EP0543318A1

EP0543318A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von metallischen Werkstücken

Info

Publication number: EP0543318A1
Application number: EP92119588A
Authority: EP
Inventors: Wilhelm Neubauer; Werner Comanns
Original assignee: Aichelin GmbH Germany
Current assignee: Aichelin GmbH Germany
Priority date: 1991-11-22
Filing date: 1992-11-17
Publication date: 1993-05-26
Also published as: HUT62828A; JPH0661968U; DE4138432C1; BR9204611A; HU9203642D0; KR930010231A; JPH0623332A; US5268035A; CN1072738A; CZ344492A3

Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung dienen zum Reinigen von metallischen Werkstücken (30), die nachfolgend einer Wärmebehandlung unterzogen werden sollen. Die Werkstücke (30) werden in einen großen Waschtank (12) eingefahren, der alsdann verschlossen wird. Die Werkstücke (30) werden dann mit einem drucklosen Schwall einer warmen Reinigungsflüssigkeit überspült, wobei der Schwall mit einer Durchflußrate zwischen 100 und 300 m³/h pro m² Werkstückoberfläche eingestellt wird. Die Werkstücke (30) werden dabei zunächst bei geöffnetem Ablauf (65) des Waschtanks (12) nur überspült und der Waschtank (12) wird dann durch Schließen des Ablaufes (65) gefüllt. Der Schwall wird dann in seiner Durchflußrate reduziert, so daß Reinigungs-Flüssigkeit (42) an einem Überlauf (38) überlaufen kann. Es wird nun Gas vom Boden des Waschtanks (12) her derart eingeblasen, daß die Werkstücke (30) von Gasblasen umströmt werden. Der Ablauf (65) wird dann geöffnet, während gleichzeitig der drucklose Schwall wieder in seiner Durchflußrate erhöht wird. Parallel dazu wird die Reinigungsflüssigkeit (42) kontinuierlich gereinigt. Die Werkstücke (30) werden nach dem Ablaufen der Reinigungs-Flüssigkeit (42) im Vakuum getrocknet. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Werkstücken mit einer Flüssigkeit, insbesondere zum Reinigen von metallischen Werkstücken für eine dem Reinigen nachfolgende Wärmebehandlung, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung der vorstehend genannten Art sind aus der DE-Z "HTM", 45 (1990), Heft 5, Seite 273 bekannt.
Verfahren und Vorrichtungen zum Behandeln von Werkstücken mit einer Flüssigkeit, nachstehend als "Waschen" bezeichnet, insbesondere zum Reinigen und/oder Spülen metallischer Werkstücke, werden typischerweise bei verketteten Wärmebehandlungsanlagen eingesetzt. Hierunter versteht man beispielsweise Vakuumwärmebehandlungs-, Durchstoß-, Rollenherd-, Vertikalretorten- oder Mehrzweckkammerofenanlagen, in denen Blankwärmebehandlungen, verschiedene Glühverfahren und Härteprozesse sowie Diffusionsprozesse wie Nitrieren, Nitrokarburieren, Karbonitrieren und Aufkohlen durchgeführt werden können.
Bei herkömmlichen Vorrichtungen und Verfahren der eingangs genannten Art hat man dabei Bäder eingesetzt, die im wesentlichen ausschließlich unter dem Gesichtspunkt ihrer Wirksamkeit ausgewählt wurden, während in früheren Zeiten Fragen der Rohstoffausnutzung und insbesondere der Umweltverträglichkeit weniger im Bewußtsein vorhanden waren. Aus diesem Grunde hat man in früheren Zeiten zum Reinigen von metallischen Werkstücken chlorierte Kohlenwasserstoffe (CKW) eingesetzt, beispielsweise Tetrachlorethen (Per) oder Trichlorethen (Tri), die zwar als ideale Reinigungsmittel galten, insbesondere zum Entfernen von Fetten und von Pigmentschmutz, deren umweltbelastende Auswirkungen aber erst zu einem späteren Zeitpunkt bekannt und berücksichtigt wurden.
Unter dem Gesichtspunkt des Umweltschutzes sind in zahlreichen Ländern mittlerweile Vorschriften in Kraft getreten, die zum Ziel haben, die Verwendung von chlorierten Kohlenwasserstoffen (CKW), insbesondere Tetrachlorethen und Trichlorethen, sowie die Verwendung von halogenierten Kohlenwasserstoffen (HKW), drastisch zu vermindern bzw. ganz zu verbieten.
Trichlorethen (Tri) steht mittlerweile im Verdacht, Krebs zu verursachen, so daß dieses Reinigungsmittel in Europa praktisch aus dem Verkehr gezogen worden ist.
In verschiedenen Ländern der Erde gibt es hierzu eine mittlerweile sehr strenge umweltschützende Gesetzgebung. In der Bundesrepublik Deutschland wurde z.B. durch die 2. Bundesemissionsschutzverordnung festgelegt, daß Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW), die bislang als Kühlmittel eingesetzt wurden und 1.1.1-Trichlorethan, das bislang als Reinigungsmittel eingesetzt wurde, nach kurzer Schonfrist überhaupt nicht mehr eingesetzt werden dürfen.
So ist in den Vereinigten Staaten von Amerika am 27.10.1990 der "Clean Air Act" ergänzt worden, und die Ergänzungen sind durch die Unterschrift von Präsident Bush am 15.11.1990 in Kraft getreten. Diese Gesetzesänderungen stellen eine enorme Verschärfung der Bundesgesetzgebung in den USA aus dem Jahre 1977 dar. So sind unter Abschnitt III der Änderungen bestimmte Gewerbezweige genannt, die mit unterschiedlicher Priorität erfaßt werden sollen. Das Entfetten und Metallreinigen ist dabei mit Priorität Nr. 1 angegeben. In diesem Zusammenhang sind chlorierte Kohlenwasserstoffe (CKW) ausdrücklich genannt, insbesondere auch Trichlorethylen. Die Gesetzesänderungen sehen dabei vor, die Produktion und den Verkauf derartiger Stoffe drastisch zu reduzieren, und zwar beispielsweise von der Produktions-Basismenge (100 %) des Jahres 1989 auf 15 % im Jahre 1997. Für Zuwiderhandlungen sehen die Gesetzesänderungen empfindliche Strafen vor.
Andererseits ist man bei der Wärmebehandlung metallischer Werkstücke darauf angewiesen, die Werkstücke vor der Wärmebehandlung oder einer sonstigen Oberflächenbehandlung einwandfrei zu reinigen, insbesondere dann, wenn sie zuvor einer anderen Bearbeitungsart, beispielsweise einem Umformen oder einer spanabhebenden Bearbeitung unterzogen worden waren.
Die Arten der dabei auftretenden Verunreinigungen auf metallischen Werkstücken sind vielfältig. So können diese Verunreinigungen beispielsweise aus Kühlschmierstoffen, Fetten, Läpp-Pasten und Pigmenten bestehen oder aus Härteölen, Stäuben und Metallspänen. Sollen derartige Werkstücke einer nachfolgenden Oberflächenbehandlung unterworfen werden, so ist es unabdingbar, die Werkstückoberfläche von Verschmutzungen zu befreien. Verschmutzte Oberflächen beeinflussen nämlich beispielsweise beim Nitrieren, Nitrokarburieren oder Aufkohlen wesentlich das Behandlungsergebnis. Bei den zuvor genannten Härtevorgängen (Diffusionsprozessen) dringen nämlich von der Außenseite des Werkstückes her Substanzen wie beispielsweise Stickstoff und/oder Kohlenstoff über Diffusionsvorgänge in die äußeren Schichten des metallischen Werkstücks ein. Ist nun die Oberfläche an gewissen Stellen verunreinigt, so können die von außen her gerichteten Diffusionsvorgänge, beispielsweise beim Gas-Nitrokarburieren, nicht oder nur verlangsamt oder zeitverzögert stattfinden. Als Resultat werden dann Werkstückoberflächen erhalten, die im Bereich der Verunreinigungen nicht oder nur teilweise gehärtet sind.
Eine saubere Oberfläche ist aber auch bei Vakuumwärmebehandlungen, Blankglühprozessen, Beschichtungen oder dergleichen unerläßlich.
Vor dem Hintergrund der vorstehend genannten Probleme hat man bereits seit geraumer Zeit erhebliche Anstrengungen unternommen, um einerseits Reinigungslösungen auf umweltverträglicher Basis, beispielsweise auf Wasserbasis zu schaffen, die für Personen, die mit diesen Lösungen in Berührung kommen, unbedenklich sind, die aber andererseits gute Reinigungsergebnisse erbringen.
Solche wasserlöslichen Reinigungsmittel, beispielsweise hochwaschaktive, meist tensidhaltige Substanzen, weisen jedoch gegenüber den chlorierten Kohlenwasserstoffen (CKW) eine verminderte Lösungsfähigkeit für Fette auf, so daß der Reinigungsvorgang durch eine Relativbewegung unterstützt und sehr hoch konzentrierte Lösungen dieser Mittel verwendet werden müssen und der Reinigungsvorgang durch eine Relativbewegung zwischen zu reinigendem Werkstück und der Reinigungsflüssigkeit unterstützt werden muß.
Bei bekannten Einrichtungen zum Reinigen von metallischen Werkstücken wird die Relativbewegung zwischen Werkstück und Reinigungsflüssigkeit dadurch erreicht, daß die Werkstücke mittels schwenkbarer Arme besprüht werden, und zwar unter hoher Austrittsgeschwindigkeit der Behandlungsflüssigkeit. Auf diese Weise werden die Werkstücke mit der Behandlungsflüssigkeit abgespritzt und der Reinigungseffekt stellt sich als eine Kombination eines mechanischen Ablösens der Schmutzpartikel und einer chemischen Einwirkung dar. Nachteilig wirkt sich das Einemulgieren der Fette und Öle, verursacht durch hohe Austrittsgeschwindigkeiten, auf den Badzustand aus.
Man hat dabei festgestellt, daß bei kompliziert geformten Werkstücken, beispielsweise Kurbelwellen oder Druckgehäusen mit Lagerstellen, es notwendig ist, aufwendige mechanische Vorrichtungen, wie gelenkige verschwenkbare Sprüharme, vorzusehen, um die gesamte Oberfläche reinigen zu können. Ferner ist es mit den bekannten Verfahren schwierig, Schüttgut oder gestapelte Chargen zu reinigen, da selbst mit mehrfach verschwenkbaren Sprüharmen es nur sehr schwer möglich ist, die im Innenraum oder Kern einer gestapelten Charge gelegenen Werkstücke allseitig zu erreichen. Dies liegt daran, daß die um ein Werkstück räumlich herum angeordneten anderen Werkstücke dieses mittlere Werkstück abschirmen, so daß auch eine mit hohem Druck auf die Charge gesprühte bzw. gespritzte Reinigungsflüssigkeit nicht an alle Oberflächen dringen kann.
Es sind ferner Vorrichtungen bekanntgeworden, bei denen die gesamte Charge bzw. das gesamte Schüttgut in ein Bad getaucht wird und die Relativbewegung zwischen Werkstücken und Flüssigkeit durch Pumpen-, Propeller-, Umwälzanlagen, durch Düseneinrichtungen oder durch Anheben oder Absenken der gesamten Charge verursacht wird.
Trotz dieser erheblichen technischen Aufwendungen wurde festgestellt, daß in der Charge keine Durchströmung stattfindet, sondern daß allenfalls eine geringfügige hin- und herbewegte Flüssigkeitsmenge bzw. -säule in der Charge vorhanden ist, und daß die bewegte Flüssigkeit im wesentlichen um die Außenkontur der Charge herumströmt.
Es wurde ferner festgestellt, daß bei Verwendung von wässerigen Reinigungslösungen mit hochwaschaktiven Substanzen, die sehr viele ionische Komponenten aufweisen, selbst nach zahlreichen Spülvorgängen eine Art Schmierfilm auf der Oberfläche der Werkstücke verbleibt, der auf starke ionische Wechselwirkungen zwischen den waschaktiven Substanzen und der metallischen Oberfläche zurückzuführen ist. Dieser Schmierfilm beeinträchtigt beispielsweise bei späteren Gas-Nitriervorgängen die Diffusion beträchtlich. Dies kann letztendlich dazu führen, daß Substanzen des Reinigungsmittels, die zuvor die vorhandenen Verunreinigungen entfernt haben, nun selbst die Oberfläche beeinträchtigen.
Ein weiteres Problem, das sich beim Reinigen metallischer Werkstücke stellt, ist das Trocknen der Werkstücke nach dem Reinigen und gegebenenfalls Spülen.
Bei herkömmlichen Anlagen wurden die metallischen Werkstücke aus dem Bad bzw. der Bespritzvorrichtung entnommen und dann mittels beheizter Umluft durch Abdunsten unter Zuhilfenahme der Eigenwärme der Teile oder durch Abblasen oder mittels einer Umluftheizung getrocknet.
Dieses Vorgehen hatte jedoch den Nachteil, daß die Werkstücke für eine gewisse Zeit der Atmosphäre ausgesetzt waren. Eine vollständige Trocknung, vor allem bei dicht gepackten Chargen, bei schöpfenden Werkstücken, z.B. mit Sacklöchern, konkaven Stellen und dergleichen versehenen Werkstücken, ist dabei nicht sicher gewährleistet.
Dies kann bereits bei sehr kurzer Dauer zu Oberflächenveränderungen führen, weil frisch gewaschene und gespülte metallische Werkstücke an ihrer Oberfläche hochaktiv sind, so daß bereits nach kürzester Zeit Korrosionsflecken festzustellen sind. Wenn zudem Reinigungs- oder Spülflüssigkeiten verwendet werden, die noch gelöste Salze enthalten, so können sich die Salze beim Trocknen als Salzflecken auf der Werkstückoberfläche ausbilden. Auch dies führt beim anschließenden Diffusionswärmebehandlungen zu erheblichen Problemen.
Schließlich sind herkömmliche Heizungen in Form von Umluftheizungen sehr energieaufwendig, weil ihr Wirkungsgrad sehr schlecht ist.
Schließlich besteht ein weiteres Problem beim herkömmlichen Reinigen metallischer Werkstücke darin, daß die verwendeten Reinigungsmittel nur in einem bestimmten Temperaturbereich einsetzbar sind. Wenn nämlich zum Beispiel ein Reinigungsbad eine zu hohe Temperatur aufweist (nahe 100°C), so werden die Reinigungsmittel chemisch verändert und ihre Reinigungswirkung läßt stark nach. Wenn andererseits das Reinigungsbad nicht warm genug ist (unterhalb des Trübungspunktes oder knapp darüber), so läßt die Reinigungswirkung ebenfalls nach, weil die Waschaktivitäten nicht mehr ausreichend thermisch unterstützt werden. Die höhere Viskosität der Befettung erschwert den chemischen Waschvorgang.
Aus der eingangs genannten DE-Z "HTM", 45 (1990), Heft 5, Seite 273 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen metallischer Werkstücke bekanntgeworden, mit denen die vorstehend geschilderten Nachteile bereits teilweise vermieden werden. Bei der bekannten Vorrichtung wird ein Waschtank verwendet, in dem die Werkstücke während des Reinigens, gegebenenfalls des Spülens und des Trocknens verbleiben. Beim Reinigen und Spülen der Werkstücke werden diese in einem Tauchbad gehalten, das durch Eindüsen von Luft am Tankboden sowie durch Umpumpen agitiert wird. Zum Trocknen der Werkstücke wird eine Vakuumtrocknung eingesetzt.
Diese Vorgehensweise hat zwar den Vorteil, daß durch das Eindüsen von Luft eine ausreichende Agitation des Behandlungsbades erreicht wird, weil die aufsteigenden Luftblasen Schmutzpartikel durch Adhäsionskräfte mitnehmen, auch wenn diese schwerer sind als die Behandlungsflüssigkeit. Außerdem wird durch das Verbleiben der Werkstücke in ein- und demselben Tank erreicht, daß die Werkstücke nur in sehr geringem Umfange mit der Umgebungsatmosphäre in Berührung kommen. Schließlich bewirkt die Vakuumtrocknung, daß auf energiesparende Weise ein Trocknen möglich ist.
Aber auch diese bekannte Vorrichtung mit dem dabei verwendeten bekannten Verfahren hat den Nachteil, daß in der wichtigen ersten Phase des Reinigungsvorganges, nämlich beim Fluten des Tanks keine ausreichende Reinigungswirkung, insbesondere hinsichtlich des Grobschmutzes, auftritt, daß während der nachfolgenden Verfahrensschritte der Kontakt der nassen Werkstücke mit der Außenatmosphäre immer noch eine gewisse Zeit andauert und daß schließlich die Werkstücke an bestimmten Bereichen (Sacklochbohrungen, Hohlräume, Schöpfflächen) nicht ausreichend von agitiertem Bad umspült werden.
Aus der DD-PS 91 177 ist ein Verfahren zum Reinigen von Büromaschinen und ähnlichen mechanischen Geräten bekannt. Danach sollen die genannten Büromaschinen in einem Bad gereinigt werden, in dem Blasensäulen aufsteigen, die durch einen pulsierenden Gasstrom gebildet werden.
Aus der FR-PS 1 410 251 ist eine Reinigungsvorrichtung für Krankenhaus-Gerätschaften bekannt, bei der mittels Druckluft Reinigungsflüssigkeit durch Spritzen und dgl. bewegt wird.
Aus der US-PS 2 567 820 ist eine Reinigungsvorrichtung für kleine Maschinenteile bekannt, bei der die Maschinenteile in ein korbartiges Gefäß eingebracht werden, dessen Boden durch ein Gitter gebildet wird. Unterhalb des Gitters befindet sich ein Rohrring, dessen Oberseite mit Austrittsöffnungen für Luftblasen versehen ist.
Aus dem DE-GM 84 37 870 ist eine Vorrichtung zum Waschen von metallischen Werkstücken bekannt, bei der die Waschflüssigkeit mittels Düsen auf die Werkstücke gespritzt wird, und zwar mit einer Geschwindigkeit zwischen 18 und 55 m/s.
Aus der DE-OS 37 15 332 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen von Werkstücken bekannt, bei der ebenfalls die Werkstücke in ein Tauchbad verbracht werden, in das Luft oder ein anderes Gas eingeblasen wird. Dabei werden die von den Gasblasen mitgenommenen Schmutzpartikel mittels eines Überlaufes am oberen Rand des Bades abgeschieden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß die vorstehenden Nachteile vermieden werden und daß die Reinigungswirkung metallischer Werkstücke insgesamt verbessert wird.
Gemäß dem eingangs genannten Verfahren wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch die folgenden Verfahrensschritte gelöst:

a) Einfahren der Werkstücke in einen Waschtank mit einem Fassungsvermögen zwischen 1 m³und 10 m³ ;
b) Verschließen des Waschtanks;
c) flächendeckendes Überspülen der Werkstücke mit einem drucklosen Schwall einer ersten Behandlungsflüssigkeit, vorzugsweise einer Temperatur zwischen 50°C und 90°C, wobei der Schwall mit einer Durchflußrate zwischen 100 m³/h und 300 m³/h pro m² Werkstückoberfläche eingestellt wird, für eine Dauer zwischen einer min. und 10 min., wobei die erste Behandlungsflüssigkeit kontinuierlich aus dem Waschtank über einen Ablauf abgelassen wird;
d) Verschließen des Ablaufes, bis der Waschtank durch den Schwall bis zu einem Überlauf gefüllt ist;
e) Reduzieren der Durchflußrate um 30 % bis 100 %;
f) Einblasen von Gas vom Boden des Waschtanks aus, derart, daß die Werkstücke von Gasblasen umströmt werden, für eine Dauer zwischen 3 min. und 15 min.;
g) Öffnen des Ablaufes bei gleichzeitigem Wieder-Erhöhen der Durchflußrate auf 80 % bis 100 % gemäß Schritt c), bis der Waschtank geleert ist;
h) parallel zu den Schritten c) bis g) kontinuierliches Reinigen und Rückführen der aus dem Waschtank ablaufenden bzw. überlaufenden ersten Behandlungsflüssigkeit;
i) gegebenenfalls ein- oder mehrfaches Wiederholen der Schritte c) bis h) mit einer zweiten Behandlungsflüssigkeit, vorzugsweise einer Spülflüssigkeit; und
k) luftdichtes Verschließen des Waschtanks und Erzeugen eines Unterdruckes vorzugsweise zwischen 60 mbar und 350 mbar für eine Dauer zwischen 3 min. und 10 min.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
So wird nämlich in der sehr kritischen ersten Phase der Behandlung, z.B. des Reinigungsvorganges, durch das Überspülen der Werkstücke mit einem drucklosen Schwall einer sehr großen Durchflußrate erreicht, daß die Werkstücke schon in einem sehr großen Ausmaß behandelt bzw. gereinigt werden, mit der Folge, daß z.B. die sich anschließenden Reinigungsschritte bereits bei einem erheblich sauberen Werkstück ansetzen können, als dies bei herkömmlicher Vorgehensweise der Fall ist.
Der mit sehr großer Durchflußrate sich auf die Werkstücke ergießende drucklose Schwall dringt darüber hinaus auch in unzugängliche Bereiche der Werkstücke ein, bildet dort Wirbel und nimmt auch von dort Schmutzpartikel mit. Dies ist mit herkömmlichen Vorrichtungen nicht zu erreichen, bei denen dünne Flüssigkeitsstrahlen unter hohem Druck auf das Werkstück gerichtet werden, weil dort nämlich zum einen immer nur punktförmige Bereiche der Werkstückoberfläche beaufschlagt werden können und andererseits, wie bereits erwähnt, innen gelegene Bereiche unerreichbar sind.
Verglichen mit dem ebenfalls bekannten Verfahren des Eindüsens von Luft hat die erfindungsgemäße Vorgehensweise den Vorteil, daß bereits vor dem Einlassen des Reinigungsbades die Werkstücke für eine längere Zeit überspült werden, während einer Zeit also, in der ein Eindüsen von Luft noch gar keine Wirkung hätte, weil noch kein Tauchbad eingelassen wurde.
Weiterhin hat der sich anschließende Verfahrensablauf den Vorteil, daß die Werkstücke ständig unter Flüssigkeit gehalten werden, selbst beim Ablassen des Behandlungsbades, mit der Folge, daß sich keine unerwünschten chemischen Reaktionen auf der Werkstückoberfläche ausbilden können.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß das Behandlungsbad kontinuierlich parallel gereinigt wird, und zwar während sämtlicher Schritte, bei denen die Behandlungsflüssigkeit eingesetzt wird, so daß ein vollkommen autarkes System entsteht, dem keine weiteren Behandlungsflüssigkeiten zugeführt werden müssen. Es versteht sich dabei, daß das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf bestimmte Abläufe von Wasch- oder Spülschritten beschränkt ist. Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise zum Waschen mit anschließendem Spülen oder zum Vorwaschen, Zwischenwaschen und Nachwaschen mit oder ohne zwischen- oder nachgeschalteten Spülschritten verwendet werden. Auch ist das erfindungsgemäße Verfahren sowohl in Verbindung mit Wärmebehandlungsprozessen einsetzbar, was bevorzugt ist, es kann aber ebenso gut auch bei anderen Fertigungsprozessen vorteilhaft eingesetzt werden.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Spülflüssigkeit ein voll entsalztes Wasser verwendet und dieses nach Schritt i) mit einem Waschmittel versetzt und für eine weitere, nachfolgende Verfahrensdurchführung als Reinigungsflüssigkeit verwendet.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß selbst ein "verbrauchtes" Spülbad noch nachfolgend als Reinigungsbad verwendt werden kann, wobei sich voll entsalztes Wasser besonders gut als Ausgangssubstanz für eine Reinigungsflüssigkeit eignet.
Bei einer weitere Ausgestaltung der Erfindung wird ein feinperliger Gasstrom, insbesondere mit Perlengrößen im Millimeter-Bereich verwendet.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß pro Oberflächeneinheit eines Werkstücks sehr viele Gasperlen auf dieses treffen, so daß einerseits eine intensive Flüssigkeitsbewegung mit einem hohen Lösungseffekt verursacht wird und andererseits sowohl durch die strömende Flüssigkeit als auch durch die aufprallenden Gasperlen ein hoher mechanischer Reinigungseffekt erreicht wird.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Gas mit stoßweise erhöhtem Druck pulsierend in die Flüssigkeit eingebracht.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß durch das stoßweise Einpressen des Gases ein erhöhter mechanischer Reinigungseffekt erzielt wird. Das stoßweise Einpressen stellt beispielsweise auch sicher, daß an der Oberfläche des metallischen Werkstücks haftende Gasblasen weder mechanisch oder durch Druckschwankungen abgerissen werden, so daß an deren Stelle Reinigungsflüssigkeit treten kann bzw. andere hochbeschleunigte Gasperlen auf die Metalloberfläche treffen können.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Gas Luft.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß ein jederzeit zur Verfügung stehendes wirtschaftliches Gas zum Einsatz gebracht werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Gas ein Schutzgas, das keine chemischen Reaktionen mit der Oberfläche der Werkstücke eingeht und/oder solche chemischen Reaktionen nicht unterstützt.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß falls Metalle oder Metalllegierungen verwendet werden, die beispielsweise gegenüber Sauerstoff empfindlich sind, oder bei denen Sauerstoff in Zusammenhang mit Wasser mikroskopische Korrosionen hervorrufen kann, wie beispielsweise bei manchen minderwertigen Eisenlegierungen, diese Werkstoffe gereinigt werden können, ohne daß durch den Reinigungsvorgang Veränderungen an der Oberfläche stattfinden.
Bei einer weitere bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Flüssigkeit Wasser.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß als Lösungsmittel für das Reinigungsmittel eine wirtschaftliche und umweltfreundliche Flüssigkeit verwendet wird, die auch für die Handhabungspersonen völlig unbedenklich ist. Es kann aber auch eine andere Spülflüssigkeit mit oder ohne Zusätze bzw. Wasser mit waschaktiven Substanzen verwendet werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Reinigungsmittel Wasser, dem ein sanftes, fettlösendes Reinigungsmittel zugesetzt ist, das keine chemischen Reaktionen mit der Oberfläche der Werkstücke eingeht und/oder solche chemischen Reaktionen nicht unterstützt.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß nach Waschvorgängen keine Rückstände des Reinigungsmittels mehr auf der Oberfläche verbleiben.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Reinigungsmittel neutral bis schwach alkalisch.
Diese Maßnahme hat zum einen den Vorteil, daß Metalle bzw. Metallegierungen in diesen pH-Bereichen von wässerigen Medien nicht angegriffen werden und daß solche Medien umweltneutral und ungefährlich für die Personen sind, die die Medien handhaben.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das eingebrachte Gas die Temperatur der Flüssigkeit auf.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß in Zusammenhang mit der erhöhten Temperaturführung gegenüber Normaltemperatur eine geringere Löslichkeit des Gases in der Flüssigkeit vorhanden ist, so daß selbst Gase, die dazu neigen, sich unter Druck in einer Flüssigkeit zu lösen, dies unter diesen Umständen nicht tun, sondern als Gasperlen bzw. Gasblasen die Flüssigkeit durchwandern.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die Werkstücke als Schüttgut in eine flüssigkeitsdurchströmbare Trommel eingefüllt, wobei die Trommel in die Flüssigkeit getaucht wird und die Gasperlen die Trommel durchströmen.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß durch die zusätzliche Bewegung des Schüttgutes in der Trommel eine besonders intensive Durchmischung und Durchwirbelung von Werkstücken, Flüssigkeit und Gasstrom erreicht wird. Dadurch ist es beispielsweise möglich, auch Kleinstteile wie Schrauben oder dergleichen mit eingeschnittenen Gewinden hervorragend zu reinigen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch eine Vorrichtung gelöst, die folgende Merkmale aufweist:

Einen luftdicht verschließbaren Waschtank;
eine im Waschtank angeordnete Aufnahmevorrichtung für Werkstücke, insbesondere metallische Werkstücke;
mindestens einen Tank für eine Behandlungsflüssigkeit;
eine drucklose Schwalldusche, die oberhalb der Aufnahmevorrichtung angeordnet ist;
ein erstes Rohrleitungs- und Ventilsystem zum Verbinden des Tanks mit der drucklosen Schwalldusche;
ein zweites Rohrleitungs- und Ventilsystem zum Verbinden des Tanks mit einem Ablauf des Waschtanks;
ein drittes Rohrleitungs- und Ventilsystem zum Verbinden des Tanks mit einem Überlauf des Waschtanks;
eine im Waschtank im Bereich der Aufnahmevorrichtung angeordnete Gas-Eindüsungsvorrichtung;
ein viertes Rohrleitungs- und Ventilsystem zum Verbinden der Gas-Eindüsungsvorrichtung mit einer Gasquelle, insbesondere einem Gasbehälter oder einem Gebläse;
eine Vakuumpumpe;
ein fünftes Rohrleitungs- und Ventilsystem zum Verbinden der Vakuumpumpe mit dem Innenraum des Waschtanks; und
ein Steuergerät zum programmgesteuerten Betätigen des ersten bis fünften Rohrleitungs- und Ventilsystems.

Diese Maßnahmen haben den Vorteil, daß lediglich durch Verändern einiger Elemente bekannter Einrichtungen, insbesondere durch das Vorsehen einer drucklosen Schwalldusche und eines Pump-, Rohrleitungs- und Ventilsystems entsprechender Kapazität der gewünschte drucklose Wasserschwall mit sehr hoher Durchflußrate erzeugt werden kann. Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung, ebenso wie des erfindungsgemäßen Verfahrens, ist deren Flexibilität durch Aneinanderreihen von teilweise bekannten und teilweise neuen Anlagekomponenten bzw. Verfahrensschritten. Dies ergibt in besonderem Maße eine Ausbaufähigkeit und Adaptionsfähigkeit der Vorrichtung bzw. des Verfahrens.
Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Gas-Eindüsungsvorrichtung eine der Flüssigkeit zugewandten, mit Öffnungen versehene Wandung auf, durch die das Gas in die Flüssigkeit einpreßbar ist.
Diese an sich bekannte Maßnahme hat den Vorteil, daß der Gasstrom zum Agitieren des Bades über eine große Oberfläche erzeugt wird und damit den gesamten Innenraum des Waschtanks erfaßt.
Dies gilt insbesondere dann, wenn die perforierte Wandung die gesamte Bodenfläche des Waschtanks bedeckt.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung verläuft die Wandung auch seitlich im Waschtank und das Gas ist durch die seitlichen Öffnungen unter einem solchen Druck einpreßbar, daß der Gasstrom in seitlicher Richtung zumindest die Mitte der Querschnittsfläche des Waschtanks erreicht.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß, falls beispielsweise ein runder zylindrischer Behälter verwendet wird, die Gasperlen nicht nur von unten, sondern auch seitlich in die Flüssigkeit einströmen, und zwar derart, daß sie, in horizontaler Richtung gesehen, mindestens bis zur Mittellängsachse reichen. Durch den Auftrieb ergibt sich dann eine ansteigende Kurvenbahn. Dadurch können auch obere, möglicherweise eingemuldete Flächen hervorragend gereinigt werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Gas-Eindüsungsvorrichtung als doppelwandiger, im Behälter aufnehmbarer Körper ausgebildet, dessen der Flüssigkeit zugewandte Seite mit den Öffnungen versehen ist.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß eine einfache und robuste Vorrichtung geschaffen wird, die gegebenenfalls auch nachträglich in bereits vorhandene Waschtanks eingebaut werden kann, so daß beispielsweise zur Zeit noch mit mechanischen Transport- oder Rührwerken arbeitende Behälter nachgerüstet werden können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Körper segmentweise unterteilt und die Segmentabschnitte sind unabhängig voneinander mit dem Gas beaufschlagbar.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß wahlweise je nach Art und Länge der zu reinigenden Werkstücke verschieden ausgestaltete Gasströme erzeugt werden können.
Schließlich ist eine Ausführungsform bevorzugt, bei der die Gas-Eindüsungsvorrichtung als poröse Keramik ausgebildet ist.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß kein komplizierter Hohlkörper erzeugt werden muß und daß sich die Gasblasen von selbst fein verteilen.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine äußerst schematisierte Gesamtansicht eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Reinigen metallischer Werkstücke;
Fig. 2: eine Darstellung, ähnlich Figur 1, zur Erläuterung des Verfahrensschritts "druckloses Überspülen";
Fig. 3: eine Darstellung, ähnlich Figur 1, zur Erläuterung des Verfahrensschritts "druckloses Überspülen und Auffüllen";
Fig. 4: eine Darstellung, ähnlich Figur 1, zur Erläuterung des Verfahrensschritts "Umwälzen mit Gasblasenagitation";
Fig. 5: eine Darstellung, ähnlich Figur 1, zur Erläuterung des Verfahrensschritts "druckloses Überspülen und Ablassen";
Fig. 6: eine Darstellung, ähnlich Figur 1, zur Erläuterung des Verfahrensschritts "Vakuumtrocknen";
Fig. 7: eine Darstellung, ähnlich Figur 1, zur Erläuterung des Verfahrensschritts "Unterdruckkochen";
Fig. 8: eine Variante des in den Figuren 1 - 7 dargestellten Waschtanks, mit seitlicher Lufteindüsung;
Fig. 9 und 10: eine äußerst schematisierte Seiten- bzw. Vorderansicht einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Waschtanks, in horizontaler Bauweise.

Eine in Fig. 1 dargestellte Einrichtung 10 weist einen Waschtank 12, einen ersten Tank 14 für eine erste Behandlungsflüssigkeit, einen zweiten Tank 16 für eine zweite Behandlungsflüssigkeit, eine Vakuumstation 18, ein Filtervorrichtung 20 und eine Vorrichtung 22 zum Eindüsen eines Gases in den Waschtank 12 auf.
Der Waschtank 12 ist im Querschnitt kreisförmig und an seiner Oberseite mit einem Deckel 26 abgeschlossen. Im Innenraum des Waschtanks 12 befindet sich eine Haltevorrichtung 28, die zur Aufnahme einer Charge von Werkstücken 30 vorgesehen ist. Die Haltevorrichtung 28 kann von oben in vertikaler Richtung bei geöffnetem Deckel 26 in den Waschtank 12 eingesetzt bzw. aus diesem wieder entnommen werden.
Die Werkstücke 30 sind vorzugsweise metallische Werkstücke, d.h. übliche Maschinenteile, die vorzugsweise zu einem späteren Zeitpunkt einer Wärmebehandlung, beispielsweise einem Nitrokarburieren, unterworfen werden sollen. Die Werkstücke 30 weisen daher konstruktionsbedingte Hohlräume, Bohrungen und dergleichen auf, die nach oben, nach unten oder zur Seite geöffnet sein können.
Ferner ist in der Haltevorrichtung 28 eine Trommel 32 gehalten, die mit einer horizontalen Welle 34 versehen ist. Die Welle 34 reicht seitlich durch die Wandung des Waschtanks 12 hindurch und wird außerhalb des Waschtanks 12 von einem Antrieb 36 angetrieben.
Die Trommel 32 dient zur Aufnahme von hier nicht näher dargestelltem Schüttgut. Die Trommel 32 ist derart ausgebildet, daß sie an ihrem Umfang mit Öffnungen versehen ist, so daß Flüssigkeit und Gasblasen durch sie hindurchtreten können, während das in der Trommel 32 enthaltene Schüttgut zurückgehalten wird.
Der Waschtank 12 ist an seinem oberen Rand mit einem Überlauf 38 versehen. In der Zeichnung ist der Überlauf 38 am Waschtank 12 als außen umlaufender Überlauf eingezeichnet. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich jedoch dadurch aus, daß der Überlauf an der Innenseite des Waschtanks 12 verläuft. Auf diese Weise werden Verfahrensabläufe in das Innere des Waschtanks 12 verlegt, was im Hinblick auf Unterdruckanwendungen von Vorteil ist.
Der Überlauf 38 ist einerseits über eine Leitung 40 mit dem zweiten Tank 16 verbunden, der im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Reinigungsflüssigkeit 42 enthält. Ferner ist der Überlauf über eine Leitung 48 mit dem ersten Tank 14 verbunden, der im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Spülflüssigkeit 47 enthält. Die Leitungen 40 und 48 sind mit Ventilen versehen, um die Verbindung zwischen dem Überlauf 38 und den Tanks 14 bzw. 16 herstellen bzw. sperren zu können, wie dies weiter unten noch ausführlich erläutert werden wird.
Der die Reinigungsflüssigkeit 42 enthaltende zweite Tank 16 ist über eine Leitung 41 mit der Ansaugseite einer Pumpe 43 verbunden. Die Pumpe 43 steht ausgangsseitig über eine Leitung 44 mit einem Rohrstutzen 46 in Verbindung, der im Boden des Waschtanks 12 angeordnet ist. Auch hier sind zwischen Tank 16 und Pumpe 43 bzw. Pumpe 43 und Rohrstutzen 46 entsprechende Ventile vorgesehen, wie noch erläutert werden wird.
Die Pumpe 43 ist an ihrer Ansaugseite außerdem über eine Leitung 45 mit dem die Spülflüssigkeit 47 enthaltenden ersten Tank 14 verbunden.
Die Tanks 14 und 16 sind im Bereich ihres Bodens jeweils mit einer Heizung 49 versehen.
An Hand des zweiten Tanks 16 ist in Figur 1 dargestellt, daß der Tank 16 mit einem seitlich angeordneten Vorabscheider 50 versehen ist, der über einen Überlauf mit dem eigentlichen Innenraum des Tanks 16 verbunden ist. Der Vorabscheider 50 ist ferner über eine nicht dargestellte Leitung und eine Pumpe mit dem Tank 16 verbunden, so daß vom Vorabscheider 50 Flüssigkeit in den Tank 16 gepumpt werden kann. Die Tanks 14 und 16 sind mit einem Überlaufwehr versehen, so daß aufschwimmender Schmutz der Flüssigkeiten 42 bzw. 47 in den Vorabscheider 50 gelangen. Im Vorabscheider 50 läuft wiederum ein Skimmer, um den Schmutz zu sammeln und diesen dann entfernen zu können.
Der Vorabscheider 50 ist ferner mit der Filtervorrichtung 20 verbunden, die ihrerseits einen Filter 55 sowie einen Ölabscheider 54 aufweist. Die Filtervorrichtung 20 ist nicht unbedingt erforderlich, sie kann zusätzlich angeschlossen werden.
Der Filter 55 dient dazu, Feststoffe aus der vom Vorabscheider 50 kommenden Flüssigkeit abzutrennen. Der Ölabscheider 54 hat den Zweck, ölige Phasen von dieser Flüssigkeit abzutrennen, wobei die abgeschiedene Ölphase über eine Ölentnahme 57 entnommen und zu einer Entsorgungsstelle gebracht werden kann. Flüssigkeit, die den Filter 55 verläßt, kann wieder zum Tank 16 zurückgeführt werden.
Die Vakuumstation 18 weist eine Vakuumpumpe 70 auf, die über eine Leitung 71 mit dem Innenraum des Waschtanks 12 verbunden ist. Vorzugsweise mündet die Leitung 71 kurz unterhalb des Überlaufs 38 in den Waschtank 12.
Auf der Druckseite der Vakuumpumpe 70 ist diese mit einer Kühlfalle 72 sowie einem Sammler 73 verbunden. Auch in der Leitung 71 befindet sich ein Ventil, wie dies noch erläutert werden wird.
Der Waschtank 12 ist im Bereich des Deckels 26 bzw. des Überlaufs 28 vakuumdicht verschließbar.
Die Vorrichtung 22 zum Eindüsen eines Gases in den Waschtank 12 weist einen Druckbehälter 60 auf, in dem ein unter Druck stehendes Gas gespeichert ist. Der Druckbehälter 60 kann seinerseits an einen in Fig. 1 nicht dargestellten Kompressor angeschlossen sein. Auch ist es möglich, an dieser Stelle ein Gebläse zu verwenden. Das in der Vorrichtung 22 verarbeitete Gas ist vorzugsweise Luft, es kann jedoch auch ein nichtreagierendes Schutzgas verwendet werden. Auch ist es möglich, die Vorrichtung 22 so auszubilden, daß das Gas aufgewärmt wird, ehe es dem Waschtank 12 zugeführt wird.
Der Druckbehälter 60 ist mittels einer Leitung 61, in der entsprechende Drucksteuer- bzw. Druckreduzierventile angeordnet sind, mit einem durch die Wandung des Waschtanks 12 reichenden Stutzen 62 verbunden. Von dort führt die Leitung 61 zu einem plattenförmigen Hohlkörper 63, der im Bereich des Bodens des Innenraums des Waschtanks 12 angeordnet ist. Der plattenförmige Hohlkörper 63, dessen Plattenebene sich in etwa horizontal erstreckt, füllt vorzugsweise den Innenquerschnitt des Waschtanks 12 im Bereich des Bodens möglichst vollkommen aus. In jedem Fall ist anzustreben, daß die Abmessungen des Hohlkörpers 63, in vertikaler Ansicht, in etwa gleich groß sind wie die Abmessungen der Haltevorrichtung 28.
Der plattenförmige Hohlkörper 63 kann bei Ausführungsformen der Erfindung aus Edelstahlblechen aufgebaut sein, wobei das die obere Plattenfläche bildende Edelstahlblech mit Öffnungen 65 versehen ist. Die Öffnungen 65 bestehen aus Bohrungen, die einen Durchmesser von ca. 1 mm aufweisen und in einem Abstand von jeweils vorzugsweise 25 mm zueinander angeordnet sind.
Alternativ zu einem Hohlkörper 63 aus Edelstahlblechen kann auch eine poröse Keramik eingesetzt werden, die ein Luftverteilerrohr einschließt und durch deren Poren die Luft hindurchströmt.
Schließlich weist die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung 10 noch ein elektronisches Steuergerät 75 auf, über dessen Eingänge 76 Verfahrensparameter eingebbar sind, während die Ausgänge 77 die Aggregate der Einrichtung 10 steuern, insbesondere die zahlreichen Ventile und Pumpen.
Die mit der Einrichtung 10 gemäß Fig. 1 durchführbaren Verfahren sollen nachstehend an Hand der Zustandsschaubilder gemäß den Fig. 2 - 7 näher erläutert werden.
Zur Vorbereitung eines der erfindungsgemäßen Verfahrens wird (nicht dargestellt) der Deckel 26 des Waschtanks 12 geöffnet, um mittels eines Krans oder dergleichen den Halter 28 mit den Werkstücken 30 von oben in den Waschtank 12 einzufahren.
Wenn dies geschehen ist, wird der Waschtank 12 durch Schließen des Deckels 26 wieder verschlossen. In dieser Phase des erfindungsgemäßen Verfahrens braucht der Verschluß dabei noch nicht vakuumdicht zu sein, er sollte jedoch zumindest spritzwasserschützend wirken.
In Fig. 2 ist nun der erste eigentliche Verfahrensschritt dargestellt.
Mittels des Steuergerätes 75, dem zuvor die gewünschten Verfahrensparameter eingegeben wurden, wird zunächst als Vorbereitung zur Durchführung des Verfahrens die Heizung 49 im zweiten Tank 16 mit der Reinigungsflüssigkeit 42 eingestellt und parallel dazu ebenfalls die Heizung 49 im ersten Tank 14 mit der Spülflüssigkeit 47, sofern ein Spülvorgang gewünscht wird. Auf diese Weise werden die Reinigungsflüssigkeit 42 und gegebenenfalls die Spülflüssigkeit 47 aufgeheizt und zwar auf eine Temperatur zwischen 50°C und 90°C, vorzugsweise im Bereich zwischen 80°C und 90°C. Dies ist eine Temperatur, bei der Reinigungs- und Spülmittel (sofern solche zugesetzt werden) ihren optimalen Arbeitsbereich haben, da die genannten Mittel bei noch höheren Temperaturen sich chemisch verändern und bei niedrigeren Temperaturen die Reinigungs- bzw. Spülwirkung nachläßt.
Sobald sich die Flüssigkeiten 42 und gegebenenfalls 47 auf der gewünschten Arbeitstemperatur befinden, öffnet das Steuergerät 75 die erforderlichen Ventile. Zum einen wird ein Ventil 41a in der Leitung 41 geöffnet, die den zweiten Tank 16 mit der Saugseite der Pumpe 43 verbindet. Ferner wird ein Ventil 51a in der Leitung 51 geöffnet, die die Druckseite der Pumpe 43 mit der Schwalldusche 52 verbindet. Schließlich wird ein Ventil 67a in der Leitung 67 geöffnet, die über die Leitung 66 den als Abfluß wirkenden Rohrstutzen 65 des Waschtanks 12 mit dem zweiten Tank 16 verbindet.
Als Folge dieser Schaltmaßnahmen stellt sich ein Kreislauf von Reinigungsflüssigkeit 42 ein, der vom zweiten Tank 16 über das Ventil 41a, die Leitung 41, die Pumpe 43, die Leitung 51, das Ventil 51a zur Schwalldusche 52 führt. Die Förderleistung der Pumpe 43 bzw. die Strömungsquerschnitte der Ventile 41a und 51a werden dabei über das elektronische Steuergerät 75 so bemessen, daß aus der Schwalldusche 52 ein druckloser Schwall 80 von Reinigungs-Flüssigkeit 42 austritt, dessen Durchflußrate im Bereich zwischen 100 m³/h und 300 m³/h pro m² Oberfläche der Werkstücke 30 eingestellt wird.
Der Schwall 80 überspült damit drucklos die Werkstücke 30 und gelangt über den als Abfluß wirkenden Rohrstutzen 65, die Leitungen 66 und 67 sowie das geöffnete Ventil 67a wieder in den zweiten Tank 16.
Durch den drucklosen Schwall 80 werden die Werkstücke 30 vorgereinigt, weil der Schwall 80 anhaftenden Schmutz, insbesondere Pigmentschmutz, aber auch Fette, mitnimmt und abführt.
Die Reinigungsflüssigkeit 42 besteht dabei vorzugsweise aus einer wässerigen Lösung eines nicht schäumenden Neutralreinigers mit temporärem Korrosionsschutz. Ein derartiger Neutralreiniger zeigt an sich eine relativ schwache Ölemulgierwirkung, ist jedoch absolut umweltverträglich und greift weder das zu reinigende Gut an, noch werden Personen, die diese Flüssigkeit handhaben, in irgend einer Weise beeinträchtigt. Der schwach alkalische temporäre Korrosionsschutz verbleibt als dünne Schutzschicht auf den Werkstücken und ist bei Temperaturen über 300°C vollkommen rückstandslos verdampfbar.
Der vorstehend an Hand von Fig. 2 erläuterte Verfahrensschritt wird während einer Zeitdauer von vorzugsweise zwischen einer Minute und 10 Minuten durchgeführt.
Wenn die genannte Zeitspanne abgelaufen ist, schaltet das Steuergerät 75 in einen nächsten Verfahrensschritt um, der in Fig. 3 veranschaulicht ist.
Während dieses weiteren Verfahrensschrittes bleibt die Verbindung zum zweiten Tank 16 über die Pumpe 43 zur Schwalldusche 52 unverändert. Im Unterschied zu dem vorhergehenden Verfahrensschritt wird jedoch jetzt das Ventil 67a in der Leitung 67 geschlossen, so daß der Waschtank 12 keinen Abfluß hat.
Als Folge bildet sich im Waschtank 12 ein Tauchbad 83 aus, dessen Spiegel 85 kontinuierlich ansteigt, wie mit einem Pfeil 86 angedeutet.
Der Waschtank 12 füllt sich somit kontinuierlich mit einem warmen Reinigungs-Tauchbad 83 und dieser Verfahrensschritt dauert so lange an, bis über einen (nicht dargestellten) Füllstandsanzeiger erkannt wurde, daß der Flüssigkeitsspiegel 85 den Überlauf 38 erreicht hat. Sobald dies der Fall ist, wird der vorliegende Verfahrensschritt beendet.
Fig. 4 zeigt den nächsten Verfahrensschritt, bei dem das Bad 83 umgewälzt und agitiert wird.
Zum Zwecke des Umwälzens wird zunächst die Verbindung zwischen dem zweiten Tank 16 und der Schwalldusche 52 zwar aufrecht erhalten aber, beispielsweise durch Verminderung der Förderleistung der Pumpe 43, um beispielsweise 30 % bis 80 % vermindert, so daß aus der Schwalldusche 52 nur noch ein sehr viel kleinerer Schwall 80' austritt.
Das Steuergerät 75 öffnet nun ein Ventil 40a in der Leitung 40 zwischen Überlauf 38 und zweitem Tank 16, so daß die über den Überlauf 38 überströmende Reinigungsflüssigkeit 42 in den zweiten Tank 16 abströmen kann.
Sobald der Flüssigkeitsspiegel 85 den Überlauf 38 erreicht hat, kann alternativ das Ventil 51a in der Leitung 51 zur Schwalldusche 52 geschlossen werden und ein Verbindungsventil 51b geöffnet werden, das die Druckseite der Pumpe 53 mit dem Boden des Waschtanks 12 verbindet. Durch die Flüssigkeitszufuhr vom Boden des Waschtanks 12 her wird erreicht, daß lediglich Flüssigkeit, die durch aufsteigende Gasblasen mit hochgetragenem Schmutz versehen ist, den Waschtank 12 verläßt und nicht Flüssigkeit, die über die Schwalldusche 52 zugeführt wurde, sogleich in den Überlauf 38 abfließt.
Gleichzeitig betätigt das Steuergerät 75 die Vorrichtung 22 zum Eindüsen von Gas, indem ein Ventil 61a in der Leitung 61 zwischen dem Druckbehälter 60 und dem plattenförmigen Hohlkörper 63 geöffnet wird.
Als Folge treten Gasblasen in großem Umfang aus dem plattenförmigen Hohlkörper 63 aus und umspülen die Werkstücke 30 unter gleichzeitiger Agitation des Reinigungsbades 83.
Das Gas bzw. die Luft, die aus dem plattenförmigen Hohlkörper 63 austreten, stehen dort unter einem Druck, der im Bereich der Öffnungen 65 geringfügig über dem dort herrschenden Umgebungsdruck liegt. Die Druckluft tritt durch die zahlreichen Öffnungen 65 als kleine Gasperlen aus dem plattenförmigen Hohlkörper 63 aus, die dann aufgrund des Preßdrucks und ihres Auftriebs rasch nach oben zum Überlauf 38 hin strömen.
Diejenigen Luftblasen, die an die Unterseite der Werkstücke 30 prallen, werden von diesen seitlich abgelenkt, so daß ein dichter Perlenstrom an den vertikalen Wänden bzw. Bohrungen der Werkstücke 30 durchströmt, sofern diese vertikal oder zur Vertikalen geneigt verlaufen. Die Bläschen werden durch Adhäsionskräfte und durch die in der Flüssigkeit bestehenden Turbulenzen auch längs der Oberseite der Werkstücke 30 geführt, so daß auch dort eine starke Bewegung der Reinigungsflüssigkeit 42 vorhanden ist.
Die aus den Öffnungen 65 strömenden Luftblasen verlaufen durch die zahlreichen Prallstellen der Haltevorrichtung 28 bzw. der darin aufgenommenen Werkstücke 30 nicht in einer geradlinigen Richtung, sondern in einer schlangenlinienförmigen, teilweise verwirbelten Bahn.
Die Luftblasen durchlaufen auch die Trommel 32, so daß auch das dort aufgenommene Schüttgut perlig umströmt wird, wenn die Trommel 32 rotiert.
Zum Agitieren des Reinigungsbades 83 kann das Ventil 61a vom Steuergerät 75 entweder kontinuierlich geöffnet gehalten werden, wobei die Intensität der Agitation durch den Luftstrom beeinflußt werden kann. Alternativ ist es aber auch möglich, das Ventil 61a in vorbestimmter Weise abwechselnd zu öffnen und zu schließen, so daß mit pulsierenden Druckstößen gearbeitet wird. Auf diese Weise kann beispielsweise in zeitlichen Abständen von etwa 10 - 15 Sekunden die Druckluft kurzzeitig mit 5 - 10 bar in den Waschtank 10 eingepreßt werden.
Insbesondere bei stark mit Feststoffen, wie Pigmentschmutz, Sand, Bohrspänen oder Bohrschlamm verunreinigten Werkstücken 30 wird in der Anfangsphase eines Reinigungsvorganges mit sehr hohem pulsierendem Druck und hohen Frequenzen gefahren. Die intensive Verwirbelung führt dazu, daß allein durch die mechanische Wirkung diese Festteile von den Werkstücken 30 abgerissen werden. Ferner hat sich gezeigt, daß die Festteile, obwohl sie eine höhere Dichte als die im Waschtank 12 aufgenommene Reinigungsflüssigkeit 42 haben, aufgrund von Adhäsionskräften rasch an die Oberfläche, d.h. in den Bereich des Überlaufs 38 gebracht werden. Dort werden diese Verunreinigungen über die Leitung 40 dem Tank 16 zugeführt. Bei extrem verschmutztem zu reinigendem Gut kann auch ein Grobfilter im Bereich des Überlaufs 38 vorgesehen sein.
Durch die Verwendung des zuvor erwähnten, nicht schäumenden Neutralreinigers ist sichergestellt, daß auch bei intensivem Einblasen in den Waschtank 12 sich kein übermäßiger Schaum bildet.
Da sich die Reinigungs-Flüssigkeit 42 auf Arbeitstemperatur befindet, werden die Werkstücke 30 mittels der im Waschmittel befindlichen waschwirksamen Substanzen, beispielsweise anionischen Tensiden, entfettet, d.h. von anhaftenden Schmierölen und dergleichen gereinigt.
Es versteht sich, daß auch die Menge der umgewälzten Flüssigkeit, die von der Pumpe 43 bei diesem Verfahrensschritt nachgeliefert wird, je nach Verschmutzungsgrad der Werkstücke 30 eingestellt werden kann. Die Förderleistung der Pumpe 43 kann dabei auch über den Verlauf dieses Verfahrensschrittes verändert werden, indem z.B. zunächst mit einem höheren Durchsatz und alsdann mit einem niedrigeren Durchsatz gearbeitet wird.
Der vorstehend an Hand von Fig. 4 erläuterte Verfahrensschritt wird vorzugsweise für eine Dauer zwischen 3 Minuten und 15 Minuten durchgeführt.
Nach Ablauf der vorerwähnten Zeitspanne schaltet das Steuergerät 75 in den nächsten Verfahrensschritt, der an Hand von Fig. 5 erläutert wird.
Hierzu schaltet das Steuergerät 75 die Pumpe 43 wieder auf eine Förderleistung, die ganz oder nahezu der Förderleistung des an Hand von Fig. 3 erläuterten Verfahrensschrittes entspricht. Aus der Schwalldusche 52 tritt nun wieder ein Schwall 80 aus, dessen Durchflußrate zwischen 100 m³/h und 300 m³/h liegt. Gleichzeitig wird jedoch wieder das Ventil 67a in der Leitung 67 geöffnet, so daß das Bad 83 aus dem Waschtank 12 abläuft, wie mit dem nach unten gerichteten Pfeil 86' am Flüssigkeitsspiegel 85 in Fig. 5 angedeutet ist.
Die andauernde drucklose Überspülung der Werkstücke 30 bei dem in Fig. 5 veranschaulichten Verfahrensschritt hat folgenden Sinn:
Wenn durch Ablassen des Bades 83 der Flüssigkeitsspiegel 85 absinkt, so kann es geschehen, daß Schmutzteile, die während des Entleerens aufschwimmen, sich an den Werkstücken 30 absetzen, wenn der Flüssigkeitsspiegel 85 diese Werkstücke passiert. Dies wird jedoch dadurch verhindert, daß ständig von oben, nämlich von der Schwalldusche 52 reichlich frische, d.h. gereinigte Reinigungs-Flüssigkeit 42 nachgeliefert wird, weil dann die Werkstücke 30 auch beim Ablassen des Bades 83 ständig überspült werden.
Zum anderen hat das Einschalten des drucklosen Schwalls 80 den Sinn, daß die Werkstücke 30 nicht oder fast nicht mit Umgebungsluft in Berührung kommen. Beim Ablassen des Bades 83 muß nämlich (nicht dargestellt) eine Luftzufuhr in den Innenraum des Waschtanks 12 ermöglicht werden, damit das Bad 83 ablaufen kann. Diese zugeführte Frischluft könnte jedoch chemische Reaktionen an den in diesem Zeitpunkt hochaktiven Oberflächen der Werkstücke 30 hervorrufen, was unerwünscht ist. Auch aus diesem Grunde ist es zweckmäßig, die Werkstücke 30 durch andauerndes druckloses Überspülen ständig mit einem Flüssigkeitsfilm zu überdecken.
Wenn das Bad 83 abgelaufen ist, was durch geeignete Füllstandssensoren (nicht dargestellt) erkannt werden kann, so schaltet das Steuergerät 75 in den nächsten Verfahrensschritt um, der in Fig. 6 dargestellt ist.
Für diesen Verfahrensschritt muß der Deckel 26 des Waschtanks 12 druckdicht verschlossen sein.
Das Steuergerät 75 öffnet nun ein Ventil 71a in der Leitung 71 zwischen dem Innenraum des Waschtanks 12 und der Vakuumpumpe 70. Gleichzeitig wird die Vakuumpumpe 70 eingeschaltet.
Man muß sich an dieser Stelle vor Augen halten, daß die Werkstücke 30 zu diesem Zeitpunkt die Temperatur des Bades 83 haben, d.h. sich auf einer Temperatur von beispielsweise 80°C und 90°C befinden.
Die Vakuumpumpe 70 erzeugt nun im Innenraum des Waschtanks 12 einen Unterdruck. Bei ca. 800 mbar setzt die Verdampfung der Restflüssigkeit auf den Werkstücken 30 ein und der Wasserdampf wird, wie in Fig. 6 mit Pfeilen 90 angedeutet, über die Leitung 71 abgesaugt. Die Vakuumpumpe 70 vermindert nun den Druck im Waschtank 12 auf 200 - 300 mbar, was dem Dampfdruck bei einer Wassertemperatur von 60°C - 80°C entspricht. Die auf den Werkstücken 30 noch befindliche Flüssigkeit verdampft demzufolge, wobei der Verdampfungsvorgang auf ebenen Oberflächen schneller abläuft als im Bereich von Bohrungen, Kohlräumen oder sogenannten Schöpfflächen, d.h. sich nach oben öffnenden Vertiefungen der Werkstücke 30.
Der Trocknungsvorgang wird für eine Zeitdauer zwischen 3 Minuten und 10 Minuten aufrechterhalten. Sobald die letzte Flüssigkeit von den Werkstücken 30 verdampft ist, fällt der Druck im Innenraum des Waschtanks 12 schlagartig ab, beispielsweise auf 70 - 80 mbar, weil nun keine Flüssigkeit zum Verdampfen mehr vorhanden ist. Durch eine geeignete Zeitsteuerung oder gegebenenfalls durch einen (nicht dargestellten) Drucksensor, der diesen Druckabfall registriert und meldet, wird der Trocknungsvorgang durch das Steuergerät 75 beendet.
Je nachdem, welches Verfahren gewünscht wird, kann sich nun oder auch bereits vor dem Trocknungsvorgang ein Behandlungsschritt mit einer weiteren Behandlungsflüssigkeit anschließen, beispielsweise ein Spülen der Werkstücke 30 mit der im ersten Tank 14 enthaltenen Spül-Flüssigkeit 47. Der Ablauf des Verfahrens ist dabei der gleiche, so daß insoweit auf die Beschreibung der Figuren 2 - 5 verwiesen werden kann.
Wichtig ist in diesem Zusammenhang noch folgendes:
Während der gesamten Verfahrensdauer, insbesondere während der Verfahrensschritte, bei der ein Umwälzen des Bades 83 stattfindet, wird die betreffende Flüssigkeit, beispielsweise die Reinigungs-Flüssigkeit 42, kontinuierlich gereinigt, wie eingangs der Fig. 1 im Zusammenhang mit der Filtervorrichtung 20 erläutert wurde.
Dies bedeutet, daß die Einrichtung 10 vollkommen autark arbeitet, d.h. während des Betriebes keiner Zuführung oder Abführung von Behandlungsflüssigkeiten bedarf.
Erst wenn eine der Flüssigkeiten durch Alterung nicht mehr brauchbar ist, muß sie durch geeignete Vorrichtungen wieder aufbereitet oder entsorgt und durch eine neue Behandlungsflüssigkeit ersetzt werden. Während des normalen Betriebes der Einrichtung 10 ist hingegen lediglich eine Entsorgung der abgefilterten Schmutzanteile erforderlich.
Es ist ferner bevorzugt, wenn als Grundlage für die Behandlungsflüssigkeiten voll entsalztes Wasser eingesetzt wird. Das voll entsalzte Wasser kann zunächst als Spül-Flüssigkeit 47 eingesetzt werden, weil dadurch verhindert wird, daß sich während des Trocknungsvorganges (Fig. 6) nach dem Spülen Salzflecken auf den Werkstücken ausbilden, die beim anschließenden Wärmebehandeln, insbesondere beim Nitrokarburieren, stören.
Die Spül-Flüssigkeit 47 kann überdies noch selbst dann, wenn sie als Spül-Flüssigkeit nicht mehr einsetzbar ist, durch Zusatz von geeigneten Reinigungsmitteln aufbereitet und als Reinigungs-Flüssigkeit 42 für spätere Waschvorgänge verwendet werden. Auch auf diese Weise ist eine extreme Ausnutzung der verwendeten Flüssigkeiten möglich, ohne neue Flüssigkeiten nachfüllen zu müssen.
Fig. 7 zeigt eine erfindungsgemäße Möglichkeit zum Agitieren des Bades 83.
Bei der Anordnung gemäß Fig. 7 wird zweckmäßigerweise die Leitung 71' zwischen Vakuumpumpe 70 und Waschtank 12 an den Deckel 26 angeschlossen.
Der an Hand von Fig. 7 nachstehend zu veranschaulichende Verfahrensschritt ist als Alternative oder Ergänzung zu dem weiter oben an Hand von Fig. 4 erläuterten Verfahrensschritt des Agitierens zu verstehen.
Gemäß dem an Hand von Fig. 7 dargestellten Verfahrensschritt wird zum Agitieren des Bades 83 über das Steuergerät 75 die Vakuumpumpe 70 eingeschaltet und zugleich das Ventil 71a' in der Leitung 71' geöffnet.
Da in diesem Verfahrensstand das Bad 83 bis zum Überlauf 38 eingefüllt ist, erzeugt die Vakuumpumpe 70 in dem verbleibenden geringen Luftraum 91 im Bereich der Schwalldusche 52 einen starken Unterdruck.
Der Unterdruck wird nun so eingestellt, daß das Bad 83 trotz der unterhalb der Siedetemperatur von Wasser beim atmosphärischen Druck liegenden Temperatur von 100°C zu kochen beginnt. Hierzu muß der Unterdruck so eingestellt werden, daß er dem Sättigungsdampfdruck von Wasser bei der jeweiligen niedrigeren Temperatur entspricht und zusätzlich der hydrostatische Druck im Waschtank 12 berücksichtigt wird, d.h. die Höhe der im Tankinneren vorhandenen Flüssigkeitssäule.
Liegt beispielsweise die Temperatur des Bades 83 bei 85°C, so entspricht dies einem Sättigungsdampfdruck von 600 mbar. Wenn die Flüssigkeitssäule im Waschtank 12 2 m hoch ist, so sind hiervon nochmals 200 mbar an hydrostatischem Druck abzuziehen, was zu einem erforderlichen Druck von 400 mbar führt. Bei 80°C Temperatur des Bades 83 und einem Sättigungsdampfdruck von 500 mbar ergibt sich nach Abzug von 200 mbar als Ausgleich für den hydrostatischen Druck bei 2 m Wassersäule ein erforderlicher Druck von 300 mbar.
Wenn somit der genannte erforderliche Druck von 400 (85°C) bzw. 300 (80°C) mbar eingestellt wird, beginnt das Bad 83 zu kochen, obwohl dessen Temperatur unterhalb von 100°C liegt.
Das Kochen des Bades 83 hat zur Folge, daß sich an jeder Stelle des Bades 83 Dampfblasen bilden, also nicht nur an den Oberflächen der Werkstücke 30, sondern vielmehr auch in Hohlräumen, Bohrungen, Sackbohrungen, Schöpfräumen und dergleichen mehr. Die Dampfblasen entstehen somit auch an solchen Stellen der Werkstücke, die nicht für Luftblasen erreichbar sind, die von der Vorrichtung 22 zum Eindüsen von Gas erzeugt wurden. Hinzu kommt ferner, daß auch die aufsteigenden Dampfblasen über Adhäsionskräfte Schmutzpartikel mitnehmen, mit der Folge, daß auch Sackbohrungen, Schöpfflächen und dergleichen durch Mitnahme von Schmutzpartikeln gereinigt werden können. Es versteht sich dabei, daß die Intensität des Kochens durch entsprechendes Einstellen des Unterdrucks über die Vakuumpumpe 70 variiert werden kann. Der von den Dampfblasen beim Unterdruck-Kochen hochgetragene Schmutz sammelt sich auf der Badoberfläche an und kann nach Abschluß der Kochphase über den Überlauf 38 aus dem Waschtank 12 in der bereits beschriebenen Weise entfernt werden.
Das Kochen des Bades 83 kann dabei sowohl während des Reinigens wie auch während des Spülens vorgesehen werden, weil beim Reinigen der chemische Reinigungsprozeß unterstützt wird, während beim Spülen die schwer zugänglichen Räume in der erwähnten Weise ausgespült werden können. Es versteht sich, daß auch beim Unterdruck-Kochen ein Umwälzen und/oder Agitieren des Bades 83 möglich ist.
Hierzu wird die Saugseite der Pumpe 43 über eine Leitung 95 mit dem Rohrstutzen 65 verbunden, wobei ein Ventil 95a in der Leitung 95 anzuordnen ist.
Durch entsprechende Saugleistung der Pumpe 43 kann nun trotz des im Waschtank 12 herrschenden Unterdrucks die entsprechende Behandlungsflüssigkeit am Rohrstutzen 65 abgesaugt und über die Schwalldusche 52 wieder zugegeben werden. Es versteht sich, daß auch in diesem Falle durch geeignete Maßnahmen eine kontinuierliche Reinigung der jeweiligen Behandlungsflüssigkeit möglich ist (nicht dargestellt).
Ferner ist zweckmäßig, wenn in der Leitung 71' ein Kondensator 92 angeordnet wird, weil die Vakuumpumpe 70 in der beschriebenen Weise den Dampf der jeweiligen Behandlungsflüssigkeit absaugt und dieser Dampf nicht in die Vakuumpumpe 70 gelangen sollte. Aus diesem Grunde wird man durch entsprechende Luftzufuhr dafür sorgen, daß die Vakuumpumpe 70 stets ein Gemisch aus Luft und Dampf ansaugt, wobei dann der Dampf im Kondensator 92 ausgefällt und den jeweiligen Tanks für die Behandlungsflüssigkeiten zugeführt wird. Dies hat den Vorteil, daß die Behandlungsflüssigkeiten nicht eindicken, d.h. aufsalzen, indem der Wasserverlust so gering wie möglich gehalten wird.
Die Dampfmenge für die Vakuumpumpe 70 wird um die kondensierte Dampfmenge geringer, so daß die Vakuumpumpe 70 wirtschaftlich klein dimensioniert werden kann.
Da die Vakuumpumpe 70, wie bereits erwähnt, nur gesättigte Luft abpumpen kann, wird die von der Vakuumpumpe 70 benötigte Luft vorzugsweise über den Hohlkörper 63 zugeführt. Man kann dabei die von der Vakuumpumpe 70 benötigte Luft so bemessen, daß sie gerade der Flotationsluftmenge entspricht.
Das vorstehend an Hand der Fig. 7 erläuterte Verfahren des Unterdruck-Kochens kann nun in mannigfaltiger Weise in die weiter oben an Hand der Figuren 2 - 6 erläuterten Verfahrensschritte integriert werden:
So kann bei einer ersten Alternative das Unterdruck-Kochen permanent im Tauchverfahren eingesetzt werden, mit der Folge, daß während der gesamten Reinigungs- bzw. Spülzeit unter Unterdruck gekocht wird.
Bei einer zweiten Alternative kann das Unterdruck-Kochen im Tauchverfahren zusätzlich zum Flottieren eingesetzt werden, d.h. jeweils für einen Teil der Reinigungs- bzw. Spülzeit.
Bei einer dritten Alternative kann das Verfahren des Unterdruck-Kochens durch entsprechende Einstellung mittels des Steuergerätes 75 auch pulsierend eingesetzt werden, sei es während der gesamten Reinigungs- bzw. Spülzeit oder während einzelner zeitlicher Abschnitte. Ein pulsierendes Unterdruck-Kochen kann in diesem Falle dadurch erreicht werden, daß der Waschtank 12 jeweils stark evakuiert wird, bis der Kocheffekt einsetzt oder nahezu einsetzt, um dann durch schlagartige Zugabe von Frischluft ein Aufkochen, d.h. ein Druckentspannen zu bewirken.
Die Frischluft kann dabei über den Hohlkörper 63 oder auch über die Schwalldusche 52 zugeführt werden.
Schließlich ist auch eine vierte Alternative möglich, bei der das Unterdruck-Kochen im Tauchverfahren zusätzlich zum Umwälzen und zusätzlich zum Agitieren mittels Eindüsen von Luft eingesetzt wird.
Der Schritt des Unterdruck-Kochens kann 1 min bis 20 min dauern.
Fig. 8 zeigt eine Variante einer Einrichtung 100, wobei hier lediglich ein Waschtank 104 dargestellt ist, der weitgehend dem Waschtank 12 der Einrichtung 10 gemäß den Fig. 1 - 7 entspricht. Es sollen daher nachstehend im wesentlichen nur die abweichenden Elemente beschrieben werden und in Fig. 8 sind teilweise gleiche Bezugszeichen für entsprechende Bauteile verwendet worden.
Auch der Waschtank 104 ist als im Querschnitt etwa kreisförmiger Behälter ausgebildet, der an seinem Boden mit einem Rohrstutzen 105 versehen ist, der hier stellvertretend für die Rohrstutzen 46 und 65 des Waschtanks 12 gemäß den Fig. 1 - 7 stehen soll.
Der Waschtank 100 weist ferner eine Trommel 106 auf, die über einen Antrieb 107 um eine horizontale Achse 108 drehbar ist. In der Trommel 106 sind sechseckförmige Werkstücke 110, 110' ...... enthalten. Im Bereich eines Deckels 112 ist der Waschtank 104 mit einem Überlauf 111 versehen, der sowohl mit dem zweiten Tank 16, der die Reinigungs-Flüssigkeit 42 enthält, als auch mit dem ersten Tank 14 verbunden, der die Spül-Flüssigkeit 47 enthält. Ferner ist der Waschtank 104 über einen seitlichen Stutzen mit der Vakuumstation 18 verbunden. Zur Ausführung des Verfahrens "Unterdruck-Kochen" kann auch ein Stutzen 114 im Deckel 112 vorhanden sein. An der Innenseite des Deckels 112 ist die Schwalldusche 113 angeordnet, die in der bereits mehrfach erläuterten Weise dazu dient, die im Innenraum des Waschtanks 104 aufgenommenen Werkstücke 110 drucklos mit einem Schwall zu überspülen.
Bei einem Reinigungsvorgang ist, wie weiter oben ausführlich zu Fig. 4 erläutert wurde, der Waschtank 104 bis zum Überlauf 111 mit der Reinigungs-Flüssigkeit 42 gefüllt. Im Waschtank 104 befindet sich ein Halter 118, der verschiedene weitere Werkstücke 120 trägt.
Eine Vorrichtung 122 zum Eindüsen von Gas (bei dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Gas Stickstoff) besteht aus einem Hohlkörper 126, der ein Bodenteil 130 und ein Seitenteil 131 aufweist.
Das Seitenteil 131 erstreckt sich auf einer Seite des Halters 118 und umrundet diesen zumindest über einen großen Teil seines Umfanges.
Der Hohlkörper 126 ist dabei an der dem Halter 118 zugewandten Seite wieder, wie zuvor beschrieben, mit zahlreichen Öffnungen versehen, die bei dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel als Düsen 128 ausgebildet sind.
Aus den Düsen 128 tritt der vom Druckbehälter 60 kommende Stickstoff in Form von feinen Perlen bzw. Blasen 127 aus. Die Blasen 127 umströmen, wie bereits beschrieben, die Werkstücke 120 vollständig, wie dies beispielsweise durch einen Pfeil 136 angedeutet ist.
Durch das Vorsehen des Seitenteils 131 wird auch ein seitlich gerichteter Blasenstrom erzeugt, wie dies beispielsweise durch den Pfeil 139 angedeutet ist. Dabei entsteht eine nach oben gekrümmte Linie, da die aus den seitlichen Düsen 128 austretenden Blasen alsbald aufgrund des Auftriebes dazu neigen, nach oben zu steigen.
Der Druck, der aus den seitlichen Düsen 128 austretenden Gasblasen 127 wird bei einem Reinigungsvorgang dabei so eingestellt, daß diese mindestens etwa die Längsmittelachse des Waschtanks 104 erreichen, d.h. im Schnitt von Fig. 8 gesehen, wie dies der Pfeil 138 andeutet, zumindest über die halbe Breite in seitlicher Richtung reichen.
Durch das Seitenteil 131, das den Halter 118 mindestens teilweise umfängt, ist sichergestellt, daß auch bei kompliziert geformten Werkstücken 120 eine rasche Reinigung möglich ist.
Der Hohlkörper 126 ist über Trennschieber 132 bzw. 133 in einen oberen Abschnitt 134, einen mittleren Abschnitt 135 und einen Bodenabschnitt unterteilbar, so daß je nach Art des im Waschtank 104 aufgenommenen Gutes lediglich im Bereich des Bodens Gas 141 oder auch über ein oder mehrere übereinander angeordnete Seitenbereiche eingepreßt wird.
Die aufsteigenden Gasperlen 127 erzeugen auch eine Sekundärströmung, wie sie durch einen Pfeil 137 angedeutet ist. Die im Waschtank 104 aufgenommene Flüssigkeit strömt dann in einem umwälzenden Kreislauf.
Schließlich zeigen die Fig. 9 und 10 noch ein weiteres Ausführungsbeispiel erfindungsgemäßer Vorrichtungen, wie es zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann.
Mit 150 ist in den Fig. 9 und 10 wiederum eine Einrichtung zum Reinigen von insbesondere metallischen Werkstücken bezeichnet, die einen Waschtank 151 umfaßt. Im Waschtank 151 ist wiederum ein Halter 152 für Werkstücke vorgesehen. Die Anordnung ist dabei jedoch, im Gegensatz zu den Anordnungen der Fig. 1 - 8, so getroffen, daß der Halter 152 in horizontaler Richtung über eine Beschickungstür 153 aus dem Waschtank 151 entnommen werden kann. Die Beschickungstür 153 ist dabei vorzugsweise in vertikaler Richtung verschiebbar, wie mit einem Pfeil angedeutet.
Über Leitungen 154, 155 und 156 können in der bereits ausführlich erläuterten Weise die Flüssigkeiten und Gase zu- und abgeführt werden, wobei sich im Verfahrensablauf keine Unterschiede ergeben.
Dies gilt insbesondere auch für die Schwalldusche 157, die auch bei der Einrichtung 150 einen drucklosen Wasserschwall liefert, auch wenn die Einwirkungsfläche bei der in den Fig. 9 und 10 gezeigten horizontalen Bauweise größer ist als bei der Vertikalanordnung der Fig. 1 - 8.
Eine weitere Besonderheit der Einrichtung 150 besteht darin, daß der Waschtank 151 auf einem Gestell 160 angeordnet ist, der zugleich die Tanks 161, 162 für die Behandlungsflüssigkeiten aufnimmt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind wiederum zwei Tanks 161, 162 für die Reinigungs-Flüssigkeit bzw. die Spül-Flüssigkeit vorgesehen.
Es versteht sich, daß manigfaltige Weiterbildungen der Erfindung möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. So kann beispielsweise eine Zusatzheizung im Waschtank 12 vorgesehen werden, um auch mit kühleren Teilen arbeiten zu können oder um auch bei großen zurückbleibenden Wassermengen trocknen zu können, indem die Zusatzheizung die benötigte zusätzliche Verdampfungswärme aufbringt.
Auch können im Waschtank 12 in an sich bekannter Weise Ultraschallgeneratoren vorgesehen werden, um durch extreme physikalische Kräfte Kavitationen in der Behandlungsflüssigkeit zu bewirken. Auf diese Weise ist es möglich, an den Werkstücken schwer anhaftende anorganische Substanzen entfernen zu können, ebenso wie Verunreinigungen, die sich in die Oberfläche der Werkstücke eingearbeitet haben.

Claims

Verfahren zum Behandeln von Werkstücken (30; 110, 120) mit einer Flüssigkeit, insbesondere zum Reinigen von metallischen Werkstücken für eine dem Reinigen nachfolgende Wärmebehandlung, mit den Verfahrensschritten:
a) Einfahren der Werkstücke (30; 110, 120) in einen Waschtank (12; 104; 151) mit einem Fassungsvermögen zwischen 1 m³ und 10 m³;

b) Verschließen des Waschtanks (12; 104; 151);

c) flächendeckendes Überspülen der Werkstücke (30; 110, 120) mit einem drucklosen Schwall (80) einer ersten Behandlungs-Flüssigkeit, vorzugsweise einer Reinigungs-Flüssigkeit (42) mit einer Temperatur zwischen 50°C und 90°C, wobei der Schwall (80) mit einer Durchflußrate zwischen 100 m³/h und 300 m³/h pro m² Werkstückoberfläche eingestellt wird, für eine Dauer zwischen 1 min und 10 min, wobei die erste Behandlungsflüssigkeit (42) kontinuierlich aus dem Waschtank (12; 104; 151) über einen Ablauf (65; 105) abgelassen wird;

d) Verschließen des Ablaufes (65; 105), bis der Waschtank (12; 104) durch den Schwall (80) bis zu einem Überlauf (38; 111) gefüllt ist;

e) Reduzieren der Durchflußrate um 30 % bis 100 %;

f) Einblasen von Gas vom Boden des Waschtanks (12; 104; 151) aus, derart, daß die Werkstücke (30; 110, 120) von Gasblasen (127) umströmt werden, für eine Dauer zwischen 3 min und 15 min;

g) Öffnen des Ablaufes (65; 105) bei gleichzeitigem Wieder-Erhöhen der Durchflußrate auf 80 % - 100 % gemäß Schritt c), bis der Waschtank (12; 104; 151) entleert ist;

h) parallel zu den Schritten c) bis g) kontinuierliches Reinigen und Rückführen der aus dem Waschtank (12; 104; 151) ablaufenden bzw. überlaufenden ersten Behandlungsflüssigkeit (42);

i) gegebenenfalls ein- oder mehrmaliges Wiederholen der Schritte c) bis h) mit einer zweiten Behandlungs-Flüssigkeit, vorzugsweise einer Spülflüssigkeit (47); und

k) luftdichtes Verschließen des Waschtanks (12; 104; 151) und Erzeugen eines Unterdrucks zwischen 60 mbar und 350 mbar für eine Dauer zwischen 3 min und 10 min.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Spülflüssigkeit (47) ein voll entsalztes Wasser verwendet und dieses nach Schritt i) mit einem Waschmittel versetzt und für eine weitere, nachfolgende Verfahrensdurchführung als Reinigungsflüssigkeit (42) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein feinperliger Gasstrom, insbesondere mit Perlengrößen im Millimeter-Bereich, erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas (141) mit stoßweise erhöhtem Druck pulsierend in die Flüssigkeit (47) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas (141) Luft ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas (141) ein Schutzgas ist, das keine chemischen Reaktionen mit der Oberfläche der Werkstücke (30; 110, 120) eingeht und/oder solche chemischen Reaktionen nicht unterstützt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Reinigungsmittel (42) Wasser ist, dem ein sanftes, fettlösendes Reinigungsmittel zugesetzt ist, das keine chemischen Reaktionen mit der Oberfläche der Werkstücke (30; 110, 120) eingeht und/oder solche chemischen Reaktionen nicht unterstützt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Reinigungsmittel neutral bis schwach alkalisch ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß das eingepreßte Gas (141) dieselbe Temperatur wie die Flüssigkeit (42; 47) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke (110, 110') als Schüttgut in eine flüssigkeitsdurchströmbare Trommel (106) eingefüllt werden, wobei die Trommel (106) in die Flüssigkeit (42; 47) getaucht wird und die Gasperlen die Trommel (106) durchströmen.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 10, mit
- einem luftdicht verschließbaren Waschtank (12; 104; 151);

- einer im Waschtank (12; 104; 151) angeordneten Aufnahmevorrichtung (28; 118; 152) für Werkstücke (30; 110; 120), insbesondere metallische Werkstücke (30; 110; 120);

- mindestens einem Tank (14; 16) für eine Behandlungsflüssigkeit (42; 47);

- einer drucklosen Schwalldusche (52; 113; 157), die oberhalb der Aufnahmevorrichtung (28; 118; 152) angeordnet ist;

- einem ersten Rohrleitungs- und Ventilsystem (41, 41a, 43, 51, 51a) zum Verbinden des Tanks (14; 16) mit der drucklosen Schwalldusche (52; 113; 157);

- einem zweiten Rohrleitungs- und Ventilsystem (66, 67, 67a) zum Verbinden des Tanks (14; 16) mit einem Ablauf (65) des Waschtanks (12; 104; 151);

- einem dritten Rohrleitungs- und Ventilsystem (40, 40a) zum Verbinden des Tanks (14; 16) mit einem Überlauf (38; 111) des Waschtanks (12; 104; 151);

- einer im Waschtank (12; 104; 151) im Bereich der Aufnahmevorrichtung (28; 118; 152) angeordneten Gas-Eindüsungsvorrichtung (22; 122);

- einem vierten Rohrleitungs- und Ventilsystem (61) zum Verbinden der Gas-Eindüsungsvorrichtung (22; 122) mit einem Gasbehälter (60);

- einer Vakuumpumpe (70);

- einem fünften Rohrleitungs- und Ventilsystem (71, 71a) zum Verbinden der Vakuumpumpe (70) mit dem Innenraum des Waschtanks (12; 104; 151); und

- einem Steuergerät (75) zum programmgesteuerten Betätigen des ersten bis fünften Rohrleitungs- und Ventilsystems (41, 41a, 43, 51, 51a; 66, 67, 67a; 40, 40a; 61; 71, 71a).
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Gas-Eindüsungsvorrichtung (22; 121) eine der Flüssigkeit (42; 47) zugewandte, mit Öffnungen (64; 128, 129) versehene Wandung aufweist, durch die das Gas (141) in die Flüssigkeit (42; 47) einpreßbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die perforierte Wandung die gesamte Bodenfläche des Waschtanks (12; 104; 151) bedeckt.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung auch seitlich im Waschtank (104) verläuft, und daß das Gas (141) durch die seitlichen Öffnungen (128) unter einem solchen Druck einpreßbar ist, daß der Gasstrom in seitlicher Richtung zumindest die Mitte der Querschnittsfläche des Waschtankquerschnitts erreicht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 - 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Gas-Eindüsungsvorrichtung (22; 122) als doppelwandiger, im Behälter (12; 104; 151) aufnehmbarer Körper (63; 126) ausgebildet ist, dessen der Flüssigkeit (42; 47) zugewandte Seite mit den Öffnungen (64; 128, 129) versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (63; 126) segmentweise unterteilt ist, und daß die Segmentabschnitte (130, 134, 135) unabhängig voneinander mit dem Gas (141) beaufschlagbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des Körpers (63; 126) als perforiertes Stahlblech ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 - 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Gas-Eindüsungsvorrichtung als poröse Keramik ausgebildet ist.