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Die Erfindung betrifft ein Reinigungsverfahren für Bauteile, insbesondere zur Vorbereitung der Bauteile für eine Beschichtung, wie beispielsweise mit einem Lack, mit den Schritten des Bereitstellens einer Reinigungsflüssigkeit, des Zuführens der Reinigungsflüssigkeit zu wenigstens einer Reinigungsvorrichtung, des Reinigens wenigstens eines Bauteils mittels der Reinigungsflüssigkeit in der Reinigungsvorrichtung, des Sammelns der durch die Reinigung verunreinigten Reinigungsflüssigkeit, des Zuführens der verunreinigten Reinigungsflüssigkeit zu einer Aufbereitungsvorrichtung sowie des Wiederbereitstellens der aufbereiteten Reinigungsflüssigkeit. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Aufbereitungsverfahren für eine Reinigungsflüssigkeit, die in dem genannten Reinigungsverfahren Anwendung findet. Schließlich betrifft die Erfindung noch eine Reinigungsanlage für die Anwendung eines vorstehend genannten Reinigungsverfahrens bzw. des vorstehend genannten Aufbereitungsverfahrens.
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Reinigungsverfahren für Bauteile, die beispielsweise einer mechanischen Bearbeitung, wie Verformung in einer Presse, unterzogen wurden, um die Bauteile im Anschluss daran an das Reinigungsverfahren zu beschichten, beispielsweise zu lackieren odgl., sind bekannt. Hierzu wird beispielsweise mittels einer Hochdruckspüllanze eine Reinigungsflüssigkeit auf ein zu reinigendes Bauteil aufgebracht. Da die aufgetragene Reinigungsflüssigkeit während der Reinigung auf dem zu reinigenden Bauteil vorhandene Fette bzw. Öle von dem Bauteil abträgt, muss die ausgebrachte Reinigungsflüssigkeit gesammelt und einer speziellen Aufbereitung, beispielsweise einem Ölabscheider odgl., zugeführt und dann entsorgt werden.
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Es ist ersichtlich, dass hierbei ein erheblicher Verlust an Reinigungsflüssigkeit bzw. entsprechender Reinigungsmittel zu erwarten ist. Dies führt zu ökonomischen und ökologischen Nachteilen.
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Aufgabe und Lösung
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, ein Reinigungsverfahren für Bauteile bereit zu stellen, dass kostengünstiger und ressourcensparender im Vergleich zu den bekannten Reinigungsverfahren arbeitet. Ebenso soll ein entsprechendes Aufbereitungsverfahren für eine Reinigungsflüssigkeit eines entsprechenden Reinigungsverfahrens bzw. eine Reinigungsanlage für die Anwendung dieses Reinigungsverfahrens und/oder des Aufbereitungsverfahrens bereitgestellt werden.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verfahren mit den Merkmal des Anspruchs 8 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht. Manche der nachfolgenden, jedoch nicht erschöpfend aufgezählten Merkmale und Eigenschaften treffen sowohl auf die Verfahren als auch auf die Reinigungsanlage zu. Sie werden teilweise nur einmal beschrieben, gelten jedoch unabhängig voneinander und in beliebiger Kombination sowohl für die Verfahren als auch für die Vorrichtung. Weiterhin ist die Reihenfolge der aufgelisteten Merkmale nicht bindend, sondern kann vielmehr entsprechend optimierter Verfahrens beziehungsweise einer Reinigungsanlage für die optimierten Verfahren geändert und kombiniert werden.
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Erfindungsgemäß ist ein Reinigungsverfahren für Bauteile vorgesehen, insbesondere zur Vorbereitung der Bauteile für eine Beschichtung, wie beispielsweise mit einem Lack, mit den Schritten des Bereitstellens einer Reinigungsflüssigkeit, des Zuführens der Reinigungsflüssigkeit zu mindestens einer Reinigungsvorrichtung, des Reinigens wenigstens eines Bauteils mittels der Reinigungsflüssigkeit in der Reinigungsvorrichtung, des Sammelns der durch die Reinigung verunreinigten Reinigungsflüssigkeit, des Zuführens der verunreinigten Reinigungsflüssigkeit zu einer Aufbereitungsvorrichtung sowie des Wiederbereitstellens der aufbereiteten Reinigungsflüssigkeit. Die Aufbereitung der verunreinigten Reinigungsflüssigkeit wird zumindest abschnittsweise mittels Ultrafiltration vorgenommen.
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Die Bauteile, für die das hier genannte Reinigungsverfahren vorgesehen ist, können im Wesentlichen beliebige Bauteile bzw. Baugruppen bestehend aus Bauteilen sein, die unterschiedliche, im Wesentlichen beliebige, Größen aufweisen und aus im Wesentlichen beliebigem Material, insbesondere aus Metallen, sein können. Die Bauteile können beispielsweise zu lackierende Frästeile sein, an denen nach dem Fräsvorgang und/oder anderen spanabhebenden Bearbeitungsschritten noch Kühlschmiermittel beziehungsweise Ölen und/oder Fetten und/oder entsprechenden Späne anhaften können. Die kompletten Baugruppen, beispielsweise Verbrennungskraftmaschinen für Wasserfahrzeuge oder dergleichen, die gegebenenfalls auch nur teilweise beschichtet bzw. lackiert werden sollen, können vor der Anwendung des vorgeschlagenen Reinigungsverfahrens auch schon vorbehandelt sein, beispielsweise lackiert, phosphatiert, abgeklebt oder dergleichen.
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Als verwendete Reinigungsflüssigkeit können im Wesentlichen beliebige Trägerflüssigkeiten, beispielsweise für Reinigungschemikalien sein, im Folgenden Reinigungsmittel. Eine derartige Trägerflüssigkeit ist bevorzugt ein Lösungsmittel, beispielsweise Wasser (H2O). Die Reinigungsvorrichtung, der die Reinigungsflüssigkeit zugeführt ist, kann jede beliebige Vorrichtung sein, mit der bzw. in der das vorgeschlagene Reinigungsverfahren durchgeführt werden kann. So wäre beispielsweise eine Vorrichtung nach Art einer Haushaltsspülmaschine ebenso möglich, wie beispielsweise eine Spül-/Reinigungsbox, eine völlig begrenzungsfreie Vorrichtung, beispielsweise unter freiem Himmel, sofern dies praktikabel ist, aber auch eine Reinigungskammer, die neben ihrer Funktion als Reinigungsvorrichtung auch gleichzeitig beispielsweise eine Lackierkammer bzw. ein Bearbeitungsraum sein kann. Derartige Kammern sind beispielsweise aus Lackierereien odgl. bekannt, und weisen unter anderem eine Möglichkeit der Querlüftung, der Beheizung, insbesondere zum Trocknen, und für die Verwendung als Reinigungsvorrichtung für das vorgeschlagene Reinigungsverfahren einen Ablauf auf.
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Unter Reinigen wird gemäß dem vorgeschlagenen Reinigungsverfahren verstanden, auf einem zu reinigenden Bauteil bzw. einer zu reinigenden Baugruppe anhaftende Bearbeitungsrückstände, wie beispielsweise Späne, Staub, Fette, Öle odgl., zu entfernen. Die durch die Reinigung verunreinigte Reinigungsflüssigkeit wird erfindungsgemäß gesammelt, wobei hierzu die Reinigungsvorrichtung bevorzugt eine entsprechende Sammelvorrichtung aufweist. Eine derartige Sammelvorrichtung kann beispielsweise eine Wanne und/oder ein Ablauf sein, in die bzw. den verunreinigte Reinigungsflüssigkeit vom zu reinigenden Bauteil läuft, abtropft odgl.. Die gesammelte Reinigungsflüssigkeit wird einer Aufbereitungsvorrichtung zugeführt, die die Reinigungsflüssigkeit beispielsweise in ihre Bestandteile auftrennen, Verunreinigungen abscheiden sowie die einzelnen, aufgetrennten Bestandteile entsprechend einem vorgegebenen Verhältnis wieder zusammenführen. Die aufbereitete Reinigungsflüssigkeit wird erneut bereitgestellt, um wieder der Reinigungsvorrichtung zugeführt zu werden.
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Die in der Aufbereitung enthaltene Ultrafiltration ermöglicht mittels der für die Ultrafiltration verwendeten semipermeablen beziehungsweise selektivpermeable Membran selektiv Lösungsmittel, gelöste Stoffe bzw. Moleküle von der verunreinigten Reinigungsflüssigkeit abzutrennen bzw. abzupressen. So können beispielsweise in der verunreinigten Reinigungsflüssigkeit mittels Tensiden odgl. gelöste Öle bzw. Fette aus der Reinigungsflüssigkeit entnommen werden. Eine entsprechende Ultrafiltrationsvorrichtung ist beispielsweise in dem deutschen Gebrauchsmuster
DE 20 2007 013 014 U1 beschrieben.
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Aus dem vorgeschlagenen Reinigungsverfahren ergibt sich vorteilhaft, dass die verwendete Reinigungsflüssigkeit im Prinzip vollständig und kontinuierlich, annähernd verlustfrei in einem Kreislauf immer wieder verwendet werden kann. Im Idealfall geht von der Reinigungsflüssigkeit nichts verloren, beispielsweise durch Verschleppen. Es kann jedoch davon ausgegangen werden, dass im Normalfall lediglich beim Trocknen verdampfte Mengen der Reinigungsflüssigkeit zu ersetzen sind, was aber nur in einem geringen Umfang vorzunehmen ist.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung wird die verunreinigte Reinigungsflüssigkeit in einer ersten Reinigungsstufe vorgereinigt und wird in einer weiteren Reinigungsstufe mittels der Ultrafiltration gereinigt.
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Bevorzugt umfasst die erste Reinigungsstufe das Abtrennen von Festkörpern, Schwebeteilchen odgl. aus der verunreinigten Reinigungsflüssigkeit. Vorteilhaft wird dadurch der Ultrafiltrationsvorrichtung lediglich ein Flüssigkeitsgemisch wie beispielsweise eine Lösung oder eine Suspension zugeführt, so dass sich die Membranen der Ultrafiltrationsvorrichtung nicht durch Verschlammen odgl. zusetzen können. Dadurch wird die Standzeit der Ultrafiltrationsvorrichtung erhöht.
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In Weiterbildung der Erfindung wird mittels der Ultrafiltration ein Permeat-Retentatverhältnis im Bereich von 10:1 bis 1:10, insbesondere von etwa 1:4 erreicht.
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Als Permeat im Sinne dieser Anmeldung wird derjenige Flüssigkeitsanteil verstanden, der mittels der Ultrafiltration an der Membran als gewünschtes Ergebnis zur Verfügung steht. Im Unterschied hierzu wird als Retentat das Schmutzkonzentrat verstanden. Dadurch, dass aus der verunreinigten Reinigungsflüssigkeit ein bestimmter Teil als Permeat abgepresst wird, erhöht sich der Anteil der Verunreinigungen im zurückbleibenden Retentat, die Schmutzkonzentration erhöht sich also.
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Das genannte, vergleichsweise geringe Ultrafiltrations-Verhältnis von 1:4 kann beispielsweise dadurch zustande kommen, dass eine vergleichsweise hohe Flussgeschwindigkeit der verunreinigten Reinigungsflüssigkeit durch die Ultrafiltrationsvorrichtung gewählt wird, da dann die Ultrafiltrationsmembranen zusätzlich gespült und dadurch gegen Verschlammen odgl. geschützt werden.
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In Weiterbildung der Erfindung wird das Permeat zumindest anteilig als Reinigungsflüssigkeit wieder bereitgestellt und das Retentat wird erneut zu der ersten Reinigungsstufe zurückgeführt.
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Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass selbst das zurückgebliebene Retentat noch ein vergleichsweise hohes Reinigungsvermögen aufweist. Daher kann die Ultrafiltrationsvorrichtung entsprechend klein dimensioniert werden, wodurch weiter Kosten eingespart werden.
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In Ausgestaltung der Erfindung umfasst die erste Reinigungsstufe einen Filtrationsvorgang und einen Beruhigungsvorgang mit Sedimentierung.
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Der Filtrationsvorgang wird vorzugsweise mittels eines Bandfilters, also einem Einmalfilter vorgenommen. Als Ausgestaltung könnte auch, sofern praktikabel, eine Mehrwegfiltervorrichtung verwendet werden.
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Der Beruhigungsvorgang mit Sedimentierung erfolgt erfindungsgemäß beispielsweise in einem vergleichsweise großen Reservoir, so dass sich die Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit deutlich verringert. Durch die langsame Fließgeschwindigkeit können sich Schwebteilchen absetzen, sie sedimentieren. Durch die Verwendung einer sogenannten Schikane in einem entsprechenden Beruhigungsbecken wird dieser Abtrennvorgang noch effizienter gestaltet. Eine derartige Schikane funktioniert beispielsweise nach Art eines Siphons, es steigt also langsam fließendes gering sedimentbehaftetes Wasser entgegen der auf die Schwebteilchen wirkenden Schwerkraft in einen Spalt und/oder eine Röhre auf, wobei Schwebteilchen wegen ihrer größeren Dichte, Masse und/oder Trägheit nicht mit aufsteigen. Vorteilhaft hat sich herausgestellt, dass durch die Verringerung der Schwebteilchen die Düsengängigkeit der Reinigungsflüssigkeit aber auch die Langlebigkeit beispielsweise von Ultrafiltrationsmembranen deutlich verbessert wird.
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In Ausgestaltung der Erfindung wird die Reinigungsflüssigkeit vor und/oder während dem Zuführen zur Reinigungsvorrichtung erwärmt und mit einem Überdruck beaufschlagt.
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Eine zu entfernende Verschmutzung durch Fette bzw. Öle auf einem zu reinigenden Bauteil bzw. einer zu reinigenden Baugruppe wird durch das Erwärmen der Reinigungsflüssigkeit verbessert, da sich Fette und Öle in einer warmen Reinigungsflüssigkeit besser abtragen lassen. Je nach Temperatur der verwendeten Reinigungsflüssigkeit und Wärmeleitvermögen des zu reinigenden Bauteils beziehungsweise der zu reinigenden Baugruppe, führt eine erwärmte Reinigungsflüssigkeit auch zu einer schnelleren Trocknung. Durch die Beaufschlagung der Reinigungsflüssigkeit mit einem Überdruck kann die Reinigungsflüssigkeit beispielsweise mit Sprühlanzen odgl. auf die zu reinigenden Bauteile aufgebracht werden. Dadurch wird ein abrasiver Reinigungseffekt erwirkt.
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In Weiterbildung der Erfindung wird die Reinigungsflüssigkeit mit Reinigungsmitteln, vorzugsweise mit Tensiden, sowie mit sogenannter Phosphatierchemie versetzt, wobei die mit diesen Reinigungsmitteln sowie der Phosphatierchemie versetzte Reinigungsflüssigkeit mittels der Ultrafiltrationsvorrichtung beim Ultrafiltrationsvorgang als Permeat abgeschieden wird.
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Die Reinigungsmittel dienen zur Verbesserung der Reinigungswirkung der Reinigungsflüssigkeit. Mittels der zugesetzten Phosphatierchemikalien wird bei metallischen, zu reinigenden Bauteilen bereits während des Reinigungsvorgangs eine Phosphatierung der Oberfläche erreicht.
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Die Reinigungswirkung beziehungsweise das erzielte Ergebnis kann noch verbessert werden, in dem beispielsweise noch Wasserenthärter, Wasserbelebungs-Anlagen oder dergleichen vorgesehen werden.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird außerdem durch ein Aufbereitungsverfahren für eine Reinigungsflüssigkeit eines Reinigungsverfahrens gelöst, wie es vorstehend beschrieben ist.
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Schließlich wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe noch mittels einer Reinigungsanlage für die Anwendung eines Reinigungsverfahrens und/oder eines Aufbereitungsverfahrens gemäß vorstehender Beschreibung gelöst.
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Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte und Zwischen-Überschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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In den nachfolgend beschriebenen, schematischen Figuren zeigen:
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1 den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Anlage für die Verwendung eines erfindungsgemäßen Reinigungsverfahrens, sowie
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2 eine detaillierte Darstellung des prinzipiellen Anlagenaufbaus gemäß 1.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Die in 1 gezeigte Reinigungsanlage 10 weist eine Waschkammer 12, eine Aufbereitungsanlage 14 sowie eine Reinigungsmittel-Dosieranlage 16 auf. Die Aufbereitungsanlage 14 weist eine erste Reinigungsstufe 18 sowie eine zweite Reinigungsstufe 20 auf. Die erste Reinigungsstufe 18 umfasst einen Mehrkammertank 22, der einen Retentattank 24, einen Permeattank 26 sowie einen Spültank 28 aufweist. Der Retentattank 24 ist ausgebildet, um eine Sedimentierung von nicht dargestellten Schwebstoffen zu ermöglichen, die im Retentat enthalten sind.
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Die zweite Reinigungsstufe 20 ist eine Ultrafiltrationsanlage 30 mit mehreren Ultrafiltrationsmodulen 32. Mittels der Ultrafiltrationsmodule 32 wird von der Ultrafiltrationsvorrichtung 30 Retentat, dem Schmutzkonzentrat ein Permeat abgepresst. Beim Abpressvorgang des Permeats wird das Retentat weiter konzentriert. Das Retentat, das der Ultrafiltrationsanlage 30 für den Ultrafiltrationsvorgang zugeführt wird, wird dem Retentattank 24 mittels einer Rohrleitung 34 entnommen und der Ultrafiltrationsanlage 30 zugeführt. Das nach dem Ultrafiltrationsvorgang höher konzentrierte Retentat wird von der Ultrafiltrationsanlage 30 ausgehend mittels einer Rohrleitung 36 zum Retentattank 24 rückgeführt. Das mittels der Ultrafiltrationsanlage 30 abgepresste Permeat wird mittels einer Rohrleitung 38 dem Permeattank 26 des Mehrkammertankes 22 zugeführt.
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Ausgehend von dem Permeattank 26 führt eine Rohrleitung 40 zu einer Hochdruckbaugruppe 42, die eine Vorrichtung zum Beaufschlagen des Permeats mit einem Überdruck sowie eine Vorrichtung zum Erwärmen bzw. Erhitzen des Permeats aufweist. Ausgehend von der Hochdruckbaugruppe 42 wird das erwärmte bzw. druckbeaufschlagte Permeat mittels einer Rohrleitung 44 der Waschbox 12 zugeführt, um damit als Reinigungsflüssigkeit zu reinigende, nicht dargestellte Bauteile zu reinigen beziehungsweise beispielsweise zu entfetten.
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Der Waschbox 12 wird des Weiteren mittels einer Rohrleitung 46 eine Spülflüssigkeit zugeführt, wobei diese Spülflüssigkeit von der Reinigungsmittel-Dosieranlage 16 bereitgestellt wird. Die Reinigungsmittel-Dosieranlage 16 weist einen Wasserfilter 48 auf, über den Frischwasser dem gesamten Kreislauf zugeführt wird. Der Wasserfilter 48 ist mit einem Wasserumwandler 50 verbunden, der mit einer Wasserenthärtungsanlage 52 verbunden ist. Ausgehend von der Wasserenthärtungsanlage 52 verläuft die Rohrleitung 46'. Der Rohrleitung 46' wird mittels einer Rohrleitung 46'' aus einer Reinigungsmittel-Zudosierung Reinigungsmittel hinzugefügt.
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Von der Rohrleitung 46' zweigt vor der Reinigungsmittel-Zudosierung eine Rohrleitung zu einer Phosphatierchemie-Zudosierung 56 ab. Ausgehend von der Phosphatierchemie-Zudosierung 56 wird die phosphatierte Reinigungsflüssigkeit dem Spültank 28 zugeführt.
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In der Waschbox 12 durch einen Reinigungsvorgang verunreinigte Reinigungsflüssigkeit wird in einer Sumpfgrube 58 gesammelt und von dort mittels einer Rohrleitung 60 der ersten Reinigungsstufe 18 zugeführt. Um diese verunreinigte Reinigungsflüssigkeit von darin enthaltenen Schwebteilchen zu reinigen, führt die Rohrleitung 60 zunächst zu einem Bandfilter 62, von dem aus die verunreinigte Reinigungsflüssigkeit dem Retentattank 24 zugeführt wird. Bevor die Rohrleitung 60 die verunreinigte Reinigungsflüssigkeit dem Bandfilter 62 zuführt, verbindet sich die Rohrleitung 60 mit der Retentat führenden Rohrleitung 36 von der Ultrafiltrationsanlage 30.
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Zusätzlich zu den im Bezug auf 1 beschriebenen Elementen weist die Reinigungsanlage 10, wie aus 2 ersichtlich, noch weitere Elemente auf, insbesondere Überwachungsvorrichtungen, Absperrvorrichtungen, Pumpen odgl.. Die Überwachungsvorrichtung umfassen beispielsweise einen Mindestfüllstandssensor 112 beziehungsweise einen Niveausensor 114, die den Füllstand im Retentattank 24 bzw. Permeattank 26 überwachen. Weiterhin sind noch Maximalmengensensoren 116 vorgesehen, die einen maximalen Füllstand des Retentattankes 24 bzw. des Spültankes 28 überwachen.
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Im Bezug auf die Waschkammer 12 ist noch eine mögliche Anordnung einer Hochdruckreinigungs-Vorrichtung 118 bzw. einer Spülvorrichtung 120 ersichtlich. Sowohl die Hochdruckreinigungs-Vorrichtung 118 als auch die Spülvorrichtung 120 sind mittels Fernbedienungen 122 steuerbar. Mit diesen Vorrichtungen wird ein zu reinigendes Bauteil 140 zunächst mit der Hochdruckreinigungs-Vorrichtung 118 gereinigt und dann mittels der Spülvorrichtung 120 abgespült, also von Resten der Reinigungsflüssigkeit befreit.
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Der Hochdruckreinigungsvorrichtung 118 wird erhitzte und mit Druck beaufschlagte Reinigungsflüssigkeit mittels einer Rohrleitung 44 zugeführt, die mittels einer Hochdruckbaugruppe 42 mit Druck beaufschlagt und erhitzt wurde. Die Erhitzung kann mittels einer Gas- und/oder Elektroheizung 124 erfolgen. Die Druckbeaufschlagung der Reinigungsflüssigkeit kann mit einer nicht dargestellten Pumpe und/oder einem ebenfalls nicht dargestellten Kompressor erfolgen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202007013014 U1 [0010]
