DE2932608C2 - Verfahren zum Polieren von geschliffenen Glasflächen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Polieren von geschliffenen Glasgegenständen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. to

Das Wesen des Polierens mit Säuren (genauer gesagt mit sauren Lösungen) besteht darin, daß die auf der Glasfläche während des Schleifens entstehenden matten Flächen auf chemischem Wege poliert werden. Durch das Polieren mit Säuren werden die während des 1·-, Schleifens entstandenen Unebenheiten der Glasfläche, die etwa 10 bis 12μΐτι betragen, durch Chemikalien bestimmter chemischer Zusammensetzungen abgelöst. Am Ende des chemischen Prozesses erhalten die während des Schleifens matt gewordenen Flächen die -in gleiche Glattheit und den gleichen Glanz wie die anderen, nicht geschliffenen Teile des Glaskörpers.

Das Polieren mit Säuren ist im wesentlichen ein Ablösungsvorgang, der sich zwischen dem als Lösungsmittel eingesetzten Säuregemisch und dem Glasmate- 4^r> rial abspielt. In dieser Technologie kann das Säuregemisch als ein aus drei Komponenten (aus zwei Säurekomponenten und Wasser) bestehendes System aufgefaßt werden, wobei die während der Behandlung entstehenden Verbindungen nicht in Betracht gezogen w werden.

Die einzige aktive Komponente des Säurebades ist die Flußsäure. Die andere Säure-Komponente, die Schwefelsäure, hat die Aufgabe, diejenigen Verbindungen, z. B. Salze, teilweise zu lösen, die sich durch die Flußsäure auf der Glasfläche bilden. Sie trägt weiterhin zur Verdampfung vom SiF₄ bei und durch ihre Dissoziation wird der Säuregrad der Lösung erhöht.

Die Technologie des Polierens mit Säuren beruht also im wesentlichen auf der kraftvollen ätzenden Wirkung, wi die die Komponenten HF und H2SO4 auf die Glasfläche ausüben. Die Flußsäure bildet aus den verschiedenen Oxyden des Glasmaterials je nach ihrer Menge und Lösbarkeit Barium-, Blei- bzw. Siliziumfluoride. Die Fluoride der Alkalimetalle, z. B. das Natriumfluorid, sind *-, wasserlöslich. Das Barium-, Bleifluorid ist dagegen nicht wasserlöslich. Das SiF₄ ist ein flüchtiges gasförmiges Material. Der Wasserstoff der Flußsäure bildet mit dem »Sauerstoff« des Glases Wasser.

Es ist ersichtlich, daß die sich während der technologischen Schritte bildenden Verbindungen langsam den HF-Gehalt des Säurebades verbrauchen und daß — auch infolge der Spülung und der Vorsäuerung — eine Verdünnung einsetzt.

Dazu kommt noch, daß der Prozeß bei einer relativ hohen Temperatur (60° C) abläuft Aus dem oben Aufgeführten geht deutlich hervor, daß der hier ganz kurz erläuterte chemische Vorgang äußerst kompliziert ist, was durch die Wechselwirkung der in der Lösung befindlichen Säuren noch weiter komplizierter wird.

Die bekannten Verfahren sind nur zum Polieren einer kleineren Menge von Glasgegenständen spezieller Abmessungen geeignet Diese Technologie, die sogenannte manuelle Säurepolierung, ist heute schon in jeder Hinsicht veraltet.

Die Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens besteht aus den folgenden Hauptteilen: aus einem Säurepolierungsbottich, einer Absaugvorrichtung, einer Vorrichtung zur Neutralisierung des Säuredampfes, sowie aus Abflußvorrichtungen für das wäßrige, verbrauchte Säuregemisch.

Gemäß dem bekannten Verfahren werden das Säuregemisch bzw. das Spülwasser, welche auf indirekte Weise durch eine Warmwasserheizung auf einer Temperatur von 50—6O⁰C gehalten werden, den beiden Kunststoffbehältern des Säurepolierungsbottichs zugeführt.

Bei der Säurepolierung wird der zu polierende geschliffene Glasgegenstand in einen perforierten Kunststoffkorb oder in ein Kupfernetz hineingelegt und manuell, für eine vorbestimmte Zeit und gemäß einem vorgegebenen Programm abwechselnd in das Wasser bzw. in das Säurebad eingetaucht. Während der Säurepolierung müssen die infolge der chemischen Vorgänge bzw. der intensiven Verdampfung verbrauchten Säurekomponenten von Zeit zu Zeit ersetzt werden. Der Ersatz der Komponenten erfolgt aufgrund der Erfahrung, durch die Beobachtung der polierten Flächen des Glaskörpers bzw. durch die Beobachtung der auf diesen Flächen entstandenen Veränderungen.

Es sind auch Verfahren bekannt, wo die Säurepolierung mit Maschinen durchgeführt wird, und die einzelnen Arbeitsschritte automatisiert sind. Eine dieser Lösungen ist die mechanisierte Variante der vorhin erläuterten manuellen Säurebehandlung, bei welcher Körbe großen Fassungsvermögens mit Hilfe von durch Steuereinheiten gesteuerten Manipulierungshebeln abwechselnd in das Säuregemisch, bzw. in die Spülflüssigkeit eingetaucht und bewegt werden.

Bei einem weiteren, gleichfalls bekannten mechanisierten Verfahren wird außer den Behältern für die Säure und für das Wasser noch ein dritter Arbeitsbehälter verwendet, in den das Säuregemisch bzw. das Spülwasser abwechseln eingepumpt und dann von dort wieder entfernt wird.

Aus dem oben Aufgeführten geht hervor, daß die Einrichtungen der automatisierten Verfahren zum Polieren von Glasflächen solche grundsätzlichen Baueinheiten wie Behältersysteme zur Bewegung und Lagerung des Produktes bzw. der Flüssigkeit elektronische Steuereinheiten sowie Einheiten zum Absaugen der Säuredämpfe bzw. zur Abtrennung und Absorption der Säurekomponenten aufweisen.

Das in den Behältern (in perforierten Körben oder Trommeln) untergebrachte Glasprodukt wird nach dem Waschen in den Säurepolierungsautomat hineingelegt.

Hier werden niit Hilfe der Zeitrelais der Programmsteuereinheit die^für notwendig gehaltenen Polierungs-Säurebehandlungs-, Spül- und Abtropfzeiten eingestellt Aufgrund der Erfahrungen werden im ersten Schritt kurze Säurebehandlungszeiten gewählt, und wenn die Aktivität des Säuregemisches schon nachläßt, werden die Zeitintervalle der Säurepolierung, d. h. der Säurebehandlung allmählich erhöht

Die Säurepolierung wird so lange fortgesetzt, bis die Fläche des Produktes erfahrungsgemäß in etwa überall und gleichmäßig das gewünschte Maß an Glanz erreicht hat

Bei der Säurebehandlung müssen die Säurekomponenten (wie es schon erwähnt wurde) wegen der Reaktionsvorgänge und der Verdampfung regelmäßig ersetzt werden. Die Zugabe bzw. der Ersatz der Säurekomponenten beruht auf der erfahrungsgemäßen Polierurifszei» des Produktes sowie auf der einfachen Be.· ntung der Veränderungen der Glasoberfläche. Die Anzahl und die Dauer der Zykluszeiten (die Behandlungszeit der einzelnen Chargen) werden aufgrund der Erfahrungen, aufgrund der während der Beobachtungen gewonnenen und gewöhnten Vorstellungen gewählt und eingestellt. Wenn die Fläche des Produktes während dieser Zeit den notwendigen Glanz nicht erreicht oder viel zu glänzend geworden ist, so wird bei der nächsten Säurezugabe willkürlich ein von dem Gewöhnten abweichendes Volumen bzw. Volumenverhältnis gewählt. Falsche Verhältnisse haben Polierungsfehler der Glasfläche zur Folge. So weicht z. B. bei Säureflecken die Flußsäuremenge erfahrungsgemäß um 1 bis 1,5% und die Menge der Schwefelsäure um 8 bis 10% von dem zulässigen Wert ab.

Bei Automaten, wo ein Säurebad mit 2 bis 8% Flußsäure und 40 bis 80% Schwefelsäure verwendet wird, ändert sich der Flußsäuregehalt während einer Programmzeit oder Zykluszeit von 30 bis 60 Minuten etwa um 0,5% und der Schwefclsäuregehalt um 5 bis 6%, deshalb ist für die Technologie dieses Verfahrens die schnelle Bestimmung der Säurekomponenten von größter Bedeutung. Die unter den bekannten Umständen zur Verfügung stehende Eingriffszeit von 5 Minuten reicht aber zur genauen Bestimmung der Säurekomponenten und zum gleichzeitigen Eingriff, nämlich zum Nachgießen der einen oder anderen Säurekomponente, nicht aus, so daß, da während dieser vorgegebenen Programmzeit eine einen recht großen Wert darstellende Warenmenge bearbeitet wird, die Gefahr besteht, daß eine große Warenmenge durch falsche Behandlung Ausschuß wird.

Deshalb bildet ein wichtiger Teil der Technologie das Bestreben, die Zusammensetzung des Säurebades möglichst schnell und genau zu bestimmen.

Das Wesen eines anderen bekannten Verfahrens besteht darin, daß der Fluorgehalt des Säuregemisches in unlösliche Salze verwandelt wird. Nach der Abtrennung der Salze kann man aufgrund deren Gewichte auf die Menge d^s Fluors schließen. Diese Methode ist äußerst zeitaufwendig und ist deshalb zur schnellen Bestimmung und Einstellung der Zusammen- t Setzung des Säurebades vollkommen ungeeignet und sie kann in die technologische Kette eines wirtschaftlichen Verfahrens nicht eingebaut werden.

Gemäß einer anderen Methode werden die Komponenten des Säurebades mit Hilfe von selektiven e Meßlösungen durch Titrieren bestimmt. Beispielsweise wird die Säuredichte mittels eines an den Behandlungsbehälter über eine Säurepumpe angeschlossenen Meß behälters mit Schwimmer kontinuierlich gemessen und ggf. in Abhängigkeit von dem Meßwert Frischsäure zugeführt, so daß die Säuredichte konstant gehalten wird (DE-OS 20 58 398). Hierdurch läßt sich jedoch nur die Gesamtdichte des Säurebades bestimmen, nicht aber der Anteil der Säurekomponenten wie insbesondere der Flußsäure. Diese Methode ist daher zur Bestimmung der Zusammensetzung des Säurebades wegen der störenden Zusatzkomponenten äußerst ungenau.

Nach einer weiteren Methode wird der Gesamtsäuregrad des Säurebades durch Titrieren festgestellt; dann wird die Flußsäure aus dem Bad ausgekocht und schließlich wird durch eine nochmalige Analyse der zurückgebliebenen Säure auf die Menge des verbrauchten HF geschlossen. Diese Methode weist die gleichen Nachteile auf, wie die anderen Methoden, da sie nicht den schnellen Eingriff ermöglicht, so daß die Entstehung von fehlerhaften Waren nicht ausgeschlossen ist

Bekannt ist weiterhin ein Verfahren, wo die Komponenten des Säurebades in durchsichtige farbige Verbindungen verwandelt werden und die Konzentration der Säurekomponenten aufgrund der Lichtabsorption, bzw. nach deren Ausmaß bestimmt wird. Diese Methode ist ebenfalls langwierig und kann in einem kontinuierlichen Herstellungsprozeß nicht verwendet werden.

Es ist auch eine solche Methode bekannt, gemäß der das Elektrodenpotential einer in das Säuregemisch eingetauchten Elektrode gemessen wird. Das Maß des Potentials ist proportional zu der Aktivität der in der Lösung befindlichen Fluor-Ionen. Die praktische Nutzbarkeit dieses Verfahrens wird dadurch eingeschränkt, daß es eine konstante Ionenstärke und einen konstanten pH-Wert voraussetzt. Durch die Verdünnung wird aber die Messung ungenau und sie spiegelt nicht die wahrhaften Komponentenverhältnisse des Säuregemisches wieder.

Es ist ersichtlich, daß der größte Nachteil eines jeden der oben beschriebenen Verfahren darin besteht daß die sich durch den technologischen Vorgang ergebende, zur Verfügung stehende Analysen- und Eingriffszeit bei keinem dieser Verfahren für eine genaue und schnelle Bestimmung der Zusammensetzung des Säurebades, für dessen Konstanthaltung durch einen schnellen Eingriff oder für eine nachträgliche Rekonstruierung der Entstehung von Fehlern ausreicht

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erwähnten Nachteile der bisherigen Verfahren zu beheben und ein in der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Art gestaltetes Verfahren zum Polieren von geschliffenen Glasflächen zu schaffen, mit welchem die Zusammensetzung des Säurebades in ganz kurzer Zeit bestimmt werden kann und dadurch die Abweichungen von der Sollzusammensetzung rechtzeitig korrigiert, die Säurezugabe richtig bestimmt und die Zeitintervalle der Säurebehandlung optimiert werden können. Dadurch kann ein weitestgehend ausschußfreies Polierverfahren gewährleistet werden.

Dies wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches erreicht

Durch die Erfindung können somit über den Vergleich der im optimalen Säurebad und im tatsächlichen Säurebad jeweils von den Vergleichsmustern abgelösten Glasmengen die Änderungen der Komponenten HF und H2SO4 des Säurebades kontinuierlich und/oder periodisch bestimmt werden, so daß der aufgrund des Vergleiches festgestellte Säurekomponentenmangel noch während des Austausches des behan-

delten Produktes gegen die noch zu behandelnden Produkte ersetzt werden kann.

Erfindungsgemäß wird so verfahren, daß aus einem mit dem Erzeugnis in jeder Hinsicht übei einstimmenden Glasmaterial die Vergleichsmuster gefertigt werden, die mit einem Radioisotop bezeichnet werden. Das Maß der Ablösung des Vergleichsmusters wird an einem Meßkopf abgelesen und das Ergebnis wird angezeigt Dieses Verfahren ermöglicht, daß Chemikalien mit komplizierter Zusammensetzung bzw. mit mehreren sauren oder ätzenden Komponenten genau und schnell gemessen werden können, auch dann, wenn der Wirkstoff (hier z. B. die Flußsäure) den geringsten Anteil der Komponenten ausmacht Um die Berichtigung der sich aus dem radioaktiven Zerfall ergebenden Aktivitätsänderungen zu vermeiden, beruht die Erfindung auf dem Vergleich der Messungen, d. h, daß das Ergebnis jeder Messung im Säurebad mit dem Ergebnis der Messung im prinzipiellen (optimalen) Gäurengemisch verglichen wird. Der durch den Meßkopf gemessene Wert kann abgelesen werden und dieser Wert gibt den Unterschied zwischen den Zusammensetzungen des jeweiligen Säure- bzw. Ätzbades und des optimalen Säurebades in Prozent und in Volumenmaß an. Dies ermöglicht, daß das Bedienungspersonal an der Säurebehandlungsanlage während der Auswechslung der Waren dem abgelesenen Wert entsprechend die Zusammensetzung des Säurebades durch Zuführung der benötigten Komponenten auf den optimalen Wert einstellen oder durch die Steuerung einer geeigneten Hilfseinrichtung die Zuführung der Komponenten automatisch erledigen kann.

Als Vergleichsmuster kann beliebiger, mit Neutronenfluß aktivierbarer Zielstoff verwendet werden, der einen sehr hohen Wirkungsquerschnitt aufweist

Bei dem als Beispiel erwähnten erfindungsgemäßen Verfahren wurde bei der Messung des Wirkstoffes der Flußsäure zur Bezeichnung des Vergleichsmusters ein Thulium 170-Isotop verwendet Bei der Herstellung des Vergleichsmusters wurde beim Schmelzen dem Grundstoff, dessen Zusammensetzung mit der Zusammensetzung des eigentlichen Produktes übereinstimmt, eine

ίο kleine Menge von inaktiven Thuliumoxyd zugegeben, dann in eine die Form des Vergleichsmusters bestimmende Schablone gegossen. Die Herstellung des Vergleichsmusters bedeutet keinerlei herstellungstechnische Probleme, nachdem seine Bezeichnung in inaktiver Form erfolgt und demzufolge die notwendige Vergleichsmusternlenge sogar für Jahre im voraus durch ein einziges Schmelzen hergestellt werden kann.

Das so hergestellte Vergleichsmuster wird aktiviert,

wobei die Isotope kurzer Halbwertzeit wie z. B. das Na 24, in einigen Tagen zerfallen, und es bleibt das eigentliche Thulium 170 übrig, das im wesentlichen das zur Bezeichnung verwendete Isotop ist Dieses Isotop aktiviert sich infolge seines großen Neutroneneinfangquerschnittes und ist wegen seiner Eigenschaften zur Bezeichnung des Vergleichsmusters geeignet.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß die nicht mehr richtige Säurekonzentration schnell und rechtzeitig bestimmt, mit dem optimalen Wert verglichen und das richtige Verhältnis des Säuregehaltes

tu während des ganzen technologischen Prozesses (ohne Störung oder Unterbrechung des Prozesses) eingestellt werden können und daß dadurch die Entstehung von fehlerhaften, schlecht polierten Waren vermieden wird.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Polieren von geschliffenen Glasflächen in einem Säurebad, in welches die zu behandelnden geschliffenen Glasgegenstände für eine bestimmte Zeitdauer eingetaucht werden, wobei die Änderungen der Säurekomponenten des Säurebades mit Hilfe von Meßgeräten am tatsächlichen Säurebad gemessen, die Abweichung des tatsächlichen Wertes vom optimalen Wert festge- 1« stellt und das so festgestellte Säurekomponentendefizit ersetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe radioaktiv strahlender Vergleichsmuster, deren Zusammensetzung mit der der Glasgegenstände übereinstimmt, sowohl im tatsächliehen Säurebad als auch in einem Vergleichsbad optimaler Säurezusammensetzung die jeweils von den Vergleichsmustern durch Ätzen abgelöste Glasmenge kontinuierlich oder zyklisch gemessen wird und das Säurekom.ponentendefizit in Abhän- _>o gigkeit von dem Unterschied der jeweils von den Vergleichsmustern abgelösten Glasmengen ersetzt wird.