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Title:
SYSTEM AND METHOD FOR TREATING A SURFACE OF AT LEAST ONE LARGE-FORMAT COMPONENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/174666
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a system (100, 100') for treating a surface of at least one large-format component (10, 10a, 10b, 10c, 10d) with a diameter or dimensions in the range of 0.5 m to 12 m, comprising at least one heatable treatment container (1) for receiving a treatment bath (2) and the at least one component (10, 10a, 10b, 10c, 10d) in the treatment bath (2), wherein the treatment container (1) has a container base (1a) and a container wall (1b) joining the container base (1a), wherein the treatment container (1) further has at least one removable cover (3; 3a, 3b). According to the invention, at least one heating column (4, 4') is arranged centrally, when viewed from above, in the heatable treatment container (1), the heating column extending from the container base (1a) in the direction of the cover (3; 3a, 3b) and/or extending from the cover (3) in the direction of the container base (1a). The invention further relates to a method for treating a surface of at least one large-format component (10, 10a, 10b, 10c, 10d) in a system (100, 100') of this kind.

Inventors:
HAAG, Bertram (Tragelhöchstädt 12, Uehlfeld, 91486, DE)
MUSAYEV, Yashar (Kölnerstr. 11a, Nürnberg, 90425, DE)
HECKL, Astrid (Michaelstr. 52g, Nürnberg, 90425, DE)
JAKOB, Christian (Nelkenstrasse 2, Wasserlosen, 97535, DE)
PODGAYNYY, Nikolay (Gottlieb-Geiß-Weg 67, Nürnberg, 90455, DE)
Application Number:
DE2019/100149
Publication Date:
September 19, 2019
Filing Date:
February 18, 2019
Export Citation:
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Assignee:
SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG (Industriestraße 1-3, Herzogenaurach, 91074, DE)
International Classes:
C23C22/00; B05C1/00; B05C3/00; B05C3/02; B05D1/18; C23C22/73; C23C22/77; F16C33/00
Domestic Patent References:
WO2018210377A12018-11-22
Foreign References:
DE102015222902A12017-05-24
DE102007061193A12009-06-18
DE102015222902A12017-05-24
DE102017112736A12018-11-22
GB2280123A1995-01-25
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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 ).

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