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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Tunnel zur Vorbehandlung und
eine Methode zur Vorbereitung von Extrusionen oder Strangprofilen,
z. B. extrudierte Aluminiumstangen oder Eisenprofilstangen, für ein Beschichtungsverfahren
mit Pulver oder Flüssigkeit.
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Wie
es vom derzeitigen Stand der Technik bekannt ist, wird eine Beschichtung
mit Pulver oder Flüssigkeit
von Extrusionen aus einer Aluminiumlegierung oder Eisenprofilstangen
von beträchtlicher Länge in geeigneten,
automatischen, kontinuierlichen Behandlungsanlagen durchgeführt, in
denen die zu behandelnden Arbeitsstücke in horizontaler Richtung
bewegt werden, während
sie in einer im Wesentlichen vertikalen Ausrichtung oder Ordnung aufgehängt sind.
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Normalerweise
wird in derartigen Behandlungsanlagen ein Behandlungsverfahren durchgeführt, welches
die folgende Reihe von Verfahrensschritten aufweist:
- – Aufhängen der
Stangen in einer vertikalen Ordnung an einer Kette oder Ketten eines
sich stetig bewegenden Deckenkettenförderers mit einem Abstand (Zwischenraum)
zwischen aufeinander folgenden Stangen, der von der Bewe gungsgeschwindigkeit
des Deckenkettenförderers
und den Gesamtabmessungen des behandelten Arbeitsstücks abhängt;
- – Vorbehandlung
der Arbeitsstücke
in einem Tunnel, in dem verschiedene Behandlungsabläufe gemäß Prüfnormen
durchgeführt
werden, die z.B. Entfetten, ein erstes Waschen, Desoxidierung, ein zweites
Waschen, Chromatisierung, ein drittes Waschen, ein viertes oder
abschließendes
Waschen mit voll entsalztem Wasser einschließen können;
- – Trocknen,
normalerweise mittels Heißluftzufuhr;
- – Beschichtung
mit Pulver oder Flüssigkeit
in einer geeigneten Zelle oder geeigneten Zellen;
- – abschließende Festigung,
normalerweise mittels Heißluftzufuhr;
und
- – Entnehmen
der beschichteten Arbeitsstücke.
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In
jedem Fall ist eine Vorbehandlung nach einer ihrer zahlreichen Varianten
in dem Tunnel erforderlich, um eine optimale Vorbereitung der Metalloberflächen zu
erhalten, damit diese das Beschichtungsmaterial aufnehmen und dauerhaft
behalten, so dass eine gleichmäßige und ästhetisch
ansprechende Beschichtung erhalten wird, die über die Zeit wasserdicht ist.
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Derzeitige
Vorbehandlungsschritte (mit Ausnahme von Waschen), die in dem Tunnel
durchgeführt
werden, werden unter Verwendung von stark ätzenden Flüssigkeiten durchgeführt, die
großteils
innerhalb voreingestellter Temperaturbereiche während vorbestimmter Intervalle
der Aussetzzeiten gehalten werden müssen, um optimale Ergebnisse
zu erhalten.
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Die
gesamte Vorbehandlungswirkung wird somit durch eine geeignete Kombination
der folgenden Parameter erhalten: Zeit der Aussetzung, Temperatur,
Grad der ätzenden
Schärfe
der Flüssigkeiten und
Menge der zurückgeführten Flüssigkeit,
die auf die behandelte Oberfläche
gegossen wird.
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Die
am meisten verwendeten Arten der Vorbehandlung sind die folgenden.
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a) System des statischen Eintauchens
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Dies
ist das älteste
System. Flüssigkeiten
zur Vorbehandlung werden in einem nahezu statischen Zustand gehalten,
und somit kommt die benetzte Oberfläche des Arbeitsstücks nicht
mit neuer Flüssigkeit
in Berührung,
was bedeutet, dass eine chemische Entfettungs- oder Reinigungswirkung
begrenzt ist und lange Zeiten der Aussetzung und/oder hohe Konzentrationen
an ätzenden
Produkten somit erforderlich sind.
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b) System des Eintauchens unter Schwingbewegung der
Arbeitsstücke
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Dieses
Eintauchsystem ist etwas wirksamer als das vorherige, da die Arbeitsstückbewegung
das Erneuern der Flüssigkeit,
die mit der Oberfläche
der Arbeitsstücke
in Berührung
kommt, fördert,
wenn auch nur bis zu einem gewissen Grad. Aus praktischer Sicht
führt dieses
System zu Ergebnissen, die mehr oder weniger gleich denjenigen sind,
die mit dem vorherigen System zu erreichen sind.
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c) System des Sprühens mit Sammelleitungen und Düsen in Querstegen
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Dies
ist das üblichste
System, das derzeit in Gebrauch ist, da es ermöglicht, die Arbeitsstücke zuzuführen, und
einen nahezu kontinuierlichen Austausch der Flüssigkeit, die die Oberfläche des
Arbeitsstücks
benetzt, ermöglicht.
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Das
letzte System hat jedoch Einschränkungen
und Nachteile, die anhand der 1 und 2 der
beigefügten
Zeichnungen veranschaulicht werden. Es zeigen:
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1 eine
schematische Schnittansicht von vorne einer Sprühanlage zur Vorbehandlung mit Sammelleitungen
und Düsen
in Querstegen,
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1a ein
Diagramm, dass die Menge an Flüssigkeit
zeigt, die entlang eines Arbeitsstücks herunter fließt, und
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2 eine
Draufsicht der in 1 gezeigten Anlage.
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Mit
Bezug auf einen Vorbehandlungstunnel, wie er in den vorstehend aufgeführten Figuren
gezeigt ist, wird leicht erkannt werden, dass jeder Strahl G von
jeder der Düsen
U, die von den seitlichen Sammelleitungen R in Querstegen gehalten
werden, nur einen Abschnitt oder einen Längenteil eines Arbeitsstücks P behandelt.
Aus diesem Grund kommen die Arbeitsstücke P nicht mit der gleichen
Menge an gesprühter
Flüssigkeit
in Berührung.
Die Menge an Flüssigkeit,
die entlang eines jeden Arbeitsstücks P, das in der gesamten
Sprühplattform
zugeführt
wird, herunterläuft,
nimmt von oben nach unten zu, wie es z.B. in dem Diagramm (Menge
an Flüssigkeit
A/Höhe B)
in 1a gezeigt ist.
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Somit
wird jedes Arbeitsstück
P an seinem unteren Teil besser behandelt als an seinem oberen Teil.
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Es
wurde bereits vorgeschlagen, dass dieses Problem zum Teil dadurch
gelöst
werden kann, dass die Düsen
U in einem nicht gleichmäßigen Abstand
voneinander verteilt werden, d.h. in einem kürzeren Abstand an dem oberen
Teil und einem längeren
an seinem unteren Teil, um die Verteilung von gesprühter Flüssigkeit
besser auszugleichen. Dieser Behelf kompliziert jedoch die Ausführung und
den Aufbau des Tunnels, während
es immer noch so ist, dass die verschiedenen Abschnitte der Arbeitsstücke P in
jedem Fall nicht der Wirkung der gleichen Menge an gesprühter Flüssigkeit
unterliegen.
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Mit
Bezug auf 2 sei angemerkt, dass die Arbeitsstücke P in
die Richtung zugeführt
werden, die durch einen Pfeil F angezeigt ist, nämlich im Wesentlichen parallel
zu den beiden Sammelleitungen in Querstegen der Düsen R, und
somit werden sie von den verschiedenen Strahlen G nicht gleichmäßig mit Flüssigkeit
besprüht,
während
sie sich durch die Behandlungsanlage bewegen. Insbesondere wird
ein Arbeitsstück
P1 den Strahlen G ausgesetzt, die normalerweise
schräg
sind, und somit einer Schubwirkung ausgesetzt, der schwer zu begegnen
oder die schwer auszugleichen ist. Zur gleichen Zeit wird ein Arbeitsstück P2 von den Strahlen G überhaupt nicht besprüht, während sich
das Arbeitsstück
P3 in einem ähnlichen Zustand befindet wie
das Arbeitsstück
P1, und so weiter.
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In
den Bereichen zwischen zwei nebeneinander liegenden Strahlen G,
wie der, in dem sich das Arbeitsstück P2 befindet,
haben die Sprühnebel
G entlang der gesamten Höhe
der Sammelleitungen R eine sehr geringe Wirkung auf das Arbeitsstück, da sie
einerseits miteinander kollidieren und sich neutralisie ren, und
da ihre Wirkung andererseits, dadurch dass sie sich an den Rändern des
Wirkungsbereichs ihrer jeweiligen Düse befinden, viel schwächer und weniger
wirksam ist und sie somit eher die Bildung von Dunst oder Dampf
fördern,
als dass sie eine gewisse Wirkung auf das durchgeleitete Arbeitsstück P2 haben.
Demnach werden die Arbeitsstücke
P nur an zwei gegenüberliegenden
Reihen von Düsen
U (Abschnitte P1, P3,
P5...) wirksam behandelt, während sie
an ihren Zwischenabschnitten (P2, P4...) zu einem weit geringeren Grad oder
auch gar nicht behandelt werden.
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Dieser
Umstand, der mit der Ausführung
eines Sprühtunnels
mit Düsen
auf feststehenden Sammelleitungen verbunden ist, ist für ein Querschwingen
und Kollidieren der Arbeitsstücke
P verantwortlich, was wiederum häufig
dazu führt,
dass die Arbeitsstücke
P dazu neigen, sich willkürlich
um ihre eigene Achse zu drehen und in Zuführrichtung oder in eine für dieses
normale Richtung zu schwingen (Pendeleffekt), begleitet von häufigem Zusammenzustoßen, einem
derartigen Verheddern, dass sich angrenzende Arbeitsstücke überlagern,
und einem Verklebephänomen
zwischen zwei oder mehr Arbeitsstücken P, insbesondere, wenn
sie relativ große
flache Oberflächen
aufweisen, mit der Folge, dass zwei zusammenklebende Arbeitsstücke nur
an ihrer Außenfläche behandelt
werden.
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Diese
Phänomene
führen
oft auch dazu, dass sich Arbeitsstücke P lösen und in den Behandlungstunnel
fallen mit den folgenden, gut vorstellbaren ernsten Unannehmlichkeiten,
wie Stillstand der Anlage, Entfernung heruntergefallener Arbeitsstücke, Reparatur
von Anlagenkomponenten im Falle einer Beschädigung, Ersetzen von Arbeitsstücken, und so
weiter. Es ist daher notwendig, dass die Anlage kontinuierlich von
Bedienpersonal überwacht
wird, um Produktionsausfälle
zu verhindern oder sie zumindest auf ein Mindestmaß zu reduzieren.
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Ein
weiterer Nachteil herkömmlicher
Vorbehandlungstunnel besteht darin, dass die Düsen die Behandlungsflüssigkeit
zerstäuben,
wenn sie die Strahlen G erzeugen, was zu einer Zerstäubung führt, die
sich entlang der gesamten Länge
des Arbeitsstücks
P entwickelt. Diese Zerstäubung,
insbesondere in den heißen
Abschnitten des Vorbehandlungstunnels, führt unweigerlich zu willkürlichen Sprühnebeln
von Flüssigkeit
sowie Dunst- und Dampfwolken, die sich in dem Vorbehandlungstunnel bilden,
was unweigerlich eine Übertragung
von Behandlungsflüssigkeit
von einem Abschnitt des Tunnels in den anderen verursacht, wobei
folglich die Behandlungsflüssigkeiten
verunreinigt werden.
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Die
Zerstäubung
fördert
auch die Dispersion der Wärme
in den Vorbehandlungsflüssigkeiten,
die zumindest die Wände
(Metallbleche) des Tunnels und die Umgebung sinnlos erwärmt, anstatt
das Reinigungsmittel auf der Temperatur zu halten, die für die Vorbehandlungsflüssigkeiten
selber notwendig ist. Dies führt
zu erheblichen Wärmeverlusten,
was zu erhöhten
laufenden Kosten für
die Vorbehandlungsanlage führt.
Des Weiteren verschmutzen die durch die Zerstäubung erzeugten Dämpfe normalerweise
die Umwelt und müssen
vor der Entsorgung aufgefangen und gereinigt werden. Offensichtlich trägt die Ergänzungsausrüstung, die
zum Trennen und/oder Reinigen der zerstäubten Tropfen erforderlich
ist, weiterhin zu erhöhten
Anlage- und laufenden Kosten bei.
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Die
US 5773094 offenbart ein
Florstreichverfahren zum Lackieren von Karosserieteilen von Kraftfahrzeugen
nach der Präambel
des Anspruchs. Die
FR A 2668401 offenbart
eine Oberflächenbehandlung
durch Sprühen
von Arbeitsstücken
aus Metall und Kunststoff nach der Präambel der Ansprüche 1 und
4. Die
US 3662710 offenbart
eine Einrichtung zum Gießen
von Flüssig keiten
zur Oberflächenbehandlung
auf Arbeitsstücke,
wobei der statische Druck der Flüssigkeiten,
die in einem Behälter
bewahrt werden, mechanisch variabel ist.
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Die
GB-A-883993 offenbart
ein Behandlungsverfahren und eine Einrichtung nach der Präambel der
Ansprüche
1 und 4.
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Die
Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorbehandlungsmethode und
einen Tunnel zur Vorbereitung von Arbeitsstücken aus Metall für ein Beschichtungsverfahren
mit Pulver oder Flüssigkeit
zur Verfügung
zu stellen, das zum Beseitigen oder drastischen Verringern der vorstehend
erwähnten
Nachteile, die herkömmlichen Vorbehandlungssystemen
innewohnen, geeignet ist.
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Insbesondere
ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Methode und einen
Tunnel zur Vorbehandlung von Arbeitsstücken aus Metall zur Verfügung zu
stellen, die im Vergleich zu den besten gemäß dem derzeitigen Stand der
Technik erhältlichen Vorbehandlungssystemen
die folgenden Vorteile erreichen:
- – eine maximale
Vorbehandlungsqualität
bei den gleichen Zeiten der Aussetzung und der gleichen Anlagenlänge,
- – erheblich
verringerte Herstellungs-, Installations- und laufende Kosten,
- – Beseitigung
unkontrollierter Bewegungen der Arbeitsstücke während der Behandlung,
- – drastische
Reduzierung des Problems des Übertritts
von Dämpfen
von einem Abschnitt des Tunnels in einen anderen, mit einer daraus
folgenden Beseitigung der Probleme im Zusammenhang mit der gegenseitigen
Verunreinigung der Vorbehandlungsflüssigkeiten,
- – Verringerung
der laufenden Energiekosten im Zusammenhang mit der Wärmedispersion
in den beheizten Bereichen des Tunnels; und
- – maximale
Verringerung der Probleme im Zusammenhang mit der Extraktion von
verschmutzenden Dämpfen.
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Nach
einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird eine
Vorbehandlungsmethode zur Vorbereitung von Arbeitsstücken aus
Metall für ein
Beschichtungsverfahren zur Verfügung
gestellt. Gemäß Anspruch
1.
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Die
folgenden Ergebnisse ergeben sich als eine unmittelbare Folge der
vorstehend angegebenen Methode:
- – jedes
Arbeitsstück
wird mit der gleichen Menge an Flüssigkeit auf eine nahezu einheitliche
Weise von oben bis unten bedeckt,
- – die
Menge an Flüssigkeit,
die auf das sich bewegende Arbeitsstück gegossen wird, bedeckt dessen
gesamte Oberfläche,
einschließlich
ihrer Innenfläche
im Fall von rohrförmigen
Teilen,
- – die
Erneuerung der Flüssigkeit
auf der Oberfläche
jedes Arbeitsstücks
ist sehr hoch, insofern als die Flüssigkeit kontinuierlich entlang
jedes Arbeitsstücks
fließt.
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Diese
Ergebnisse bilden eine entscheidende Verbesserung der Wirksamkeit
der Wirkung der Flüssigkeit
in Bezug auf Entfet tung, Reinigung und Waschen, wobei die Zeit der
Aussetzung oder die Fließgeschwindigkeit
gleich sind. Des Weiteren ist die Wirkung jeder Flüssigkeit
auf das Arbeitsstück
auch in der Zufuhrrichtung des Arbeitsstücks selber ununterbrochen,
da jedes sich bewegende Arbeitsstück die gleiche Menge an Flüssigkeit
empfängt,
beginnend mit dessen Eintritt in die Vorbehandlungsstrecke bis zu
dessen Austritt aus dieser.
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Die
von der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene Lösung beseitigt somit alle Probleme
im Zusammenhang mit der Spritzcharakteristik eines herkömmlichen
Vorbehandlungssystems mit Sprühen.
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Es
wird auch jeder seitliche Schub auf das Arbeitsstück beseitigt,
so dass sich die Arbeitsstücke nicht
unkontrolliert oder unnormal während
ihres Durchgangs durch die Vorbehandlungsstrecke bewegen und somit
die Arbeitsstücke
nicht schwingen, nicht miteinander zusammenstoßen, sich nicht um ihre eigene
Achse drehen, nicht verkleben und auch nicht von dem Deckenförderer fallen.
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Auf
Grund des kontinuierlichen Fließens
einer relativ großen
Menge an Flüssigkeit
vertikal entlang jedes Arbeitsstücks
ist die Zerstäubung
der Flüssigkeit
auf ein Minimum verringert, was nur zu einem Mindestmaß führt, und
sie beginnt erst in dem Moment, in dem die Flüssigkeit von dem Unterteil
des Arbeitsstücks
in einen darunter liegenden Sammeltank tropft. Dies ist ein sehr
wichtiges Merkmal, das in der Praxis jegliche Oberlaufverunreinigung
eliminiert, Wärmeverluste
drastisch reduziert und die Notwendigkeit, kostspielige Trennsysteme
(z. B. Trennwände
und dergleichen), und Extraktions- und externe Entsorgungssysteme für Dämpfe und
Rauch zu installieren, überflüssig macht.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein
Vorbehandlungstunnel zur Durchführung
der oben beschriebenen Methode vorgesehen. Gemäß Anspruch 4.
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Vorteilhafterweise
ist die Vorbehandlungsstrecke durch eine Tunnelstruktur begrenzt.
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Falls
gewünscht
kann der Förderer
einer kurvigen Strecke folgen, was es ermöglicht, die Gesamtlänge des
Vorbehandlungstunnels im Vergleich zu dem von herkömmlichen
Vorbehandlungstunneln erheblich zu verringern.
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Weitere
Ausgestaltungen und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus
der folgenden ausführlichen
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform von dieser besser
ersichtlich, die anhand eines veranschaulichenden und nicht einschränkenden
Beispiels gegeben ist, wobei die Beschreibung anhand der 3 bis 5 der
beigefügten
Zeichnungen erfolgt. Es zeigen:
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3 eine
schematische Aufrissansicht von vorne eines Vor behandlungstunnels
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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4 eine
schematische Seitenaufrissansicht des Tunnels aus 3;
und
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5 eine
schematische ebene Ansicht des Tunnels aus 4.
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In
den 3 bis 5 wurden identische oder ähnliche
Teile oder Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Die 3 und 4 zeigen
einen Vorbehandlungstunnel 1 zum Durchführen der Methode gemäß der vorliegenden
Erfindung, bei der ein oder mehrere Tunnelvorbehandlungsstrecken 2 für die zu behandelnden
Arbeitsstücke 3 begrenzt
sind. Ein Deckenförderer 4 erstreckt
sich entlang der gesamten Vorbehandlungsstrecke 2 und ist
so gestaltet, dass er in Aufeinanderfolge an diesem aufgehängte Arbeitsstücke 3 fördert.
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An
den oberen Enden der Arbeitsstücke 3, die
von dem Förderer 4 gefördert werden,
sind zwei parallele Kanäle 5 installiert,
die so angeordnet sind, dass sie unablässig durch Überlaufen oder Austreten aus
geeigneten Spalten Vorbehandlungsflüssigkeit auf das obere Ende
jedes Arbeitsstücks 3,
das von dem Förderer 4 gefördert wird,
zuführt.
Die auf das Arbeitsstück 3 fallende
Flüssigkeit
bedeckt das Arbeitsstück
selber und läuft
von dessen oberen Ende zu dessen unteren Ende herunter, wie durch
die Pfeile F in 3 gezeigt ist.
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An
der Grundfläche
des Tunnels 2 ist ein Tank 6 oder eine Aufeinanderfolge
von Tanks 6 zum Sammeln der Vorbehandlungsflüssigkeit,
die von jedem vorbehandelten Arbeitsstück abgegeben wird, vorgesehen.
Ein Filter- und Rückführkreis
zum Filtern und Rückführen der
Flüssigkeit
von jedem Sammeltank 6 umfasst eine oder mehrere Pumpen 7,
deren Förderseite
mit Kanälen 5 zum
Rückführen der
Vorbehandlungsflüssigkeit
verbunden ist.
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5 zeigt
eine ebene Ansicht einer Ausführungsform,
in der mehrere parallele Abschnitte des Tunnels 2 vorgesehen
sind, und zwar einer nach außen
und einer zurückkehrend,
von denen jeder für
einen speziellen Vorbehandlungsvorgang gestaltet ist, während in
den gebogenen Abschnitten, in denen die Transportrichtung umgekehrt
wird, außerhalb
der Tunnelabschnitte die Vorgänge
der abtropfenden Flüssigkeit
stattfin den. Insbesondere ist der Abschnitt S zum Entfetten gedacht,
der gebogene Rückführabschnitt
C dient dazu, es der Flüssigkeit
zu ermöglichen,
von den Arbeitsstücken
abzutropfen, bevor die nächste
Vorbehandlungsflüssigkeit
aufgebracht wird. In den beiden geraden Abschnitten D1 und
D2 erfolgen zwei aufeinanderfolgende Waschungen,
gefolgt von einem Abschnitt E, in dem die Flüssigkeit von den Arbeitsstücken abtropfen
kann, bevor diese in den Desoxidationstunnel F eintreten. Diesem
folgt ein gebogener Abschnitt H zum Umkehren und Abtropfen, gefolgt
von zwei aufeinanderfolgenden Waschabschnitten I1 und
I2, gefolgt von einem weiteren Tropfabschnitt
L, vor dem Eintritt in einen Chromatisierungstunnel M. Beim Austreten
aus dem Chromatisierungstunnel M kann das Arbeitsstück in dem
Abschnitt N abtropfen, gefolgt von zwei Waschungen O1 und
O2 und einem Waschen mit voll entsalztem
Wasser in dem Abschnitt Q und einem abschließenden Abtropfen in dem Abschnitt
T. Die vorstehend beschriebene Ausführungsform des Tunnels hat
eine Reihe von wichtigen Ausführungsvorteilen, die
wiederum zu erheblichen Einsparungen bei den Herstellungskosten
und zu verringerten Gesamtabmessungen im Vergleich zu herkömmlichen
Sprühtunnels
führt.
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Es
wird vor Allem bemerkt werden, dass sich die Vorbehandlungsplattformen
S, D1, D2, F, I1, I2, M, O1, O2, Q (5)
alle in separaten Tunnels oder Kammern befinden, während alle
Abtropfbereiche oder -strecken C, E, H, L, N, T zum Zurückgewinnen der
Flüssigkeit
mit einem darunter liegenden Behälter 6a zum
Zurückgewinnen
der Flüssigkeit
in dem Tank 6 ausgerüstet
sind.
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Wenn
dann bedacht wird, dass die Seitenwände der Tunnels aus Materialien
gefertigt sind, die wegen ihrer hohen Beständigkeit gegenüber chemischen
Angriffen (z.B. rostfreier Stahl) ausgewählt wurden und daher selber
sehr kostspielig sind, werden die Vorteile der Begrenzung der geschlossenen tunnelartigen
Abschnitte der Anlage durch dazwischen liegende offene Abtropfabschnitte
sehr offensichtlich.
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Die
Tatsache, dass die Anlage eine mehr oder weniger quadratische ebene
Ansicht mit einer höchst
kompakten Anordnung hat, ermöglicht
die Implementierung eines Vorbehandlungstunnels von einer erheblich
reduzierten Größe im Vergleich
zu derjenigen eines herkömmlichen
Sprühtunnels.
Dies führt
zu einer wesentlichen Platzersparnis sowie zu einer verringerten
Investition in die Anlage.