阅读说明：本技术 用于处理至少一个大规格的构件的表面的设施和方法 (Installation and method for treating the surface of at least one large-format component ) 是由 贝尔特拉姆·哈格 亚沙尔·穆萨耶夫 阿斯特里德·黑克尔 克里斯汀·雅各布 尼古拉·波德加尼 于 2019-02-18 设计创作，主要内容包括：本发明涉及用于处理具有在0.5m至12m范围内的直径或尺寸的至少一个大规格的构件(10、10a、10b、10c、10d)的表面的设施(100、100′),设施包括至少一个能加热的处理容器(1),其用于容纳处理溶液(2)和处理溶液(2)中的至少一个构件(10、10a、10b、10c、10d),其中,处理容器(1)具有容器底部(1a)和与容器底部(1a)邻接的容器壁(1b),其中,处理容器(1)还具有至少一个能移除的盖(3；3a、3b)。根据本发明,能加热的处理容器(1)在俯视图中看地居中地具有至少一个加热柱(4、4′),加热柱从容器底部(1a)朝盖(3；3a、3b)的方向延伸,并且/或者从盖(3)朝容器底部(1a)的方向延伸。本发明还涉及用于在这样的设施(100、100′)中处理至少一个大规格的构件(10、10a、10b、10c、10d)的表面的方法。(The invention relates to a facility (100, 100') for treating the surface of at least one large-format component (10, 10a, 10b, 10c, 10d) having a diameter or a dimension in the range from 0.5m to 12m, comprising at least one heatable treatment vessel (1) for receiving a treatment solution (2) and at least one component (10, 10a, 10b, 10c, 10d) of the treatment solution (2), wherein the treatment vessel (1) has a vessel base (1a) and a vessel wall (1b) adjoining the vessel base (1a), wherein the treatment vessel (1) also has at least one removable cover (3; 3a, 3 b). According to the invention, the heatable treatment container (1) has, centrally in top view, at least one heating column (4, 4') which extends from the container base (1a) in the direction of the lid (3; 3a, 3b) and/or from the lid (3) in the direction of the container base (1 a). The invention also relates to a method for treating the surface of at least one large-format component (10, 10a, 10b, 10c, 10d) in such a plant (100, 100').)

用于处理至少一个大规格的构件的表面的设施和方法

技术领域

本发明涉及一种用于处理具有在0.5m至12m范围内的直径或尺寸的至少一个大规格的构件的表面的设施。该设施包括至少一个可加热的处理容器，其用于容纳处理溶液和处理溶液中的至少一种构件，其中，处理容器具有容器底部和与容器底部邻接的容器壁。处理容器还具有至少一个可移除的盖。本发明还涉及一种用于处理具有在0.5m至12m范围内的直径或尺寸的至少一个大规格的构件的表面的方法。

背景技术

在制造构件中经常设置有用于表面处理的方法。尤其地，表面处理被用于防腐蚀，并且尤其提高构件的使用寿命。根据所用材料而定地，在此可以使用不同表面处理方法，例如电镀的、湿化学的或蒸发涂覆。所使用的化学品通常对环境有害，因此开发并执行了用于在反应器中进行表面处理的不同的方法。

DE 10 2007 061 193 A1公开了一种用于以氧化处理形式对经受轧制的构件进行表面处理的方法。

DE 10 2015 222 902 A1公开了一种用于构件的表面处理的方法，其中，使用了包括仅一个反应器或处理容器的设备，该处理容器装备有构件。在对构件的表面处理中，反应器先后相继地被填充不同的介质。

DE 10 2017 112 736 A1涉及一种具有至少两个处理容器的设施概念，以便延长所用的处理介质的使用寿命。

GB 2280123 A描述了一种用于清洁和磷化含铁的工件的容器。在容器中设置有用于使液体翻滚的旋转式的叶轮，以及设置有布置在容器壁上的加热元件。

在处理容器中对大规格的构件的处理中、尤其是氧化处理或磷化以形成转化层的情况下已经表明的是，在使用常规的处理设施时，在这种构件的表面上看地出现不均匀的处理结果。这些不同的处理结果表现在构件表面上产生的转化层的不同厚度。

已经表明的是，这些差别是由于以下事实造成的，即，直径或尺寸在0.5m至12m范围内的大规格的构件在引入到被预热的处理溶液中时使该处理溶液强烈冷却。由于构件和处理溶液的体积，使得与在对直径或尺寸小于0.5m范围内的直径或尺寸的小规格的构件进行表面处理的情况相比，直到将处理溶液再次加热到初始温度的所需的时间段要长得多。处理溶液的处于构件表面的区域中的不同的温度导致，构件表面在更高的温度的区域中比在具有更低的温度的区域中被更快地转化。因此造成了构件的转化层的厚度方面的差别，该差别即使通过延长处理时间也无法完全补偿。

例如在风力发电设施中的应用需要尤其是形式为轴承构件、如轴承圈或滚动体的这种大规格的构件。

发明内容

本发明的任务是，提供一种用于处理具有在0.5m至12m范围内的直径或尺寸的至少一个大规格的构件的表面的设施和方法，利用该设施和方法可以尽可能均匀地进行表面处理。

针对用于处理具有在0.5m至12m范围内的直径或尺寸的至少一个大规格的构件的表面的设施，该设施包括至少一个可加热的处理容器，其用于容纳处理溶液和处理溶液中的至少一个构件，其中，处理容器具有容器底部和与容器底部邻接的容器壁，其中，处理容器还具有至少一个可移除的盖，该任务通过如下方式来解决，即，让可加热的处理容器在俯视图中看居中地具有至少一个加热柱，该加热柱从容器底部朝盖的方向延伸，并且/或者从盖出发朝容器底部延伸。

已经表明的是，其中处理容器仅在容器壁的区域中具有加热元件的常规的设施无法实现经由处理溶液在短时间内均匀地将这种大规格的构件升温。该效果尤其是在处理大规格的轴承圈时被注意到。与在容器壁和轴承圈外直径的区域中相比，在处理溶液的中心的区域中进而在轴承圈内直径的区域中升温进行得更慢。因此，在轴承圈的内直径和外直径上出现不同厚度的转化层，这是不期望的。盖应在很大程度上防止处理溶液从处理容器中蒸发出以及热量损耗。

如果现在在可加热的处理容器中居中地设置有至少一个加热柱，其在将至少一个大规格的构件引入到处理溶液中之后从处理溶液的中心出发加速处理溶液的加热过程，则可以整体上加速构件的加热，并且可以使对构件的处理均匀化。在尤其是通过氧化处理或磷化进行表面处理时，可以产生厚度均匀的转化层。

尤其已被证实合适的是，相对于构件对称并与构件保持有距离地设计处理溶液的加热，使得在处理溶液中存在均匀的热量分布，并且在将(可能经过预热的)构件引入处理溶液中之后让该均匀的热量分布一直维持，或者至少在5分钟内、尤其是在3分钟之内再次建立该均匀的热量分布。在此，当处理溶液的体积上存在最大为±0.5℃的温度差时，则热量分布被认为是均匀的。

加热柱尤其可以构造为实心柱体或空心柱体。如果加热柱空心柱形地构成，则处理容器可以在容器底部中居中地具有开口，其中，加热柱在处理溶液与处理容器的外侧之间构造有密封部。替选地，在容器底部的开口上可以布置有另外的容器壁，并且该空心的加热柱可以包围该另外的容器壁地布置。

尤其地，至少一个加热柱可以具有与处理溶液接触的表面型廓，该表面型廓遵循大规格的构件中的被加热柱伸入的开口的轮廓。如果构件在开口或贯通开口的区域中例如具有锥形或桶形的轮廓，则对于处理溶液中的热分布来说，当加热柱以有距离的方式构成锥形或桶形的内部轮廓时是有利的。由此使构件与至少一个加热柱之间的距离均匀。

优选地，处理容器在引入至少一个构件之后直至处理持续时间结束都被封闭。为此，为各自的处理容器设置有至少一个盖。盖能够实现在处理容器中的处理溶液与至少一个构件、必要时可能还有被单独置入的用于容纳至少一个构件和类似物的撑托装置之间进行快速的温度补偿。此外，防止了处理溶液从各自的处理容器中蒸发出，并且使热量损耗最小化，从而可以使对处理容器的加热最小化。替选地，也可以仅设置罩或类似物，其减少了热量和蒸发损耗。

为了降低用于处理容器的运行的加热成本，还进行压力加载，其中，处理容器和封闭该处理容器的盖类似于压力锅地在增压的情况下运行。

在处理容器中可以设置有容纳装置，该容纳装置适用于将至少一个构件在预定的处理时间段上维持在处理介质中。因此，容纳装置可以是撑托件，该撑托件被牢固地安装在各自的处理容器上，或者如单独的托架或类似物那样地仅暂时被引入到处理容器中或安置到处理容器上。此外，这种撑托件或托架可以同时容纳多个构件，从而可以在一个处理容器中同时处理多个构件。此外，可以由起重机提供容纳装置，该起重机将至少一个构件(可能还包括托架在内地)转移到各自的处理容器中进行处理，并在预定的处理期间将其保持在各自的处理容器中。

为了使转化层更均匀地构造在构件表面上，可以让构件在处理介质中运动。在轴承圈的情况下被证实合适的是，让其围绕轴承圈轴线以0到3m/s的旋转速度进行旋转。

至少一个加热柱优选从容器底部出发朝至少一个盖的方向在容器壁的高度H的至少50％上延伸。替选地或与之组合地，至少一个加热柱从至少一个盖出发朝容器底部的方向在容器壁的高度H的至少50％上延伸。如果仅设置一个加热柱，则该加热柱应至少在容器壁的高度的80％上延伸。同时存在具有不同长度的两个加热柱也是可行的，这两个加热柱从容器的底部和盖出发相互指向地构成。

关于均匀的径向散热方面被证实合适的是，至少一个加热柱在俯视图中具有圆形的外周。在此，至少一个加热柱被设立成径向向处理溶液散热。尤其地，至少一个加热柱被电加热。

处理容器优选还具有至少一个加热元件，该加热元件布置在容器壁的区域中并被设立成朝至少一个加热柱的方向向处理溶液散热。在此，至少一个加热元件可以环形地构成。尤其地，这种环形的加热元件在容器壁的高度H的至少50％，优选是至少80％上延伸。

替选地，至少一个加热元件可以是杆状或板状地构成。将形式为一个或多个蛇形管的加热元件布置在容器壁的区域中是可行的。尤其地，至少四个加热元件彼此以相同的距离围绕至少一个加热柱地布置在容器壁上。但是，也可以设置四个以上的加热元件，以便进一步改善热分布和热一致性。杆状的加热元件尤其竖立地布置在容器壁上。至少一个加热元件优选在容器壁的高度H的至少50％，优选是至少80％上延伸。

尤其地，至少一个加热元件可以具有与处理溶液接触的表面型廓，该表面型廓遵循大规格的构件的外轮廓。如果构件具有例如锥形或桶形的外轮廓，则对于处理溶液中的热分布来说，当加热元件以有距离的方式构成锥形或桶形的外轮廓时是有利的。由此，使构件与至少一个加热元件之间的距离均匀。

已被证明特别有效的是，至少一个加热元件被热的传热油穿流并被加热。

尤其地，以如下方式将多个加热元件布置在处理容器中，即，使得每个加热元件都与至少一个加热柱等距布置。

尤其要注意加热元件在处理容器中尽可能对称地布置，其中，至少一个加热柱在中心地布置在处理容器的中间(在俯视图中)，并且在处理容器的壁的区域中(优选与一个或多个加热柱等距地)布置一个或多个加热元件。在构件的表面与一方面是至少一个加热柱并且另一方面是加热元件之间构成尽可能相同的距离在此对于在处理溶液内获得均匀的热分布并因此实现均匀的转化层厚度是至关重要。

构件的表面与加热装置、也就是说加热柱或加热元件之间的距离优选小于50cm。这确保了热量特别迅速地均匀分布在处理溶液中。

处理容器在俯视图中看地优选构造有圆形、方形或六边形的容器外周。这简化了加热元件的均匀分布并因此简化了处理容器中的热量的分布。圆形的处理容器是特别优选的，以便使在处理轴承圈时所需的处理溶液量最小化。在此，(多个)加热柱和加热元件还可以特别简单地以与大规格的构件距离均匀的方式地布置。直径在3.2m至5m范围内的圆形的处理容器是特别优选的。处理溶液的高度尤其最大为1m，以便限制待加热的体积，并且还能够施加用于均匀加热处理溶液所需的加热功率。

至少一个盖可以包括至少两个盖部段，盖部段能彼此独立地运动。在此，至少一个盖或至少一个盖部段能水平平移地支承，或能围绕转动轴线旋转地支承。例如通过起重机进行的对盖的垂直提升(升举运动)也是可行的。此外已被证实合适的是，至少一个盖本身或盖部段能被加热。由此，还可以保护处理溶液的自由的表面免受热损耗。

通常已被证明合适的是，处理容器、尤其是盖相对于周围环境隔热地实施。这减少了热辐射，并且因此减少了在处理溶液中用于保持均匀热量分布所需的加热能量。

尤其地，根据本发明的设施包括至少两种处理容器。在此，这样的处理容器可以填充以形式为脱脂介质、冲洗介质、氧化处理介质、磷化介质、油等的液体介质以用于构成处理溶液。

针对用于在根据本发明的设施中处理具有在0.5m至12m范围内的直径或尺寸的至少一个大规格的构件的表面的方法，该任务被解决，该方法包括以下相继执行的步骤：

提供至少一个填充有处理溶液的处理容器；

借助至少一个加热柱还有至少一个加热元件将处理溶液加热到处理温度；

将至少一个构件引入到经加热的处理溶液中；

将处理溶液和至少一个构件加热至处理温度并在处理期间上保持处理温度；并且

从至少一个处理容器中取出至少一个处理过的构件。

通过使用根据本发明的设施，可以使得大规格的构件在其表面的区域中被特别均匀地处理。尤其地，在执行氧化处理或磷化方法时，大规格的构件可以被设有均匀的转化层。

与较小的处理池相比，用于处理大规格的构件所需的以及相应地同样是非常大规格的处理容器要更难于保持均匀的温度。因此，在氧化处理过程中，必须将处理溶液的温度保持在沸腾温度以下，以此形成由氧化铁(II、III)构成的转化层，该转化层牢固地粘附在构件上，并且相应地是耐磨损。如果处理溶液的温度降到沸腾温度以下太多，则不是构成氧化铁(II、III)，而是仅构成红锈(Fe₂O₃)，红锈体积更大并且不足以粘附到构件上。因此，构件上不仅产生了颜色不同的不同厚度(厚度差在约0.5至2μm之间)的转化层的区域，而且由于与金属基体的粘合力不同，使得转化层的耐磨性也局部不同。

对于方法也被证实合适的是，在一个处理容器中同时处理至少两个构件。此外被证实合适的是，在设施的多个处理容器中同时处理多个构件。由此，可以提高设施的利用率和完成处理的构件的产量。

此外，对于方法也已被证实合适的是，在将待处理的构件引入到设施的第一处理溶液之前对其进行预热。这显着减少了在第一处理容器中的处理时间，并且能够实现利用处理溶液更快地进行热量补偿。

大规格的构件尤其是针对滚动轴承或滑动轴承的金属的轴承构件，金属的机动车构件和类似物。这种尤其是形式为诸如轴承圈或滚动体的金属的轴承构件的大规格的构件例如对于在风力发电设施的中的应用是必要的。在处理轴承圈的情况下也被证实合适的是，将其平放在处理容器中进行处理。

附图说明

图1至图7应示例性地阐述根据本发明的设施和方法。因此其中：

图1以俯视图在截面I-I(参见图2)中示意性地示出具有方形的处理容器的第一设施；

图2以侧视图在截面II-II中示出根据图1的第一设施；

图3以俯视图示意性地示出第一设施，其装备有三个构件；

图4以俯视图示意性地示出第一设施，其装备有五个构件；

图5以侧视图并且以截面示意性地示出第一设施，其装备有三个构件；

图6以俯视图在截面VI-VI(参见图7)中示意性地示出具有圆形的处理容器的第二设施；并且

图7以侧视图示出根据图6的截面VII-VII中的第二设施。

具体实施方式

图1示意性地示出了第一设施100，其用于处理直径在0.5m至12m范围内的至少一个大规格的构件10的、在此是轴承圈的表面。第一设施100包括可加热的处理容器1，其在此以俯视图在截面I-I(参见图2)中示出。处理容器1具有方形的容器外周1c。处理容器1被设计成用于容纳处理溶液2，其中，这种处理溶液2在此被维持用于处理构件10。构件10在处理溶液2中的位置由虚线指明。处理容器1具有容器底部1a(参见图2)和容器壁1b。在容器壁1b的区域中布置有板状的加热元件5a、5b、5c、5d，其分别被热的传热油穿流并被加热。在处理容器1中居中地布置有电加热的加热柱4，该加热柱在此从容器底部1a出发地朝盖3的方向延伸(参见图2)。加热柱4在此构造为空心柱体，其内侧能经由容器底部1a中的开口6接近。但是替选地，加热柱4也可以构造为实心柱体。替选地，经由另外的传热油来加热加热柱4也是可行的。

图2以侧视图在截面II-II中示出了根据图1的第一设施100。与图1中相同的附图标记表示相同的元件。在此能识别到，处理容器1具有容器底部1a和与容器底部1a邻接的容器壁1b。此外能识别到，处理容器1具有可移除的盖3，该盖包括两个盖部段3a、3b，它们能彼此独立地移除。这可以通过滑动运动、升举运动或旋转运动来进行。加热元件5a、5b、5c、5d在容器壁1b的高度H的95％上延伸。

图3以俯视图示意性地示出了第一设施100。为了更好概览，在此取消示出处理溶液2。与图1和2中相同的附图标记表示相同的元件。在处理容器1中上下堆叠地布置有形式为金属轴承圈的三个构件10a、10b、10c。为此，构件10a、10b、10c在彼此无直接接触的情况下放置在未示出的托架上，从而其表面可以均匀地被处理溶液2四面冲刷。

图4以俯视图示意性地示出了第一设施100。为了更好概览，在此取消示出处理溶液2。与图1和2中相同的附图标记表示相同的元件。在处理容器1中上下堆叠地且并列地布置有形式为金属轴承圈的五个构件10、10a、10b、10c、10d。为此，构件10、10a、10b、10c、10d在彼此无直接接触的情况下放置在未示出的托架上，从而其表面可以均匀地被处理溶液四面冲刷。

图5以侧视图和截面示意性地示出了第一设施100，其装备有三个构件10、10a、10b。与图1和2中相同的附图标记表示相同的元件。构件10、10a、10b在彼此无直接接触的情况下放置在未示出的托架上，从而其表面可以均匀地被处理溶液2四面冲刷。

图6示意性地示出了第二设施100′，其用于处理直径在10m范围内的大规格的构件10的、在此是轴承圈的表面。第二设施100′包括可加热的处理容器1′，其在此以俯视图在截面VI-VI(参见图7)中示出。处理容器1′具有圆形的容器外周1c。处理容器1′被设计成用于容纳处理溶液2，其中，在此，这种处理溶液2被维持用于处理构件10。构件10在处理溶液2中的位置由虚线指明。形式为轴承圈的大规格的构件10以与加热柱4′同心的布置方式在加热柱4′与圆环形的加热元件5之间地被引入到处理溶液2中。由此，轴承圈的外直径与圆环形的加热元件5相距均匀，而轴承圈的内直径与加热柱4′相距均匀。这种对称的布置方式能够实现在处理溶液2中特别迅速且均匀地构成均匀的热量分布，并且能够实现在构件10的表面上构成具有特别均匀的厚度的转化层。处理容器1′具有容器底部1a(参见图7)和容器壁1b。圆环形的加热元件5布置在容器壁1b的区域中，圆环形的加热元件被热的传热油穿流并被加热。在处理溶液1′中居中地布置有电加热的加热柱4′，其在此从盖3(参见图7)出发朝容器底部1a的方向延伸。加热柱4′在此被构造为实心柱体并且被紧固在盖3。替选地，根据图1的加热柱从容器底部1a出发地布置的实施方式是可行的，或者盖上的加热柱和容器底部上的另外的加热柱的组合也是可行的。

图7以侧视图在截面VII-VII中示出了根据图6的第二设施100′。与图6中相同的附图标记表示相同的元件。在此能识别出，处理容器1′具有容器底部1a和与容器底部1a邻接的容器壁1b。还能识别出，处理容器1具有可移除的盖3。盖3的这种移除在此通过升举运动来进行。环形的加热元件5从容器底部1a出发地在容器壁1b的高度H的95％上延伸。

图1至7仅示出了根据本发明的设施的实施例。因此，设施还可以具有从容器底部1a出发的第一加热柱和从盖3出发的第二加热柱，第一加热柱和第二加热柱在其长度方面被如下这样地定尺寸，即，使得它们不碰触。此外，盖3或盖部段3a、3b可以被加热。在此也可以进行电加热，或加热可以借助热的传热油通过来进行。

现在将在下面参考图6和7示例性地描述根据本发明的用于处理直径为10m的大规格的金属构件10(轴承圈)的表面的方法。并排提供了根据图6的五个处理容器1′，其中，第一处理容器填充有脱脂介质，第二处理容器填充有冲洗介质，第三处理容器填充有氧化处理溶液，第四处理容器填充有另外的冲洗介质，并且第五个处理溶液里填充有油。分别借助加热柱4′以及加热元件5将各自的处理介质或处理溶液2加热至处理温度。构件10必要时被预热地依次被引入到经加热的处理溶液2中，其中，构件在第一处理容器中脱脂，随后在第二处理容器中冲洗，在第三处理容器中氧化处理，在第四处理容器中再次冲洗，并且在第五处理容器中上油。在构件10处于各自的处理容器1′中时，将处理溶液2和构件10加热至各自所需的处理温度。该处理温度在处理期间保持恒定。借助起重机将处理过的构件10从各自的处理容器1′中取出并转移到下一个处理容器1′中。在此根据所期望的处理工艺而定地可以存在或多或少的处理容器。

附图标记列表

1、1′ 处理容器

1a 容器底部

1b 容器壁

1c 容器外周

2 处理溶液

3 盖

3a、3b 盖部段

4、4′ 加热柱

5、5a、5b、5c、5d 加热元件

6 开口

10、10a、10b、10c、10d 构件

100、100′ 设施

H 容器壁1b的高度