Trennlinie
erzeugt, indem entlang dieser Linie mittels eines punktförmig gebündelten Laserstrahls
Material abgetragen und so eine Rille in den Glaskörper gezogen
wird. Die Trennlinie kann sich dabei an jeder gewünschten
Stelle befinden, beispielsweise auf dem Frontbereich oder im Übergangsbereich
zwischen dem konischen Bereich und dem Frontbereich. Üblicherweise
ist die Trennlinie leicht versetzt zum Frontbereich hin, um zu gewährleisten,
dass der später
abgetrennte Frontbereich tatsächlich
bleifrei ist. Durch die Rille soll die Trennlinie so geschwächt werden,
dass der Glaskörper
an dieser Stelle bricht. Notfalls soll das Trennen dadurch unterstützt werden,
dass nach dem Erhitzen auf den beiden Seiten der Rille, d.h. rechts
und links neben der Rille, unterschiedliche Temperaturen erzeugt werden.
Nachteilig an dem Verfahren der
EP 1 402 556 B1 ist, dass sich in der Praxis
gezeigt hat, dass sich das Trennen des Glaskörpers damit nicht zuverlässig durchführen lässt. Nicht
getrennte Kathodenstrahlröhren
müssen
jedoch von Hand nachbearbeitet werden, was den Arbeitsaufwand erhöht und die entsprechenden
Recycling-Anlagen unrentabel macht.
-
Ein
anderes Verfahren ist aus der
DE 39 01 842 C2 bekannt. Dort wird der Glaskörper entlang
der gewünschten
Trennlinie mittels einer mechanischen Trennscheibe abgesägt, z.B.
mittels einer Diamant-Trennscheibe. Das hat jedoch den Nachteil, dass
sich die Trennscheibe abnutzt, so dass sie gewartet und ggf. ersetzt
werden muss.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, das aus der
EP 1 402 556 B1 bekannte
Verfahren dahingehend zu verbessern, dass zum Zwecke einer möglichst
weitgehenden Automatisierung des Recyclings die Zuverlässigkeit
des Trennens deutlich erhöht
wird. Zudem soll eine Vorrichtung zur Durchführung des neuen Verfahrens
zur Verfügung
gestellt werden.
-
Diese
Aufgabe wird gelöst
durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch eine
Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 20.
-
Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
wird während
des laserbasierten Erhitzens des Glaskörpers mindestens ein Messwert
erfasst, dieser Wert mit einem Sollwert verglichen, und in Abhängigkeit der
Abweichung des gemessenen Wertes vom Sollwert ist dann mindestens ein
Verfahrensparameter regelbar. Auf diese Weise kann bereits während des Erhitzens
in Echtzeit eine Information über
die Qualität
des Bearbeitungsergebnisses erhalten werden. Das hat den Vorteil,
dass bei nicht hinreichender Qualität des Erhitzens noch während der
Bearbeitung ein Verfahrensparameter so nachgeregelt oder eingestellt
werden kann, dass von da an eine die Qualität des Erhitzens für eine definierte,
zuverlässige
Trennung des Glaskörpers
ausreicht. Durch die fortgesetzte Messung der Werte wird die Qualität des Erhitzens
auch nach einer Änderung
eines Verfahrensparameters fortlaufend überprüft. Wenn es für erforderlich
gehalten werden sollte, beispielsweise auf Grund einer sehr großen Abweichung
des gemessenen Wertes vom Sollwert, kann der Vorgang des Erhitzens
auch noch einmal ganz von vorn begonnen werden.
-
Durch
das erfindungsgemäße Verfahren
wird sichergestellt, dass der Glaskörper entlang der gewünschten
Trennlinie auf jeden Fall ausreichend stark erhitzt wird, um – ggf. in
Verbindung mit einem schnellen Abkühlen – so große thermische Spannungen im
Glas hervorzurufen, dass der Glaskörper definiert und zuverlässig getrennt
wird. Die Zuverlässigkeit
des Trennens verringert den Personalbedarf zur Bedienung der zum
Trennen verwendeten Anlage erheblich, weil nicht mehr jeder Glaskörper manuell
daraufhin untersucht werden muss, ob das Material wirklich durchtrennt
ist. Zudem entfällt
der Arbeitsaufwand zum nachbearbeiten nicht getrennter Glaskörper. Dies
macht das Trennverfahren nicht nur günstiger und damit besser konkurrenzfähig, sondern
es steigert zudem die Effizienz der zum Trennen verwendeten Anlage
deutlich, weil der Prozess nicht mehr jedes Mal zum Kontrollieren
der Glastrennung angehalten werden muss. Mit einer Vorrichtung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahren lassen
sich pro Stunde auf diese Weise durchaus 60, evtl. sogar 80 oder
mehr Glaskörper
von Kathodenstrahlröhren-Geräten bearbeiten.
-
Vorzugsweise
ist wenigstens ein gemessener Wert eine Temperatur, z.B. die Temperatur
wenigstens eines erhitzten Punktes auf der Trennlinie. Damit wird
ein für
die Qualität
des Trennverfahrens besonders aussagekräftiger Wert gemessen, da das Erhitzen
und somit auch die Temperatur des Glaskörpers über die Erzeugung thermischer
Spannungen gerade die Grundlage für das anschließende Trennen
des Materials sind. Zudem lässt
sich die Temperatur auf verschiedene Weise gut messen.
-
Bevorzugt
ist ein gemessener Wert die Temperatur desjenigen Punktes auf der
Trennlinie, auf den zum Zeitpunkt der Messung oder unmittelbar davor
der Laserstrahl auftrifft bzw. aufgetroffen ist. Dies hat den Vorteil,
dass unmittelbar das Ergebnis des Erhitzens selbst gemessen wird,
und dass das Erhitzen an derselben Stelle fortgesetzt werden könnte, wenn
die Messung ergibt, dass die erwünschte Soll-Temperatur
noch nicht erreicht ist.
-
Eine
Möglichkeit
zum Messen der Temperatur besteht darin, dass sie anhand der von
dem erhitzten Punkt abgegebenen Wärme- oder Infrarotstrahlung
gemessen wird. Dies hat den Vorteil, dass die Messung berührungslos
durchgeführt
werden könnte,
was eine Beschädigung
des zum Messen verwendeten Sensors durch die evtl. hohen Temperaturen
und eine unerwünschte
Störung
des Laserstrahls durch den Sensor verhindert.
-
Alternativ
zur Messung einer Temperatur oder auch zusätzlich dazu kann wenigstens
ein gemessener Wert eine Lichtintensität sein. Auch darüber lässt sich
eine zuverlässige
Information über
das Ergebnis des Erhitzens erhalten.
-
Dazu
kann beispielsweise ein Sensor die Intensität des vom Glaskörper gestreuten
und/oder reflektierten Laserlichtes als Messwert erfassen. Steigt die
Temperatur des Glases an der erhitzten Stelle, so kann sich der
Absorptionskoeffizient des Glases verändern. Damit ändert sich
jedoch der Anteil des zurück
gestreuten und/oder reflektierten Lichtes, was mittels eines entsprechenden
Detektors ermittelt werden kann. Die Messung des gestreuten und/oder reflektierten
Laserlichtes hat den Vorteil, dass die Wellenlänge des eingestrahlten Laserlichts
exakt bekannt ist, so dass die Messung gefiltert werden und so von
Hintergrundrauschen befreit werden kann.
-
Bereits
erwähnt
wurde, dass es zweckmäßig ist,
wenn wenigstens ein gemessener Wert berührungslos gemessen wird. Dies
kann helfen, eine Beschädigung
des zum Messen verwendeten Sensors durch die evtl. hohen Temperaturen
und eine unerwünschte
Störung
des Laserstrahls durch den Sensor zu verhindern. Zudem entfällt eine
aufwändige Regelung,
um den Sensor direkt an die Messstelle heranzubringen.
-
Wenn
wenigstens ein gemessener Wert während
des Erhitzens kontinuierlich gemessen wird, so kann die Qualität des Erhitzens
kontinuierlich überprüft werden.
Dies hat den Vorteil, dass das Material an allen Stellen mit gleicher
Qualität
bzw. auf die gleiche (Mindest-) Temperatur erhitzt wird, und dass
zudem eine Nachregelung eines Verfahrensparameters vergleichsweise
früh erfolgen
kann.
-
Alternativ
wäre es
auch denkbar, dass wenigstens ein gemessener Wert während des
Erhitzens in Intervallen gemessen wird. Wenn sich herausstellt,
dass auch bei intervallartiger Messung eine hinreichend schnelle
Verfahrenssteuerung erfolgen kann, so lässt sich auf diese Weise die
Menge der im System zu verarbeitenden Daten verringern.
-
In
einer Variante des Verfahrens wird das Erhitzen nicht kontinuierlich,
sondern in Intervallen durchgeführt,
vorzugsweise durch gepulste Laserstrahlung, und das Messen des Wertes
ist mit den Intervallen des Erhitzens synchronisiert. Die Synchronisation
kann dabei so erfolgen, dass eine Messung immer gleichzeitig mit
den Perioden des Erhitzens stattfindet. Dies bietet sich z.B. dann
an, wenn der gemessene Wert die Intensität des reflektierten oder gestreuten
Laserlichtes ist. Alternativ bzw. für einen anderen Wert könnte die
Synchronisation so erfolgen, dass die Messung immer zwischen zwei
Perioden des Erhitzens stattfinden. Dies bietet sich z.B. dann an,
wenn die Temperatur des Glaskörpers
gemessen werden soll, ohne dass die Messung durch das Licht des
eingestrahlten Lasers verfälscht
werden soll.
-
Günstig ist
es, wenn ein regelbarer Verfahrensparameter die Intensität oder Leistung
der Laserstrahlung ist, weil sich dieser Parameter gut regeln lässt und
eine direkte Auswirkung auf das Erhitzen hat. Liegt die gemessene
Temperatur unter der Solltemperatur, so kann z.B. die Laserleistung
erhöht werden.
-
Wenn
der Laserstrahl fokussiert auf den Glaskörper auftrifft, wäre es auch
möglich,
dass ein regelbarer Verfahrensparameter der Grad der Fokussierung
der Laserstrahlung ist. Je stärker
fokussiert der Laser auf den Glaskörper auftrifft, desto stärker ist
auch die Erwärmung
lokalisiert, so dass auch die thermischen Spannungen im Glas größer werden. Die
Fokussierung kann dadurch verändert
werden, dass der Abstand einer den Laser fokussierenden Optik vom
Glaskörper
verändert
wird.
-
Eine
weitere (oder zusätzliche)
Möglichkeit besteht
darin, dass ein regelbarer Verfahrensparameter die Relativgeschwindigkeit
zwischen einem Punkt auf dem Glaskörper und demjenigen Ort ist,
an dem die Laserstrahlung auf den Glaskörper auftrifft. Je langsamer
diese Relativgeschwindigkeit ist, desto länger verweilt der Laserstrahl
an einer Stelle und desto stärker
kann er sie erhitzen. Andererseits verlangsamt sich dabei das Verfahren.
Wird eine zu hohe Temperatur festgestellt, so könnte die Relativgeschwindigkeit
also erhöht
werden, um das Verfahren zu beschleunigen.
-
Bevorzugt
rotiert der Glaskörper
während des
Erhitzens, um auf allen Seiten erhitzt zu werden. Ein gut regelbarer
Verfahrensparameter kann dann die Rotationsgeschwindigkeit des Glaskörpers sein.
-
Alternativ
zur Rotation des Glaskörpers
wäre es
auch möglich,
dass sich ein Laserkopf, aus dem die Laserstrahlung austritt, während des
Erhitzens relativ zum Glaskörper
mit einer bestimmten Geschwindigkeit bewegt. Ein gut regelbarer
Verfahrensparameter kann dann die Geschwindigkeit des Laserkopfes
sein.
-
Um
das Verfahren nicht zu kompliziert zu machen, kann es so eingestellt
werden, dass ein regelbarer Verfahrensparameter erst dann nachgeregelt
wird, wenn die Differenz zwischen einem gemessenen Wert und dem
Sollwert eine vorbestimmte Schwelle überschreitet. Kleine Schwankungen
der Messwerte führen
so noch nicht zu einer Nachregelung.
-
Eine
sehr zuverlässige
Trennung des Glaskörpers
kann dadurch erreicht werden, dass die Trennlinie entlang des gesamten
Umfanges des Glaskörpers
erhitzt wird.
-
Nachdem
der Laserstrahl den Glaskörper auf
dessen Außen-
oder Innenseite erhitzt hat, kann die Zuverlässigkeit der Trennung dadurch
noch deutlich erhöht
werden, dass anschließend
die der erhitzten Seite gegenüberliegende
Innen- oder Außenseite des
Glaskörpers
durch Wasser gekühlt
wird, um entlang der Trennlinie einen starken Temperaturgradienten über die
Wand des Glaskörpers
zu erhalten. Dieser Temperaturunterschied sorgt für thermische Spannungen
und damit für
eine definierte, sichere Trennung des Glases entlang der gewünschten
Linie. Darüber
hinaus hat dies den Vorteil, dass das Wasser zusätzlich dazu dienen kann, die
Leuchtschicht im Inneren des Glaskörpers abzulösen und sofort zu binden. Wenn
das zum Teil gesundheitsschädliche
Material der Leuchtschicht gebunden wird, hat dies enorme Vorteile
hinsichtlich der Arbeitssicherheit für das die Anlage bedienende
oder wartende Personal.
-
Die
Erfindung stellt auch eine Vorrichtung zum Durchführen des
Verfahrens zur Verfügung.
Sie umfasst einen Laser zum Erhitzen des Glaskörpers auf wenigstens einem
Abschnitt einer Trennlinie sowie wenigstens einen Sensor zum Erfassen
mindestens eines Messwertes während
des Erhitzens.
-
Zweckmäßig ist
es, wenn eine Erhitz-Station zum Erhitzen des Glaskörpers vorgesehen
ist und der wenigstens eine Sensor innerhalb der Erhitz-Station
angeordnet ist, um dort während
des Erhitzens messen zu können.
-
Der
Sensor kann ein Temperatursensor sein, beispielsweise ein Detektor
für Wärme- bzw.
Infrarotstrahlung. Zusätzlich
oder alternativ kann ein Sensor ein Lichtsensor sein, insbesondere
eine Photodiode. Möglich
wären auch
anderen Arten von Sensoren, beispielsweise Geschwindigkeitssensoren
zur Messung der Rotationsgeschwindigkeit des Glaskörpers oder
zur Messung der Geschwindigkeit eines verfahrbaren Laserkopfes.
-
Vorzugsweise
weist die Vorrichtung eine Steuereinheit zum Vergleichen des gemessenen Wertes
mit einem Sollwert auf, z.B. einen Computer, um die Messwerte speichern,
bearbeiten und mit vorgegebenen oder von einem Bediener eingebbaren Sollwerten
zu vergleichen. Diese Sollwerte können von der Glasdicke oder
der Materialzusammensetzung des gerade behandelten Glaskörpers abhängig sein.
-
Diese
Steuereinheit kann dazu geeignet sein, selbst in Abhängigkeit
der Abweichung des gemessenen Wertes vom Sollwert mindestens einen Verfahrensparameter
zu regeln. Damit entfällt
sich Notwendigkeit, zusätzliche
Steuereinheiten vorzusehen, die diese Aufgabe übernehmen.
-
Um
einen oder mehrere Verfahrensparameter regeln zu können, kann
die Steuereinheit z.B. mit dem Laser, einer Optik zur Fokussierung
des Laserstrahls und/oder mit einem Antrieb zum Bewegen des Glaskörpers oder
des Laserkopfes gekoppelt sein. Diese Kopplung erfolgt bevorzugt über entsprechende
Datenleitungen.
-
Im
Interesse einer besonders zuverlässigen Trennungen
des Glaskörpers
kann die Vorrichtung ferner dem die Trennlinie erhitzenden Laser
funktionell nachgeordnete Mittel zum Zuführen von Wasser an den Glaskörper aufweisen.
Mit dem Wasser, das diese Mittel an den Glaskörper heranführen, kann der Glaskörper entlang
der Trennlinie nach dem Erhitzen gleichsam „abgeschreckt" werden, was die
thermischen Spannungen im Glas verstärkt und zur sicheren Trennung
des Glases führt.
-
Im
Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
anhand einer Zeichnung näher
erläutert.
Im Einzelnen zeigen:
-
1:
einen Vertikalschnitt durch den Glaskörper einer Bildröhre,
-
2:
eine Draufsicht auf eine schematisierte Vorrichtung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens,
und
-
3:
eine schematische Darstellung der Erhitz-Station der in 2 gezeigten
Vorrichtung.
-
Gleiche
Komponenten sind in allen Figuren durchgängig mit gleichen Bezugszeichen
versehen.
-
1 zeigt
einen Schnitt durch einen hohlen Glaskörper 1 einer Kathodenstrahlröhre. Der
Glaskörper 1 hat
eine Wand 2 mit einer Außenseite 3 und einer
Innenseite 4. In einem zylindrischen Abschnitt 5 des
Glaskörpers
sind eine Kathode 6 zum Erzeugen eines Elektronenstrahls
untergebracht, sowie eine Ablenkeinheit 7. Sie besteht
aus zwei Paaren elektrisch aufladbarer Platten, die durch das jeweils
zwischen ihnen erzeugte elektrische Feld den Elektronenstrahl ablenken
können.
-
Ein
konischer Bereich 8 des Glaskörpers 1 schließt sich
an den zylindrischen Bereich 5 an. Ausgehend vom Durchmesser
des zylindrischen Bereichs 5 erweitert sich der Durchmesser
des konischen Bereichs 8, bevor der Glaskörper durch
einen auf der Innenseite 4 leicht konkaven und auf der
Außenseite 3 leicht
konvexen Frontbereich 9 abgeschlossen wird, die Bildschirmfläche des
Glaskörpers 1.
Auf der konkaven Innenseite 4 des Frontbereichs 9 haftet
eine phosphoreszierende Leuchtschicht 10. An dem Ort, an
dem der Elektronenstrahl auf die Leuchtschicht 10 auftrifft,
regt er diese zum Leuchten an.
-
Da
das Glas des Glaskörpers 1 im
zylindrischen Abschnitt 5 und im konischen Abschnitt 8 bleihaltig
ist, müssen
diese Abschnitte 5, 8 vom Frontbereich 9 getrennt
werden, um die Gläser
anschließend
getrennt voneinander recyceln zu können. Dazu soll der Glaskörper 1 durch
das erfindungsgemäße Verfahren
entlang einer Trennlinie 11 durchtrennt werden. Die Trennlinie 11 ist
hier unmittelbar am vorderen Ende des konischen Abschnittes 8 dargestellt;
sie kann jedoch z.B. auch weiter nach vorne auf dem Frontbereich 9 liegen.
-
2 zeigt
eine schematisierte Draufsicht auf eine Vorrichtung 12 zur
Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Vorrichtung weist eine Beschickungs-Station 13, eine
Erhitz-Station 14 und eine Abkühl-Station 15 auf,
die von den zu bearbeitenden Glaskörpern 1 nacheinander
durchlaufen werden.
-
Zum
Transport der Glaskörper 1 von
der Beschickungs-Station 13 zur Abkühl-Station 15 und
ggf. noch weiter darüber
hinaus ist ein Transportband 16 vorgesehen. In regelmäßigen Abständen befinden sich
auf dem Transportband 16 Aufnahmeelemente 17,
die jeweils einen Glaskörper 1 aufnehmen
und festhalten können.
Die Aufnahmeelemente 17 können beispielsweise tellerförmig sein.
Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel
können
sie relativ zum Transportband 16 um eine senkrecht zum
Band stehende Achse rotieren.
-
An
der Erhitz-Station 14 ist ein Laser 18 vorgesehen,
beispielsweise ein CO2-Laser. Der vom Laser 18 erzeugte
Laserstrahl wird über
eine gekapselte Strahlführung 19 in
die Erhitz-Station 14 geleitet, wo
er aus einem Laserkopf 20 austritt und mittels einer geeigneten
Optik auf den Glaskörper 1 gerichtet wird.
In 3 ist schematisch dargestellt, wie der Laserstrahl 21 aus
dem Laserkopf 20 austritt und auf der Höhe der zu erzeugenden Trennlinie 11 auf
den Glaskörper 1 trifft.
Die Position des Laserkopfes 20 kann so regelbar sein,
dass bei einer Relativbewegung zwischen Laserkopf 20 und
Glaskörpers 1 stets ein
konstanter Abstand zwischen dem Laserkopf 20 und der Wand 2 des
Glaskörpers 1 beibehalten
wird, damit der Laserstrahl 21 stets optimal fokussiert
auf den Glaskörper 1 trifft.
Darüber
hinaus kann die Höhe des
Laserkopfes 20 über
dem Transportband 16 in Anpassung an verschiedene Glaskörpergrößen einstellbar
sein.
-
In
der Erhitz-Station 14 ist ein Sensor 22 angeordnet,
hier ein Detektor für
Infrarotstrahlung. Er ist auf den Ort ausgerichtet, an dem der Laserstrahl 21 auf
die Oberfläche
eines in der Erhitz-Station 14 befindlichen Glaskörpers 1 trifft. Über eine
Daten- oder Signalleitung 23 ist der Sensor 22 mit
einer Steuereinheit 24 verbunden, die die vom Sensor erfassten Messwerte
auslesen kann.
-
Die
Steuereinheit 24 ist ihrerseits über eine Datenleitung 25 mit
dem Laser 18 und einem Stellelement für die im Laserkopf 20 enthaltene
Fokussieroptik (nicht gezeigt) des Lasers verbunden. Über die Datenleitung 25 kann
die Steuereinheit 24 Steuersignale an den Laser 18 senden,
um beispielsweise dessen Intensität zu steuern. Über die
Datenleitung 18 kann sie auch Statussignale vom Laser 18 empfangen.
-
Über eine
weitere Datenleitung 26 ist die Steuereinheit 24 mit
einem Antrieb 27 verbunden, beispielsweise einem Elektromotor,
so dass sie dessen Leistung steuern kann. Der Antrieb 27 ist über ein
schematisch dargestelltes Getriebe 28, beispielsweise ein
Zahnradgetriebe, mit einem in der Erhitz-Station 14 befindlichen
Aufnahmeelement 17 koppelbar. Diese Kopplung kann z.B.
automatisch hergestellt werden, sobald ein Aufnahmeelement 17 in
der Erhitz-Station 14 angekommen ist. Wird der Antrieb 27 in
Betrieb gesetzt, so kann er das Aufnahmeelement 17 in der
mit dem Pfeil R gezeigten Richtung um eine senkrecht zum Transportband 16 stehende
Achse rotieren.
-
Als
weiteres (optionales) Element ist in der Erhitz-Station 14 ein
mittels eines Vorspannelementes 29 (hier als Schraubenfeder
dargestellt) vorgespanntes Anritzelement 30 vorgesehen,
das mittels der Vorspannung gegen die Außenseite 3 eines in der
Erhitz-Station befindlichen Glaskörpers 1 gedrückt werden
kann, um dort auf der gewünschten Höhe der Trennlinie 11 eine
Einritzung oder Rille zu erzeugen. Das Anritzelement 18 kann
z.B. ein Hartmetallstab oder eine Diamantspitze sein. Es kann zudem
eine zweite Spitze aufweisen, die oberhalb oder unterhalb der Trennlinie 11 und
parallel dazu eine weitere Rille in den Glaskörper 1 einbringt.
-
Schließlich weist
die Erhitz-Station 14 noch eine Haube 31 auf,
die von oben über
den Glaskörper 1 und
das Transportband 16 absenkbar ist, um den Glaskörper 1 während des
Erhitzens gegenüber
der Umgebung abzukapseln. Dies kann insbesondere erforderlich sein,
um den Austritt von Laserstrahlung aus der Erhitz-Station 14 zu
verhindern.
-
Die
Abkühl-Station 15 ist
der Erhitz-Station 14 funktionell nachgeordnet. Die Abkühl-Station 15 weist
Wasserleitungen 32 auf, die Wasser von einem Tank 33 an
die Station 15 heranführen.
Kühlelemente 34 entlang
der Wasserleitung 32 können
das Wasser auf diesem Weg kühlen,
beispielsweise auf eine Temperatur zwischen 5°C und 20°C. Am Ende der Wasserleitung 32 ist
ein Düsenkopf 35 vorgesehen, der
in das Innere des Glaskörpers 1 absenkbar
ist, um die Innenseite 4 des Glaskörpers 1 schnell abzukühlen.
-
Im
Folgenden wird nun der Betrieb der Vorrichtung 12 geschildert,
bzw. die Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
Zu
Beginn des Recycling-Verfahrens werden die elektrischen Komponenten 6, 7 vom
Glaskörper 1 entfernt.
Dazu werden sie durch eine bereits vorliegende Öffnung am rückseitigen Ende des zylindrischen
Bereichs 5 entnommen, oder der zylindrische Bereich 5 wird
zusammen mit den elektrischen Komponenten 6, 7 vom
restlichen Glaskörper 8, 9 abgeschlagen.
Dies kann von Hand erfolgen oder automatisch.
-
Nach
dem Entfernen der Kathode 6 und der Ablenkeinheit 7 wird
der Glaskörper 1 mit
der Frontseite 9 nach unten in der Vorrichtung 12 an
der Beschickungs-Station 13 auf das Transportband 16 gelegt,
und zwar in ein Aufnahmeelement 17. 3 zeigt
zwei Klemmbacken 36, die am Aufnahmeelement 17 vorgesehen
sind und den Gaskörper 1 zwischen
sich festklemmen können.
In der Draufsicht in 2 ist folglich der konusförmige Bereich 8 des Glaskörpers 1 zu
sehen, sowie eine Öffnung 37 am oberen
Ende des Glaskörpers.
Durch diese Öffnung 37 wurden
die elektrischen Komponenten 6, 7 entnommen.
-
Nach
dem Beschicken des Transportbandes 16 mit einem Glaskörper 1 bewegt
sich das Transportband 16 in Richtung des Pfeils P, bis
der Glaskörper 1 eine
Erhitz-Station 14 erreicht und das Transportband 16 anhält. An der
Erhitz-Station 14 senkt sich zunächst von oben die Haube 131 über den Glaskörper 1 und
das Transportband 16, um den Glaskörper 1 gegenüber der
Umgebung abzukapseln.
-
Sobald
die Haube 31 geschlossen ist, setzt die Steuereinheit 24 den
Antrieb 27 in Gang, der mittels des Getriebes 28 das
Aufnahmeelement 17 in Rotation R versetzt. Dabei wird der
im Aufnahmeelement 17 aufgenommene Glaskörper um
seine eigene Symmetrieachse rotiert, d.h. senkrecht zur Zeichenebene.
-
Das
Vorspannelement 29 drückt
das Anritzelement 30 gegen den Glaskörper 1. Der Druck
ist so stark, dass während
der Rotation des Glaskörpers 1 eine
Rille im Glas erzeugt wird. Diese Rille befindet sich auf der Höhe der gewünschten
Trennlinie 11.
-
Genau
auf der gleichen Höhe,
d.h. ebenfalls bei der gewünschten
Trennlinie 11, strahlt der Laserstrahl 21 auf
den Glaskörper,
wie in 3 gezeigt. Da der Laserstrahl 21 auf
die Außenseite 3 des
Glaskörpers 1 auftrifft
und Glas ein vergleichsweise schlechter Wärmeleiter ist, baut sich über die
Wand 2 des Glaskörpers 1 ein
Temperaturgradient zwischen der erhitzen Außenseite 3 und der
kühleren
Innenseite 4 auf. Dies führt zu thermischen Spannungen
im Glas, bis hin zur Bildung eines Sprungs.
-
Da
das Anritzelement 30 in Rotationsrichtung R vor dem Laserkopf 22 angeordnet
ist, strahlt der Laser 21 in die im Glas bereits vorliegende
Rille ein. Dies ist günstig,
weil die durch das Anritzelement 20 im Glaskörper 11 erzeugten
mechanischen Spannungen durch die vom Laser 21 erzeugten
thermischen Spannungen verstärkt
werden, was das spätere
Trennen des Glases begünstigt.
-
Während des
Erhitzens durch den Laserstrahl 21 misst der Sensor 22 kontinuierlich
oder in vorbestimmten Intervallen die Temperatur der Trennlinie 11 an
dem Ort, an dem der Laserstrahl 21 auf den Glaskörper 1 auftrifft.
Das Messen geschieht berührungslos,
um die Bearbeitung des Glaskörpers nicht
zu beeinflussen. Möglich
wäre darüber hinaus auch
eine Messung von gestreutem oder reflektiertem Laserlicht, was indirekt
ebenfalls Rückschlüsse auf
die Temperatur der Trennlinie 11 erlauben würde. Die
gemessenen Werte werden über
die Datenleitung 23 an die Steuereinheit 24 übermittelt.
-
Die
Steuereinheit 24 vergleicht den gemessenen Temperaturwert
mit einem Sollwert, der für eine
zuverlässige
Glastrennung für
erforderlich erachtet wird. Stellt die Steuereinheit fest, dass
der gemessene Wert vom Sollwert abweicht und die Abweichung größer ist
als ein vorbestimmter Schwellwert, so sorgt sie für die Änderung
eines Verfahrensparameters während
des Erhitzens.
-
Ist
die gemessene Temperatur zu niedrig, so muss ein Verfahrensparameter
so verändert
werden, dass anschließend
eine höhere
Temperatur an der Trennlinie 11 erzeugt wird. Dazu kann
die Steuereinheit 24 die Leistung des Lasers 18 erhöhen, die
Fokussierung der Optik im Laserkopf 20 so einstellen, dass
der Laserstrahl 21 schärfer
fokussiert wird, oder sie kann den Antrieb 27 bremsen,
um die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Glaskörper 1 und dem Laserkopf 20 zu
verringern.
-
Ist
die gemessene Temperatur zu hoch, so findet zwar eine zuverlässige Glastrennung
statt. Das Verfahren kann dann jedoch beschleunigt werden, wenn
dies gewünscht
wird. Zu diesem Zweck kann die Steuereinheit 24 beispielsweise
mittels des Antriebs 27 die Rotationsgeschwindigkeit R
erhöhen. Um
Energie zu sparen kann sie auch die Leistung des Lasers 18 verringern.
-
Sobald
die Trennlinie 11 auf ihrer vollen Länge, d.h. über den gesamten Außenumfang
des Glaskörpers 1,
erhitzt worden ist, wird die Haube 31 geöffnet. Das
Transportband 16 bewegt sich abermals in der Richtung P.
Dabei transportiert es einen an der Beschickungsstation 13 auf
das Band 16 gelegten, neuen Glaskörper 1 in die Erhitz-Station 14.
Gleichzeitig wird der bereits erhitzte Glaskörper 1 weiter transportiert
zu einer Abkühl-Station 15.
-
An
der Abkühl-Station 15 wird
der mit der Wasserleitung 32 verbundene Düsenkopf 35 durch die Öffnung 37 in
das Innere des Glaskörpers 1 hinein
abgesenkt, sobald der Glaskörper 1 seine
Ruheposition in der Abkühl-Station 15 eingenommen
hat. Zur Höhenverstellbarkeit
des Düsenkopfes 27 kann ein
Abschnitt der Wasserleitung 32 z.B. als Teleskoprohr ausgebildet
sein.
-
Hat
der Düsenkopf 35 seine
Stellung innerhalb des Glaskörpers 1 oder
am Rand der Öffnung 37 eingenommen,
so sorgt eine Steuerung (nicht gezeigt) für die Zufuhr von Wasser über die
Wasserleitung 32. Der Düsenkopf 35 weist
mehrere Düsenöffnungen
auf, die das den Düsenkopf 35 verlassende Wasser
zu Wasserstrahlen bündeln.
Wenigstens einer dieser Wasserstrahlen trifft auf der Innenseite 4 des
Glaskörpers 1 in
einer Höhe
auf, die der Höhe der
Trennlinie 11 entspricht. Wegen der vergleichsweise großen Wärmekapazität des Wassers
kühlt dieses
die Innenseite 4 des Glaskörpers 1 schnell ab. Bei
diesem „Abschrecken" wird über die
Wand 2 des Glaskörpers 1 zwischen
der erhitzten Außenseite 3 und
der abgekühlten
Innenseite 4 ein Temperaturgradient erzeugt, der um so
größer ist,
je stärker
das Wasser durch die Kühlelemente 34 vorher
heruntergekühlt
wurde. Das „Abschrecken" erzeugt dabei so starke
Spannungen in der Wand 2, dass sich entlang der Trennlinie 11 ein
Sprung bildet und das Glas an dieser Stelle bricht. Damit ist die
Trennung des Glaskörpers 1 an
der gewünschten
Linie 11 vollzogen.
-
Indem
ein Wasserstrahl auch auf den Frontbereich 9 des Glaskörpers 1 gerichtet
ist, löst
er dort die Leuchtschicht 10 vom Glaskörper 1 ab und bindet das
abgelöste
Material der Leuchtschicht 10. Ggf. könnte das Wasser mit chemischen
Zusätzen
versehen sein, die das Binden des Leuchtschichtmaterials im Wasser
unterstützen.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
liegt hier darin, dass das Material der Leuchtschicht 10 nicht – wie beim
Ablösen durch
einen Sand- oder Druckluftstrahl – in die Umgebungsluft verwirbelt
wird.
-
Nach
dem „Abschrecken" des Glaskörpers 1 ist
dieser entlang seiner Trennlinie 11 getrennt. Wird der
Glaskörper 1 nach
dem Entfernen des Düsenkörpers 35 aus
seinem Inneren angekippt, was noch in der Abkühl-Station 15 oder
in einer nachfolgenden Bearbeitungsstation geschehen kann, so löst sich der
konusförmige
Bereich 8 des Glaskörpers 1 oberhalb
eines bestimmten Kippwinkels von selbst vom weiterhin festgehaltenen
Frontbereich 9. Das bleihaltige Glas des Konus 8 ist
nun vom bleifreien Glas des Frontbereichs 9 separiert,
so dass beide Glassorten getrennt voneinander weiterbehandelt werden
können.
-
Wird
der Frontbereich weit genug gekippt, beispielsweise sogar um 180° über Kopf
gekippt, so fließt
das in ihm angesammelte Wasser heraus und nimmt dabei das Material
der Leuchtschicht 10 mit. Es wäre möglich, diesen Prozess noch
durch Einstrahlen eines weiteren Wasserstrahls zu unterstützen.
-
Ausgehend
von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel
können
das erfindungsgemäße Verfahren
und die erfindungsgemäße Vorrichtung 12 auf vielfache
Weise abgewandelt werden.
-
Beispielsweise
können
andere Messwerte erfasst werden, als dies hier dargestellt wurde,
z.B. die Intensität
des eingestrahlten Laserlichtes selbst. Es können auch andere oder zusätzliche
Verfahrensparameter einstellbar oder regelbar sein, beispielsweise
die Wellenlänge
des Laserlichtes, wenn der Laser dies erlaubt.
-
Anstelle
einer Rotation des Aufnahmeelements 17 in der Erhitz-Station 15 kann
dort auch der Glaskörper 1 unbeweglich
sein und der Laserkopf 20 eine den Glaskörper 1 umlaufende
Bewegung ausführen.
-
Auf
eine Abkühl-Station
kann möglicherweise
ganz verzichtet werden, wenn die durch das Erhitzen im Glas eingebrachten
thermischen Spannungen schon ausreichen, um das Glas entlang der
Trennlinie 11 zum Springen zu bringen. Wenn jedoch ein Abkühlen oder
Abschrecken gewünscht
wird, kann es auch bereits in der Erhitz-Station 14 durchgeführt werden,
wodurch die Notwendigkeit für
eine separate Abkühl-Station 15 entfällt. Zwei
getrennte Stationen 14, 15 haben jedoch den Vorteil,
dass zwei Glaskörper 1 gleichzeitig
behandelt werden können,
so dass die Zahl der pro Stunde bearbeiteten Glaskörper steigt.