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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenmodifikation eines Bauteils, wobei in einem Reaktor mindestens ein Hauptprozess und mindestens ein Hilfsprozess durchgeführt werden, wobei das Bauteil in den Reaktor eingebracht wird, so dass der Reaktor mit dem Bauteil bestückt ist, wobei in dem mindestens einen Hauptprozess der bestückte Reaktor mit einem Hauptmedium gefüllt und das Bauteil in dem Hauptmedium gebadet wird, wobei durch das Hauptmedium eine chemische Änderung der Oberfläche des Bauteils erfolgt, wobei das Hauptmedium aus dem bestückten Reaktor ausgelassen wird, wobei in dem mindestens einen Hilfsprozess der bestückte Reaktor mit einem Hilfsmedium gefüllt und das Bauteil in dem Hilfsmedium gebadet wird, wobei durch das Hilfsmedium eine Behandlung der Oberfläche des Bauteils erfolgt, wobei das Hilfsmedium aus dem bestückten Reaktor ausgelassen wird.
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Verfahren zur Oberflächenbehandlung sind ein wichtiger Arbeitsschritt in der Herstellung von Bauteilen. Sie dienen zum Schutz vor Korrosion und erhöhen damit die Lebensdauer der Bauteile. Je nach verwendetem Material kommen hierbei verschiedene Oberflächenbehandlungen zur Anwendung, wie zum Beispiel galvanotechnische, nasschemische oder Verdampfungsbeschichtungen. Oftmals sind die verwendeten Chemikalien gefährlich, weshalb verschiedene Verfahren zur Oberflächenbehandlung in Reaktoren entwickelt und durchgeführt werden.
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Beispielsweise offenbart die Druckschrift
DE 10 2006 034 382 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik darstellt, eine Vorrichtung zur elektrochemischen Beschichtung von Werkstücken, umfassend einen Beschichtungsreaktor, dem ein Elektrolyt zugeführt wird und der eine Beschichtungsblende enthält, in der das zu beschichtende Werkstück aufgenommen ist, wobei das zu beschichtende Werkstück und eine im Beschichtungsreaktor enthaltene Elektrode so elektrisch kontaktierbar sind, dass das zu beschichtende Werkstück kathodisch und die Elektrode anodisch schaltbar sind. Durch die angelegte Spannung und den zugeführten Elektrolyten, wird das Werkstück galvanisch beschichtet.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Oberflächenmodifikation von Bauteilen und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorzuschlagen, welches eine energiesparende, gesundheitlich und ökologisch weniger belastende Produktion ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Oberflächenmodifikation eines Bauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen der nachfolgenden Beschreibung, sowie den beigefügten Figuren.
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Im Rahmen der Erfindung wird ein Verfahren zur Oberflächenmodifikation eines Bauteils, insbesondere eines Bauteils aus Eisen oder einem Stahl, insbesondere nicht rostfreien Stahl vorgeschlagen. Die Oberflächenmodifikation wird in einem Reaktor durchgeführt.
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Das Verfahren zur Oberflächenmodifikation weist mindestens einen Hauptprozess auf. Der mindestens eine Hauptprozess wird insbesondere als eine Redoxreaktion an der Oberfläche des Bauteils, im Speziellen als eine Oxidation der Oberfläche des Bauteils durchgeführt.
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Das Verfahren zur Oberflächenmodifikation weist mindestens einen Hilfsprozess auf. Der mindestens eine Hilfsprozess ist beispielsweise eine Säuberung der Oberfläche des Bauteils durch Spülen. Insbesondere ist der mindestens eine Hilfsprozess eine Ätzung, eine Aktivierung oder eine Versiegelung der Oberfläche. Die Versiegelung der Oberfläche kann im Speziellen als eine Adsorption an der Oberfläche ausgeführt sein. Der mindestens eine Hilfsprozess kann dem mindestens einen Hauptprozess voroder nachgelagert sein.
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Das Bauteil wird für die Oberflächenmodifikation in den Reaktor eingebracht. Der Reaktor ist mit dem Bauteil bestückt, insbesondere ist das Bauteil in dem Reaktor befestigt und/oder wird in dem Reaktor gehalten.
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Der bestückte Reaktor wird für den mindestens einen Hauptprozess mit einem Hauptmedium gefüllt. Das Hauptmedium ist insbesondere als eine wasserhaltige Lösung ausgebildet.
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Das Bauteil wird in dem Hauptmedium gebadet. Der Kontakt der Oberfläche des Bauteils mit dem Hauptmedium führt zu einer chemischen Reaktion mit den oberen Schichten des Bauteils. Vorzugsweise handelt es sich bei den oberen Schichten um eine Schichtdicke bis etwa 2 μm. Insbesondere handelt es sich bei der chemischen Reaktion um eine Redoxreaktion, im Speziellen um eine Oxidation der Oberfläche. Im Anschluss an die chemische Reaktion wird das Hauptmedium aus dem Reaktor ausgelassen.
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Der bestückte Reaktor wird für den mindestens einen Hilfsprozess mit einem Hilfsmedium gefüllt. Das Hilfsmedium wird vorzugsweise zum Spülen verwendet, wobei Reste eines mindestens einen, vorgelagerten Hilfsprozesses und/oder mindestens einen, vorgelagerten Hauptprozesses beim Spülen mit dem Hilfsmedium entfernt werden.
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Optional ist das Hilfsmedium als ein Reinigungsmittel vorzugsweise zum Entfetten und/oder Reinigen der Oberfläche des Bauteils ausgebildet. Im Speziellen ist das Hilfsmedium als ein ätzendes Reinigungsmittel ausgebildet.
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Optional ist das Hilfsmedium als ein Aktivierungsmittel ausgebildet. Insbesondere aktiviert das Aktivierungsmittel die Oberfläche des Bauteils, wobei durch die Aktivierung die Oberfläche auf die chemische Reaktion im mindestens einen Hauptprozess vorbereitet wird. Im Speziellen führt die Aktivierung der Oberfläche zu einer Beschleunigung der Reaktionsgeschwindigkeit der im mindestens einen Hauptprozess durchgeführten Reaktion, beispielsweise durch katalytische Wirkung, insbesondere durch eine mittels Aufrauen vergrößerte Oberflächenstruktur.
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Alternativ ist das Hilfsmedium als ein Konditionierungsmittel ausgebildet. Insbesondere konditioniert das Konditionierungsmittel die Oberfläche des Bauteils, wobei durch die Konditionierung vorzugsweise Konkurrenzreaktionen, im Speziellen unerwünschte Nebenreaktionen und/oder Alternativreaktionen unterdrückt werden.
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Optional ist das Hilfsmedium als ein Öl ausgebildet. Insbesondere versiegelt das Öl die im mindestens einen Hauptprozess veränderten oberen Schichten des Bauteils. Alternativ und/oder ergänzend ist das Öl als ein Entwässerungsöl ausgebildet, wobei das Entwässerungsöl Wasserreste durch vorher verwendete wasserhaltige Hauptmedien und/oder Hilfsmedien von der Oberfläche des Bauteils entfernt.
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Im Anschluss an die Behandlung der Oberfläche des Bauteils mit dem Hilfsmedium, wird das Hilfsmedium aus dem Reaktor ausgelassen. Optional ergänzend kann das Auslassen des Hilfsmedium durch eingepresste Druckluft unterstützt werden.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Oberflächenmodifikation als eine Konversionsbeschichtung, nämlich als eine Brünierung oder als eine Phosphatierung ausgebildet ist. Weiterhin ist das Hauptmedium als ein Brüniermittel oder als ein Phosphatierungsmittel ausgebildet. Das Hauptmedium reagiert nasschemisch mit der Oberfläche des Bauteils. Insbesondere ist die Reaktion eine Redoxreaktion, im Speziellen wird die Oberfläche des Bauteils oxidiert. Vorzugsweise wird das Eisen im Werkstoff des Bauteils an der Oberfläche des Bauteils oxidiert. Insbesondere bilden sich mit dem Eisen Mischoxidschichten aus zweiwertigem und dreiwertigem Eisen, sogenannter Edelrost, wobei der Edelrost einen Schutz vor Korrosion der darunter liegenden Schichten bietet. Die Brünierung bzw. die Phosphatierung innerhalb des Reaktors ist insbesondere eine Platzeinsparung, da das Bauteil nicht über einen Kran in das Hauptmedium und/oder Hilfsmedium eingetaucht und nach der Behandlung herausgehoben werden muss.
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In einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung wird der Reaktor nach dem Bestücken mit dem Bauteil und vor dem mindestens einen Hauptprozess verschlossen. Der bestückte Reaktor verbleibt vorzugsweise bis nach dem Ablassen des Hauptmediums verschlossen. Insbesondere wird der bestückte Reaktor erst nach abgeschlossener Oberflächenmodifikation wieder geöffnet. Das gegebenenfalls gesundheits- und/oder umweltschädliche Hauptmedium oder Hilfsmedium ist während der Oberflächenmodifikation innerhalb des Reaktors. Eine Gefährdung der Gesundheit des Personals und/oder eine Belastung der Umwelt wird hierdurch verringert.
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In einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung ist das Hauptmedium als eine Säure oder eine Lauge ausgebildet. Insbesondere ist das Hauptmedium als eine saure oder alkalische Lösung ausgebildet. Optional ist das Hauptmedium eine Salzschmelze, insbesondere eines niedrigschmelzenden Salzes oder Salzgemisches.
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In einer optionalen Ausführung der Erfindung wird das Hauptmedium im bestückten Reaktor und/oder während des mindestens einen Hauptprozesses erhitzt. Insbesondere wird das Hauptmedium im bestückten Reaktor und/oder während des mindestens einen Hauptprozesses auf Siedetemperatur erhitzt und gehalten.
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Weiterführend wird das Hilfsmedium im bestückten Reaktor und/oder während des mindestens einen Hilfsprozesses erhitzt. Insbesondere wird das Hilfsmedium im bestückten Reaktor und/oder während des mindestens einen Hilfsprozesses erhitzt. Hierbei wird das Bauteil ebenfalls erhitzt, wodurch während der chemischen Reaktion die Temperatur möglichst konstant bleibt.
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Im Speziellen wird das Hauptmedium und/oder das Hilfsmedium vor dem Einfüllen in den bestückten Reaktor vorgeheizt, insbesondere auf Siedetemperatur erhitzt. Hierdurch wird der Verlust an Energie, wie er beispielsweise durch Einlassen von dem kaltem Hauptmedium und/oder dem kalten Hilfsmedium in den Reaktor und dadurch ein Abkühlen des Bauteils und/oder des Reaktors eintritt, verringert.
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In einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung wird das Hauptmedium und/oder das Hilfsmedium aus einem externen Behälter in den bestückten Reaktor gefüllt, insbesondere gepumpt. Nach beendeter Behandlung im bestückten Reaktor wird das Hauptmedium und/oder das Hilfsmedium aus dem Reaktor ausgelassen und in den externen Behälter zurückgeführt und/oder gepumpt. Dies erfolgt beispielsweise über Rohrleitungen oder Schläuche.
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In einer optionalen Weiterentwicklung der Erfindung wird das Hauptmedium und/oder das Hilfsmedium beim Auslassen aus dem Reaktor und/oder Rückführen in den externen Behälter gefiltert. Hierbei wird ein Filter verwendet, um insbesondere eine Verschmutzung des Hauptmediums und/oder des Hilfsmediums im externen Behälter zu verhindern. Hierdurch kann das Hauptmedium und/oder das Hilfsmedium für mehrere Oberflächenmodifikationen wiederverwendet werden, wodurch der Verbrauch des Hauptmediums und/oder des Hilfsmediums und damit die Kosten verringert werden.
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In einer weiteren Ausführung der Erfindung verbleibt der Druck im Reaktor zumindest während des mindestens einen Hauptprozesses und/oder des mindestens einen Hilfsprozesses konstant. Der Reaktor weist ein Überdruckventil auf, wobei das Überdruckventil insbesondere bei dem Erhitzen des Hauptmediums und/oder des Hilfsmediums für einen Ausgleich des ansteigenden Drucks sorgt. Weiterführend kann das Überdruckventil genutzt werden, um das Auslassen des Hauptmediums und/oder des Hilfsmediums zu unterstützen.
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Ergänzend ist das Überdruckventil mit einem Luftwäscher gekoppelt, wobei der Luftwäscher den Dampf des Hauptmediums und/oder Hilfsmediums reinigt. Das gereinigte Hauptmedium und/oder Hilfsmedium wird über Rohr- oder Schlauchleitungen in den externen Behälter zurückgeführt. Hierdurch wird der Verlust des Mediums verringert, was wiederum besonders gesundheits- und umweltschonend ist.
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In einer weiterführenden Ausgestaltung der Erfindung wird das Hauptmedium und/oder Hilfsmedium im Reaktor durch eine Rührvorrichtung gerührt. Hierdurch ergibt sich eine gleichmäßige Durchmischung des Hauptmediums und/oder des Hilfsmediums. Insbesondere erfolgt durch das Rühren eine gleichmäßige Erhitzung des Hauptmediums und/oder des Hilfsmediums. Im Speziellen verhindert das Rühren des Hauptmediums und/oder des Hilfsmediums eine Phasenbildung beispielsweise durch eine Veränderung des Hauptmediums nahe der Oberfläche des Bauteils durch die Redoxreaktion der Oberfläche des Bauteils.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das Bauteil als eine Komponente eines Wälzlagers, vorzugsweise eines Großwälzlagers ausgebildet. Die Komponente des Großwälzlagers ist beispielsweise ein Lagerring oder ein Käfig für Wälzkörper. Hierdurch können die Komponenten des Wälzlagers aus eisenhaltigen, nicht rostfreien Werkstoffen gefertigt werden und durch die Brünierung vor Korrosion geschützt werden.
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Bevorzugt weist die Komponente des Großwälzlagers einen Durchmesser von 1 m bis 2 m auf. Insbesondere bei entsprechend großen Reaktoren sind Durchmesser für die Komponente des Großwälzlagers von über 2 m möglich.
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Vorzugsweise ist das Bauteil, insbesondere die Komponente des Großwälzlagers ein Präzisionsbauteil. Speziell durch die Brünierung werden die Abmessungen des Präzisionsbauteils nur vernachlässigbar verändert. Alternativ ist das Bauteil als ein beliebiges großdimensioniertes Präzisionsbauteil ausgebildet.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Reaktorvorrichtung für das Verfahren, wie dieses zuvor beschrieben wurde. Die Reaktorvorrichtung weist den Reaktor auf. Der Reaktor weist eine Aufnahme für ein Bauteil auf. Die Aufnahme kann beispielsweise als eine Auflage für das Bauteil ausgebildet sein, auf die das Bauteil aufgelegt wird. Alternativ kann die Aufnahme als Klammer ausgebildet sein, wobei die Klammer das Bauteil befestigt, insbesondere greift.
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Die Reaktorvorrichtung weist mindestens zwei externe Behälter auf, wobei die mindestens zwei externen Behälter zumindest das Hauptmedium und das Hilfsmedium aufnehmen. Die mindestens zwei externen Behälter weisen vorzugsweise Vorheizelemente, zum Vorheizen des Hauptmediums und/oder des Hilfsmediums auf. Die mindestens zwei externen Behälter sind insbesondere verschließbar und isoliert ausgebildet, um das Beheizen des Hauptmediums und/oder des Hilfsmediums zu beschleunigen.
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Die Reaktorvorrichtung weist eine Fördereinrichtung auf, wobei die Fördereinrichtung den Reaktor mit den mindestens zwei externen Behältern verbindet. Die Fördereinrichtung ist dazu ausgebildet, das Hauptmedium und/oder das Hilfsmedium von den mindestens zwei externen Behältern zum Reaktor und/oder vom Reaktor zu den mindestens zwei externen Behältern zu transferieren. Die Fördereinrichtung weist hierfür Kopplungselemente, vorzugsweise die Rohrleitungen oder die Schläuche auf, wobei das Hauptmedium und/oder das Hilfsmedium durch die Kopplungselemente von den mindestens zwei externen Behältern zum Reaktor und/oder vom Reaktor zu den mindestens zwei externen Behältern fließt. Insbesondere weist die Fördereinrichtung mindestens eine Pumpe auf, wobei die mindestens eine Pumpe das Hauptmedium und/oder das Hilfsmedium pumpt. Optional weist die Fördereinrichtung ein Rohrleitungssystem mit einem Verteiler auf, wobei der Verteiler das benötigte Hauptmedium oder das benötigte Hilfsmedium transferiert.
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Alternativ sind die mindestens zwei externen Behälter oder der Reaktor auf einer Hebebühne angeordnet, wobei die Hebebühne die mindestens zwei externen Behälter oder den Reaktor sowohl über den Reaktor bzw. die mindestens zwei externen Behälter, als auch unter den Reaktor bzw. die mindestens zwei externen Behälter heben kann. Hierdurch kann das Hauptmedium und/oder das Hilfsmedium ohne eine Pumpe von den mindestens zwei externen Behältern zum Reaktor und vom Reaktor zu den mindestens zwei externen Behältern transferiert werden.
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Im Rahmen der Erfindung ist das Hauptmedium in einem derartigen externen Behälter als ein Brüniermittel zum Brünieren des Bauteils ausgebildet.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung, sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigt:
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1 eine schematische Darstellung der Reaktorvorrichtung mit drei Prozessen in der Seitenansicht,
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2a eine schematische Darstellung der Reaktorvorrichtung mit drei Prozessen in der Seitenansicht beim Hauptprozess,
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2b eine schematische Darstellung der Reaktorvorrichtung mit drei Prozessen in der Seitenansicht beim ersten Hilfsprozess,
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2c eine schematische Darstellung der Reaktorvorrichtung mit drei Prozessen in der Seitenansicht beim zweiten Hilfsprozess,
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3 eine schematische Darstellung der Reaktorvorrichtung in der Draufsicht,
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4 ein Flussdiagramm einer Prozesskette einer Brünierung.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Reaktorvorrichtung 1 in der Seitenansicht mit einem Hauptprozess und mindestens oder genau zwei Hilfsprozessen. Die Reaktorvorrichtung 1 weist einen Reaktor 2 auf. Die Grundform des Reaktors 2 umfasst einen zylinderförmigen Abschnitt und einen kegelförmigen Abschnitt. Der zylinderförmige Abschnitt ist nach unten geöffnet und geht in den kegelförmigen Abschnitt über. Die Spitze des kegelförmigen Abschnitts ist nach unten ausgerichtet und weist Eigenschaften eines Trichters auf. Der zylinderförmige Abschnitt weist insbesondere einen größeren Radius als die Höhe des zylinderförmigen Abschnitts auf. Der kegelförmige Abschnitt weist den gleichen Radius wie der zylinderförmige Abschnitt auf. Die Höhe des kegelförmigen Abschnitts ist kleiner als die Höhe des zylinderförmigen Abschnitts. Insbesondere ist die Höhe des kegelförmigen Abschnitts mehr als halb so groß, wie die Höhe des zylinderförmigen Abschnitts.
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Der Reaktor 2 weist eine Aufnahme für ein Bauteil 3 auf. Die Aufnahme für das Bauteil 3 ist in 1 nicht dargestellt. Das Bauteil 3 ist im zylinderförmigen Abschnitt in etwa mittig angeordnet. Das Bauteil 3 ist vorzugsweise als ein ringförmiges Werkstück ausgebildet, insbesondere als eine Komponente eines Wälzlagers, wie einen Lagerring.
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Der Reaktor 2 weist ein erstes Hilfsmedium 4b auf. Der Reaktor 2 ist mit dem ersten Hilfsmedium 4b derart gefüllt, dass das erste Hilfsmedium 4b das Bauteil 3 vollständig bedeckt.
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Der Reaktor 2 weist Heizelemente 5 auf. Die Heizelemente 5 erhitzen das erste Hilfsmedium 4b. Insbesondere erhitzen die Heizelemente 5 das erste Hilfsmedium 4b auf Siedetemperatur. Die Heizelemente 5 sind in 1 nur schematisch angedeutet. Vorzugsweise sind die Heizelemente 5 als Ringe ausgebildet. Insbesondere ist ein derartiges Heizelement 5 außerhalb des als insbesondere Lagerring ausgebildeten Bauteils 3 angeordnet und ein derartiges Heizelement 5 innerhalb des als insbesondere Lagerring ausgebildeten Bauteils 3 angeordnet.
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Der Reaktor 2 weist eine Rührvorrichtung 6 auf. Die Rührvorrichtung ist ausgebildet, beispielsweise eine möglichst gleichmäßige Zusammensetzung und/oder Temperaturverteilung des ersten Hilfsmediums 4b zu gewährleisten. Die Rührvorrichtung 6 ist in der unteren Hälfte des Reaktors 2 angeordnet. Die Rührvorrichtung 6 ist vorzugsweise zentral im Reaktor 2 angeordnet, um eine möglichst gleichmäßige Durchmischung des Prozessmediums innerhalb des Reaktors 2 zu gewährleisten.
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Der Reaktor 2 weist einen Filter 7 auf. Der Filter 7 ist in der Spitze des kegelförmigen Abschnitts angeordnet. Im Speziellen ist die Spitze des kegelförmigen Abschnitts mit einem als Filter 7 wirkenden Material gefüllt. Der Filter 7 filtert das erste Hilfsmedium 4b von Verunreinigungen.
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Der Reaktor weist ein Überdruckventil 8 auf. Das Überdruckventil 8 ist vorzugsweise an der Oberseite des Reaktors angeordnet. Das Überdruckventil 8 ist vorzugsweise als ein Sicherheitsventil ausgebildet. Beispielsweise ist das Überdruckventil 8 als ein Kugelventil ausgebildet. Das Überdruckventil 8 reguliert einen möglichst konstanten Druck innerhalb des Reaktors 2, insbesondere während des Erhitzens des ersten Hilfsmediums 4b. Insbesondere ist das Überdruckventil 8 als ein Zweiwegeventil ausgebildet und erleichtert ein Auslassen des ersten Hilfsmediums 4b aus dem Reaktor.
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Die Reaktorvorrichtung 1 weist eine Behälteranordnung 10 auf. Die Behälteranordnung 10 ist vorzugsweise unterhalb des Reaktors 2 angeordnet. Die Behälteranordnung 10 umfasst mindestens zwei, in diesem Ausführungsbeispiel drei Behälter. Die drei Behälter weisen je ein Prozessmedium auf, wobei der erste Behälter mit dem Hauptmedium 4a, der zweite Behälter mit dem erste Hilfsmedium 4b und der dritte Behälter mit dem zweite Hilfsmedium 4c gefüllt ist.
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Die Behälter weisen Vorheizelemente 11 auf. Die Vorheizelemente heizen das Hauptmedium 4a, das erste Hilfsmedium 4b und/oder das zweite Hilfsmedium 4c vor, um beispielsweise die Zeit des Erhitzens im Reaktor 2 zu verkürzen und/oder die Energiezufuhr beim Erhitzen im Reaktor 2 zu verringern.
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Die Reaktorvorrichtung 1 weist eine Fördereinrichtung 15 auf. Die Fördereinrichtung 15 weist eine Zuführleitung 16 auf. Das eine Ende der Zuführleitung 16 taucht in einen der Behälter ein, in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel in den mit dem ersten Hilfsmedium 4b gefüllten Behälter. Das andere Ende der Zuführleitung 16 ist mit dem Reaktor 2 verbunden, wobei die Zuführleitung 16 im oberen Bereich des Reaktors 2, oberhalb des Flüssigkeitsspiegels des ersten Hilfsmediums 4b angeordnet ist. Die Zuführleitung 16 fördert beispielsweise das erste Hilfsmedium 4b von der Behälteranordnung 10 in den Reaktor 2.
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Die Zuführleitung 16 weist eine Förderpumpe 17 auf. Die Förderpumpe 17 pumpt das erste Hilfsmedium 4b über die Zuführleitung 16 von dem mit dem ersten Hilfsmedium 4b gefüllten Behälter der Behälteranordnung 10 in den Reaktor 2. Die Förderpumpe 17 ist beispielsweise als eine Kolbenpumpe ausgebildet.
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Die Fördereinrichtung 15 weist ein Auslassventil 18 auf. Das Auslassventil 18 ist an der Spitze des kegelförmigen Abschnitts des Reaktors 2 angeordnet. Das Auslassventil 18 sorgt für das Verschließen des Reaktors 2 und das Auslassen des ersten Hilfsmediums 4b aus dem Reaktor 2. Das Auslassventil 18 ist beispielsweise als ein Sperrventil ausgebildet.
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Die Fördereinrichtung 15 weist eine Auslassleitung 19 auf. Das eine Ende der Auslassleitung 19 ist an dem Auslassventil 18 angeordnet. Das andere Ende der Auslassleitung 19 reicht in den mit dem ersten Hilfsmedium 4b gefüllten Behälter der Behälteranordnung 10. Die Zuführleitung 16 und die Auslassleitung 19 reichen damit in denselben Behälter. Die Auslassleitung 19 ermöglicht das Auslassen des ersten Hilfsmediums 4b aus dem Reaktor 2 und das Rückführen des ersten Hilfsmediums 4b in den mit dem ersten Hilfsmedium 4b gefüllten Behälter der Behälteranordnung 10.
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In 1 ist der erste Hilfsprozess dargestellt. Für die Durchführung des Hauptprozesses oder des zweiten Hilfsprozesses wird der Reaktor 2 zusammen mit der Fördereinrichtung 15 relativ zur Behälteranordnung 10 derart verschoben, dass die Zuführleitung 16 und die Auslassleitung 19 in den mit dem Hauptmedium 4a gefüllten Behälter oder in den mit dem zweiten Hilfsmedium 4c gefüllten Behälter reichen.
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In einer alternativen Ausführungsform kann die Behälteranordnung 10 oberhalb des Reaktors angeordnet sein. In diesem Fall weist die Auslassleitung 19 die Förderpumpe 17 auf.
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In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist die Fördereinrichtung 15 als ein Rohrverteilungssystem mit einem Verteiler ausgebildet, wodurch keine Verschiebung des Reaktors 2 relativ zur Beckenanordnung 10 erforderlich ist. Hierbei reichen in jeden Behälter der Behälteranordnung 10 je eine Zuführleitung 16 und eine Auslassleitung 19. Der Verteiler ist insbesondere als ein Mehrwegeventil ausgebildet und öffnet die Zuführleitung 16 und die Auslassleitung 19 zu dem mit dem benötigten Prozessmedium gefüllten Behälter, während der Verteiler den Zugang zu den anderen Behältern schließt.
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Die 2a, 2b und 2c zeigen die Reaktorvorrichtung 1 bei den in 1 gezeigtem Ausführungsbeispiel möglichen drei Prozessschritten. Die 2a zeigt hierbei den Hauptprozess. Der Reaktor 2 und die Fördereinrichtung 15 sind derart zur Beckenanordnung 10 verschoben, dass die Fördereinrichtung 15 das Hauptmedium 4a in den Reaktor 2 fördern bzw. das Hauptmedium 4a vom Reaktor 2 zurück in den mit dem Hauptmedium 4a gefüllten Behälter der Behälteranordnung 10 zurückführen kann.
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Die 2b zeigt, wie zu 1 beschrieben, den ersten Hilfsprozess. Der Reaktor 2 und die Fördereinrichtung 15 sind derart zur Beckenanordnung 10 verschoben, dass die Fördereinrichtung 15 das erste Hilfsmedium 4b in den Reaktor 2 fördern bzw. das erste Hilfsmedium 4b vom Reaktor 2 zurück in den mit dem ersten Hilfsmedium 4b gefüllten Behälter der Behälteranordnung 10 zurückführen kann.
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Die 2c zeigt den zweiten Hilfsprozess. Der Reaktor 2 und die Fördereinrichtung 15 sind derart zur Beckenanordnung 10 verschoben, dass die Fördereinrichtung 15 das zweite Hilfsmedium 4c in den Reaktor 2 fördern bzw. das zweite Hilfsmedium 4c vom Reaktor 2 zurück in den mit dem zweiten Hilfsmedium 4c gefüllten Behälter der Behälteranordnung 10 zurückführen kann.
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3 zeigt eine schematische Darstellung der Reaktorvorrichtung 1 in der Draufsicht. Die Reaktorvorrichtung 1 weist den Reaktor 2 auf. Der Reaktor 2 ist in der Draufsicht kreisförmig, insbesondere zylinderförmig ausgebildet. Der Reaktor 2 ist insbesondere derart ausgebildet, das ringförmige Werkstück aufzunehmen. Der Reaktor weist eine Aufnahme für das Bauteil 3 auf, in der 3 nicht dargestellt. Der Reaktor 2 weist das Bauteil 3 auf, wobei das Bauteil 3 als das ringförmige Werkstück ausgebildet ist. Das Bauteil 3 ist im Reaktor 2 mittig angeordnet. Der Reaktor 2 weist zwei Heizelemente 5 auf. Die zwei Heizelemente 5 sind kreisförmig ausgebildet. Die zwei Heizelemente 5 und das Bauteil 3 sind konzentrisch zueinander angeordnet, wobei das Bauteil 3 zwischen den zwei Heizelementen 5 angeordnet ist.
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Die Reaktorvorrichtung 1 weist angedeutet die mindestens zwei Behälter 10 auf. Die mindestens zwei Behälter 10 sind in der Draufsicht hinter dem Reaktor angeordnet. Die mindestens zwei Behälter 10 sind rechteckig dargestellt.
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In 4 ist eine Prozesskette einer Brünierung in einem Flussdiagramm dargestellt. Die Prozesskette weist einen Hilfsprozess 100 auf. Der Hilfsprozess 100 ist als ein Reinigen ausgebildet. Das Hilfsmedium des Hilfsprozesses 100 ist als ein Reinigungsmittel ausgebildet und reinigt das Bauteil 3 von Unreinheiten. Alternativ und/oder ergänzend weist das Hilfsmedium des Hilfsprozesses 100 ein Entfettungsmittel auf und reinigt das Bauteil 3 von Fettrückständen. Im Speziellen ist das Hilfsmedium dazu ausgebildet, Unebenheiten und/oder Schrammen auf der Oberfläche des Bauteils 3 durch beispielsweise Ätzung der Oberfläche des Bauteils 3 zu entfernen.
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Für den Hilfsprozess 100 wird der mit dem Bauteil 3 bestückte Reaktor 2 mit dem Hilfsmedium gefüllt. Vorzugsweise wird das Hilfsmedium im bestückten Reaktor 2 mittels der Heizelemente 5 erhitzt. Im Speziellen wird das Hilfsmedium vor dem Befüllen des bestückten Reaktors 2 vorgeheizt. Bevorzugt weist der Reaktor 2 die Rührvorrichtung 6 auf, wobei die Rührvorrichtung 6 das Hilfsmedium umrührt. Der Hilfsprozess 100 weist die Behandlung der Oberfläche des Bauteils 3 auf. Nach Beendigung der Behandlung der Oberfläche des Bauteils 3 wird das Hilfsmedium aus dem Reaktor 2 ausgelassen. Dies erfolgt vorzugsweise durch das Auslassventil 18. Das Auslassen des Hilfsmediums aus dem Reaktor 2 kann insbesondere durch das zusätzliche Öffnen des Überdruckventils 8 unterstützt werden.
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Die Prozesskette weist einen Hilfsprozess 200a auf. Der Hilfsprozess 200a ist als ein erstes Spülen ausgebildet. Das Hilfsmedium des Hilfsprozesses 200a ist als ein erstes Spülmittel ausgebildet. Das erste Spülmittel des Hilfsprozesses 200a spült das Bauteil 3 und entfernt Reste des Hilfsmediums des vorgelagerten Hilfsprozesses 100.
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Analog zu Hilfsprozess 100 wird für den Hilfsprozess 200a der mit dem Bauteil 3 bestückte Reaktor 2 mit dem Hilfsmedium des Hilfsprozesses 200a gefüllt, so wie bereits beschrieben und die bereits beschriebenen Schritte analog durchgeführt.
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Die Prozesskette weist einen Hilfsprozess 300 auf. Der Hilfsprozess 300 ist als ein Aktivieren ausgebildet. Das Hilfsmedium des Hilfsprozesses 300 ist als ein Aktivierungsmedium ausgebildet. Das Aktivierungsmedium des Hilfsprozesses 300 aktiviert das Bauteil 3. Im Speziellen wirkt das Aktivierungsmedium als ein Katalysator für die Brünierung. Alternativ und/oder ergänzend kann das Hilfsmedium des Hilfsprozesses 300 als ein Konditionierungsmedium ausgebildet sein, wodurch die im Hauptprozess gewünschte chemische Reaktion begünstigt wird.
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Analog zu Hilfsprozess 100 wird für den Hilfsprozess 300 der mit dem Bauteil 3 bestückte Reaktor 2 mit dem Hilfsmedium des Hilfsprozesses 300 gefüllt, so wie bereits beschrieben und die bereits beschriebenen Schritte analog durchgeführt.
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Die Prozesskette weist einen Hilfsprozess 200b auf. Der Hilfsprozess 200b ist als ein zweites Spülen ausgebildet. Das Hilfsmedium des Hilfsprozesses 200b ist als ein zweites Spülmittel ausgebildet. Das zweite Spülmittel des Hilfsprozesses 200b spült das Bauteil 3 und entfernt Reste des Hilfsmediums des vorgelagerten Hilfsprozesses 300.
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Analog zu Hilfsprozess 100 wird für den Hilfsprozess 200b der mit dem Bauteil 3 bestückte Reaktor 2 mit dem Hilfsmedium des Hilfsprozesses 200b gefüllt, so wie bereits beschrieben und die bereits beschriebenen Schritte analog durchgeführt.
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Die Prozesskette weist einen Hauptprozess 400 auf. Der Hauptprozess 400 ist als ein Brünieren ausgebildet. Das Hauptmedium des Hauptprozesses 400 ist als ein Brüniermittel ausgebildet. Das Brüniermittel des Hauptprozesses 400 brüniert das Bauteil 3. Als Brüniermittel wird beispielsweise eine saure oder alkalische Lösung verwendet, welche insbesondere das im Bauteil enthaltene Eisen oxidiert.
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Für den Hauptprozess 400 wird der mit dem Bauteil 3 bestückte Reaktor 2 mit dem Hauptmedium gefüllt. Vorzugsweise wird das Hauptmedium im bestückten Reaktor 2 mittels der Heizelemente 5 erhitzt. Im Speziellen wird das Hauptmedium vor dem Befüllen des bestückten Reaktors 2 vorgeheizt. Bevorzugt weist der Reaktor 2 die Rührvorrichtung 6 auf, wobei die Rührvorrichtung 6 das Hauptmedium umrührt. Der Hauptprozess 400 weist eine chemische Änderung an der Oberfläche des Bauteils 3 auf. Nach Beendigung der chemischen Änderung an der Oberfläche des Bauteils 3 wird das Hauptmedium aus dem Reaktor 2 ausgelassen. Dies erfolgt vorzugsweise durch das Auslassventil 18. Das Auslassen des Hauptmediums aus dem Reaktor 2 kann insbesondere durch das zusätzliche Öffnen des Überdruckventils 8 unterstützt werden.
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Die Prozesskette weist einen Hilfsprozess 200c auf. Der Hilfsprozess 200c ist als ein drittes Spülen ausgebildet. Das Hilfsmedium des Hilfsprozesses 200c ist als ein drittes Spülmittel ausgebildet. Das dritte Spülmittel des Hilfsprozesses 200c spült das Bauteil 3 und entfernt Reste des Hauptmediums des vorgelagerten Hauptprozesses 400.
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Analog zu Hilfsprozess 100 wird für den Hilfsprozess 200c der mit dem Bauteil 3 bestückte Reaktor 2 mit dem Hilfsmedium des Hilfsprozesses 200c gefüllt, so wie bereits beschrieben und die bereits beschriebenen Schritte analog durchgeführt.
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Die Prozesskette weist einen Hilfsprozess 500 auf. Der Hilfsprozess 500 ist als eine Entwässerung ausgebildet. Das Hilfsmedium des Hilfsprozesses 500 ist als ein Entwässerungsmedium ausgebildet. Das Entwässerungsmedium des Hilfsprozesses 500 entfernt Wasserreste aus vorangegangenen Prozesses, insbesondere des Hilfsprozesses 200c, dem Spülen, von der Oberfläche des Bauteils 3.
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Analog zu Hilfsprozess 100 wird für den Hilfsprozess 500 der mit dem Bauteil 3 bestückte Reaktor 2 mit dem Hilfsmedium des Hilfsprozesses 500 gefüllt, so wie bereits beschrieben und die bereits beschriebenen Schritte analog durchgeführt.
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Die Prozesskette weist einen Hilfsprozess 600 auf. Der Hilfsprozess 600 ist als ein Ölen ausgebildet. Das Hilfsmedium des Hilfsprozesses 600 ist ein Öl. Das Öl des Hilfsprozesses 600 ölt die Oberfläche des Bauteils 3 und sorgt damit für einen Schutz vor Korrosion des Bauteils 3.
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Analog zu Hilfsprozess 100 wird für den Hilfsprozess 600 der mit dem Bauteil 3 bestückte Reaktor 2 mit dem Hilfsmedium des Hilfsprozesses 600 gefüllt, so wie bereits beschrieben und die bereits beschriebenen Schritte analog durchgeführt.
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Alternativ kann der Hilfsprozess 500 und der Hilfsprozess 600 in einem Hilfsprozess zusammengefasst werden. Hierbei ist das Öl derart ausgebildet, dass es eine entwässernde Wirkung aufweist und damit Wasserreste von der Oberfläche des Bauteils 3 entfernt und die Oberfläche des Bauteils 3 ölt.
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Die Prozesskette weist einen Trockenvorgang 700 auf. Der Trockenvorgang kann vorzugsweise im Reaktor durchgeführt werden. Alternativ wird das Bauteil 3 für den Trockenvorgang aus dem Reaktor entnommen und außerhalb des Reaktors beispielsweise in einer Trockenanlage zum Trocknen gelagert.
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Die Hilfsprozesse 100, 200a, b, 300, 500, 600 und 700 sind optionale Prozesses.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Reaktorvorrichtung
- 2
- Reaktor
- 3
- Bauteil
- 4a
- Hauptmedium
- 4b
- erstes Hilfsmedium
- 4c
- zweites Hilfsmedium
- 5
- Heizelement
- 6
- Rührvorrichtung
- 7
- Filter
- 8
- Überdruckventil
- 10
- Behälteranordnung
- 11
- Vorheizelement
- 15
- Fördereinrichtung
- 16
- Zuführleitung
- 17
- Förderpumpe
- 18
- Auslassventil
- 19
- Auslassleitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006034382 A1 [0003]
