EP3765654A1 - ANLAGE UND VERFAHREN ZUM BEHANDELN EINER OBERFLÄCHE MINDESTENS EINES GROßFORMATIGEN BAUTEILS - Google Patents

ANLAGE UND VERFAHREN ZUM BEHANDELN EINER OBERFLÄCHE MINDESTENS EINES GROßFORMATIGEN BAUTEILS

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Publication number
EP3765654A1
EP3765654A1 EP19709619.1A EP19709619A EP3765654A1 EP 3765654 A1 EP3765654 A1 EP 3765654A1 EP 19709619 A EP19709619 A EP 19709619A EP 3765654 A1 EP3765654 A1 EP 3765654A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
treatment
container
heating
component
plant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP19709619.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bertram Haag
Yashar Musayev
Astrid Heckl
Christian Jakob
Nikolay Podgaynyy
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP3765654A1 publication Critical patent/EP3765654A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C22/00—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C3/00—Apparatus in which the work is brought into contact with a bulk quantity of liquid or other fluent material
    • B05C3/005—Apparatus in which the work is brought into contact with a bulk quantity of liquid or other fluent material incorporating means for heating or cooling the liquid or other fluent material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C22/00—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C22/73—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals characterised by the process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C22/00—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C22/73—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals characterised by the process
    • C23C22/77—Controlling or regulating of the coating process
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/18—Processes for applying liquids or other fluent materials performed by dipping

Definitions

  • the invention relates to a system for treating a surface of at least one large-sized component with a diameter or dimensions in the range of 0.5 m to 12 m.
  • the system comprises at least one heatable treatment container for receiving a treatment bath and the at least one component in the treatment bath, wherein the treatment container has a container bottom and a container wall adjoining the container bottom.
  • the treatment container also has at least one removable lid.
  • the invention further relates to a method for treating a surface of at least one large-sized component with a diameter or dimensions in the range of 0.5 m to 12 m.
  • Surface treatment methods are often used in the manufacture of components. Among other things, surface treatments serve to protect against corrosion and, in particular, increase the service life of the components. Depending on the material used, various surface treatments are used, such as galvanic, wet-chemical or evaporative coatings. Often, the chemicals used are hazardous to the environment, which is why various processes for surface treatment in reactors are developed and carried out.
  • DE 10 2007 061 193 A1 discloses such a process for the surface treatment of a rolling-loaded component in the form of a burnishing agent.
  • DE 10 2015 222 902 A1 discloses a method for surface treatment of a component, in which a device comprising only a reactor or a treatment container is used, which is equipped with the component. In the surface treatment of the component, the reactor is filled in succession with different media.
  • DE 10 2017 112 736 A1 relates to a system concept with at least two treatment containers in order to extend the service life of the treatment media used.
  • GB 2280123 A describes a container for cleaning and phosphating iron-containing workpieces.
  • Rotary vanes are provided for circulating a liquid in the container and a yakelement arranged on the wall of the container.
  • Such large-sized components in particular in the form of bearing components such as bearing rings or rolling elements, are required, for example, for use in wind turbines. It is an object of the invention to provide a system and a method for treating a surface of at least one large-sized component with a diameter or dimensions in the range of 0.5 m to 12 m, with which / which as uniform a surface treatment as possible can take place.
  • the object is for the system for treating a surface of at least one large-sized component with a diameter or dimensions in the range of 0.5 m to 12 m, comprising at least one heatable treatment container for receiving a treatment bath and the at least one component in the treatment bath, wherein the treatment container has a container bottom and a container wall adjoining the container bottom, wherein the treatment container further comprises at least one removable lid, achieved in that the heatable treatment container centrally as seen in plan view has at least one heating column, the extends from the container bottom in the direction of the lid and / or extends from the lid in the direction of the container bottom.
  • At least one heating column is centrally provided in the heatable treatment container, which accelerates the heating process of the treatment bath after introduction of the at least one large-sized component into the treatment bath starting from the center of the treatment bath, the heating of the component can be accelerated overall and the treatment of the component can be accelerated Component be homogenized. It arise during a surface treatment, in particular by burnishing or phosphating, uniformly thick conversion layers.
  • the heating of the treatment container is designed so symmetrical to and at a distance from a component, that a uniform heat distribution in the treatment bath is present and keep this after introduction of a - possibly preheated - component in the treatment bath or at least within 5 minutes, in particular within 3 minutes.
  • a uniform heat distribution is considered here, if over the volume of the treatment bath temperature differences of a maximum of ⁇ 0.5 ° C are present
  • the heating column can be designed, in particular, as a solid cylinder or as a hollow cylinder. If the heating column is formed as a hollow cylinder, the treatment container may have an opening in the center of the container bottom, wherein the heating column forms a seal between the treatment bath and the outside of the treatment container. Alternatively, a further container wall can be arranged on the opening in the container bottom, and the hollow heating column can be arranged surrounding this further container wall.
  • the at least one heating column may have a surface profile in contact with the treatment bath, which follows a contour of an opening in a large-sized component into which the heating column protrudes. If the component has, for example, a conical or barrel-shaped contour in the region of an opening or through-opening, it is advantageous for the heat distribution in the treatment bath if the heating column of the conical or barrel-shaped inner contour is formed at a distance. As a result, the distance between the component and at least one heating column is made uniform.
  • the treatment container is preferably closed after the introduction of the at least one component until the end of a treatment period.
  • at least one cover is provided for the respective treatment container.
  • the cover allows for rapid temperature compensation between the treatment bath in the treatment tank and the at least one component, possibly also one separately used storage device for receiving the at least one component and the like. Furthermore, evaporation of the treatment bath from the respective treatment tank is prevented and the heat loss is minimized, so that heating of the treatment tank can be minimized.
  • only a hood or the like can be provided, which reduces the heat and Abdampf- losses.
  • a receiving device can be a tray which is permanently installed on the respective treatment container or is inserted or attached only secondarily into or onto the treatment container, for example a separate storage rack or the like. Furthermore, such shelves or storage racks can accommodate several components at the same time, so that a simultaneous treatment of several components in a treatment container can take place. Furthermore, a receiving device can be provided by a crane, which transfers the at least one component, possibly including a storage rack, into the respective treatment container for treatment and holds it in the respective treatment container during the intended treatment period.
  • the at least one heating column preferably extends from the bottom of the container over at least 50% of a height H of the container wall in the direction of the at least one lid.
  • the at least one heating column extends from the at least one cover over at least 50% of a height H of the container wall in the direction of the container bottom. If only one heating column is provided, it should extend over at least 80% of a height of the container wall. Also, a different length of two coexisting heating columns, which are formed starting from container bottom and lid facing each other, is possible.
  • the at least one heating column in plan view has a circular circumference.
  • the at least one heating column is set up to deliver heat radially to the treatment bath.
  • the at least one heating column is electrically heated.
  • the treatment container preferably also has at least one heating element which is arranged in the region of the container wall and arranged to deliver heat in the direction of the at least one heating column to the treatment bath.
  • the at least one heating element may be annular.
  • such an annular heating element extends over at least 50%, preferably at least 80%, of the height H of the container wall.
  • the at least one heating element can be configured in the form of a bar or plate.
  • An arrangement of heating elements in the form of one or more coils in the region of the container wall is possible.
  • at least four heating elements are arranged at equal distances from each other, which surrounds at least one heating column, arranged on the container wall. But it can also be provided more than four heating elements to improve the heat distribution and constancy yet.
  • Rod-shaped heating elements are arranged in particular upright on the container wall.
  • the at least one heating element preferably extends over at least 50%, preferably at least 80%, of the height H of the container wall.
  • the at least one heating element may have a surface profile in contact with the treatment bath, which follows an outer contour of a large-sized component.
  • the component has a conical or barrel-shaped outer contour
  • the heating element of the conical or barrel-shaped outer contour is formed at a distance by a distance.
  • the distance between the component and at least one heating element is made uniform.
  • the at least one heating element flows through a hot thermal oil and is heated.
  • an arrangement of a plurality of heating elements in the treatment container takes place in such a way that each is at an equal distance from the at least one
  • Heating column is arranged.
  • the most symmetrical arrangement of heating elements in the treatment tank centrally in the middle of the treatment tank (in plan view) the at least one heating column and in the wall of the treatment tank - preferably at the same distance from one or more heating columns - on or a plurality of heating elements are arranged.
  • the formation of as far as possible equal distances between the surfaces of the component and the at least one heating column on the one hand and the heating elements on the other hand is essential here for achieving a uniform heat profile within the treatment tank and thus achieving a uniform conversion layer thickness.
  • a distance between a surface of the component and a heating device, ie a heating column or a heating element, is preferably less than 50 cm. This ensures a particularly rapid achievement of a uniform heat distribution in the treatment bath.
  • the treatment container is seen in plan view preferably formed with a circular or square or hexagonal container circumference. This simplifies the uniform distribution of the heating elements and thus the distribution of heat in the treatment tank.
  • Particularly preferred are circular treatment containers in order to minimize the required amount of treatment bath in the treatment of bearing rings.
  • the heating column (s) and the heating elements can be arranged particularly easily at a uniform distance from the large-format component.
  • Particularly preferred are circular treatment containers with a diameter in the range of 3.2 m to 5 m. In particular, a height of the treatment tank is at most 1 m in order to limit the volume to be heated and to be able to apply the required heating power for uniform heating of the treatment bath.
  • the at least one lid may comprise at least two lid segments which are movable independently of each other.
  • at least one cover or at least one cover segment can be mounted so as to be horizontally displaceable or rotatably mounted about a rotational axis.
  • a vertical lifting of the lid (stroke movement), for example by a crane, is possible.
  • the at least one cover as such or the cover segments is heatable / are. As a result, the free surface of the treatment bath can also be protected against heat losses.
  • the treatment container in particular also the cover, is designed heat-insulated from the environment. This reduces the heat radiation and thus the required heating energy for maintaining a uniform heat distribution in the treatment bath.
  • An installation according to the invention in particular comprises at least two treatment containers.
  • a treatment container can be filled with a liquid medium in the form of a degreasing medium, a flushing medium, a burnishing medium, a phosphating medium, an oil and the like to form the treatment bath.
  • the object is achieved for the method for treating a surface of at least one large-sized component with a diameter or dimensions in the range of 0.5 m to 12 m in a system according to the invention, comprising the following successively performed steps:
  • large-sized components in the region of their surface can be treated particularly uniformly.
  • large-size components can be provided with a uniform conversion layer when performing burnishing or phosphating processes.
  • the processing tanks required for the treatment of large-sized components and correspondingly also very large-sized treatment vessels are much more difficult to maintain at a uniform temperature than smaller treatment baths.
  • the temperature of the treatment bath should be kept just below the sealing temperature so that a conversion layer of iron (II, III) oxide is formed, which adheres firmly to the component and is correspondingly resistant to abrasion. If the temperature of the treatment bath falls in places too far below the boiling point, only red rust (Fe203) forms instead of the iron (II, III) oxide, which is more voluminous and does not adhere sufficiently to the component.
  • the components to be treated are preheated before they are introduced into the first treatment tank of the system. This significantly reduces the treatment time in the first treatment tank and allows a faster heat balance with the treatment bath.
  • the large-sized components are in particular metallic bearing components for rolling or plain bearings, metallic automotive components and the like.
  • Such large-sized components in particular in the form of metallic bearing components such as bearing rings or rolling elements, in particular made of steel, are needed, for example, for use in wind turbines.
  • bearing rings In the treatment of bearing rings, it has proven to be successful if they are lying lying in the treatment tank.
  • FIGS. 1 to 7 are intended to explain by way of example installations and methods according to the invention. So shows:
  • FIG. 1 schematically shows a first plant with a square treatment container in plan view in the sectional view l-l (see Figure 2);
  • FIG. 2 shows the first system according to FIG. 1 in a sectional view II-II in a side view
  • FIG. 3 schematically shows the first system in plan view, equipped with three
  • 5 shows schematically the first system in the side view and in the sectional view, equipped with three components;
  • FIG. 6 schematically shows a second plant with a circular treatment tank in plan view in the sectional view Vl-Vl (see Figure 7); and FIG. 7 shows the second system according to FIG. 6 in sectional view VII-VII in a side view.
  • the first plant 100 schematically shows a first plant 100 for treating a surface of at least one large-sized component 10, here a bearing ring, with a diameter in the range of 0.5 m to 12 m.
  • the first plant 100 comprises a heatable treatment vessel 1, which is shown here in plan view in the sectional view 11 (see FIG. 2).
  • the treatment container 1 has a square container circumference 1 c.
  • the treatment tank 1 is configured to receive a treatment bath 2, in which case such a treatment bath 2 is reserved for the treatment of the component 10.
  • the position of the component 10 in the treatment bath 2 is indicated by dashed lines.
  • the treatment container 1 has a container bottom 1 a (see FIG. 2) and a container wall 1 b.
  • heating elements 5 a, 5 b, 5 c, 5 d are arranged, which are each traversed by hot thermal oil and heated.
  • An electrically heated heating column 4 is arranged centrally in the treatment tank 1 and extends from the tank bottom 1 a in the direction of a cover 3 (see FIG. 2).
  • the heating column 4 is designed here as a hollow cylinder, the inside of which is accessible via an opening 6 in the container bottom 1 a.
  • the heating column 4 can also be designed as a solid cylinder. A heating of the heating column 4 via further thermal oil is alternatively possible.
  • FIG. 2 shows the first installation 100 according to FIG. 1 in a sectional view II-II in a side view.
  • the same reference numerals as in Figure 1 denote the same elements.
  • the treatment tank 1, the container bottom 1 a and a subsequent to the container bottom 1a container wall 1 b has.
  • the treatment container 1 has a removable lid 3, which comprises two lid segments 3a, 3b, which are independently removable. This can be done by a sliding movement, a lifting movement or a rotary movement.
  • the heating elements 5a, 5b, 5c, 5d extend over 95% of the Height H of the container wall 1 b.
  • FIG. 3 shows schematically the first plant 100 in plan view.
  • the representation of the treatment bath 2 was omitted here.
  • the same reference numerals as in FIGS. 1 and 2 denote the same elements.
  • three components 10a, 10b, 10c are stacked one above the other in the form of metallic bearing rings.
  • the components 10a, 10b, 10c deposited on a storage rack, not shown, without direct contact with each other, so that their surfaces can be washed evenly by the treatment bath 2.
  • FIGS. 1 and 2 show schematically the first system 100 in plan view.
  • the representation of the treatment bath 2 was omitted here.
  • the same reference numerals as in FIGS. 1 and 2 denote the same elements.
  • the treatment container 1 five components 10, 10a, 10b, 10c, 10d in the form of metallic bearing rings are arranged one above the other and stacked next to one another.
  • the components 10, 10a, 10b, 10c, 10d are deposited on a storage rack (not shown) without direct contact with each other, so that their surfaces can be uniformly bathed by a treatment bath.
  • FIG. 5 shows schematically the first system 100 in the side view and in the sectional view, equipped with three components 10, 10a, 10b.
  • the same reference numerals as in FIGS. 1 and 2 designate the same elements.
  • the components 10, 10 a, 10 b are stored on a storage rack, not shown, without direct contact with each other, so that their surfaces can be washed evenly by treatment bath 2.
  • the second system 100 ' for treating a surface of the large-sized component 10, here a bearing ring, with a diameter in the range of 10 m.
  • the second system 100 ' comprises a heatable treatment container 1 ' , which is shown here in plan view in the sectional view Vl-Vl (see FIG. 7).
  • the treatment container 1 ' has a circular container circumference 1 c.
  • the treatment container 1 ' is configured to receive a treatment bath 2, in which case such a treatment bath 2 is used to treat the component 10.
  • the position of the component 10 in the treatment bath 2 is indicated by dashed lines.
  • the large-sized component 10 in the form of a bearing ring is between Tween the heating column 4 ' and an annular heating element 5 in a heating column 4 ' concentric arrangement in the treatment bath 2 introduced.
  • the treatment container 1 ' has a container bottom 1 a (see Figure 7) and a Container wall 1 b on. In the region of the container wall 1 b, the annular heating element 5 is arranged, which flows through hot thermal oil and is heated. Center in the treatment tank 1 ' is an electrically heated
  • Heating column 4 ' arranged here extending from the lid 3 (see Figure 7), starting in the direction of the container bottom 1 a.
  • the heating column 4 ' is designed here as a solid cylinder and attached to the cover 3.
  • FIG. 7 shows the second system 100 ' according to FIG. 6 in the sectional view VII-VII in a side view.
  • the same reference numerals as in FIG. 6 denote the same elements.
  • the treatment container 1 has the container bottom 1 a and a container wall 1 b adjoining the container bottom 1 a. Furthermore, it can be seen that the treatment container 1 has the removable lid 3. This removal of the lid 3 takes place here by a lifting movement.
  • the annular heating element 5 extends from the container bottom 1 a over more than 95% of the height H of the container wall 1 b.
  • FIGS. 1 to 7 merely show exemplary embodiments of systems according to the invention.
  • a system may further comprise a first heating column starting from the container bottom 1 a and a second heating column starting from the lid 3, the first and second heating columns being dimensioned in their length that they do not touch.
  • a lid 3 or lid segments 3a, 3b can be heated be. Again, an electric heating can be done or heating by passing a hot thermal oil.
  • FIG. 6 An inventive method for treating a surface of the large-sized metallic component 10 (bearing ring) with a diameter of 10 m will now be described below by way of example with reference to FIGS. 6 and 7.
  • Six treatment containers 1 ' according to FIG. 6 are provided next to one another, wherein a first treatment container is filled with a degreasing medium, a second treatment container is filled with a flushing medium, a third treatment tank is filled with a burnishing bath, a fourth treatment tank is filled with a further flushing medium and the fifth treatment tank is filled with an oil.
  • There is a heating of the respective treatment medium or treatment bath 2 by means of each of the heating column 4 ' and further the heating element 5 to a treatment temperature.
  • the component 10 is, optionally preheated, successively introduced into the heated treatment baths 2, where it is rinsed in the first treatment vessel, then rinsed in the second treatment vessel, browned in the third treatment vessel, rinsed again in the fourth treatment vessel and oiled in the fifth treatment vessel. While the component 10 is located in the respective treatment container 1 ' , the treatment bath 2 and the component 10 are heated to the respectively required treatment temperature. This treatment temperature is kept constant over a treatment period. The removal of the treated component 10 from the respective treatment container 1 ' and conversion into the next treatment container 1 ' takes place by means of a crane. Depending on the desired treatment process, more or fewer treatment containers may be present here.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage (100, 100') zum Behandeln einer Oberfläche mindestens eines großformatigen Bauteils (10, 10a, 10b, 10c, 10d) mit einem Durchmesser oder Abmessungen im Bereich von 0,5 m bis 12 m, umfassend mindestens einen beheizbaren Behandlungsbehälter (1) zur Aufnahme eines Behandlungsbades (2) und des mindestens einen Bauteils (10, 10a, 10b, 10c, 10d) in dem Behandlungsbad (2), wobei der Behandlungsbehälter (1) einen Behälterboden (1a) und eine sich an den Behälterboden (1a) anschließende Behälterwandung (1b) aufweist, wobei der Behandlungsbehälter (1) weiterhin mindestens einen abnehmbaren Deckel (3; 3a, 3b) aufweist. Erfindungsgemäß weist der beheizbare Behandlungsbehälter (1) in der Draufsicht gesehen mittig mindestens eine Heizsäule (4, 4') auf, die sich vom Behälterboden (1a) in Richtung des Deckels (3; 3a, 3b) erstreckt und/oder sich vom Deckel (3) in Richtung des Behälterbodens (1a) erstreckt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Behandeln einer Oberfläche mindestens eines großformatigen Bauteils (10, 10a, 10b, 10c, 10d) in einer solchen Anlage (100, 100').

Description

Anlage und Verfahren zum Behandeln einer Oberfläche mindestens eines großformatigen Bauteils
Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Behandeln einer Oberfläche mindestens eines großformatigen Bauteils mit einem Durchmesser oder Abmessungen im Bereich von 0,5 m bis 12 m. Die Anlage umfasst mindestens einen beheizbaren Behandlungsbe- hälter zur Aufnahme eines Behandlungsbades und des mindestens einen Bauteils in dem Behandlungsbad, wobei der Behandlungsbehälter einen Behälterboden und eine sich an den Behälterboden anschließende Behälterwandung aufweist. Der Behand- lungsbehälter weist weiterhin mindestens einen abnehmbaren Deckel auf. Die Erfin- dung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Behandeln einer Oberfläche mindestens ei- nes großformatigen Bauteils mit einem Durchmesser oder Abmessungen im Bereich von 0,5 m bis 12 m.
Verfahren zur Oberflächenbehandlung sind bei der Herstellung von Bauteilen häufig vorgesehen. Oberflächenbehandlungen dienen unter anderem zum Schutz vor Korro- sion und erhöhen insbesondere die Lebensdauer der Bauteile. Je nach verwendetem Material kommen hierbei verschiedene Oberflächenbehandlungen zur Anwendung, wie zum Beispiel galvanotechnische, nasschemische oder Verdampfungsbeschich- tungen. Oftmals sind die verwendeten Chemikalien umweltgefährdend, weshalb ver- schiedene Verfahren zur Oberflächenbehandlung in Reaktoren entwickelt und durch- geführt werden.
Die DE 10 2007 061 193 A1 offenbart ein solches Verfahren zur Oberflächenbehand- lung eines wälzbeanspruchten Bauteils in Form eines Brünierens.
Die DE 10 2015 222 902 A1 offenbart ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines Bauteils, bei dem eine Vorrichtung umfassend lediglich einen Reaktor oder einen Be- handlungsbehälter eingesetzt wird, der mit dem Bauteil bestückt wird. Bei der Oberflä- chenbehandlung des Bauteils wird der Reaktor nacheinander mit unterschiedlichen Medien befüllt. Die DE 10 2017 112 736 A1 betrifft ein Anlagenkonzept mit mindestens zwei Behand- lungsbehältern, um die Nutzungsdauer der eingesetzten Behandlungsmedien zu ver- längern.
Die GB 2280123 A beschreibt einen Behälter zur Reinigung und zum Phosphatieren eisenhaltiger Werkstücke. Es sind rotierende Flügelräder zur Umwälzung einer Flüs- sigkeit im Behälter vorgesehen sowie ein an der Wandung des Behälters angeordne- tes Fleizelement.
Bei der Behandlung, insbesondere Brünierung oder Phosphatierung, von großformati- gen Bauteilen in Behandlungsbehältern unter Bildung einer Konversionsschicht hat sich gezeigt, dass es beim Einsatz herkömmlicher Behandlungsanlagen über die Oberfläche eines solchen Bauteils gesehen zu ungleichmäßigen Behandlungsergeb- nissen kommt. Diese unterschiedlichen Behandlungsergebnisse zeigten sich in unter- schiedlichen Dicken der an der Bauteiloberfläche erzeugten Konversionsschicht.
Es hat sich gezeigt, dass diese Unterschiede dadurch zustande kommen, dass groß- formatige Bauteile mit einem Durchmesser oder Abmessungen im Bereich von 0,5 m bis 12 m beim Einbringen in ein vorgeheiztes Behandlungsbad dieses stark abkühlen. Aufgrund des Volumens des Bauteils und des Behandlungsbades ist der Zeitraum, bis das Behandlungsbad wieder auf seine ursprüngliche Temperatur aufgeheizt werden kann, signifikant länger als bei einer Oberflächenbehandlung von kleinformatigen Bau- teilen mit einem Durchmesser oder Abmessungen im Bereich von kleiner 0,5 m. Die im Bereich der Bauteiloberflächen vorhandenen unterschiedlichen Temperaturen des Behandlungsbades führen dazu, dass in Bereichen mit höherer Temperatur eine Kon- version der Bauteiloberfläche schneller erfolgt als in Bereichen mit niedrigerer Tempe- ratur. So kommen die Unterschiede in der Dicke der Konversionsschicht eines Bau- teils zustande, die auch durch eine Verlängerung des Behandlungszeitraumes nicht mehr vollständig ausgeglichen werden können.
Derart großformatige Bauteile, insbesondere in Form von Lagerbauteilen wie Lager- ringen oder Wälzkörpern, werden beispielsweise für eine Verwendung bei Windkraft- anlagen benötigt. Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anlage und ein Verfahren zum Behandeln einer Oberfläche mindestens eines großformatigen Bauteils mit einem Durchmesser oder Abmessungen im Bereich von 0,5 m bis 12 m bereitzustellen, mit welcher/welchem eine möglichst gleichmäßige Oberflächenbehandlung erfolgen kann.
Die Aufgabe wird für die Anlage zum Behandeln einer Oberfläche mindestens eines großformatigen Bauteils mit einem Durchmesser oder Abmessungen im Bereich von 0,5 m bis 12 m, umfassend mindestens einen beheizbaren Behandlungsbehälter zur Aufnahme eines Behandlungsbades und des mindestens einen Bauteils in dem Be- handlungsbad, wobei der Behandlungsbehälter einen Behälterboden und eine sich an den Behälterboden anschließende Behälterwandung aufweist, wobei der Behand- lungsbehälter weiterhin mindestens einen abnehmbaren Deckel aufweist, dadurch ge- löst, dass der beheizbare Behandlungsbehälter in der Draufsicht gesehen mittig min- destens eine Heizsäule aufweist, die sich vom Behälterboden in Richtung des Deckels erstreckt und/oder sich vom Deckel in Richtung des Behälterbodens erstreckt.
Es hat sich nämlich gezeigt, dass herkömmliche Anlagen, bei denen die Behand- lungsbehälter Heizelemente lediglich im Bereich der Behälterwandung aufweisen, es nicht schaffen, derart großformatige Bauteile in kurzer Zeit über das Behandlungsbad gleichmäßig zu erwärmen. Dieser Effekt ist insbesondere bei der Behandlung von großformatigen Lagerringen zu beobachten. Im Bereich der Mitte des Behandlungs- bades und damit im Bereich eines Lagerring-Innendurchmessers erfolgt die Erwär- mung langsamer als im Bereich der Behälterwandung und des Lagerring- Außendurchmessers. So entstehen am Innendurchmesser und am Außendurchmes- ser des Lagerringes unterschiedlich dicke Konversionsschichten, was unerwünscht ist. Der Deckel soll ein Abdampfen des Behandlungsbades aus dem Behandlungsbehäl- ter sowie einen Wärmeverlust weitgehend verhindern.
Wird nun im beheizbaren Behandlungsbehälter mittig mindestens eine Heizsäule vor- gesehen, die den Aufheizvorgang des Behandlungsbades nach einem Einbringen des mindestens einen großformatigen Bauteils in das Behandlungsbad ausgehend von der Mitte des Behandlungsbades beschleunigt, kann die Aufheizung des Bauteils ins- gesamt beschleunigt und die Behandlung des Bauteils vergleichmäßigt werden. Es entstehen bei einer Oberflächenbehandlung, insbesondere durch Brünieren oder Phosphatieren, gleichmäßig dicke Konversionsschichten.
Insbesondere hat es sich bewährt, wenn die Beheizung des Behandlungsbehälters derart symmetrisch zu und in einem Abstand zu einem Bauteil ausgelegt ist, dass eine gleichmäßige Wärmeverteilung im Behandlungsbad vorliegt und diese nach Einbrin- gen eines - gegebenenfalls vorgewärmten - Bauteils in das Behandlungsbad beibe- halten oder zumindest innerhalb von 5 Minuten, insbesondere innerhalb von 3 Minu- ten wiederhergestellt werden kann. Als gleichmäßig wird eine Wärmeverteilung hierbei angesehen, wenn über das Volumen des Behandlungsbades Temperaturunterschiede von maximal ± 0,5 °C vorliegen
Die Heizsäule kann insbesondere als ein Vollzylinder oder als Hohlzylinder ausgebil- det sein. Sofern die Heizsäule hohlzylindrisch ausgebildet ist, kann der Behandlungs- behälter eine Öffnung mittig im Behälterboden aufweisen, wobei die Heizsäule eine Abdichtung zwischen dem Behandlungsbad und der Außenseite des Behandlungsbe- hälters ausbildet. Alternativ kann auf der Öffnung im Behälterboden eine weitere Be- hälterwandung angeordnet sein und die hohle Heizsäule diese weitere Behälterwan- dung umgebend angeordnet sein.
Insbesondere kann die mindestens eine Heizsäule ein Oberflächenprofil in Kontakt zum Behandlungsbad aufweisen, das einer Kontur einer Öffnung in einem großforma- tigen Bauteil folgt, in welche die Heizsäule hineinragt. Weist das Bauteil beispielswei- se eine konische oder tonnenförmige Kontur im Bereich einer Öffnung oder Durch- gangsöffnung auf, so ist es von Vorteil für die Wärmeverteilung im Behandlungsbad, wenn die Heizsäule der konischen oder tonnenförmigen Innenkontur mit Abstand fol- gend ausgebildet ist. Dadurch wird der Abstand zwischen Bauteil und mindestens ei- ner Heizsäule vergleichmäßigt.
Der Behandlungsbehälter wird vorzugsweise nach dem Einbringen des mindestens einen Bauteils bis zum Ende einer Behandlungsdauer verschlossen. Dazu wird min- destens ein Deckel für den jeweiligen Behandlungsbehälter vorgesehen. Der Deckel ermöglicht einen schnellen Temperaturausgleich zwischen dem Behandlungsbad im Behandlungsbehälter und dem mindestens einen Bauteil, ggf. weiterhin auch einer separat eingesetzten Ablageeinrichtung zur Aufnahme des mindestens einen Bauteils und dergleichen. Weiterhin wird ein Abdampfen des Behandlungsbades aus dem je- weiligen Behandlungsbehälter verhindert und der Wärmeverlust minimiert, so dass ei- ne Beheizung des Behandlungsbehälters minimiert werden kann. Alternativ kann auch lediglich eine Haube oder ähnliches vorgesehen sein, die die Wärme- und Abdampf- verluste vermindert.
Um die Heizkosten für den Betrieb des Behandlungsbehälters zu senken, kann wei- terhin eine Druckbeaufschlagung erfolgen, wobei der Behandlungsbehälter und der diesen verschließende Deckel ähnlich wie ein Schnellkochtopf unter erhöhtem Druck betrieben werden.
In einem Behandlungsbehälter können Aufnahmeeinrichtungen vorgesehen sein, die geeignet sind, das mindestens eine Bauteil in dem Behandlungsmedium über den vorgesehenen Behandlungszeitraum vorzuhalten. So kann es sich bei einer Aufnah- meeinrichtung um eine Ablage handeln, die am jeweiligen Behandlungsbehälter fest installiert ist oder lediglich in den oder an den Behandlungsbehälter zweitweise ein- oder angebracht wird, wie beispielsweise ein separates Ablagegestell oder derglei- chen. Weiterhin können derartige Ablagen oder Ablagegestelle mehrere Bauteile gleichzeitig aufnehmen, so dass auch eine gleichzeitige Behandlung mehrerer Bautei- le in einem Behandlungsbehälter erfolgen kann. Weiterhin kann eine Aufnahmeein- richtung durch einen Kran bereitgestellt sein, der das mindestens eine Bauteil, ggf. in- klusive eines Ablagegestelles, zur Behandlung in den jeweiligen Behandlungsbehälter überführt und während der vorgesehenen Behandlungsdauer in dem jeweiligen Be- handlungsbehälter hält.
Um die Ausbildung der Konversionsschicht auf der Oberfläche des Bauteils noch zu vergleichmäßigen, kann das Bauteil im Behandlungsmedium bewegt werden. Bei La- gerringen hat sich eine Rotation um die Ringachse mit einer Rotationsgeschwindigkeit im Bereich von 0 bis 3 m/s bewährt. Die mindestens eine Heizsäule erstreckt sich vorzugsweise ausgehend vom Behäl- terboden über mindestens 50% einer Höhe H der Behälterwandung in Richtung des mindestens einen Deckels. Alternativ oder in Kombination dazu erstreckt sich die min- destens eine Heizsäule ausgehend vom mindestens einen Deckel über mindestens 50% einer Höhe H der Behälterwandung in Richtung des Behälterbodens. Ist lediglich eine Heizsäule vorgesehen, so sollte sich diese über mindestens 80% einer Höhe der Behälterwandung erstrecken. Auch eine unterschiedliche Länge von zwei gleichzeitig vorhandenen Heizsäulen, die ausgehend von Behälterboden und Deckel zueinander zeigend ausgebildet sind, ist möglich.
Es hat sich im Hinblick auf eine gleichmäßige radiale Wärmeabgabe bewährt, wenn die mindestens eine Heizsäule in der Draufsicht einen runden Umfang aufweist. Dabei ist die mindestens eine Heizsäule eingerichtet, radial Wärme an das Behandlungsbad abzugeben. Insbesondere ist die mindestens eine Heizsäule elektrisch beheizt.
Der Behandlungsbehälter weist bevorzugt weiterhin mindestens ein Heizelement auf, das im Bereich der Behälterwandung angeordnet und eingerichtet ist, Wärme in Rich- tung der mindestens einen Heizsäule an das Behandlungsbad abzugeben. Dabei kann das mindestens eine Heizelement ringförmig ausgebildet sein. Insbesondere er- streckt sich ein solches ringförmiges Heizelement über mindestens 50%, bevorzugt mindestens 80%, der Höhe H der Behälterwandung.
Alternativ kann das mindestens eine Heizelement stabförmig oder plattenförmig aus- gebildet sein. Auch eine Anordnung von Heizelementen in Form einer oder mehrerer Rohrschlangen im Bereich der Behälterwand ist möglich. Insbesondere sind mindes- tens vier Heizelemente in gleichen Abständen voneinander, die mindestens eine Heizsäule umringend, an der Behälterwandung angeordnet. Es können aber auch mehr als vier Heizelemente vorgesehen sein, um die Wärmeverteilung und -konstanz noch zu verbessern. Stabförmige Heizelemente sind insbesondere aufrecht stehend an der Behälterwandung angeordnet. Das mindestens eine Heizelement erstreckt sich bevorzugt über mindestens 50%, bevorzugt mindestens 80%, der Höhe H der Behäl- terwandung. Insbesondere kann das mindestens eine Heizelement ein Oberflächenprofil in Kontakt zum Behandlungsbad aufweisen, das einer Außenkontur eines großformatigen Bau- teils folgt. Weist das Bauteil beispielsweise eine konische oder tonnenförmige Außen- kontur auf, so ist es von Vorteil für die Wärmeverteilung im Behandlungsbad, wenn das Heizelement der konischen oder tonnenförmigen Außenkontur mit Abstand fol- gend ausgebildet ist. Dadurch wird der Abstand zwischen Bauteil und mindestens ei- nem Heizelement vergleichmäßigt.
Es hat sich als besonders effektiv erwiesen, wenn das mindestens eine Heizelement von einem heißen Thermoöl durchströmt und beheizt wird.
Insbesondere erfolgt eine Anordnung einer Mehrzahl von Heizelementen im Behand- lungsbehälter so, dass jedes in einem gleichen Abstand zur mindestens einen
Heizsäule angeordnet ist.
Insbesondere ist auf eine möglichst symmetrische Anordnung von Heizelementen im Behandlungsbehälter zu achten, wobei zentral in der Mitte des Behandlungsbehälters (in der Draufsicht) die mindestens eine Heizsäule und im Bereich der Wandung des Behandlungsbehälters - vorzugsweise in gleichem Abstand von einer oder mehreren Heizsäulen - ein oder mehrere Heizelemente angeordnet sind. Die Ausbildung mög- lichst gleicher Abstände zwischen den Oberflächen des Bauteils und der mindestens einen Heizsäule einerseits und den Heizelementen andererseits ist hier essentiell für die Erzielung eines gleichmäßigen Wärmeprofils innerhalb des Behandlungsbehälters und damit der Erreichung einer gleichmäßigen Konversionsschichtdicke.
Ein Abstand zwischen einer Oberfläche des Bauteils und einer Heizeinrichtung, d.h. einer Heizsäule oder einem Heizelement, beträgt dabei vorzugsweise weniger als 50 cm. Dies gewährleistet eine besonders schnelle Erreichung einer gleichmäßigen Wärmeverteilung im Behandlungsbad. Der Behandlungsbehälter ist in der Draufsicht gesehen vorzugsweise mit einem kreis- förmigen oder quadratischen oder sechseckigen Behälterumfang ausgebildet ist. Dies vereinfacht die gleichmäßige Verteilung der Heizelemente und damit die Verteilung der Wärme im Behandlungsbehälter. Besonders bevorzugt sind kreisförmige Behand- lungsbehälter, um die erforderliche Menge an Behandlungsbad bei der Behandlung von Lagerringen zu minimieren. Hier lassen sich die Heizsäule(n) und die Heizele- mente zudem besonders einfach in gleichmäßigem Abstand zum großformatigen Bau- teil anordnen. Besonders bevorzugt sind kreisrunde Behandlungsbehälter mit einem Durchmesser im Bereich von 3,2 m bis 5 m. Eine Höhe des Behandlungsbehälters be- trägt insbesondere maximal 1 m, um das zu beheizende Volumen zu begrenzen und die erforderliche Heizleistung zur gleichmäßigen Beheizung des Behandlungsbades auch aufbringen zu können.
Der mindestens eine Deckel kann mindestens zwei Deckelsegmente umfassen, die unabhängig voneinander beweglich sind. Dabei kann mindestens ein Deckel oder mindestens ein Deckelsegment horizontal verschiebbar gelagert oder um eine Dreh- achse rotierbar gelagert sein. Auch ein senkrechtes Anheben des Deckels (Hubbewe- gung), beispielsweise durch einen Kran, ist möglich. Weiterhin hat es sich bewährt, wenn der mindestens eine Deckel als solcher oder die Deckelsegmente beheizbar ist/sind. Dadurch kann auch die freie Oberfläche des Behandlungsbades vor Wärme- verlusten geschützt werden.
Generell hat es sich bewährt, wenn der Behandlungsbehälter, insbesondere auch der Deckel, gegenüber der Umgebung wärmeisoliert ausgeführt ist/sind. Dies verringert die Wärmeabstrahlung und damit die benötigte Heizenergie zur Aufrechterhaltung ei- ner gleichmäßigen Wärmeverteilung im Behandlungsbad.
Eine erfindungsgemäße Anlage umfasst dabei insbesondere mindestens zwei Be- handlungsbehälter. Ein solcher Behandlungsbehälter kann dabei mit einem flüssigen Medium in Form eines Entfettungsmediums, eines Spülmediums, eines Brüniermedi- ums, eines Phosphatiermediums, eines Öls und dergleichen zur Ausbildung des Be- handlungsbades befüllt sein. Die Aufgabe wird für das Verfahren zum Behandeln einer Oberfläche mindestens ei- nes großformatigen Bauteils mit einem Durchmesser oder Abmessungen im Bereich von 0,5 m bis 12 m in einer erfindungsgemäßen Anlage gelöst, umfassend folgende nacheinander durchgeführten Schritte:
Bereitstellen des mindestens einen Behandlungsbehälters gefüllt mit einem Behand- lungsbad;
Beheizen des Behandlungsbades mittels der mindestens einen Heizsäule und weiter- hin dem mindestens einen Heizelement auf eine Behandlungstemperatur;
Einbringen des mindestens einen Bauteils in das beheizte Behandlungsbad;
Beheizen des Behandlungsbades und des mindestens einen Bauteils auf die Behand- lungstemperatur und Halten der Behandlungstemperatur über eine Behandlungsdau- er; und
Entnehmen des mindestens einen behandelten Bauteils aus dem mindestens einen Behandlungsbehälter.
Durch Einsatz der erfindungsgemäßen Anlage können großformatige Bauteile im Be- reich ihrer Oberfläche besonders gleichmäßig behandelt werden. Insbesondere kön- nen bei der Durchführung von Brünier- oder Phosphatierverfahren großformatige Bau- teile mit einer gleichmäßigen Konversionsschicht versehen werden.
Die für die Behandlung großformatiger Bauteile erforderlichen und entsprechend ebenfalls sehr großformatigen Behandlungsbehälter sind sehr viel schwieriger auf ei- ner gleichmäßigen Temperatur zu halten als kleinere Behandlungsbäder. So ist bei einem Brüniervorgang die Temperatur des Behandlungsbades kurz unterhalb der Sie- detemperatur zu halten, damit sich eine Konversionsschicht aus Eisen(ll,lll)-Oxid bil- det, die fest am Bauteil haftet und entsprechend abriebfest ist. Sinkt die Temperatur des Behandlungsbades stellenweise zu weit unter die Siedetemperatur ab, so bildet sich anstelle des Eisen(ll,lll)-Oxids lediglich Rotrost (Fe203) aus, welcher voluminöser ist und nicht ausreichend am Bauteil haftet. So entstehen nicht nur unterschiedlich di- cke Konversionsschicht-Bereiche am Bauteil (es entstehen Dickenunterschiede im Bereich von etwa 0,5 bis 2 pm), die sich farblich unterscheiden, auch die Abriebbe- ständigkeit der Konversionsschicht ist lokal unterschiedlich aufgrund der unterschied- lichen Anhaftung am Metallgrund.
Für das Verfahren hat sich bewährt, wenn gleichzeitig mindestens zwei Bauteile in ei- nem Behandlungsbehälter behandelt werden. Weiterhin hat es sich bewährt, wenn gleichzeitig in mehreren Behandlungsbehältern der Anlage jeweils mehrere Bauteile behandelt werden. Dadurch kann die Auslastung der Anlage und der Ausstoß an fertig behandelten Bauteilen erhöht werden.
Für das Verfahren hat es sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn die zu behan- delnden Bauteile vorgeheizt werden, bevor sie in den ersten Behandlungsbehälter der Anlage eingebracht werden. Dies verringert die Behandlungszeit im ersten Behand- lungsbehälter signifikant und ermöglicht einen schnelleren Wärmeausgleich mit dem Behandlungsbad.
Die großformatigen Bauteile sind insbesondere metallische Lagerbauteile für Wälz- oder Gleitlager, metallische KFZ-Bauteile und dergleichen. Derartige großformatige Bauteile, insbesondere in Form von metallischen Lagerbauteilen wie Lagerringen oder Wälzkörpern, insbesondere aus Stahl, werden beispielsweise für eine Verwendung bei Windkraftanlagen benötigt. Bei der Behandlung von Lagerringen hat es sich be- währt, wenn diese liegend im Behandlungsbehälter behandelt werden.
Die Figuren 1 bis 7 sollen erfindungsgemäße Anlagen und Verfahren beispielhaft er- läutern. So zeigt:
FIG 1 schematisch eine erste Anlage mit einem quadratischen Behandlungs- behälter in der Draufsicht im Schnittbild l-l (vergleiche Figur 2);
FIG 2 die erste Anlage gemäß Figur 1 im Schnittbild ll-ll in einer Seitenansicht;
FIG 3 schematisch die erste Anlage in der Draufsicht, bestückt mit drei
Bauteilen;
FIG 4 schematisch die erste Anlage in der Draufsicht, bestückt mit fünf
Bauteilen; FIG 5 schematisch die erste Anlage in der Seitenansicht und im Schnittbild, bestückt mit drei Bauteilen;
FIG 6 schematisch eine zweite Anlage mit einem kreisrunden Behandlungs- behälter in der Draufsicht im Schnittbild Vl-Vl (vergleiche Figur 7); und FIG 7 die zweite Anlage gemäß Figur 6 im Schnittbild Vll-Vll in einer Seiten- ansicht.
FIG 1 zeigt schematisch eine erste Anlage 100 zum Behandeln einer Oberfläche min- destens eines großformatigen Bauteils 10, hier eines Lagerringes, mit einem Durch- messer im Bereich von 0,5 m bis 12 m. Die erste Anlage 100 umfasst einen beheizba- ren Behandlungsbehälter 1 , der hier in der Draufsicht im Schnittbild l-l (vergleiche Fi- gur 2) gezeigt ist. Der Behandlungsbehälter 1 weist einen quadratischen Behälterum- fang 1 c auf. Der Behandlungsbehälter 1 ist zur Aufnahme eines Behandlungsbades 2 ausgestaltet, wobei hier ein solches Behandlungsbad 2 zur Behandlung des Bauteils 10 vorgehalten wird. Die Lage des Bauteils 10 in dem Behandlungsbad 2 ist durch ge- strichelte Linien angedeutet. Der Behandlungsbehälter 1 weist einen Behälterboden 1 a (vergleiche Figur 2) und eine Behälterwandung 1 b auf. Im Bereich der Behälter- wandung 1 b sind plattenförmige Heizelemente 5a, 5b, 5c, 5d angeordnet, die jeweils von heißem Thermoöl durchströmt und beheizt werden. Mittig im Behandlungsbehäl- ter 1 ist eine elektrisch beheizte Heizsäule 4 angeordnet, die sich hier vom Behäl- terboden 1 a ausgehend in Richtung eines Deckels 3 (vergleiche Figur 2) erstreckt. Die Heizsäule 4 ist hier als Hohlzylinder ausgebildet, dessen Innenseite über eine Öffnung 6 im Behälterboden 1 a zugänglich ist. Alternativ kann die Heizsäule 4 aber auch als Vollzylinder ausgebildet sein. Auch eine Beheizung der Heizsäule 4 über weiteres Thermoöl ist alternativ möglich.
FIG 2 zeigt die erste Anlage 100 gemäß Figur 1 im Schnittbild ll-ll in einer Seitenan- sicht. Gleiche Bezugszeichen wie in Figur 1 kennzeichnen gleiche Elemente. Hier ist erkennbar, dass der Behandlungsbehälter 1 den Behälterboden 1 a und eine sich an den Behälterboden 1a anschließende Behälterwandung 1 b aufweist. Weiterhin ist er- kennbar, dass der Behandlungsbehälter 1 einen abnehmbaren Deckel 3 aufweist, der zwei Deckelsegmente 3a, 3b umfasst, die unabhängig voneinander abnehmbar sind. Dies kann durch eine Schiebebewegung, eine Hubbewegung oder eine rotatorische Bewegung erfolgen. Die Heizelemente 5a, 5b, 5c, 5d erstrecken sich über 95% der Höhe H der Behälterwandung 1 b.
FIG 3 zeigt schematisch die erste Anlage 100 in der Draufsicht. Zur besseren Über- sicht wurde hier auf die Darstellung des Behandlungsbades 2 verzichtet. Gleiche Be- zugszeichen wie in den Figuren 1 und 2 kennzeichnen gleiche Elemente. Im Behand- lungsbehälter 1 sind drei Bauteile 10a, 10b, 10c in Form von metallischen Lagerringen übereinander gestapelt angeordnet. Dazu sind die Bauteile 10a, 10b, 10c auf einem nicht dargestellten Ablagegestell ohne direkten Kontakt zueinander abgelegt, so dass ihre Oberflächen gleichmäßig von dem Behandlungsbad 2 umspült werden können.
FIG 4 zeigt schematisch die erste Anlage 100 in der Draufsicht. Zur besseren Über- sicht wurde hier auf die Darstellung des Behandlungsbades 2 verzichtet. Gleiche Be- zugszeichen wie in den Figuren 1 und 2 kennzeichnen gleiche Elemente. Im Behand- lungsbehälter 1 sind fünf Bauteile 10, 10a, 10b, 10c, 10d in Form von metallischen Lagerringen übereinander und nebeneinander gestapelt angeordnet. Dazu sind die Bauteile 10, 10a, 10b, 10c, 10d auf einem nicht dargestellten Ablagegestell ohne di- rekten Kontakt zueinander abgelegt, so dass ihre Oberflächen gleichmäßig von einem Behandlungsbad umspült werden können.
FIG 5 zeigt schematisch die erste Anlage 100 in der Seitenansicht und im Schnittbild, bestückt mit drei Bauteilen 10, 10a, 10b. Gleiche Bezugszeichen wie in den Figuren 1 und 2 kennzeichnen gleiche Elemente. Die Bauteile 10, 10a, 10b sind auf einem nicht dargestellten Ablagegestell ohne direkten Kontakt zueinander abgelegt, so dass ihre Oberflächen gleichmäßig von Behandlungsbad 2 umspült werden können.
FIG 6 zeigt schematisch eine zweite Anlage 100' zum Behandeln einer Oberfläche des großformatigen Bauteils 10, hier eines Lagerringes, mit einem Durchmesser im Bereich von 10 m. Die zweite Anlage 100' umfasst einen beheizbaren Behandlungs- behälter 1 ', der hier in der Draufsicht im Schnittbild Vl-Vl (vergleiche Figur 7) gezeigt ist. Der Behandlungsbehälter 1 ' weist einen kreisrunden Behälterumfang 1 c auf. Der Behandlungsbehälter 1 ' ist zur Aufnahme eines Behandlungsbades 2 ausgestaltet, wobei hier ein solches Behandlungsbad 2 zur Behandlung des Bauteils 10 vorgehal- ten wird. Die Lage des Bauteils 10 in dem Behandlungsbad 2 ist durch gestrichelte Li- nien angedeutet. Das großformatige Bauteil 10 in Form eines Lagerringes ist zwi- schen der Heizsäule 4' und einem kreisringförmigen Heizelement 5 in einer zur Heizsäule 4' konzentrischen Anordnung in das Behandlungsbad 2 eingebracht.
Dadurch befindet sich der Außendurchmesser des Lagerringes in einem gleichmäßi- gen Abstand zum kreisringförmigen Heizelement 5 und der Innendurchmesser des Lagerrings in einem gleichmäßigen Abstand zur Heizsäule 4'. Diese symmetrische Anordnung ermöglicht eine besonders schnelle und gleichmäßige Ausbildung einer gleichmäßigen Wärmeverteilung im Behandlungsbad 2 und eine Ausbildung einer Konversionsschicht mit besonders gleichmäßiger Dicke auf der Oberfläche des Bau- teils 10. Der Behandlungsbehälter 1 ' weist einen Behälterboden 1 a (vergleiche Figur 7) und eine Behälterwandung 1 b auf. Im Bereich der Behälterwandung 1 b ist das kreisringförmiges Heizelement 5 angeordnet, das von heißem Thermoöl durchströmt und beheizt wird. Mittig im Behandlungsbehälter 1 ' ist eine elektrisch beheizte
Heizsäule 4' angeordnet, die sich hier vom Deckel 3 (vergleiche Figur 7) ausgehend in Richtung des Behälterboden 1 a erstreckt. Die Heizsäule 4' ist hier als Vollzylinder ausgebildet und am Deckel 3 befestigt. Alternativ ist eine Ausführung gemäß Figur 1 , bei der die Heizsäule ausgehend vom Behälterboden 1 a angeordnet ist, oder eine Kombination einer Heizsäule am Deckel und einer weiteren Heizsäule am Behälterbo- den möglich.
FIG 7 zeigt die zweite Anlage 100' gemäß Figur 6 im Schnittbild Vll-Vll in einer Sei- tenansicht. Gleiche Bezugszeichen wie in Figur 6 kennzeichnen gleiche Elemente.
Hier ist erkennbar, dass der Behandlungsbehälter 1 ' den Behälterboden 1 a und eine sich an den Behälterboden 1 a anschließende Behälterwandung 1 b aufweist. Weiterhin ist erkennbar, dass der Behandlungsbehälter 1 den abnehmbaren Deckel 3 aufweist. Dieses Abnehmen des Deckels 3 erfolgt hier durch eine Hubbewegung. Das ringför- mige Heizelement 5 erstreckt sich ausgehend vom Behälterboden 1 a über mehr als 95% der Höhe H der Behälterwandung 1 b.
Die Figuren 1 bis 7 zeigen lediglich Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Anla- gen. So kann eine Anlage weiterhin eine erste, vom Behälterboden 1 a ausgehende Heizsäule und eine zweite, vom Deckel 3 ausgehende Heizsäule aufweisen, wobei die erste und zweite Heizsäule in ihrer Länge so dimensioniert sind, dass sie sich nicht berühren. Weiterhin kann ein Deckel 3 oder können Deckelsegmente 3a, 3b beheizt sein. Auch hier kann eine elektrische Beheizung erfolgen oder eine Beheizung mittels Hindurchleiten eines heißen Thermoöls.
Anhand der Figuren 6 und 7 wird nun nachfolgend beispielhaft ein erfindungsgemä- ßes Verfahren zum Behandeln einer Oberfläche des großformatigen metallischen Bauteils 10 (Lagerring) mit einem Durchmesser von 10 m beschrieben. Es werden fünf Behandlungsbehälter 1 ' gemäß Figur 6 nebeneinander bereitgestellt, wobei ein erster Behandlungsbehälter mit einem Entfettungsmedium befüllt wird, ein zweiter Be- handlungsbehälter mit einem Spülmedium befüllt wird, ein dritter Behandlungsbehälter mit einen Brünierbad befüllt wird, ein vierter Behandlungsbehälter mit einem weiteren Spülmedium befüllt wird und der fünfte Behandlungsbehälter mit einem Öl befüllt wird. Es erfolgt ein Beheizen des jeweiligen Behandlungsmediums bzw. Behandlungsbades 2 mittels jeweils der Heizsäule 4' und weiterhin dem Heizelement 5 auf eine Behand- lungstemperatur. Das Bauteil 10 wird, gegebenenfalls vorgeheizt, nacheinander in die beheizten Behandlungsbäder 2 eingebracht, wobei es im ersten Behandlungsbehälter entfettet, anschließend im zweiten Behandlungsbehälter gespült, im dritten Behand- lungsbehälter brüniert, im vierten Behandlungsbehälter erneut gespült und im fünften Behandlungsbehälter geölt wird. Während sich das Bauteil 10 im jeweiligen Behand- lungsbehälter 1 ' befindet, erfolgt ein Beheizen des Behandlungsbades 2 und des Bau- teils 10 auf die jeweils erforderliche Behandlungstemperatur. Diese Behandlungstem- peratur wird über eine Behandlungsdauer konstant gehalten. Die Entnahme des be- handelten Bauteils 10 aus dem jeweiligen Behandlungsbehälter 1 ' und ein Umsetzen in den nächsten Behandlungsbehälter 1 ' erfolgt mittels eines Krans. Es können hier je nach gewünschtem Behandlungsprozess weitere oder weniger Behandlungsbehälter vorhanden sein.
Bezuqszeichenliste
1, r Behandlungsbehälter
1a Behälterboden
1b Behälterwandung
1c Behälterumfang
2 Behandlungsbad
3 Deckel
3a, 3b Deckelsegment
4,4' Heizsäule
5, 5a, 5b, 5c, 5d Heizelement
6 Öffnung
10, 10a, 10b, 10c, 10d Bauteil
100, 100' Anlage
H Höhe der Behälterwandung 1b

Claims

Patentansprüche
1. Anlage (100, 100') zum Behandeln einer Oberfläche mindestens eines großforma- tigen Bauteils (10, 10a, 10b, 10c, 10d) mit einem Durchmesser oder Abmessungen im Bereich von 0,5 m bis 12 m, umfassend mindestens einen beheizbaren Behandlungs- behälter (1 ) zur Aufnahme eines Behandlungsbades (2) und des mindestens einen Bauteils (10, 10a, 10b, 10c, 10d) in dem Behandlungsbad (2), wobei der Behand- lungsbehälter (1 ) einen Behälterboden (1 a) und eine sich an den Behälterboden (1 a) anschließende Behälterwandung (1 b) aufweist, wobei der Behandlungsbehälter (1 ) weiterhin mindestens einen abnehmbaren Deckel (3) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der beheizbare Behandlungsbehälter (1 ) in der Draufsicht gesehen mittig min- destens eine Heizsäule (4, 4') aufweist, die sich vom Behälterboden (1a) in Richtung des Deckels (3; 3a, 3b) erstreckt und/oder sich vom Deckel (3) in Richtung des Behäl- terbodens (1 a) erstreckt.
2. Anlage (100, 100') nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die mindes- tens eine Heizsäule (4) sich ausgehend vom Behälterboden (1a) über mindestens 50% einer Höhe der Behälterwandung (1 b) in Richtung des mindestens einen Deckels (3; 3a, 3b) erstreckt.
3. Anlage (100, 100') nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Heizsäule (4') sich ausgehend vom mindestens einen Deckel (3) über mindestens 50% einer Höhe der Behälterwandung (1 b) in Richtung des Behäl- terbodens (1 a) erstreckt.
4. Anlage (100, 100') nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens Heizsäule (4, 4') in der Draufsicht einen runden Umfang auf- weist, wobei die mindestens eine Heizsäule (4, 4') eingerichtet ist, radial Wärme an das Behandlungsbad (2) abzugeben.
5. Anlage (100, 100') nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Behandlungsbehälter (1 ) weiterhin mindestens ein Heizelement (5, 5a, 5b, 5c, 5d) aufweist, das im Bereich der Behälterwandung (1 b) angeordnet und eingerich- tet ist, Wärme in Richtung der mindestens einen Heizsäule (4) an das Behandlungs- bad (2) abzugeben.
6. Anlage (100, 100') nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindes- tens eine Heizelement (5) ringförmig ausgebildet ist.
7. Anlage(100, 100') nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindes- tens eine Heizelement (5a, 5b, 5c, 5d) stabförmig oder plattenförmig ausgebildet ist und dass mindestens vier Heizelemente (5a, 5b, 5c, 5d) in gleichen Abständen vonei- nander die mindestens eine Heizsäule (4) umringend an der Behälterwandung (1 b) angeordnet sind.
8. Anlage (100, 100') nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Behandlungsbehälter (1 ) in der Draufsicht gesehen mit einem kreisförmigen oder quadratischen oder sechseckigen Behälterumfang (1 c) ausgebildet ist.
9. Anlage (100, 100') nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Deckel (3) mindestens zwei Deckelsegmente (3a, 3b) um fasst, die unabhängig voneinander beweglich sind.
10. Verfahren zum Behandeln einer Oberfläche mindestens eines großformatigen Bauteils (10, 10a, 10b, 10c, 10d) mit einem Durchmesser oder Abmessungen im Be- reich von 0,5 m bis 12 m in einer Anlage (100, 100') nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend folgende nacheinander durchgeführten Schritte:
Bereitstellen des mindestens einen Behandlungsbehälters (1 ) gefüllt mit einem Be- handlungsbad (2);
Beheizen des Behandlungsbades (2) mittels der mindestens einen Heizsäule (4) und weiterhin dem mindestens einen Heizelement (5, 5a, 5b, 5c, 5d) auf eine Behand- lungstemperatur; Einbringen des mindestens einen Bauteils (10) in das beheizte Behandlungsbad (2); Beheizen des Behandlungsbades (2) und des mindestens einen Bauteils (10) auf die Behandlungstemperatur und Halten der Behandlungstemperatur über eine Behand- lungsdauer; und
Entnehmen des mindestens einen behandelten Bauteils (10, 10a, 10b, 10c, 10d) aus dem mindestens einen Behandlungsbehälter (1 ).
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