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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Temperaturbehandlungsstufe zum Behandeln eines Fluids und eine Behandlungsanlage zum Behandeln von Bauteilen, insbesondere zur Verwendung in einer Lackieranlage zum Lackieren von Werkstücken, insbesondere Fahrzeugkarosserien sowie ein Verfahren zur Behandlung eines Behandlungsfluids einer Behandlungsanlage.
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Durch den vermehrten Einsatz von schwermetallfreien Chemikalien bei der Vorbehandlung (VBH) und/oder Kathodentauchlackierung (KTL), insbesondere in der Lackierung von Fahrzeugkarossen, kann es in diesen VBH/KTL-Anlagenkomponenten verstärkt zu einem mikrobiologischen Befall kommen, der speziell in der KTL mit Qualitätsproblemen der KTL-Lackierung verbunden ist.
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Stand der Technik in der VBH ist, dass entweder an den letzten Spülbädern Entkeimungsverfahren, wie UV-Bestrahlung, katalytische Verfahren, Elektroimpulsverfahren und Ultraschallbehandlung, auch in Kombination mit UV-Bestrahlung, eingesetzt werden oder dass in bestimmten Abständen eine chemische Entkeimung mit beispielsweise Wasserstoffperoxid, Chlordioxid oder Peressigsäure von Bädern und angeschlossenen Aggregaten erfolgt. Ziel der Entkeimungsverfahren an diesen Stellen ist, ein Verschleppen von Keinem ins KTL-Becken zu verhindern, wo sie einen größeren Schaden mit entsprechend hohen Kosten anrichten können.
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Neben den Spülbädern in der VBH kann es in dem Bad, in dem das Werkstück eine Nanobeschichtung, beispielsweise auf Basis Zirkoniumoxid und Zirkoniumoxid mit organischen Komponenten, wie z.B. Silan, erhält, auch zu einem verstärkten mikrobiologischem Befall kommen.
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Aus Gründen des Gesundheits- und Umweltschutzes, Vermeidung des Einsatzes von Nickel und Phosphat, ersetzten diese Nanobeschichtungssysteme zunehmend die bisherige Phosphatierung, in der es aufgrund der Temperatur und des pH-Wertes bisher keine Verkeimungsprobleme gab. Bisher werden in den Nanobeschichtungsbädern Ultraschall- und Elektroimpulsverfahren eingesetzt. Eine chemische Entkeimung mit den oben beschriebenen Chemikalien ist nicht möglich, da sie mit den Beschichtungschemikalien nicht kompatibel sind. Ein Biozid kann nur dann eingesetzt werden, wenn es mit der Badchemie verträglich ist.
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In der KTL-Anlage ist es zur Entkeimung bzw. Keimreduzierung bisher nur üblich, Biozide zuzudosieren, entweder kontinuierlich oder stoßweise bei Anstieg der Keimzahl. Aufgrund strenger gesetzlicher Auflagen bzgl. des Einsatzes solcher Chemikalien, s.a. die sogenannte REACH-Verordnung (Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals) der Europäischen Union, wird der Einsatz neuer Biozide erschwert mit der Gefahr, dass sich die Mikroorganismen an die Biozide anpassen und die Biozide somit unwirksam werden, was zu einem Umkippen des KTL-Bades, mit beispielsweise einem Volumen zwischen 100 und 500 m3, führen kann, das entsprechend aufwändig entsorgt werden muss.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Temperaturbehandlungsstufe einer Behandlungsanlage, welche eine einfache und kostengünstige Behandlung eines Fluids in der Behandlungsanlage erlaubt.
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Eine weitere Aufgabe ist die Bereitstellung einer Behandlungsanlage mit einer solchen Temperaturbehandlungsstufe.
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Eine weitere Aufgabe ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Behandlung eines Behandlungsfluids einer solchen Behandlungsanlage.
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Die Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
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Es wird nach einem Aspekt der Erfindung eine Temperaturbehandlungsstufe zum Behandeln eines Fluids, insbesondere zum thermischen Behandeln eines Behandlungsfluids einer Behandlungseinrichtung zum Behandeln von Bauteilen vorgeschlagen, umfassend eine Kühlstufe und eine fluidisch damit gekoppelte Heizstufe. Dabei ist eine Koppeleinrichtung an die Behandlungseinrichtung und/oder an wenigstens einen Speicherbehälter vorgesehen. Das Fluid ist über einen Vorlauf der Heizstufe zuführbar. Dabei ist das erhitzte Fluid über einen Rücklauf der Kühlstufe zuführbar.
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Die vorgeschlagene Temperaturbehandlungsstufe bietet eine vorteilhafte Lösung zur biozidfreien Entkeimung bzw. Keimreduzierung von Behandlungseinrichtungen, beispielsweise von Sprühanlagen oder Tauchbädern, insbesondere von Nanobeschichtungsbädern in einer VBH-Anlage und/oder einer KTL-Anlage. Weitere vorteilhafte Anwendungen sind möglich im Bereich der allgemeinen Vorbehandlung von metallischen Teilen wie Schrauben, Blechen, Formteilen, Bauteilen, etc., sowie im Bereich der Galvanik, der Pulverbeschichtung, der Eloxieranlagen, der Aluminium-, Kunststoff- und Automobillackieranlagen, wo Metall- und Kunststoffteile vorbehandelt und im Anschluss beschichtet werden. Das Behandlungsfluid kann in einem Tauchbad eingesetzt sein oder in einer Sprühanlage aufgesprüht werden.
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Weitere vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten finden sich im Bereich der Tauchlackierung und dem angeschlossenen Anolytsystem.
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Die Temperaturbehandlungsstufe ermöglicht es, ein Verfahren einzusetzen, das bevorzugt in der Lebensmitteltechnologie zum Entkeimen von Flüssigkeiten, Milch, Säften und Bier, vor dem Abfüllen verwendet wird, nämlich die Pasteurisierung oder Kurzzeiterhitzung (KZE). Dort ist das Ziel, die Flüssigkeiten so zu behandeln, dass sie möglichst keimfrei werden. Ein Maß für die Pasteurisierung sind dabei die Pasteureinheiten (PE), die für jedes Medium, hier das Behandlungsfluid, bestimmt werden müssen.
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Der Vorlauf des Fluids, insbesondere Behandlungsfluids, wird über eine Heizstufe mit einem Heizmedium, beispielsweise Heißwasser oder Dampf, auf die Pasteurisiertemperatur aufgeheizt. Eine Vorerwärmung kann dabei über den Rücklauf in einem optionalen Rekuperationswärmetauscher erfolgen.
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Nach dem Wärmetauscher der Heizstufe kann optional eine Rohrschlange folgen, in der das Medium über eine definierte Zeit auf Temperatur gehalten wird. Nach der Rohrschlange kann das Behandlungsfluid zum Abkühlen durch den optionalen Rekuperationswärmetauscherfließen und gleichzeitig den Vorlauf aufheizen, bevor es in der Kühlstufe mit Hilfe eines Kühlmediums, beispielsweise Kaltwasser, auf wieder die Ausgangstemperatur zurückgekühlt wird.
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Die Kopplungseinrichtung zum Koppeln der Temperaturbehandlungsstufe an die Behandlungseinrichtung und/oder einen Speicherbehälter kann beispielsweise ein geeigneter Anschluss, ein Ventil, eine Rohrleitung oder dergleichen sein.
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Die Pasteureinheiten PE, ein Maß für die Keimabtötung, lassen sich z.B. für Bier wie folgt berechnen:
wobei t_ver die Verweilzeit in Minuten und T die Temperatur in °C darstellt.
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Für Fruchtsäfte gilt folgende Definition:
T und t_ver sind somit produktspezifische Parameter.
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Eine Temperatur von 60°C bzw. 80°C und eine Verweilzeit von einer Minute entspricht 1 PE und bedeutet eine Keimreduzierung um 2 Zehnerpotenzen.
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Die Gleichung für PE lässt sich über eine Keimzahlbestimmung bei konstanter Temperatur über der Zeit bei zwei verschiedenen Temperaturen bestimmen.
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Während in der Lebensmittelindustrie das Produktmedium von der Produktherstellung zur Produktabfüllung nur in einer Richtung fließt und eine vollständige Entkeimung erreicht werden soll, dient in der Behandlungsanlage die Kurzzeiterhitzung als Keimsenke für die angeschlossenen Behandlungseinrichtungen, um hier die Keimzahl auf ein möglichst geringes Niveau zu drücken. In einer beispielhaften VBH-/KTL-Anlage zirkuliert das Behandlungsfluid üblicherweise in einem geschlossenen Kreislauf.
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Das Verfahren arbeitet vollständig chemikalienfrei. Die Pasteurisiertemperatur und/oder Verweilzeit hängt von dem behandelten Medium ab und kann leicht in Vorversuchen erprobt werden.
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Versuche mit einem Nanobeschichtungsbad und einem KTL-Bad haben gezeigt, dass bereits bei Erreichen von 60°C eine deutliche Keimreduzierung erkennbar ist.
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Bis auf eine Pumpe kann die Temperaturbehandlungsstufe ohne bewegte Teile arbeiten und ist somit besonders wartungsarm.
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Einen Vorteil der vorgeschlagenen Temperaturbehandlungsstufe ist eine signifikante Reduzierung von Keimen in einer Behandlungsanlage, z.B. einer VBH- und/oder einer KTL-Anlage. Dabei kann die Temperaturbehandlungsstufe als Keimsenke günstigerweise in eine Behandlungsanlage integriert werden. Die Kurzzeiterhitzung kann voll automatisiert erfolgen und ein reproduzierbares Desinfektionsergebnis liefern.
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Die Temperaturbehandlungsstufe kann durch den Einsatz von Wärmetauschern energiearm arbeiten. Es ergibt sich so ein einfacher Anlagenaufbau. Die Kurzzeiterhitzung kann günstigerweise produktschonend erfolgen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Temperaturbehandlungsstufe kann zwischen der Kühlstufe und der Heizstufe ein Rekuperationswärmetauscher fluidisch angekoppelt sein, wobei im Rekuperationswärmetauscher das Fluid im Vorlauf von dem Fluid im Rücklauf erwärmbar ist. Einen Vorteil der Kurzzeiterhitzung stellt das Konzept der optionalen Wärmerückgewinnung dar. Je nach Größe des Rekuperationswärmetauschers muss das Fluid in der Heizstufe und in der Kühlstufe nur noch um 0,5 - 1,5 °K erwärmt bzw. abgekühlt werden, was eine energiesparende Betriebsweise erlaubt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Temperaturbehandlungsstufe kann an die Heizstufe ein Temperaturhalteabschnitt anschließen, dessen Volumen und/oder Länge und/oder Durchfluss so dimensioniert ist, dass das erwärmte Fluid eine vorgegebene Verweildauer im Temperaturhalteabschnitt aufweist. Die Temperatur des Fluids zusammen mit der Verweildauer in diesem Temperaturbereich definieren die Pasteureinheit PE, welche spezifisch für das Fluid eine Größe der Keimreduzierung festlegen. Über den Temperaturhalteabschnitt mit festem Volumen und/oder Länge und/oder Durchfluss kann die vorgegebene Verweildauer günstig so eingestellt werden, dass die gewünschte Keimreduzierung sicher erreicht wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Temperaturbehandlungsstufe kann der Temperaturhalteabschnitt eine Rohrleitung aufweisen. Um eine günstige Platzausnutzung zu erreichen, kann der Temperaturhalteabschnitt in Form einer Rohrleitung, insbesondere einer gewendelten Rohrleitung in Form von einer oder mehreren Rohrschlangen ausgeführt sein. Eine geeignete Isolierung des Temperaturhalteabschnitts kann dabei zweckmäßigerweise vorgesehen werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Temperaturbehandlungsstufe kann eine Regel- und/oder Steuereinrichtung vorgesehen sein, so dass Temperatur und/oder Durchfluss eines Kühlmediums in der Kühlstufe abhängig von einer Ausgangstemperatur des Fluids aus der Kühlstufe einstellbar ist. Die Ausgangstemperatur des Fluids aus der Kühlstufe kann so für die spezifische Anwendung möglichst energieoptimal erreicht werden, um den anschließenden Prozess mit dem Fluid mit der gewünschten Qualität durchführen zu können.
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Vorteilhaft kann eine Regel- und/oder Steuereinrichtung vorgesehen sein, so dass Temperatur und/oder Durchfluss eines Heizmediums in der Heizstufe abhängig von einer Ausgangstemperatur des Fluids aus der Heizstufe einstellbar ist. Die Ausgangstemperatur des Fluids aus der Heizstufe kann so für die spezifische Anwendung möglichst energieoptimal erreicht werden, um die gewünschte Keimzahlreduzierung in dem Fluid bei einer vorgegebenen Verweildauer in diesem Temperaturbereich zu erreichen.
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Vorteilhaft kann weiter eine Regel- und/oder Steuereinrichtung vorgesehen sein, so dass Temperatur und/oder Durchfluss des Fluids im Vorlauf abhängig von einer Vorlauftemperatur und/oder im Rücklauf abhängig von einer Rücklauftemperatur einstellbar ist. Mit Hilfe der Regel- und/oder Steuereinrichtung kann bei günstigem Energieeinsatz die Temperatur und/oder der Durchfluss des Fluids so gewählt werden, dass die gewünschte Keimzahlreduzierung in dem Fluid bei einer vorgegebenen Verweildauer in diesem Temperaturbereich erreicht wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Temperaturbehandlungsstufe kann ein Speicherbehälter vorgesehen sein, um thermisch behandeltes Fluid aufzunehmen. Auf diese Weise ist eine günstige Prozessdurchführung mit Hilfe des Fluids bei günstigem Energieeinsatz für die gewünschte Keimzahlreduzierung in dem Fluid bei einer vorgegebenen Verweildauer in einem vorgegebenen Temperaturbereich zu erzielen.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Behandlungsanlage vorgeschlagen, in der ein zu behandelndes Bauteil in einer Behandlungseinrichtung mit einem Behandlungsfluid behandelbar ist, insbesondere Vorbehandlungsanlage oder Tauchlackieranlage, wobei eine Temperaturbehandlungsstufe vorgesehen ist, in der das Behandlungsfluid behandelbar ist. Die Temperaturbehandlungsstufe umfasst eine Kühlstufe und eine fluidisch damit gekoppelte Heizstufe.
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Dabei weist die Temperaturbehandlungsstufe eine Kopplungseinrichtung auf, mit der die Temperaturbehandlungsstufe an die Behandlungseinrichtung und/oder wenigstens einen Speicherbehälter, der wenigstens zeitweise Behandlungsfluid enthält, ankoppelbar ist, wobei wenigstens die Heizstufe wenigstens zeitweise mit der Behandlungseinrichtung gekoppelt ist und das Behandlungsfluid aus der Behandlungseinrichtung über einen Vorlauf direkt oder mittelbar der Heizstufe zuführbar ist und das erhitzte Behandlungsfluid über einen Rücklauf der Kühlstufe zuführbar ist.
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Die vorgeschlagene Behandlungsanlage mit einer Temperaturbehandlungsstufe bietet eine vorteilhafte Lösung zur biozidfreien Entkeimung bzw. Keimreduzierung der Nanobeschichtungsbäder in einer VBH-Anlage und einer KTL-Anlage.
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Der Vorlauf des Behandlungsfluids wird über eine Heizstufe mit einem Heizmedium, beispielsweise Heisswasser oder Dampf, auf die Pasteurisiertemperatur aufgeheizt. Eine Vorerwärmung kann dabei über den Rücklauf in einem optionalen Rekuperationswärmetauscher erfolgen.
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Einen Vorteil der vorgeschlagenen Behandlungsanlage mit einer Temperaturbehandlungsstufe stellt eine signifikante Reduzierung von Keimen in einer VBH- und/oder einer KTL-Anlage dar. Dabei kann die Temperaturbehandlungsstufe als Keimsenke günstigerweise in die Behandlungsanlage integriert werden. Die Kurzzeiterhitzung kann voll automatisiert erfolgen und ein reproduzierbares Desinfektionsergebnis liefern.
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Die Behandlungsanlage mit einer kann durch den Einsatz von Wärmetauschern energiearm arbeiten. Es ergibt sich so ein einfacher Anlagenaufbau. Die Kurzzeiterhitzung kann günstigerweise produktschonend erfolgen.
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Vorteilhafte Anwendungen sind möglich im Bereich der allgemeinen Vorbehandlung von metallischen Teilen wie Schrauben, Blechen, Formteilen, Bauteilen, etc., sowie im Bereich der Galvanik, der Pulverbeschichtung, der Eloxieranlagen, der Aluminium-, Kunststoff- und Automobillackieranlagen, wo Metall- und Kunststoffteile vorbehandelt und im Anschluss beschichtet werden. Das Behandlungsfluid kann in einem Tauchbad eingesetzt sein oder in einer Sprühanlage aufgesprüht werden.
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Weitere vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten finden sich im Bereich der Tauchlackierung und dem angeschlossenen Anolytsystem.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Behandlungsanlage kann zwischen der Kühlstufe und der Heizstufe ein Rekuperationswärmetauscher fluidisch angekoppelt sein, wobei im Rekuperationswärmetauscher das Behandlungsfluid im Vorlauf von dem Behandlungsfluid im Rücklauf erwärmbar ist. Einen Vorteil der Kurzzeiterhitzung für KTL- und Nanobeschichtungsbäder stellt das Konzept der optionalen Wärmerückgewinnung dar. Je nach Größe des Rekuperationswärmetauschers muss das Behandlungsfluid in der Heizstufe und in der Kühlstufe nur noch um 0,5 - 1,5 °K erwärmt bzw. abgekühlt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Behandlungsanlage kann ein geschlossener Kreislauf ausgebildet sein, in welchem das Behandlungsfluid von der Behandlungsanlage zur Temperaturbehandlungsstufe und zurück zur Behandlungsanlage geführt ist. Während in der Lebensmittelindustrie das Produktmedium von der Produktherstellung zur Produktabfüllung nur in einer Richtung fließt und eine vollständige Entkeimung erreicht werden soll, dient in der VBH/KTL die Kurzzeiterhitzung als Keimsenke für die angeschlossenen Bäder, um hier die Keimzahl auf ein möglichst geringes Niveau zu drücken. In einer VBH-/KTL-Anlage zirkuliert das Behandlungsfluid üblicherweise in einem geschlossenen Kreislauf.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Behandlungsanlage kann das Behandlungsfluid von der Behandlungseinrichtung zur Temperaturbehandlungsstufe und anschließend in einen Speicherbehälter geführt sein, und/oder es kann das Behandlungsfluid von der Behandlungseinrichtung in einen Speicherbehälter und anschließend zur Temperaturbehandlungsstufe geführt. Auf diese Weise ist eine günstige Prozessdurchführung mit Hilfe des Behandlungsfluids bei günstigem Energieeinsatz für die gewünschte Keimzahlreduzierung in dem Behandlungsfluid bei einer vorgegebenen Verweildauer in einem vorgegebenen Temperaturbereich zu erzielen. Der Speicherbehälter kann zur Vergleichmäßigung des Fluidflusses des Behandlungsfluids dienen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Behandlungsanlage mehrere Behandlungseinrichtungen umfassen, wobei eine Umschaltvorrichtung vorgesehen ist, um die Temperaturbehandlungsstufe zwischen unterschiedlichen Behandlungseinrichtungen umzuschalten. Auf diese Weise kann eine Temperaturbehandlungsstufe zur Kurzzeiterhitzung des Behandlungsfluids für mehrere Behandlungseinrichtungen genutzt werden. Dabei kann beispielsweise das Behandlungsfluid für eine Behandlungseinrichtung in einem Speicherbehälter zwischengespeichert werden, während die Temperaturbehandlungsstufe das Behandlungsfluid einer anderen Behandlungseinrichtung erwärmt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Behandlungsanlage kann die Behandlungseinrichtung als Tauchbecken, insbesondere als Vorbehandlungsbecken oder als Tauchlackbecken, ausgebildet sein. So kann die Behandlungsanlage für vorteilhafte Anwendungen im Bereich der allgemeinen Vorbehandlung von metallischen Teilen wie Schrauben, Blechen, Formteilen, Bauteilen, etc., sowie im Bereich der Galvanik, der Pulverbeschichtung, der Eloxieranlagen, der Aluminium-, Kunststoff- und Automobillackieranlagen eingesetzt werden, wo Metall- und Kunststoffteile vorbehandelt und im Anschluss beschichtet werden. Weitere vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten finden sich im Bereich der Tauchlackierung und dem angeschlossenen Anolytsystem.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur thermischen Behandlung eines Behandlungsfluids einer Behandlungsanlage mit einer Temperaturbehandlungsstufe vorgeschlagen. Erfindungsgemäß wird das Behandlungsfluid in einer Heizstufe erhitzt und in einer Kühlstufe abgekühlt.
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Die Temperaturbehandlungsstufe ermöglicht es, ein Verfahren einzusetzen, das bevorzugt in der Lebensmitteltechnologie zum Entkeimen von Flüssigkeiten, Milch, Säften und Bier, vor dem Abfüllen verwendet wird, nämlich die Pasteurisierung oder Kurzzeiterhitzung (KZE). Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht so vorteilhaft eine biozidfreie Entkeimung bzw. Keimreduzierung der Nanobeschichtungsbäder in einer VBH-Anlage und einer KTL-Anlage.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann das Behandlungsfluid stromab der Heizstufe in einem Temperaturhalteabschnitt für eine definierte Verweilzeit auf einer Solltemperatur gehalten werden. Ein Maß für die Pasteurisierung sind die Pasteureinheiten (PE), die für jedes Behandlungsfluid bestimmt werden müssen. Die gewünschten Pasteureinheiten können über die Verweilzeit und die Solltemperatur gewählt werden. Damit lässt sich beispielsweise vorteilhaft eine vorgegebene Keimreduzierung des Behandlungsfluids erreichen. Der Zusammenhang zwischen Verweilzeit und Solltemperatur muss dabei für jedes Behandlungsfluid experimentell bestimmt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann das Behandlungsfluid stromauf der Heizstufe in einem Rekuperationswärmetauscher durch erhitztes Behandlungsfluid vorgewärmt werden. Je nach Größe des Rekuperationswärmetauschers muss das Behandlungsfluid in der Heizstufe und in der Kühlstufe nur noch um 0,5 - 1,5 °K erwärmt bzw. abgekühlt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann Temperatur und/oder Durchfluss eines Kühlmediums in der Kühlstufe abhängig von einer Ausgangstemperatur des Behandlungsfluids aus der Kühlstufe eingestellt werden. Die Ausgangstemperatur des Behandlungsfluids aus der Kühlstufe kann so für die spezifische Anwendung möglichst energieoptimal erreicht werden, um den anschließenden Prozess mit dem Behandlungsfluid mit der gewünschten Qualität durchführen zu können.
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Vorteilhaft kann Temperatur und/oder Durchfluss eines Heizmediums in der Heizstufe abhängig von einer Ausgangstemperatur des Behandlungsfluids aus der Heizstufe eingestellt werden. Die Ausgangstemperatur des Behandlungsfluids aus der Heizstufe kann so für die spezifische Anwendung möglichst energieoptimal erreicht werden, um die gewünschte Keimzahlreduzierung in dem Behandlungsfluid bei einer vorgegebenen Verweildauer in diesem Temperaturbereich zu erreichen.
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Vorteilhaft kann weiter Temperatur und/oder Durchfluss des Behandlungsfluids im Vorlauf abhängig von einer Vorlauftemperatur und/oder im Rücklauf abhängig von einer Rücklauftemperatur eingestellt werden. Mit Hilfe einer Regel- und/oder Steuereinrichtung kann bei günstigem Energieeinsatz die Temperatur und/oder der Durchfluss des Behandlungsfluids so gewählt werden, dass die gewünschte Keimzahlreduzierung in dem Behandlungsfluid bei einer vorgegebenen Verweildauer in diesem Temperaturbereich erreicht wird.
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Zeichnung
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen beispielhaft:
- 1 eine schematische Darstellung einer Temperaturbehandlungsstufe nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, in der ein Behandlungsfluid einer Behandlungseinrichtung zum Behandeln von Bauteilen thermisch behandelbar ist;
- 2 eine schematische Darstellung einer Behandlungsanlage nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, in der ein zu behandelndes Bauteil in einer Behandlungseinrichtung mit einem Behandlungsfluid behandelbar ist und welche eine Temperaturbehandlungsstufe nach 1 umfasst;
- 3 eine schematische Darstellung einer Behandlungsanlage nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Speicherbehälter vor der Behandlungseinrichtung; und
- 4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zur thermischen Behandlung eines Behandlungsfluids einer Behandlungsanlage mit einer Temperaturbehandlungsstufe.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den Figuren sind gleichartige oder gleichwirkende Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
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Im Folgenden verwendete Richtungsterminologie mit Begriffen wie „links“, „rechts“, „oben“, „unten“, „davor“ „dahinter“, „danach“ und dergleichen dient lediglich dem besseren Verständnis der Figuren und soll in keinem Fall eine Beschränkung der Allgemeinheit darstellen. Die dargestellten Komponenten und Elemente, deren Auslegung und Verwendung können im Sinne der Überlegungen eines Fachmanns variieren und an die jeweiligen Anwendungen angepasst werden.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Temperaturbehandlungsstufe 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, in der ein Fluid, beispielsweise ein Behandlungsfluid 512 einer nicht dargestellten, Behandlungseinrichtung 510 zum Behandeln von Bauteilen 10 thermisch behandelbar ist.
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Die dargestellte Temperaturbehandlungsstufe 100 ermöglicht beispielsweise vorteilhaft eine biozidfreie Entkeimung bzw. Keimreduzierung von Nanobeschichtungsbädern in einer VBH-Anlage und/oder einer KTL-Anlage.
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Das Behandlungsfluid 512 kann in der dargestellten Temperaturbehandlungsstufe 100 stromab einer Heizstufe 300 in einem Temperaturhalteabschnitt 310 für eine definierte Zeit t_ver auf einer Solltemperatur T_soll gehalten werden. Ein Maß für die Pasteurisierung sind die Pasteureinheiten (PE), die für jedes Behandlungsfluid 512 bestimmt werden müssen. Die gewünschten Pasteureinheiten können über die Verweilzeit t_ver und die Solltemperatur T_soll gewählt werden. Damit lässt sich vorteilhaft eine vorgegebene Keimreduzierung des Behandlungsfluids 512 erreichen. Der Zusammenhang zwischen Verweilzeit t_ver und Solltemperatur T_soll kann dabei für jedes Behandlungsfluid 512 experimentell bestimmt werden.
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Die Temperaturbehandlungsstufe 100 umfasst eine Kühlstufe 200 und die fluidisch damit gekoppelte Heizstufe 300. Zwischen der Kühlstufe 200 und der Heizstufe 300 ist ein Rekuperationswärmetauscher 400 fluidisch angekoppelt.
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Das Behandlungsfluid 512 wird über einen Vorlauf 110 mittels einer Pumpe 118 der Heizstufe 300 zugeführt, wobei es zunächst über einen Leitungsabschnitt 112 in den Rekuperationswärmetauscher 400 geleitet wird. Im Rekuperationswärmetauscher 400 wird das Behandlungsfluid 512 im Vorlauf 110 von dem Behandlungsfluid 512 im Rücklauf 120 erwärmt.
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Die Temperaturbehandlungsstufe 100 weist eine Koppeleinrichtung 150 auf, beispielsweise ein Ventil, eine Rohrleitung oder dergleichen, über welche der Vorlauf 110 an eine nicht dargestellte Behandlungseinrichtung, in der das Behandlungsfluid 512 verwendet wird oder einen nicht dargestellten Speicherbehälter, in dem das Behandlungsfluid 512 zwischengespeichert ist, ankoppelbar ist.
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Das Behandlungsfluid 512 gelangt über den Leitungsabschnitt 114 vom Rekuperationswärmetauscher 400 in die Heizstufe 300. In der Heizstufe 300 wird das Behandlungsfluid 512 aufgeheizt. Die Heizleistung wird der Heizstufe 300 über ein Heizmedium 304, beispielsweise Heisswasser oder Dampf, zugeführt, welches über eine Leitung 302 in die Heizstufe 300 geleitet wird. Das Heizmedium 304 wird aus der Heizstufe 300 über die Leitung 302 wieder abgeleitet.
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An die Heizstufe 300 schließt der Temperaturhalteabschnitt 310 an, dessen Volumen und/oder Länge und/oder Durchfluss so dimensioniert ist, dass das erwärmte Behandlungsfluid 512 eine vorgegebene Verweildauer t_ver im Temperaturhalteabschnitt 310 aufweist. Das Behandlungsfluid 512 gelangt über den Leitungsabschnitt 116 in den Temperaturhalteabschnitt 310, der in Form einer Rohrleitung 128 ausgebildet ist.
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Im Rücklauf 120 wird das erhitzte Behandlungsfluid 512 über den Leitungsabschnitt 122 in den Rekuperationswärmetauscher 400 gespeist, wo es zur Vorerwärmung des Behandlungsfluids 512 im Vorlauf 110 dient. Vom Rekuperationswärmetauscher 400 wird das Behandlungsfluid 512 über den Leitungsabschnitt 124 der Kühlstufe 200 zugeführt.
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Die Temperaturbehandlungsstufe 100 weist eine Koppeleinrichtung 160 auf, beispielsweise ein Ventil, eine Rohrleitung oder dergleichen, über welche der Rücklauf 120 an eine nicht dargestellte Behandlungseinrichtung, in der das Behandlungsfluid 512 verwendet wird oder einen nicht dargestellten Speicherbehälter, in dem das Behandlungsfluid 512 zwischengespeichert ist, ankoppelbar ist.
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Kühlleistung wird der Kühlstufe 200 über ein Kühlmedium 204, beispielsweise Kaltwasser, zugeführt, welches über die Leitung 202 in die Kühlstufe 200 strömt und auch nach Durchströmung wieder abgeführt wird. Das abgekühlte Behandlungsfluid 512 wird über den Leitungsabschnitt 126 aus der Kühlstufe 126 abgeleitet.
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Zur Steuerung der Temperaturbehandlungsstufe 100 kann vorteilhaft eine (nicht dargestellte) Regel- und/oder Steuereinrichtung vorgesehen sein, mit welcher die Temperatur und/oder der Durchfluss des Kühlmediums 204 in der Kühlstufe 200 abhängig von der Ausgangstemperatur des Behandlungsfluids 512 aus der Kühlstufe 200 einstellbar ist. Weiter kann eine (nicht dargestellte) Regel- und/oder Steuereinrichtung vorgesehen sein, mit welcher die Temperatur und/oder der Durchfluss des Heizmediums 304 in der Heizstufe 300 abhängig von einer Ausgangstemperatur des Behandlungsfluids 512 aus der Heizstufe 300 einstellbar ist. Weiter kann eine (nicht dargestellte) Regel- und/oder Steuereinrichtung vorgesehen sein, mit welcher die Temperatur und/oder der Durchfluss des Behandlungsfluids 512 im Vorlauf 110 abhängig von einer Vorlauftemperatur und/oder im Rücklauf 120 abhängig von einer Rücklauftemperatur einstellbar ist.
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In 2 ist eine schematische Darstellung einer Behandlungsanlage 500 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, in der ein zu behandelndes Bauteil 10 in einer Behandlungseinrichtung 510 mit einem Behandlungsfluid 512 behandelbar ist. Die Behandlungsanlage 500 umfasst eine Temperaturbehandlungsstufe nach 1, wobei das Behandlungsfluid 512 aus der Behandlungseinrichtung 510 in die Temperaturbehandlungsstufe 100 geführt wird und aus der Temperaturbehandlungsstufe 100 wieder in die Behandlungsstufe 510 rückgeführt wird. Die dargestellte Temperaturbehandlungsstufe 100 ermöglicht beispielsweise vorteilhaft eine biozidfreie Entkeimung bzw. Keimreduzierung von Nanobeschichtungsbädern in einer VBH-Anlage und/oder einer KTL-Anlage.
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Die Behandlungsanlage 500 kann insbesondere eine Vorbehandlungsanlage oder Tauchlackieranlage für das Bauteil sein. Vorteilhafte Anwendungen sind möglich im Bereich der allgemeinen Vorbehandlung von metallischen Teilen wie Schrauben, Blechen, Formteilen, Bauteilen, etc., sowie im Bereich der Galvanik, der Pulverbeschichtung, der Eloxieranlagen, der Aluminium-, Kunststoff- und Automobillackieranlagen, wo Metall- und Kunststoffteile vorbehandelt und im Anschluss beschichtet werden. Weitere vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten finden sich im Bereich der Tauchlackierung, beispielsweise von Fahrzeugkarossen, und dem angeschlossenen Anolytsystem.
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In der Behandlungsanlage 500 ist die Temperaturbehandlungsstufe 100 vorgesehen, in der das Behandlungsfluid 512 behandelbar ist. Die Temperaturbehandlungsstufe 100 umfasst eine Kühlstufe 200 und eine fluidisch damit gekoppelte Heizstufe 300. Die Heizstufe 300 ist wenigstens zeitweise mit der Behandlungseinrichtung 510 gekoppelt. Das Behandlungsfluid 512 aus der Behandlungseinrichtung 510 ist über einen Vorlauf 110 der Heizstufe 300 zuführbar und das erhitzte Behandlungsfluid 512 über einen Rücklauf 120 der Kühlstufe 200 zuführbar ist.
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Zwischen der Kühlstufe 200 und der Heizstufe 300 ist ein Rekuperationswärmetauscher 400 fluidisch angekoppelt, wobei im Rekuperationswärmetauscher 400 das Behandlungsfluid 512 im Vorlauf 110 von dem Behandlungsfluid 512 im Rücklauf 120 erwärmbar ist.
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In der Behandlungsanlage 500 ist ein geschlossener Kreislauf ausgebildet, in welchem das Behandlungsfluid 512 von der Behandlungseinrichtung 510 zur Temperaturbehandlungsstufe 100 und zurück zur Behandlungseinrichtung 510 geführt ist. Die Behandlungseinrichtung 510 ist als Tauchbecken, insbesondere als Vorbehandlungsbecken oder als Tauchlackbecken, ausgebildet, in welcher das Bauteil 10 behandelt werden kann.
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Die Temperaturbehandlungsstufe 100 weist eine Koppeleinrichtung 150 auf, beispielsweise ein Ventil, eine Rohrleitung oder dergleichen, über welche der Vorlauf 110 an die Behandlungseinrichtung 510, in der das Behandlungsfluid 512 verwendet wird, angekoppelt ist.
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Die Temperaturbehandlungsstufe 100 weist eine Koppeleinrichtung 160 auf, beispielsweise ein Ventil, eine Rohrleitung oder dergleichen, über welche der Rücklauf 120 an die Behandlungseinrichtung 510, in der das Behandlungsfluid 512 verwendet wird, angekoppelt ist.
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Eine weitere, nicht dargestellte Möglichkeit ist, dass in der Behandlungsanlage 500 mehrere Behandlungseinrichtungen 510 vorgesehen sind, wobei eine Umschaltvorrichtung vorgesehen ist, um die Temperaturbehandlungsstufe 100 zwischen unterschiedlichen Behandlungseinrichtungen 510 umzuschalten. So kann das Behandlungsfluid 512 mehrerer Behandlungseinrichtungen 510 mit derselben Temperaturbehandlungsstufe 100 zumindest zeitweise aufgeheizt werden.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer Behandlungsanlage 500 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Speicherbehälter 520 vor der Behandlungseinrichtung 510. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Speicherbehälter 520 in dem Kreislauf des Behandlungsfluids 512 vorgesehen, um thermisch behandeltes Behandlungsfluid 512 aufzunehmen. Das Behandlungsfluid 512 wird dabei von der Behandlungseinrichtung 510 zur Temperaturbehandlungsstufe 100 und anschließend in den Speicherbehälter 520 geführt, wo es temporär gespeichert werden kann und dann bei Bedarf der Behandlungseinrichtung 510 zugeführt werden kann.
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Die Temperaturbehandlungsstufe 100 weist eine Koppeleinrichtung 150 auf, beispielsweise ein Ventil, eine Rohrleitung oder dergleichen, über welche der Vorlauf 110 an die Behandlungseinrichtung 510, in der das Behandlungsfluid 512 verwendet wird, angekoppelt ist.
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Die Temperaturbehandlungsstufe 100 weist eine Koppeleinrichtung 160 auf, beispielsweise ein Ventil, eine Rohrleitung oder dergleichen, über welche der Rücklauf 120 an den Speicherbehälter 520, in dem das Behandlungsfluid 512 zwischengespeichert ist, angekoppelt ist.
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In 4 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zur thermischen Behandlung eines Behandlungsfluids einer Behandlungsanlage mit einer Temperaturbehandlungsstufe dargestellt.
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Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Behandlungsfluid der Behandlungsanlage in einer Heizstufe erhitzt wird und in einer Kühlstufe abgekühlt wird. Das Verfahren ermöglicht so beispielsweise eine biozidfreie Entkeimung bzw. Keimreduzierung von Nanobeschichtungsbädern in einer VBH-Anlage und/oder einer KTL-Anlage.
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In einem Schritt S100 wird Behandlungsfluid, das beispielsweise bereits in einer Behandlungseinrichtung verwendet wurde, stromauf der Heizstufe in einem Rekuperationswärmetauscher durch bereits erhitztes Behandlungsfluid vorgewärmt. Sodann wird das Behandlungsfluid im Schritt S102 der Heizstufe zugeführt und dort auf eine Solltemperatur T_soll aufgeheizt. Das Behandlungsfluid 512 wird sodann im Schritt S104 stromab der Heizstufe 300 in einem Temperaturhalteabschnitt 310 für eine definierte Zeit t_ver auf einer Solltemperatur T_soll gehalten, um den gewünschten Keimreduzierungsprozess zu bewirken.
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Danach durchläuft das aufgeheizte Behandlungsfluid im Schritt S106 wieder den Rekuperationswärmetauscher und erwärmt neues Behandlungsfluid vor. Dabei wird das aufgeheizte Behandlungsfluid selbst wieder etwas abgekühlt. Anschließend, im Schritt S108, wird das Behandlungsfluid in der Kühlstufe auf die gewünschte Prozesstemperatur abgekühlt und kann der Behandlungseinrichtung oder einem Speicherbehälter wieder zugeführt werden.
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Bei dem vorgeschlagenen Verfahren kann Temperatur und/oder Durchfluss des Kühlmediums in der Kühlstufe abhängig von einer Ausgangstemperatur des Behandlungsfluids aus der Kühlstufe eingestellt werden. Weiter kann Temperatur und/oder Durchfluss des Heizmediums 304 in der Heizstufe 300 abhängig von einer Ausgangstemperatur des Behandlungsfluids 512 aus der Heizstufe 300 eingestellt werden. Vorteilhaft kann Temperatur und/oder Durchfluss des Behandlungsfluids 512 im Vorlauf 110 abhängig von einer Vorlauftemperatur und/oder im Rücklauf 120 abhängig von einer Rücklauftemperatur eingestellt werden.