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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Tauchbecken mit einer Einströmeinrichtung
für ein
Gemisch aus Schmierstoffen auf Basis von Mineralöl und Fettsäure und Hochdruckzusätzen, sowie
Phosphorsäure
zur Behandlung der Oberflächen
von metallischen Werkstücken,
insbesondere von Rohren. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren
zur Behandlung der Oberflächen
von metallischen Werkstücken,
insbesondere von Rohren, mit einem Gemisch aus Schmierstoffen auf
Basis von Mineralöl
und Fettsäure
und Hochdruckzusätzen,
sowie Phosphorsäure
in einem Tauchbecken.
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Um
metallische Rohre zu ziehen, müssen
die Oberflächen
der Rohre zunächst
behandelt werden. Dies geschieht in der Praxis derart, dass die
Oberflächen
mit einer Phosphatschicht versehen werden. Hierfür wird in der Regel ein Bad
verwendet, das aus Schmierstoffen auf Basis von Mineralöl und Fettsäure und
Hochdruckzusätzen,
sowie Phosphorsäure besteht.
Das Öl
dient dabei der Befettung der Oberflächen der Rohre. Die Phosphorsäure ist
erforderlich, um für
die nötige
Schmiermittelgrenzschicht auf den Rohren zu sorgen. Phosphorsäure löst Eisen
an der Rohroberfläche.
Direkt an der Stahloberfläche wird
dadurch die Säure
stark verdünnt.
In der weniger sauren Lösung
wandelt sich das lösliche
zu unlöslichem
Eisenphosphat um und setzt sich zum Teil fest verwachsen an der
Stahloberfläche
ab. Ein anderer Teil fällt
als Schlamm in Becken an.
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In
der Praxis werden für
diesen Vorgang bisher Tauchbecken verwendet, die an einer Seite
eine Einströmeinrichtung
mit einem Auslass aufweisen, durch den das Gemisch aus Schmierstoffen
auf Basis von Mineralöl
und Fettsäure
und Hochdruckzusätzen,
sowie Phosphorsäure
zugeführt
wird. Am gegenüberliegenden
Ende des Beckens liegt eine Ausströmeinrichtung zur Abführung des
Gemisches.
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Zwischen
in Einströmeinrichtung
und Ausströmeinrichtung
befinden sich in dem Becken die zu behandelnden Rohre, an deren
Oberflächen
das Gemisch entlangströmt.
Zur Auflage der Rohre sind am Boden des Beckens entsprechende Ablagevorrichtungen
vorgesehen. Diese haben den Nachteil, dass in Strömungsrichtung
hinter den Ablagevorrichtungen Zonen (Toträume) entstehen, in denen keine Strömung vorhanden
ist und sich daher Schlamm sammelt. In diesem Schlamm sammelt sich
die Phosphorsäure,
die durch die mangelnde Strömung
ausgast. Ferner besteht die Gefahr, dass sich das Gemisch aus Schmierstoffen
auf Basis von Mineralöl und
Fettsäure
und Hochdruckzusätzen,
sowie Phosphorsäure
entmischt.
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Nachteilig
bei den bekannten Anlagen ist auch, dass eine gleichmäßige Umspülung der
Oberflächen
der Rohre nicht gewährleistet
ist. Die Oberflächen
sind daher nicht gleichmäßig beschichtet,
so dass es während
des Ziehens zu einem Abreißen des
Schmiermittelfilms kommt und dadurch zu einer Beschädiung der
Oberfläche
der Rohre kommen kann. Andererseits können solche Rohre nicht gezogen
werden, bei denen die Dicke der Phosphatschicht zu groß geworden
ist.
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Ein
weiterer wesentlicher Nachteil des Standes der Technik ist, dass
die Behandlungsdauer verhältnismäßig lang
ist.
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Vor
diesem Hintergrund war es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
die Qualität
der Beschichtung zu verbessern und die Behandlungsdauer möglichst
zu verkürzen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Tauchbecken gemäß Anspruch 1 und dem Verfahren
gemäß Anspruch
8 gelöst.
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Anders
als beim Stand der Technik kann daher bei dem erfindungsgemäßen Tauchbecken
das Gemisch aus Öl
und Phosphatierungsmittel frei über den
Boden des Tauchbeckens strömen,
ohne dass hinter Hindernissen Ruhezonen der Strömung und Toträume entstehen,
in denen eine Ablagerung von Schlamm, eine Ausgasung oder eine Entmischung stattfinden
könnten.
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Weiterhin
wird der entstehende Schlamm wieder in das Gemisch durch die Umwälzpumpe
eingearbeitet. Der Entschlammungszyklus wird hierdurch stark verlängert
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Die
Werkstücke
werden daher insgesamt einem Gemisch homogenerer Zusammensetzung
ausgesetzt, und zugleich sind die Bedingungen der Behandlung wie
insbesondere das Ausmaß der
Umspülung
der Werkstücke
im gesamten Becken homogener. Dies führt dazu, dass eine qualitativ
bessere Beschichtung hergestellt werden kann. Insbesondere ist die
resultierende Dicke der Phosphatschicht gleichmäßiger, so dass sie auch besser
auf einen angestrebten Wert eingestellt werden kann. Schließlich kann
in dem erfindungsgemäßen Tauchbecken
die Behandlungsdauer erheblich, d. h. um das 2–10-fache, vorzugsweise 4–7-fache
verkürzt
werden, da aufgrund der besseren Strömungsbedingungen ein schnellerer,
gleichmäßiger und
qualitativ besserer Schichtaufbau bis zum Erreichen der Mindestschichtdicke
an allen Stellen der Oberflächen
möglich
ist. Das führt
zu Verbesserungen der Qualität
der gezogenen Rohre.
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Die
Auslässe
der Einströmeinrichtung
sind vorzugsweise über
die Längserstreckung
des Tauchbeckens verteilt angeordnet. Auf diese Weise kann eine
weitere Homogenisierung der Strömungsbedingungen
im Tauchbecken stattfinden, da die Ausbildung eines ausgeprägten Druck-
und Strömungsgefälles von
einem zum anderen Ende des Tauchbeckens vermieden wird.
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Ferner
können
auf jeder Seite des Tauchbeckens wenigstens zwei Auslässe der
Einströmeinrichtung,
vorzugsweise zwei bis zehn Auslässe,
besonders bevorzugt drei bis sechs Auslässe angeordnet sein. Je mehr
Auslässe
vorhanden sind, um so gleichmäßiger können die
Strömungsbedingungen eingestellt
werden, wobei allerdings ein Kompromiss hinsichtlich des Verrohrungsaufwandes
und des Platzbedarfs zu finden ist. Die zu beiden Seiten des Tauchbeckens
angeordneten jeweils mehreren Auslässe sind vorzugsweise zueinander
versetzt angeordnet. Das heißt,
dass entlang der Längserstreckung
des Tauchbeckens alternierend auf der rechten bzw. linken Seite
Auslässe
einmünden.
Durch den Versatz wird eine weitere Vergleichmäßigung der Strömungsbedingungen
erreicht.
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Gemäß einer
Weiterbildung des erfindungsgemäßen Tauchbeckens
enthält
dieses eine Halterung für
die zu behandelnden Werkstücke,
wobei der Boden der Halterung zum Boden des Tauchbeckens beabstandet
ist. Durch den Abstand wird gewährleistet,
dass ein Raum für
die ungehinderte Strömung des
Gemisches am Boden des Tauchbeckens auch dann verbleibt, wenn das
Tauchbecken mit Werkstücken
gefüllt
ist.
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Die
genannte Halterung kann dabei insbesondere ein in das Tauchbecken
einsetzbarer und darin beweglicher Korb sein. Ein solcher Korb erlaubt aufgrund
seiner großzügig perforierten
Wände den Zutritt
des Gemisches zu den Werkstücken
ohne wesentliche Behinderung. Durch eine Bewegung des Korbes im
Tauchbecken kann das Austreten von Gasblasen aus Hohlräumen der
Werkstücke
und eine gleichmäßige Kontaktierung
der Oberflächen der
Werkstücke
mit dem Gemisch unterstützt
werden. Ferner können
die Werkstücke
zusammen mit dem Korb besonders einfach gehandhabt werden, insbesondere
in das Tauchbecken eingetaucht oder hieraus ausgetaucht werden.
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Der
Korb ist vorzugsweise insgesamt schwenkbeweglich gelagert. Die Schwenkachse kann
dabei sowohl parallel zur Längsachse
des Tauchbeckens als auch vorzugsweise senkrecht hierzu liegen.
Durch eine Schwenkbewegung des Korbes kann ebenfalls das Austreten
von Gasblasen aus Hohlräumen
der Werkstücke
und eine gleichmäßige Kontaktierung
der Oberflächen
der Werkstücke mit
dem Gemisch unterstützt
werden.
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Mit
Hilfe des Korbes können
die Rohre zielgerichtet, d. h. mittels Steuer- und Regeltechnik
kontrolliert in das Bad getaucht werden. In der Praxis kann dies
vorzugsweise mit Hilfe einer Computersteuerung und – regelung
durchgeführt
werden. Das heißt,
der Korb ist vollautomatisch anhebbar, versenkbar sowie kippbar.
Hierdurch kann das Entweichen von Gasblasen aus den Rohren und das
Ablaufen des Öls
aus den behandelten Rohren beim Herausheben der Rohre aus dem Becken
gesteuert und geregelt werden.
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Die
Länge des
Tauchbeckens kann nach den jeweils herrschenden Anforderungen geeignet
festgelegt werden. Typischerweise beträgt sie 6 bis 20 m, vorzugsweise
8 bis 16 m, besonders bevorzugt 10 bis 14 m.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Behandlung der Oberflächen von
metallischen Werkstücken,
insbesondere von Rohren, mit einem Gemisch aus eine Schmierstoffen
auf Basis von Mineralöl
und Fettsäure
und Hochdruckzusätzen,
sowie Phosphorsäure
in einem Tauchbecken. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet,
dass es in einem Tauchbecken der oben erläuterten Art ausgeführt wird,
und dass am Boden des Tauchbeckens aus mindestens zwei Auslässen eine
freie Strömung
des Gemisches ohne Teträume
erzeugt wird.
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Die
freie Strömung
des Gemisches am Boden des Beckens verhindert die Entstehung von
Ruhezonen und Toträumen
mit den oben erläuterten
negativen Effekten der Schlammablagerung, der Ausgasung und der
Entmischung. Oberhalb des Bodens ist die Gefahr für derartige
Effekte geringer bzw. nicht vorhanden, da es hier aufgrund der Schwerkraft
nicht zu Ablagerungen kommen kann.
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Das
in dem Verfahren verwendete Gemisch enthält typischerweise 0,5 bis 2,0
Gew.-%, vorzugsweise 0,8 bis 1,8 Gew.-%, besonders bevorzugt 1,0 bis
1,5 Gew.-% Wasser.
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Das
Gemisch wird vorteilhafterweise unter Druck eingespeist. Der Druck
beträgt
dabei an den Auslässen
der Einströmeinrichtung
typischerweise 2 bis 6 bar, vorzugsweise 2 bis 5 bar, besonders
bevorzugt 2,5 bis 3,5 bar.
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Der
Inhalt des Tauchbeckens wird typischerweise 5 bis 20 mal pro Stunde,
vorzugsweise 8 bis 16 mal pro Stunde, besonders bevorzugt 10 bis
14 mal pro Stunde umgewälzt.
Hierdurch wird sichergestellt, dass mit vertretbarem Energieaufwand
eine gute Kontaktierung der Oberflächen der Werkstücke erzielt
werden kann.
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Im
Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Figuren beispielhaft
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
Draufsicht durch ein erfindungsgemäßes Tauchbecken entlang der
Linie I-I von 2;
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2 eine
Querschnitt durch das Tauchbecken entlang der Linie II-II von 1.
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Die
schematische Draufsicht von 1 zeigt ein
Tauchbecken 2 für
die Behandlung der Oberflächen
von metallischen Rohren (in 1 nicht
zu sehen) mit einem Gemisch aus Schmierstoffen auf Basis von Mineralöl und Fettsäure und
Hochdruckzusätzen,
sowie Phosphorsäure.
Das Gemisch wird erfindungsgemäß über drei
Rohrleitungen 1a, 1b und 1c an der einen
Seitenwand und drei Rohrleitungen 1d, 1e und 1f an
der gegenüberliegenden
Seitenwand des Tauchbeckens 2 zugeführt. Die Auslässe der Rohrleitungen
enden dabei an verschiedenen Punkten entlang der Längserstreckung
des Tauchbeckens 2, wobei die gegenüberliegenden Auslässe gegeneinander
versetzt sind, so dass möglichst
gleichmäßige Strömungsbedingungen
entstehen. Die Rohrleitungen und ihre Auslässe sind in Bodennähe angeordnet.
Am stromabwärts
gelegenen Ende des Tauchbeckens 2 ist ein Auslass 5 als
Ausströmeinrichtung
für das
Gemisch vorgesehen.
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2 zeigt
in dem Querschnitt entlang der Linie II-II von 1 die
Anordnung der Rohrleitungen 1a, 1b, 1c, 1d, 1e und 1f am
Boden des Tauchbeckens. Ferner ist erkennbar, dass im Raum über den Rohrleitungen
ein Korb 3 angeordnet ist, in dem die zu behandelnden Rohre 4 gelagert
sind. Durch ihre Unterbringung in dem Korb werden die Rohre 4 aus dem
Strömungsbereich
am Boden ferngehalten, so dass sie die Strömung nicht stören können. Es
entstehen keine toten Zonen, d.h., es gibt keine Zonen, in denen
keine Strömung
stattfindet. Eine Ablagerung von Schlamm und die damit verbundene
Anreicherung des Schlamms mit Phosphorsäure wird demgemäß vermieden.
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Andererseits
wird durch die porige Struktur des Korbes der im Wesentlichen ungehinderte
Zutritt des Gemisches zu den Rohren gewährleistet. Ferner können die
Rohre 4 zusammen mit dem Korb auch gelegentlich bewegt
werden, so dass die Entstehung von nicht behandelten Kontaktstellen
zwischen der Rohren 4 und/oder zum Rand des Korbes vermieden werden.
Der Korb ist dabei in dem Becken vorzugsweise in horizontaler Richtung
bewegbar und läßt sich
ferner kippen.
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Mit
Hilfe des Korbes 3 können
die Rohre zielgerichtet in das Bad getaucht werden. In der Praxis geschieht
dies mit Hilfe einer Computersteuerung. Das heißt, der Korb ist vollautomatisch
anhebbar und versenkbar. Außerdem
kann ein gesteuertes Kippen des Korbes durchgeführt werden. Hierdurch kann das
Entweichen von Gasblasen aus den Rohren gesteuert werden. Beim Herausheben
der Rohre aus dem Becken kann ebenso das Ablaufen des Öls aus den
behandelten Rohren gesteuert werden.
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Der
Korb 3 ist vorzugsweise aus Edelstahl gefertigt. Seine
Abmessungen sind so gestaltet, dass eine gute Beweglichkeit zur
Beckenwand gewährleistet
ist. Es ist jedoch nicht erforderlich, jede Berührung mit der Beckenwand zu
verhindern.
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Das
Becken 2 hat typischerweise eine Länge von ca. 11 Metern und eine
Breite von ca. 1 Meter. Der Pegel des Gemisches liegt bei ca. 800
Millimetern.
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Bei
der Ausführung
des Verfahrens zur Behandlung der Rohre 4 wird in das Tauchbecken 2 über die
Rohrleitungen 1a bis 1f ein Gemisch aus Schmierstoffen
auf Basis von Mineralöl
und Fettsäure
und Hochdruckzusätzen,
sowie Phosphorsäure eingegeben.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung
der Einströmeinrichtung
kommt es zu einer gleichmäßigen Verteilung
des Gemischs in Bodennähe.
Außerdem
wird verhindert, dass das Gemisch sich entmischt.
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Vor
dem Einströmen
des Gemischs in das Tauchbecken wird das Öl zunächst erwärmt. Dies geschieht vorzugsweise
in einem Wärmetauscher.
Das Öl
wird hierbei auf eine Temperatur von 65°C erwärmt. Das verbrauchte Gemisch
wird dem Prozeß wieder
zugeführt,
d.h. aufbereitet und wieder in der beschriebenen Weise erwärmt. Wichtig
ist, dass dabei eine hohe Rate für
die Umwälzung
des Gemischs erzielt wird. Typische Werte für die Umwälzung liegen bei ca. zwölf Umwälzungen
pro Stunde.
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Die
Anlage wird typischerweise mit einem Druck von ca. 3 bar gefahren,
und der Anteil des Wassers im Gemisch beträgt ca. 1,5%.
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Durch
die Konstruktion und das beschriebene Verfahren unter Einsatz eines
Gemischs aus Schmierstoffen auf Basis von Mineralöl und Fettsäure und
Hochdruckzusätzen,
sowie Phosphorsäure wird
erreicht, dass der Tauchvorgang und das bis zu 10-fache verkürzt wird.
Außerdem
wird eine verbesserte Qualität
erreicht. Die Schichtdicke ist äußerst gleichmäßig. Ebenso
ist die Qualität gleichbleibend. Ferner
wird eine genaue Steuerung der Dicke der Phosphatschicht ermöglicht.