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Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln mit Flüssigkeiten, insbesondere
zum Ätzen der äußeren Oberfläche von Metallkörpern Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Behandeln mit Flüssigkeiten, insbesondere
zum Ätzen der äußeren Oberfläche von Metallkörpern, wie z.B.
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Stäben, Stangen, Rohren und Hohlzylindern aus beispielsweise Zirkonium
oder Zirkonium-Legierungen, und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum automatischen Ätzen solcher Metallkörper mit Verbesserungen in ihrer dadurch
erzielten Oberflächenbeschaffenheit.
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Bisher ist die Ätzbehandlung in weitem MaBe für Metallkörper,wie
z.B. Stäbe, Stangen, Rohre und Hohlzylinder, mit dem Ziel angewandt worden, Schadstellen
in der Oberfläche dieser Metallkörper zu verringern und die gewünschte glatte Oberflächenbescnaffenheit
durch ein Ätzen der äußeren Oberfläche der Metallkörper mit Säurelösungen, gefolgt
von einer Neutralisationsstufe und ein Spülen mit Wasser zu erreichen. Kennzeichnend
hierfür ist ein Tauch-Ätzverfahren, welches in Tanks ausgeführt wird. Ein solches
Verfahren enthält jedoch eine Reihe von Nachteilen, welche darin bestehen, daß sogar
in dem Fall, in welchem eine Vielzahl von Stäben oder Rohren, beispielsweise aus
rostfreiem Stahl, zur gleichen Zeit in einen Tank eingetaucht werden, viele Arbeitsstunden
zur Durchführung dieses Verfahrens nötig sind, um die Stangen oder Rohre von einem
Tank in den anderen zu bringen, und daß im Falle des Ätzens von Stäben, Rohren und
dgl. aus speziellen Metallen diese Gegenstände der Reihe nach, also einer nach dem
anderen, in die Behandlungslösung eingetaucht werden müssen. Dies ist insbesondere
dann der Fall, wenn die Metallgegenstände, wie z.B. Stäbe, Stangen, Rohre oder Hohl
zylinder aus Zirkonium oder einer Zirkonium-Legierung oder aus Titan oder einer
Titan-Legierung bestehen, welche Stäbe, Stangen, Rohre bzw. Hohlzylinder dann jeweils
einer nach dem anderen in die Tanks eingetaucht werden müssen. Diese Metallgegenstände,
beispielsweise wenn sie aus Zirkonium oder einer Zirkonium-Legierung bestehen, müssen
zur Erreichung einer glatten Oberflächenbeschaffenheit nach dem letzten Ausglüh-Wärmebehandlungsschritt
einem Polierverfahren unterzogen werden, bevor ihre äußere Oberfläche mit einer
Säurelösung, wie z.B.
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einer Salpetersäurelösung, einer Fluorwasserstoffsäurelösung od. dgl.,
geätzt wird, um eine gewünschte spiegelglatte Oberfläche im Endprodukt zu erhalten.
In diesem Fall jedoch werden an dem Teil eines Metallgegenstandes, an oder in dem
eine Ätzflüssigkeitslösung verweilt oder stillsteht,Narben, Säureflecken, Rillen
oder uneinheitliche Bereiche auf der endgültigen Oberfläche verursacht. Außerdem
muß der Metallkörper sofort nach dem Ätzen in eine Neutralisierungsflüssigkeit eingetaucht
werden, in welche dann sofort auch hier in den Fällen, in denen die Eintauchzeit
des Metallgegenstandes übermäßig lang ist, uneinheitliche Oberflächen entstehen.
Von diesem Gesichtspunkt aus ist das Ätzen einer Vielzahl von Gegenständen, wie
z.B. Rohren, zur gleichen Zeit praktisch unmöglich. Wenn außerdem die Metallgegenstände
einem Ätzverfahren mit zwei Arten von Säuren, nämlich einer konzentrierten und einer
schwachen Säure, unterworfen werden, ergeben sich Eintauchzeiten etwa nach folgendem
Schema: schwache Säure (9o Sekunden)-? konzentrierte Säure (30 Sekunden)- zu Neutralisierung
(lo Sekunden) Bespülen mit Wasser, wobei aber diese Verfahrensstufen auch noch kontinuierlich
ausgeführt werden sollen. Gerade in dem Fall, in dem eine mittelstarke Säure benutzt
wird, sollten ähnliche Verfahrensstufen folgen. Im Falle einer Unstimmigkeit in
der Behandlung während dieser Verfahrensschritte ergeben sich weiße Korrosionsflecke
auf der Oberfläche dieser Metallkörper in der abschließenden Autoklaven-Stufe. Schließlich
müssen die Metallrohre bei der Endbearbeitung so glatt wie möglich gemacht werden,
um die Endkontrolle, die meistens beim Verbraucher gemacht wird, zu bestehen. Wegen
dieser strengen
Qualitätserfordernisse sollten die Metallrohre-Stück-für
Stück in die Säurelösung eingetaucht werden.
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Das bekannte Ätzverfahren für Metallrohre aus Zirkonium oder einer
Zirkonium-Legierung und mit einer glatten Oberflächenbeschaffenheit soll anschließend
als zweistufiges Verfahren, bei dem zum Ätzen eine konzentrierte sowie eine schwache
Säure verwendet wird, beschrieben werden. Bei diesem in Fig. 1 dargestellten bekannten
Ätzverfahren ist ein Schwachsäuretank 12, ein Konzentriertsäuretank 13, ein Neutralisationstank
14 und ein Spülwassertank 15 in der hier genannten Reihenfolge angeordnet. Zuerst
wird ein einzelnes Metallrohr 11 auf Balancevorrichtungen 16 angeordnet und dann
wird dieses Rohr zusammen mit den Balancevorrichtungen 16 von zwei Bedienungspersonen
(a), (b) in den Schwachsäuretank 12 gemäß den Anordnungen einer weiteren Bedienungsperson
(e), welche die Eintauchzeit mißt, eingesetzt. Dabei wird das Rohr während seiner
Eintauchzeit von etwa 9o Sekunden langsam gedreht und dann gemäß einer weiteren
Anweisung der Bedienungsperson (e) von den zwei Bedienungspersonen (a),(b) aus der
Säurelösung herausgehoben und das Innere des Rohres von Säurelösung befreit. Dann
wird dieses Rohr für einige Sekunden in einen Konzentriertsäuretank 13 gelegt und
anschließend in diesem Konzentriertsäuretank 13 ungefähr 30 Sekunden lang gedreht
und hin und her bewegt. Zur Vervollkommnung dieser Verfahrensstufe wird das Rohr
ohne Unterbrechung, wobei jedoch die Säurelösung aus seinem Inneren entfernt wurde,
für eine Neutralisierungsbehandlung für ungefähr
lo Sekunden durch
die Bedienungspersonen (a), (b), welche neben dem Tank 14 stehen, in den Neutralisierungstank
14 gebracht.
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Dann wird das Rohr 11 zum Sauberspülen in einen Spülwassertank 15
eingelegt, wobei gleichzeitig die Balancevorrichtungen 16 entfernt wurden. In der
Spülwasserstufe werden die Rohre auf einen Abstandshalter 17 abgelegt. Demzufolge
sind mindestens fünf Bedienungspersonen (a), (b), (c), (d), (e) für dieses Verfahren
zum Ätzen der äußeren und ggfs. auch gleichzeitig der inneren Oberflächen des Metallrohrs
11 erforderlich, was einen sehr geringen Arbeitswirkungsgrad darstellt, weil diese
Bedienungspersonen an rein manuelle Tätigkeiten gebunden sind.
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Ein anderer Nachteil dieses oben beschriebenen, bekannten Verfahrens
liegt darin, daß eine große Menge von Säuren und Neutralisierungsflüssigkeiten erforderlich
ist und daß eine beachtliche Verschlechterung dieser Flüssigkeiten erfolgt.
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Zusätzlich bringt die Verwendung von Salpetersäure, Fluorwasserstoffsäure
und Ähnlichem für die Bedienungspersonen eine Reihe von Sicherheitsproblemen mit
sich, weil eine Säuredampfatmosphäre oder Säurespritzer für die Bedienungspersonen
gefährlich werden können. Beachtliche Nachteile liegen auch in der uneinheitlichen
und niedrigen Fließgeschwindigkeit der Säurelösung in Beziehung zur Oberfläche des
Metallrohrs, welche mit dieser Lösung in Berührung steht. Diese Art von Ätzverfahren.
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leidet aber auch an den Sicherheitsproblemen sowie an der Schwierigkeit,
ein kontinuierliches Arbeiten bei diesem Verfahren zu ermöglichen. Daraus erhebt
sich die Forderung zur Verbesserung des Arbeitswirkungsgrads für ein solches Ätzverfahren,
insbesondereitnsichtlich einer Automatisierung der betreffenden
Verfahrensstufen
dieses Ätzverfahrens.
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Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Ätzen der äußeren Oberfläche von Metallkörpern, wie z.B.
Stäben, Stangen, Rohren und Hohlzylindern, zu finden, bei dem bzw. mit der die aufeinanderfolgenden
Verfahrensstufen des Ätzens, Neutralisierens und Abwaschens mit Wasser kontinuierlich
und automatisiert und mit hohem Wirkungsgrad durchgeführt werden können.
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Diese Aufgabe wird mit dem erfindungsgemäßen Ätzverfahren dadurch
gelöst, daß die Metallkörper, wie z.B.
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Stäbe, Stangen, Rohre und/oder Hohlzylinder, unter ständigem Drehen
über in der vorderen und rückwärtigen Wand eines Tanks vorgesehene Durchgangsöffnungen
in den eine Behandlungslösung enthaltenden Tank eingebracht und durch diesen Tank
hindurch bewegt werden. Eine Automatisierung läßt sich insbesondere dann erzielen,
wenn die Metallkörper unter ständigem Drehen in eine Vielzahl von hintereinander
angeordneten Tanks, welche die entsprechenden Behandlungslösungen enthalten, über
die in jedem Tank in seiner vorderen und rückwärtigen Wand vorgesehenen und fluchtend
zueinander angeordneten Durchgangsöffnungen eingebracht und kontinuierlich und nacheinander
durch diese Tanks hindurch bewegt werden. Dabei kann der Metallkörper, wie z.B.
eine Stange oder ein Rohr oder dgl., unter ständigem Drehen durch die Öffnungen
in den Tanks kontinuierlich von einem Tank zum anderen weitergeführt werden.
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Um hier eine weitere Verbesserung der Atzbehandlung zu erreichen,
ist es erforderlich, daß die Durchflußgeschwindigkeit der Behandlungslösung relativ
zur Oberfläche des Metallkörpers erhöht und die Durchflußrichtung der Lösung die
gleiche ist, wie die des durch den oder die Tanks hindurchgeschleusten Metallkörpers.
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Außerdem soll die Behandlungslösung in dem Tank bis zu einer Höhe
angefüllt sein, daß sie die gesamte Oberfläche des Metallkörpers bedeckt. Die wegen
dieser Füllstandshöhe durch die genannten Durchgangsöffnungen ausfließende Lösung
kann zurUckgewonnen werden,wenn sie anschließend wieder in die einzelnen Tanks zurückgüüihrtwird.
Nach einem anderen Merkmal der Erfindung soll die an der Oberfläche der Metallgegenstände
nach Verlassen der einzelnen Tanks noch anhaftende Lösung vorzugsweise zwischen
den jeweils benachbarten Tanks, also vor Eintreten des Metallkörpers in dennthsten
Tank, abgewaschen werden.
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Nach einem anderen Merkmal der Erfindung kann das vorstehend beschriebene
erfindungsgemäße Ätzverfahren mit einer -Vorrichtung erzielt werden, die einen Tank,
der an seiner vorderen und rückwärtigen Wand Durchgangsöffnungen aufweist und mit
einer Behandlungslösung gefüllt ist, sowie Vorrichtungen zum rotierenden Durchschleusen
der zu behandelnden Metallkörper durch die Durchführungsöffnungen hindurch aufweist.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung soll zur kontinuierlichen
Durchführung eines mehrstufigen Verfahrens eine Mehrzahl von hintereinander angeordneten,
die entsprechenden
Behandlungslösungen enthaltenden Tanks, welche
an ihren vorderen und rückwärtigen Wänden Durchgangsöffnungen aufweisen, sowie eine
Vielzahl von Vorrichtungen zum Durchschleusen der zu behandelnden Metallkörper durch
diese Durchgangsöffnungen hindurch vorhanden sein.
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Nach einem Alternativmerkmal der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen,
daß in jedem der Tanks zum Erreichen einer Zwangsströmung in der Behandlungslösung
in der Richtung, in welcher die Metallkörper hindurchgeschleust werden, ein Dreifachzylinderkörper
angeordnet ist, welcher aus einem äußeren, einem mittleren und einem inneren Zylinder
besteht, und eine Lösungskammer, welche vom äußeren Zylinder und einem Teil des
mittleren Zylinders und den zwischen dem äußeren und dem mittleren Zylinder im Bereich
der äußeren Enden des äußeren Zylinders angeordneten Abschlußteile gebildet wird;
einen Längskanal zwischen dem mittleren Zylinder und dem inneren Zylinder, welcher
an seinem vorderen Ende verschlossen und an seinem rückwärtigen Ende offen ist;
eine Verbindungsöffnung, welche im mittleren Zylinder im Bereich seines vorderen
Endes angeordnet ist und die Lösungskammer mit dem Längskanal verbindet; und eine
Lösungseinbringungsöffnung umfaßt, welche in der Wand des äußeren Zylinders zum
Einführen der Behandlungslösung in die Lösungskammer angeordnet ist. Vorzugsweise
soll der innere Durchmesser des inneren Zylinders höchstens 1,4 mal so groß sein,
wie der äußere Durchmesser des Metallkörpers. In diesem Zusammenhang sind zusätzlich
noch Lösungsauffangvorrichtungen zum Auffangen der zwischen den Rändern der Durchgangsöffnungen
in
den vorderen und rückwärtigen Wänden der Tanks und den Metallkörpern ausfließenden
Behandlungslösung vorgesehen, wobei diese Lösungen zu den entsprechenden Tanks mithilfe
von re-cycling-Einrichtungen, welche mit den Lösungsauffangeinrichtungen verbunden
sind, zurückgeführt werden. Vorzugsweise sollen diese re-cycling-Einrichtungen mit
einem Durchflußregelventil versehen sein. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die
Länge eines jeden Tanks durch das Produkt aus der gewünschten Tauchzeit und der
Durchschleusgeschwindigkeit des Metallkörpers bestimmt ist.
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Außerdem ist es vorteilhaft, wenn jeder der Tanks mindestens ein
Paar Durchgangsöffnungen aufweist, welche fluchtend zueinander angeordnet sind.
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Vorteilhaft ist es außerdem, wenn bei einem zu behandelnden Rohr
die offenen Enden des Rohrs einsetzbare, säulenförmige Verschlußstopfen mit geringem
Strömungswiderstand vorgesehen sind, wobei jeder dieser Verschlußstopfen einen hinteren
säulenförmigen Körper, dessen äußerer Durchmesser im wesentlichen so groß ist wie
der innere Durchmesser des Rohrs, einen mittleren säulenförmigen Körper, dessen
äußerer Durchmesser im wesentlichen so groß ist wie der äußere Durchmesser des Rohrs,
sowie ein konisches Kopfteil aufweist. Durch diesen Verschlußstopfen wird ein Eintreten
der Behandlungsflüssigkeit in das Innere des Rohrs verhindert.
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Dementsprechend erlaubt das Verfahren und die Vorrichtung nach der
vorliegenden Erfindung auch ein Ätzen der äußeren Oberfläche von Metallkörpern,
wie z.B. Stäben, Rohren od. dgl., mit Behandlungslösungen, welche mit einer gleichförmigen
und erhöhten Geschwindigkeit fließen,und ermöglicht eine ununterbrochene Folge der
einzelnen Verfahrensstufen, wobei eine lokale Erosion sowie eine Narbenbildung auf
der Oberfläche der Metallkörper vermieden werden.
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Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung
mit den anliegenden Zeichnungen erläutert werden. Darin zeigen: Fig. 1 eine Darstellung
eines Verfahrens zum Ätzen der äußeren, ggfs. auch zusammen mit der inneren, Oberfläche
eines aus Zirkonium oder aus einer Zirkonium-Legierung bestehenden Metallrohrs nach
dem Stand der Technik; Fig. 2 eine Darstellung eines Ätzverfahrens nach der vorliegenden
Erfindung; Fig. 3 eine Draufsicht der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens; Fig. 4 eine Seitenansicht der Vorrichtung nach Fig. 3; Fig. 5 in Draufsicht
und Seitenansicht einen Ätzbehandlungstank;
Fig. 6 eine vergrößerte
Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie I-I der Fig. 5; Fig. 7 einen die wesentlichen
Teile darstellenden Längsschnitt durch die Vorrichtung nach der Erfindung, welche
einen dreiwandigen Zylinderkörper aufweist; Fig. 8 einen Querschnitt längs der Linie
II-II nach Fig. 7; Fig. 9 eine Darstellung einer ungeeigneten Ausführungsform, bei
der das zu behandelnde Rohr in entgegengesetzter Richtung zu der in der erfindungsgemäßen
Ausführungs form gewählten Richtung durchgeschleust wird; Fig.1o einen Längsschnitt
durch einen Verschlußstopfen, welcher in das zu behandelnde Rohr eingesetzt ist;
und Fig.11 im Längsschnitt eine Ausführungsform eines ungeeigneten Verschlußstopfens
mit dem bei dieser Ausführungsform am offenen Endteil des Rohrs auftretenden Schaden.
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Die vorstehend angegebenen und weitere Aufgaben und Merkmale der
vorliegenden Erfindung werden aus den nachfolgend behandelten Ausführungsbeispielen
und aus den anliegenden Zeichnungen ersichtlich. Aus Gründen einer einfacheren und
klareren Darstellung der Erfindung soll im folgenden nur das Ätzen eines Metallrohrs
aus Zirkonium oder aus einer Zirkonium-Legierung mit der erforderlichen glatten
Oberflächenbeschaffenheit beschrieben werden, wobei die einzelnen Verfahrensstufen
des Ätzens mit einer schwachen und konzentrierten Säure, einer Neutralisierungsbehandlung
und einem Nachspülen mit Wasser nacheinander angewandt werden.
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Bei einem Rohr bzw. Rohrzylinder aus Zirkonium oder aus einer Zirkonium-Legierung
werden zum Ätzen der äußeren Oberfläche des Rohres bzw. des Hohlzylinders Salpetersäure,
Fluorwasserstoffsäure oder ähnliches verwendet. Bisher wurde das Zirkonium- oder
Zirkonium-Legierungs-Rohr zunächst in eine schwache Säurelösung eingetaucht, um
die Oberflächenbeschaffenheit des Rohrs entsprechend anzugleichen, und dann wurde
dieses Rohr zum Zwecke des Ätzens oder des Reduzierens des äußeren Durchmessers
auf den gewünschten Wert in eine konzentrierte Säurelösung eingetaucht. Anschließend
wurde das Rohr dann in eine Neutralisierungsflüssigkeit eingetaucht, wodurch eine
Säureerosion verhindert werden sollte, und schließlich wurde mit Wasser nachgespült,
um den Ätzvorgang abzuschließen.
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Im Gegensatz dazu ist nach der vorliegenden Erfindung, wie in Fig.
2 gezeigt, in Serienschaltung ein
Schwachsäure-Tank 1, welcher
eine schwache Säurelösung in der entsprechenden Menge, ein Tank 2, welcher die konzentrierte
Säurelösung in entsprechender Menge enthält, und ein Neutralisierungstank 3, welcher
eine Neutralisationslösung in entsprechender Menge enthält, vorgesehen, wobei die
genannten Tanks 1, 2 und 3 in dieser Reihenfolge angeordnet sind. Es wird nun ein
Rohr 10 unter ständigem Drehen durch die entsprechenden Tanks 1, 2 und 3 durchgeschleust,
so daß die einzelnen Verfahrensstufen des ätzens, Neutralisierens und Nachspülens
mit Wasser fortlaufend ausgeführt werden. Zu diesem Zweck sind die betreffenden
Tanks 1, 2 und 3 mit entsprechenden Durchgangsöffnungen 18f, 18r, 19f, 19r, 20f,
20r in ihren Vorder- und Rückwänden versehen, durch die das Rohr 1o hindurchgeschleust
wird, wobei die genannten Durchgangsöffnungen fluchtend zueinander angeordnet sind.
Um das Rohr 10 durch die betreffenden Durchgangsöffnungen unter ständigem Drehen
hindurchzuführen, d.h. um das Rohr einerseits um seine eigene Achse zu drehen und
andererseits in Längsrichtung weiter zu bewegen, sind vor und nach den Tanks bzw.
jeweils zwischen den benachbarten Tanks 1, 2 und 3 Fördereinrichtungen, wie z.B.
Schnecken oder Spiralen, vorgesehen, so daß das Rohr während der stetigen und aufeinanderfolgenden
Schritte des Ätzvorgangs rotierend durch die Tanksl hindurchgeschleust wird, wobei
eine Behandlung mit schwacher Säure im Schwachsäuretank 1 etwa 9o Sekunden lang,
mit konzentrierter Säure im Konzentriertsäuretank 2 etwa 30 Sekunden lang, dann
eine Neutralisierungsbehandlung im Neutralisierungstank 3 etwa 1o Sekunden lang
und schließlich ein Nachspülen mit Wasser angewandt wird. Dabei werden Stopfen
22
in die offenen Enden des Rohrs lo eingesetzt, um dadurch ein Eintreten der Behandlungslösung
zu verhindern, wobei hier darauf aufmerksam gemacht werden soll, daß eine solche
Maßnahme bei einem Metallstab oder bei einer Metallstange nicht erforderlich ist.
Waschwasserduschen 8 sind an den entsprechenden Stellen so vorgesehen, daß die äußere
Oberfläche des Rohrs 1o unmittelbar nach Verlassen der betreffenden Tanks abgewaschen
und dabei die noch an der Oberfläche des Rohrs haftende Behandlungslösung aus der
vorangegangenen Prozeßstufe weggenommen werden kann. Die in den betreffenden Tanks
1, 2 und 3 enthaltenen Lösungen werden durch eine Pumpe (nicht dargestellt) über
die Lösungszuführungsleitungen 7, von denen jede ein Durchfluß-Regulierventil aufweist,
aus den Lösungsreservoirs T1, T2 und T3 zugeführt. Unter diesen Gesichtspunkten
wird die Durchschleusungsgeschwindigkeit des Rohrs 1o durch die Tauchzeit dieses
Rohrs im Tank 2 bestimmt, wobei die Tauchzeit in diesem die konzentrierte Säure
enthaltenden Tank 2 durch den Grad der Reduzierung des äußeren Durchmessers dieses
Rohres am Ende der Behandlung mit konzentrierter Säure festgelegt ist.
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Es soll nunmehr auf die Fig. 2 eingegangen werden, welche die Grundzüge
der Verfahrensmaßnahmen für das Ätzverfahren nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
Unter der Annahme, daß die Tauchzeit bei konzentrierter Säure im Konzentriertsäuretank
2 mit 30 Sekunden festgelegt ist, welche vom Grad der Abnahme des äußeren Rohrdurchmessers
am Ende der Behandlung mit konzentrierter Säure abhängt, muß das Rohr 1o in einer
Zeit von 30 Sekunden durch den Tank 2 hindurchgeschleust werden. Somit ist die Fördergeschwindigkeit
der Förderschnecken 21 so festgelegt, daß
sie der Durchschleusgeschwindigkeit
des Rohres 1o angepaßt ist.
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Nach Verschließen der offenen Rohrenden mit den Stopfen 22 wird dieses
auf die Schneckenförderer 21 gelegt, um unter ständigem Drehen in den ersten Schwachsäuretank
1 eingeschleust zu werden.
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Dieser Tank 1 ist mit einer schwachen Säurelösung gefüllt, welche
die Oberflächenbeschaffenheit des Rohrs während seines Durchschleusens durch diesen
Tank 1 entsprechend anpaßt. Unmittelbar nach seinem Durchschleusen durch diesen
Schwachsäuretank 1 wird das Rohr 1o durch die Wasserduschen 8 mit Wasser nachgespült.
Darauf tritt das Rohr in den seiten,den Konzentriertsäuretank 2 ein, in welchem
der äußere Durchmesser des Rohrs 1o bis zu dem gewünschten Grad und entsprechend
der Säurekonzentration der Säurelösung in diesem Tank reduziert wird. Dann wird
das Rohr lo wiederum durch die Wasserduschen 8 mit Wasser nachgespült, um die konzentrierte
Säure, welche an der Oberfläche des Rohrs 10 haftet, wegzuspülen, um anschließend
in den Neutralisationstank 3 eingeführt zu werden. In diesem Tank 3 wird mithilfe
einer neutralisierenden Lösung die Säureerosion bzw. das Ätzen vollständig unterbunden.
Das Rohr lo, welches nun auch den Neutralisationstank 3 durchlaufen hat, wird dann
in einen geeigneten, mit Wasser gefüllten Spültank (nicht dargestellt) eingelegt.
Auf diese Weise werden die Rohre kontinuierlich, jedoch hintereinander, den entsprechenden
Stufen eines Verfahrens zum Ätzen ihrer äußeren Oberflächen zugeführt.In diesem
Fall fließen die in den einzelnen Tanks angewandten Lösungen über die zwischen dem
Rohr und den Durchgangsöffnungen 18f,18r,19f,19r,20f,20r verbleibenden adahrdMehe2us.
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Jedoch werden diese Lösungen in den einzelnen Lösungsauffangeinrichtungen
1', 2', 3' an der Vorder- und Rückwand eines jeden
Tanks wieder
aufgefangen und in die entsprechenden Reservoirs T1, T2 und T3 eingeleitet, so daß
diese Lösungen weder miteinander noch, nachdem sie aus den Tanks herausgespült worden
sind, mit dem Waschwasser vermischt werden, welches vor und nach bzw. zwischen den
einzelnen Behandlungsstufen zum Spülen der Rohre verwendet wird. Wie bereits vorstehend
angedeutet, sind die Verweilzeiten in den einzelnen Tanks 1, 2 und 3 verschieden.
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Es können Schwierigkeiten auftreten, wenn die Durchschleusgeschwindigkeiten
der Rohre durch die einzelnen Tanks variieren und dabei die Länge der Tanks unverändert
beibehalten wird. Nach der vorliegenden Erfindung werden jedoch die Längen der einzelnen
Tanks 1, 2 und 3 in der Weise abgeändert, daß die Länge eines jeden Tanks bestimmt
ist durch das Produkt aus der Eintauchzeit der Rohre in diesen Tank und ihrer Durchschleusgeschwindigkeit
durch den Tank.
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Das zweite Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung
soll anhand der Fig. 7 und 8 näher beschrieben werden, mit welcher ein weiterhin
verbesserter Ätzeffekt erreicht werden kann.
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In Fig. 7 und 8 sind zwei Dreifachzylinderkörper 30 dargestellt,
von denen jeder aus einem äußeren Zylinder 25, einem mittleren Zylinder 26 und einem
inneren Zylinder 27 besteht.
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Die betreffenden Zylinder 25, 26, 27 sind jeweils koaxial zu der gemeinsamen
Achse der Durchgangsöffnungen 18f, 18r, 19f, 19r, 20f, 20r angeordnet, von denen
jeweils ein Paar dem anderen gegenüberliegt. Eine Lösungskammer 32 ist zwischen
dem äußeren Zylinder
25 und dem mittleren Zylinder 26 vorgesehen,
wobei eine unter Druck stehende Lösung durch die Zuführungsleitung 24 über die Leitungszweige
28, 29 in jeweils eine der Lösungskammern 32 eingeführt wird, aus der die Lösung
über die in der Wand des mittleren Zylinders 26 vorgesehenen Verbindungsöffnungen
26a in den durch die Wand des mittleren Zylinders 26 gebildeten Längskanal 33 fließt.
Dann fließt die Lösung mit gleichförmiger Geschwindigkeit, bezogen auf die Umfangsrichtung
des Zylinders 26, gezwungenermaßen in die Richtung, in der das Rohr 10 bewegt wird,
was in der Zeichnung durch die Pfeile c dargestellt ist. Der innere Zylinder 27
erstreckt sich nach rückwärts bis hinter die Verbindungsöffnung 26a, so daß die
durch die Verbindungsöffnung 26a in den Längskanal 33 eingeführte Lösung keine Turbulenz
verursacht, sondern eine ausgerichtete Strömung erzeugt. Damit fließt die Lösung
zwangsläufig in der Richtung, in welcher das Rohr 1o von der vorderen Durchgangsöffnung
18f (19f, 20f) aus durch die Lösungskammer 32 bewegt wird. Dabei entspricht die
Menge der Lösung, welche nach rückwärts in Richtung der gestrichelten Linien mit
dem Pfeil B fließt, ungefähr 10% der zugeführten Lösung. Der Innendurchmesser des
inneren Zylinders 27 sollte etwa 1,4 mal so groß sein wie der des Rohres 1o, so
daß die Menge an Lösung, welche nach rückwärts fließt, begrenzt ist. Die Querschnitte
von Lösungskanuner 32, Verbindungsöffnung 26a und Längskanal 33 sind so ausgelegt,
daß sie einen Druckabfall erzeugen, wenn die Lösung durch sie hindurch fließt. Entsprechend
der Druckdifferenz zwischen dem in der Lösungskammer 32 herrschenden und dem im
Längskanal 33 herrschenden Druck fließen etwa 90% der Behandlungslösung
in
die durch die Pfeile angedeutete Richtung, das ist auch die Richtung, in der das
Rohr 1o bewegt wird, wobei eine gleichförmige Strömung um die gesamte Umfangfläche
des Rohres 1o vorhanden ist.
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Die Ausführungsformen nach der Erfindung sollen nun in weiter detaillierter
Form mit Bezug auf die Fig. 3 bis 11 beschrieben werden.
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Fig. 3 und 4 zeigen im Umriß die erste Ausführungsform einer Vorrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Schwachsäuretank 1, der Konzentriertsäuretank
2 und der Neutralisierungstank 3 sind in Reihe hintereinander angeordnet, wobei
ihre Durchgangsöffnungen 18f, 18r, 19f, 19r, 20f, 20r fluchtend zueinander liegen.
Zusätzlich sind geeignete Sätze von Schnecken 4 und Pintchrollen 5 für Führungszwecke
vorgesehen. In diesem Fall können zwei Rohre 1o zur gleichen Zeit und unter den
gleichen Bedingungen behandelt werden. Wie bereits vorstehend beschrieben, ist für
den Fall, daß die Tauchzeiten in den einzelnen Tanks verschieden sind, die Länge
der Tanks 1, 2, 3 jeweils von dem Produkt aus der betreffenden Tauchzeit in diesem
Tank und der Durchschleusungsgeschwindigkeit des Rohrs 1o abhängig, so daß das Rohr,
welches unter ständigem Drehen durch die Tanks hindurch geführt wird, über jede
gewünschte Zeit getaucht bleiben kann.
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Für den Fall, daß die Tauchzeiten in den betreffenden Tanks gleich
sind, ist auch die Länge dieser Tanks gleich. Wie bereits früher ausgeführt wurde,
sind Lösungszuführungsleitungen 7 mit zugehörigen Ventilen 6 für die betreffenden
Tanks 1, 2, 3
vorgesehen, während Wasserduschen 8 zwischen den
einzelnen Tanks angeordnet sind.
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Fig. 5 und 6 zeigen den detaillierten Aufbau der Tanks 1, 2, 3. Die
betreffenden Tanks 1, 2, 3 sind mit Durchgangsöffnungen 18, 19, 20 in ihren vorderen
bzw. rückwärtigen Wänden ausgestattet, wobei Lösungsauffangeinrichtungen 1', 2',
3' unmittelbar unterhalb dieser Öffnungen 18f, 18r, 19f, 19r, 20f, 20r und in solcher
Weise angeordnet sind, daß sie von den Tanks 1, 2, 3 nach außen hin wegstehen. Ein
Leitblech 34 für die einzubringende Lösung und eine Tragrinne 35 für die Rohre lo
sind innerhalb des Tanks angeordnet, während eine Spritzschutzabdeckung 36 oben
auf jedem Tank 1, 2, 3 vorgesehen ist.
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Fig. 7 und 8 zeigen eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung
nach der Erfindung, in der ein Dreifachzylinderkörper 30 in jedem der Tanks vorgesehen
ist. Der Dreifachzylinderkörper 30 besteht aus einem äußeren Zylinder 25, einem
mittleren Zylinder 26 und einem inneren Zylinder 27, wobei die betreffenden Zylinder
koaxial zueinander angeordnet sind, z.B. zu den Durchgangsöffnungen 18f, 18r, 19f,
19r, 20f, 20r in den sich gegenüberliegenden vorderen und rückwärtigen Wänden der
Tanks 1, 2, 3.
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Wie in Fig. 7 dargestellt, weist der mittlere Zylinder 26 eine beträchtliche
Länge und eine Vielzahl von Verbindungsöffnungen 26a an seinem vorderen Ende auf,
welche Öffnungen in einem vorgegebenen Abstand zueinander angeordnet sind. Der äußere
Zylinder umschließt den vorderen Endbereich des mittleren Zylinders 26, wobei an
den vorderen und rückwärtigen Enden des äußeren
Zylinders 25 in
die zwischen dem äußeren Zylinder 25 und dem mittleren Zylinder 26 vorhandenen Zwischenräume
Abschlußteile 31a eingesetzt sind, wodurch zwischen diesen beiden Zylindern 25 und
26 eine Lösungskammer 32 vorhanden ist. Der innere Zylinder 27 wird von dem Abschlußteil
31a getragen und erstreckt sich bis jenseits der Verbindungsöffnungen 26a in der
Durchschleusungsrichtung des Rohres 10, so daß ein Längskanal 33 zwischen dem inneren
Zylinder 27 und dem mittleren Zylinder 26 entsteht.
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Der Längskanal 33 hat an seiner rückwärtigen Seite einen Ausgang.
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Die Lösungskammer 32 ist über die Verbindungsöffnung 26a mit dem Längskanal
33 verbunden. Lösungseindringungsöffnungen 28a sind in der Wand des äußeren Zylinders
25 zum Einbringen einer Lösung in die Lösungskammer 32 vorgesehen, wobei die Leitungszweige
28, 29 der Lösungszuführungsleitung 24 mit diesen Lösungseindringungsöffnungen 28a
verbunden sind. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß die Lösungseinbringungsöffnungen
28a im rückwärtigen Endbereich des äußeren Zylinders 25, aus Gründen des Druckausgleichs
in der Lösungskammer 32,angebracht sind.
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Für den Fall, daß der Dreifachzylinderkörper 30 am rückwärtigen Ende
des Tanks vorgesehen ist, wie in Fig. 9 dargestellt, ergibt sich ein Fluß der Lösung
in einer Richtung, welche entgegengesetzt ist zu der Durchschleusungsrichtung des
Rohres 1o-, -so daß die Strömungsgeschwindigkeit der Lösung relativ zu diesem Rohr
1o höher sein wird. Wenn das Rohr 1o in einem nur geringen Maße verbogen ist, wird
es entsprechend dem Druck aus dem Längskanal 33 eine Schwingungsbewegung verursachen,
so daß die Spitze dieses Rohres 10 an der Stirnwand des inneren
Zylinders
27 anstoßen wird. Es sind auf der Frontseite zwischen der Seitenwand des Tanks und
dem inneren Zylinder 27 keinerlei Leiteinrichtungen vorgesehen, so daß das Rohr
1o durch dieses Verbiegen oder Anstoßen Schaden erleiden kann.
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Wie bereits früher beschrieben, sind in den äußeren Enden der Rohre
1o Stopfen oder Kappen 22 vorgesehen, welche ein Eindringen der Lösung in das Rohr
verhindern sollen.
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Eine vorteilhafte Ausbildung eines solchen Stopfens 22 ist in Fig.
1o dargestellt. Der Außendurchmesser des Stopfens 22 ist der gleiche wie der des
Rohres lo, so daß eine Verbindung zustande kommt, die eine durchgehende bündige
Oberfläche aufweist.
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Der Stopfen 22 hat an seinem rückwärtigen Endteil 23 O-Ringe 31 angeordnet,
welche bewirken, daß dieser Stopfen abdichtend in das offene Ende des Rohres eingesetzt
werden kann. Außerdem sollte die Länge 1 des Stopfens über 70 mm, gemessen vom offenen
Ende des Rohres lo, betragen. Schließlich weist der Stopfen 22 ein konisches Kopfteil
auf,so daß sich eine glatte Strömung entlang der äußeren Oberfläche des Stopfens
22 ausbildet. Wenn dagegen der Stopfen 22' nach Fig. 11 verwendet wird, bildet sich
eine Turbulenz um das Kopfteil des Stopfens 22' aus, welche einen konischen Bereich
36 auf der äußeren Oberfläche des Rohres 10 erzeugt, als ob ein übermäßiges Ätzen
mit einer besonders in diesem Bereich wirkenden Säure stattgefunden hätte. Der erwähnte
konische Bereich beträgt ungefähr 70 mm, wiederum vom offenen Ende des Rohrs lo
aus gemessen.
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Das Stzverfahren und die Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens
nach der vorliegenden Erfindung, welche zum Ätzen der äußeren Oberfläche eines Metallkörpers,
wie z.B. eines Stabes, einer Stange, eines Rohrs oder Hohlzylinders, angewandt wird,
weist einen überragenden Wirkungsgrad, insbesondere hinsichtlich eines kontinuierlich
und automatisiert durchgeführten Verfahrens auf.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die betreffenden Tanks in Reihenanordnung
auf einer Plattform oder Grundplatte angeordnet und weisen in ihren vorderen und
rückwärtigen Wandteilen miteinander fluchtende Durchgangsöffnungen auf, wobei ein
Rohr bzw. mehrere Rohre unter ständigem Drehen durch die betreffenden Tanks durchgeschleust
werden können, was nunmehr ein automatisches und kontinuierliches Durchschleusen
der Rohre und damit kontinuierlich durchgeführte Verfahrensstufen im Ätzverfahren
ermöglicht.
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Dies kann mit den bekannten Eintauch-Ätzverfahren nicht erreicht werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Anzahl der durch die Tanks durchgeschleusten
Stäbe und Rohre vergrößert werden, wenn diese parallel zueinander durchgeschleust
werden, was den Ätzprozess unter denselben Bedingungen durchzuführen erlaubt, wenn
die Größe der Tanks und die Einspeisemöglichkeit an Lösung dies erlaubt. Da die
zu behandelnden Metallkörper während des Durchschleusens gedreht werden, kann ein
etwa an der Unterseite der Rohroberflache entstehendes Wasserstoffgas entlang der
Umfangsfläche des Rohres nach oben steigen, so daß dadurch Flecken oder lokale Erosionen
auf der Rohroberfläche vermieden werden. Außerdem fließen die Behandlungslösungen
in den einzelnen
Tanks zwangsläufig, aber gleichmäßig entlang der
äußeren Oberfläche eines Stabes, einer Stange, eines Rohres oder Hohlzylinders und
zwar in einer Richtung, die der Durchschleusungsrichtung des Stabes der Stange,
des Rohres oder Hohlzylinders entspricht, so daß damit sehr glatte und gleichmäßige
spiegelnde Oberflächen auf den behandelten Gegenständen erzielt werden können. Weiterhin
wird dadurch das Auftreten von Mikrospots verhindert, wie andererseits eine Steuerung
der Dimension, d.h. eine Steuerung bei der Reduktion des Rohrdurchmessers während
des Ätzens mit Säure, gesichert ist, ebenso wie ein lokales übermäßiges Ätzen, wie
etwa an der Oberfläche im Bereich ir offenen Enden des Rohres, vermieden wird. Weiterhin
erlaubt die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung eine Ätzbehandlung bei Rohren
unabhängig von deren Länge, so daß es nicht mehr erforderlich ist, Rohre einer bestimmten
Länge zu verwenden oder Trägerbasen, Trägerglieder, Käfige, Aufzüge oder ähnliches
vorzusehen. Im Gegensatz dazu ist beim erfindungsgemßen Verfahren alles, was zum
Ätzen von Rohren erforderlich ist, ein Stopfen, welcher in die offenen Enden des
Rohres eingeführt wird, bevor diese auf die Fördereinrichtungen gelegt werden. Dies
verbessert den Arbeitswirkungsgrad beim Ätzverfahren in enormem Maße. Außerdem können
die Größen der einzelnen Tanks kompakt gehalten und die Behandlungslösungen wirksamer
ausgenutzt werden, so daß die Menge an Behandlungslösung von 1/2 bis 1/6 der bei
bekannten Vorrichtungen benutzten Lösungsmenge eingespart werden kann. Außerdem
kann das Verfahren und die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung auch vorteilhaft
beim Ätzen von Rohren aus Zirkonium oder Zirkonium-Legierungen mit besonderen Anforderungen
an die
Oberflächenbeschaffenheit angewandt werden, was bisher eine
Vielzahl an Arbeitsstunden und besonderen Anstrengungen hinsichtlich der genauen
Steuerung der Behandlungsbedingungen erforderlich machte. Außerdem besteht keine
Gefahr, daß Behandlungslösungen miteinander vermischt werden. Die erfindungsgemäße
Vorrichtung ist sehr gut geeignet zur erstellung von spiegelnden Oberflächen bei
Rohren oder zum Entfernen von Defekten in solchen Oberflächen, genauso wie es zum
Ätzen von Metallkörpern, wie z.B. Stäben, Stangen, Rohren oder Ilohlzylindern im
Rahmen der Oberflächenbearbeitung oder -ausbesserung geeignet ist. Außerdem bringt
die erfindungsgemäße Vorrichtung eine erhebliche Arbeitseffizienz und Sicherheitsvorkehrungen
mit sich, wenn man sie mit den bisher bekannten Eintauchverfahren vergleicht.
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Außerdem haben die Untersuchungen im Mikroskop und im piezo-elektrischen-
Styrustyp-Rauhigkeitsmeßgerät ergeben, daß ein Rohr aus einer Zirkonium-Legierung,
welches dem erfindungsgemäßen Ätzverfahren unterworfen wurde, ein nach einem bekannten
Ätzverfahren behandeltes Rohr bei weitem übertrifft.
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Die vorstehenden Ausführungen und Ausbildungen sind hier nur zu Darstellungszwecken
angegeben und sind nicht geeignet, den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung in
unzulässiger Weise einzuschränken.