Die Erfindung betrifft ein Beizverfahren zum Beizen von Werkstücken aus Stahl, insbesondere Edelstahl, im Chargenbetrieb, bei dem ein Flusssäure enthaltendes Beizmittel aus einem Beizmitteltank auf die in einer Beizkabine vorgehaltenen Werkstücke aufgesprüht wird, wobei zur Erzielung eines gewünschten

Beizeffektes auf den Oberflächen der zu beizenden Werkstücke eine geeignete Beizzeit (t _B ) zu wählen ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Beizanlage zum Beizen von Werkstücken aus Stahl, insbesondere Edelstahl, im Chargenbetrieb, bei dem ein Flusssäure enthaltendes Beizmittel aus einem Beizmitteltank auf die in einer Beizkabine vorgehaltenen Werkstücke aufgesprüht wird, wobei zur

Erzielung eines gewünschten Beizeffektes auf den Oberflächen der zu beizenden Werkstücke eine geeignete Beizzeit zu wählen ist.

Beizverfahren und -anlagen, bei denen die zu beizenden Werkstücke im Chargenbetrieb in eine Beizkabine eingestellt und bei geschlossener Beizkabine mit einem Flusssäure enthaltenden Beizmittel besprüht werden, sind beispielswiese aus der EP 1 477583 B1 bekannt. Dabei wird das Flusssäure enthaltende Beizmittel vom Beizmitteltank mittels ansteuerbarer Pumpe zu den Sprühdüsen in der Beizkabine geführt. Das Beizmittel wird dann auf die zu beizenden Werkstücke aufgesprüht und rinnt an den Werkstücken Schwerkraft bedingt nach unten, wo in der Beizkabine ein entsprechendes Sammelbecken zur Rückführung des Beizmittels in den Beizmitteltank angeordnet ist.

Dabei ist das Beizen bei der Verarbeitung von Metallen, insbesondere von Edelmetallen, wie sogenannter VA-Stahl (nicht rostender Stahl) bekannt, da auf dessen Oberfläche häufig eine Mettaloxidschicht oder Zunderschicht gebildet wird, die sowohl das Aussehen wie auch die mögliche Weiterverarbeitung des Materials beeinträchtigt. Bei rostfreiem Stahl haftet diese unerwünschte Schicht sehr fest auf der Oberfläche, sodass aggressive Säuren zum Beizen Verwendung finden. Eine übliche Beizsäuremischung ist Salpetersäure und Flusssäure, die in wässriger Lösung verwendet wird. Bei diesem sogenannten Spritzbeizverfahren kann die eingesetzte Säuremenge durch das feine Versprühen deutlich reduziert werden, sodass die erforderlichen Genehmigungen für derartige Anlagen leichter zu erreichen sind. Ferner ist es aus der EP 1 477 583 B1 auch bekannt, Beizmittel allein aus Flusssäure in wässriger Lösung zu verwenden, also auf die Zugabe von Salpetersäure zu verzichten. Somit können Umweltschutzbestimmungen leichter eingehalten werden.

Problematisch bei derartigen Beizanlagen ist jedoch die genaue Bestimmung der Beizzeit, also der Einwirkzeit des während der Beizzeit aufgesprühten Beizmittels. Bisher wird die Beizzeit bei derartigen Spritzbeizverfahren vom Anlagenbetreiber nach Erfahrungswerten gewählt. Dabei ist es wichtig, dass der Abtrag der Oxide beim Beizvorgang vollständig erfolgt, um sämtliche Randzonenverfärbungen und Anlauffarben von der Werkstückoberfläche zu entfernen. Dabei wird ein Materialabtrag von ca. 1 bis 3 pm erreicht. Nach einem erfolgreichen Beizen ist die Edelstahloberfläche vollständig blank und weist keine Verfärbungen oder Rückstände mehr auf. Anschließend wird diese reine Oberfläche an der Atmosphäre durch Oxidieren der Chromteilchen an der Oberfläche des Edelstahls wieder geschützt.

Wird jedoch eine zu kurze Beizzeit gewählt, können noch unerwünschte Randzonenverfärbungen und Anlauffarben oder sonstige Rückstände an der Oberfläche verbleiben, sodass das fertiggestellte Werkstück nicht die erwünschte Oberflächengüte und -reinheit aufweist. Wird andererseits die Beizzeit zu lange gewählt, dürfte ein unerwünscht hoher Materialabtrag vorliegen und darüber hinaus eine zu lange Prozesszeit und damit ein verringerter Materialdurchsatz an der Beizanlage entstehen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein bekanntes Beizverfahren bzw. eine derartige Beizanlage so auszugestalten, dass eine geeignete Beizzeit automatisiert gewählt wird. Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Beizverfahren gemäß Anspruch 1 und einer Beizanlage gemäß Anspruch 11.

Wenn die Temperatur des Beizmittels (T _B ) gemessen und daraus die geeignete Beizzeit (t _B ) bestimmt wird, wird aus dem für die zu wählende Beizzeit wichtigsten Parameter, nämlich der Temperatur des aufzusprühenden Beizmittels, eine direkte, automatisierte Zuordnung der geeigneten Beizzeit ermittelt. Dabei wird beispielsweise zu jeder Beiztemperatur bzw. zu jedem Beiztemperaturbereich, beispielsweise in Gradschritten, eine feste Beizzeit zugeordnet. Dies kann über eine Auswerte- und Steuereinheit erfolgen, in der zu den Temperaturbereichen entsprechend geeignete Beizzeiten hinterlegt sind oder ein entsprechender Algorithmus vorliegt, aus dem die geeignete Beizzeit ermittelt wird.

Ferner wird bevorzugt die Temperatur der zu beizenden Werkstücke beim Einstellen in die Beizkabine gemessen und daraus die geeignete Beizzeit hergeleitet. Damit ist es möglich, dass bei größeren Temperaturunterschieden zwischen den in die Beizkabine einzustellenden zu beizenden Werkstücken und der Temperatur des Beizmittels ein Korrekturwert zur Beizzeit hinzugerechnet bzw. abgezogen wird.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Temperatur der Umgebungsluft in der Beizkabine gemessen und daraus die geeignete Beizzeit hergeleitet wird. Da in der Beizkabine, insbesondere für große, sperrige Werkstücke auch ein erhebliches Luftvolumen enthalten ist, sollte dieses bei der Berechnung der Beizzeit ebenfalls herangezogen werden. Bei größeren Unterschieden zwischen der Temperatur der Umgebungsluft und der Temperatur des Beizmittels sind entsprechende Korrekturbeträge zur Beizzeit hinzuzurechnen oder abzuziehen. Beispielsweise ist in sehr kalter Umgebung damit zu rechnen, dass beim Einstellen der zu beizenden Werkstücke, beispielsweise aus dem Freigelände einer Fabrik in die Beizkabine sowohl die zu beizenden Werkstücke durch das Besprühen mit dem ggf. aufgeheizten Beizmittel, als auch die in der Beizkabine beim Beladen mit den zu beizenden Werkstücken ausgetauschte und abgekühlte Umgebungsluft aufgewärmt werden muss. Entsprechend kühlt das aufgesprühte Beizmittel erheblich ab, sodass eine deutliche Verlängerung der Beizzeit erforderlich wird.

Wenn das Gewicht der zu beizenden Werkstücke beim Einstellen in die Beizkabine gemessen und bei der Berechnung der Beizzeit berücksichtigt wird, kann auch die gesamte Wärmekapazität der in die Beizkabine eingestellten zu beizenden Werkstücke bei der Berechnung der zu wählenden Beizzeit, insbesondere in Verbindung mit den entsprechend gemessenen Temperaturen für die zu beizenden Werkstücke sowie das verwendete Beizmittel ermittelt werden.

Dadurch, dass die Flusssäure-Konzentration des Beizmittels gemessen und bei der Berechnung der Beizzeit berücksichtigt wird, kann bei einer Verdünnung des Beizmittels, beispielsweise durch Feuchtigkeitseintrag über nasse, zu beizende Werkstücke oder besonders feuchter Umgebungsluft (Niederschlag) oder bei einer Teilverdunstung eine Konzentrationssteigerung des Beizmittels bei der Berechnung der Beizzeit berücksichtigt werden. Bei einer höheren Flusssäurekonzentration des Beizmittels wird die Beizzeit somit automatisch verringert, während bei einer niedrigeren Flusssäurekonzentration die Beizzeit verlängert wird.

Wenn der Werkstoff der zu beizenden Werkstücke beim Einstellen in die Beizkabine ermittelt und bei der Berechnung der Beizzeit berücksichtigt wird, kann der Werkstoff der zu beizenden Werkstücke messtechnisch überprüft und somit eine Qualitätskontrolle des jeweiligen Beizauftrages gewährleistet und eine Anpassung der Beizzeit auf den jeweiligen Werkstoff automatisiert werden. Beispielsweise ist ein Edelstahl mit der Werkstoffnummer 1.4301 mit einer kürzeren Beizzeit zu bearbeiten, als beispielsweise ein Werkstoff 1.4429. Zum Messen des jeweiligen Werkstoffes sind Werkstoffanalyseeinrichtungen bekannt, die beispielsweise als Laserpistolen ausgebildet sind und über optische Auswerteverfahren den Werkstoff bestimmen. Dadurch, dass die Wandstärke der zu beizenden Werkstücke beim Einstellen in die Beizkabine ermittelt und bei der Berechnung der Beizzeit berücksichtigt wird, kann die Beizzeit auch auf die Materialstärke der zu beizenden Werkstücke angepasst werden, da sich dünnwandige Werkstücke aufgrund ihrer im Verhältnis zum Gewicht sehr großen Oberfläche schnell an die Umgebungstemperatur und Temperatur des Beizmittels anpassen werden und sehr massive Werkstücke, bei denen sich die Temperatur des Werkstücks an seiner Oberfläche nur langsam an die Temperatur der Umgebung und die Temperatur des Beizmittels anpassen wird, berücksichtigt werden. In Verbindung mit dem gemäß Anspruch 4 bestimmten Gewicht der zu beizenden Werkstücke und dem ermittelten Werkstoff und den daraus herleitbaren Wärmeleitkoeffizienten können somit Modelrechnungen oder analytische Gleichungen zur Temperaturanpassung an der Oberfläche hergeleitet und für die Berechnung der Beizzeit eingesetzt werden.

Um die individuellen Wünsche des jeweiligen Auftraggebers auch bei der automatischen Beizzeitwahl berücksichtigen zu können, wird ein Beizfaktor ermittelt und bei der Berechnung der Beizzeit berücksichtigt. Der Beizfaktor gibt quasi an, ob ein normales Beizen, ein starkes Beizen oder eine Abtragbeizen vom Kunden gewünscht wird. Entsprechend wird die automisch ermittelte Beizzeit unter Berücksichtigung des gewählten Beizfaktors angepasst.

In weiterer verfahrensgemäßer Ausgestaltung wird die anzuwendende Beizzeit (t _B ) in Stunden (h) mit der Formel t _B (h)= V ^* F _t ^* F _H F ^* F _w ^* F _B berechnet, wobei die Faktoren wie folgt definiert sind:

V Gütefaktor für die Werkstoffqualität mit

V=2 bei 30 min herkömmlicher Beizdauer,

V=4 bei 60 min herkömmlicher Beizdauer,

V=6 bei 90 min herkömmlicher Beizdauer,

V=8 bei 120 min herkömmlicher Beizdauer;

F _t Faktor Temperatur mit F _t = 4 bei T _ges = 0° C, F _t = 2 bei T _ges = 10° C,

F _t = 1 bei T _ges = 20° C,

F _t = 0,5 bei T _ges = 30° C, wobei Tges ⁼ (Tw + TR + TB) / 3, mit

T _w = Temperatur der zu beizenden Werkstücke,

T _R = Temperatur der Umgebungsluft in der Beizkabine, T _B = Temperatur der Beize,

F _H F Faktor Flusssäure mit

F _H F = 3 bei 1 % Flusssäurekonzentration in der Beize,

F _H F = 2,2 bei 2 % Flusssäurekonzentration in der Beize,

F _H F = 1,6 bei 3 % Flusssäurekonzentration in der Beize,

F _H F = 1,2 bei 4 % Flusssäurekonzentration in der Beize,

F _H F = 1 bei 5 % Flusssäurekonzentration in der Beize,

F _H F = 0,9 bei 6 % Flusssäurekonzentration in der Beize,

F _w Faktor Wandstärke

F _w = 0,8 bei 1 mm Wandstärke des Werkstückes,

F _w = 0,9 bei 2 mm Wandstärke des Werkstückes,

F _w = 1,0 bei 3 mm Wandstärke des Werkstückes,

F _w = 1,1 bei 4 mm Wandstärke des Werkstückes,

F _w = 1,2 bei 5 mm Wandstärke des Werkstückes,

F _w = 1,3 bei 6 mm Wandstärke des Werkstückes,

F _w = 1,4 bei 7 mm Wandstärke des Werkstückes,

F _w = 1,5 bei 8 mm Wandstärke des Werkstückes,

F _B Faktor Beizart

F _B = 0,5 für leichtes Beizen,

F _B = 1,0 für normales Beizen,

F _B = 1,5 für intensives Beizen,

F _B = 2,0 für Abtragbeizen.

Dabei wird die Beizzeit aus den gemessenen Werten für die Materialstärke des zu beizenden Werkstückes, der gemessenen Temperaturen des Beizmittels, der Umgebungsluft in der Beizkabine und der Beizmitteltemperatur mit den aus den gemessenen Werten ableitbaren, entsprechenden Faktoren als anzuwendende Beizzeit in Stunden errechnet. Bei der Zuordnung der Faktoren zu den Messwerten wird für Zwischenwerte extrapoliert.

Dadurch, dass Wasserstoffperoxid in den Beizmitteltank nach Messung des Fes- Gehaltes zudosiert wird, wird eine automatische Redoxmessung und Dosierung für die Zugabe von Wasserstoffperoxid in das Beizmittel bereitgestellt.

Die erfindungsgemäße Beizanlage enthält wenigstens drei Temperatursensoren, nämlich einen ersten Temperatursensor zur Bestimmung der Temperatur des Beizmittels im Beizmitteltank oder in einer Zuleitung zu den Sprühdüsen in der Beizkabine, einen zweiten Temperatursensor zur Bestimmung der Temperatur der zu beizenden Werkstücke und einen dritten Temperatursensor zur Bestimmung der Temperatur der Umgebungsluft in der Beizkabine, wobei der erste, zweite und dritte Temperatursensor mit einer Auswerte- und Steuereinheit wirkverbunden sind, um die geeignete Beizzeit zu bestimmen oder zu berechnen. Damit können die wesentlichen Temperatur bedingten Einflüsse auf das Beizergebnis durch eine relativ einfache Sensorik mit einer angeschlossenen Auswerte- und Steuereinheit berücksichtigt und daraus die geeignete Beizzeit ermittelt werden.

Zur Gewichtsbestimmung der zu beizenden Werkstücke ist eine Waage im Zulauf der zu beizenden Werkstücke vorgesehen. Dabei können die zu beizenden Werkstücke beispielsweise auf oder an fahrbaren Gestellen angehängt werden, wobei dann auch diese fahrbaren Gestelle, die in der Beizkabine verbleiben, entsprechend mitzumessen sind.

Zur Messung der Flusssäurekonzentration des Beizmittels ist eine Analyseeinrichtung zur Messung der Flusssäure-Konzentration des Beizmittels im Beizmitteltank oder in einer Zuleitung zu Sprühdüsen in der Beizkabine angeordnet.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung detailliert beschrieben. In dem Ausführungsbeispiel wird ein Edelstahlwerkstück aus 2 mm Edelstahlblech der Güte 1.4301 mit einer Flusssäurebeize in einer Beizkabine durch Sprühbeizen bearbeitet. Die für dieses Werkstück erforderliche Beizzeit wird dabei erfindungsgemäß nach der Formel gemäß Anspruch 9 berechnet. Für ein Edelstahlblech der Güte 1.4301 wird üblicherweise eine 30 minütige Beizzeit nach herkömmlicher, auf Erfahrungen von Beizern basierender Wahl verwendet. Entsprechend ist der Gütefaktor mit 2 zu besetzen.

Die Temperatur des Werkstücks beträgt nach einer entsprechenden Temperaturmessung T _W =10°C. Beispielsweise wird die Temperatur mit einem Infrarot-Oberflächentemperatur-Messgerät automatisch beim Einstellen des zu beizenden Werkstückes in die Beizkabine erfasst. Die Raumlufttemperatur beträgt T _R =15°C, die von einem Raumtemperatursensor erfasst wird. Ferner beträgt die Beizmitteltemperatur, gemessen im Beizmittelvorratstank mit einem säurefesten Temperatursensor in der Flüssigkeit, T _B =20°C. Der Temperaturdurchschnittswert ergibt sich daraus als T _ges =15 ⁰ C und somit als anzunehmende Temperatur zur Auswahl des Faktors Temperatur F _T =1 ,5.

Wie bereits eingangs erwähnt, beträgt die Konzentration der Flusssäure im Beizmittel 4 %, woraus sich ein Faktor Flusssäure F _HF =1,2 ergibt. Wie eingangs beschrieben, geht die Materialstärke mit 2 mm und somit mit einem Faktor Wandstärke F _w =0,9 in die Berechnung ein. Darüber hinaus wird von der gewünschten Beizart eine normale Beizung entsprechend dem Faktor Beizart F _b =1 ausgewählt. Diese Auswahl kann automatisiert über die Auftragsdaten zum zu beizenden Werkstück in die Anlagensteuerung übertragen werden.

Damit ist eine Gesamtbeizzeit von t _B =3,24 h berechnet.

Entsprechend wird das zu beizende Werkstück in die Beizkabine eingehängt und für 3 % Stunden unter den voran genannten Bedingungen gebeizt. Das Beizergebnis entspricht aufgrund der gemessenen und auf die Anlagensteuerung übertragenen Werte stets dem gewünschten Beizgrad und ist auch unter unterschiedlichen Randbedingungen, insbesondere anderen Temperaturen, einer etwas geringeren oder stärkeren Flusssäurekonzentration im Beizmittel und dergleichen stets vergleichbar. Aufgrund der gemessenen Randbedingungen und der entsprechend zugeordneten Faktoren kann somit stets die richtig anzuwendende Beizdauer angewendet werden. Dabei ist es bevorzugt, dass die Messwerte direkt an eine Steuereinheit übertragen werden, in der der Rechenmodus und die zugeordneten Faktoren hinterlegt sind, sodass stets die richtige Beizdauer automatisch an der Beizvorrichtung ausgeführt wird.