DE10160858A1

DE10160858A1 - Verfahren zur chemischen Behandlung von Metalloberflächen und dazu geeignete Anlage

Info

Publication number: DE10160858A1
Application number: DE2001160858
Authority: DE
Inventors: Bernhard Kotschy
Original assignee: Henkel AG and Co KGaA
Current assignee: Henkel AG and Co KGaA
Priority date: 2001-12-12
Filing date: 2001-12-12
Publication date: 2003-07-03

Abstract

Man bringt die Metalloberflächen mit einer Lösung eines Prozessbades (1), beispielsweise einer Phosphatierungs- oder Beizlösung, in Kontakt, welches mehrere Komponenten in wässriger Lösung enthält, wobei man die Zusammensetzung des Prozessbades (1) durch Zugabe von Lösungen oder Gasen, insbesondere Luft, in einem vorgegebenen Bereich hält. Die Wirtschaftlichkeit wird erheblich verbessert, wenn man die Lösung des Prozessbades (1) über eine erste Leitung (2) und eine Umwälzpumpe (3) umwälzt und die zuzugebende Lösung und/oder das zuzugebende Gas einer Saugpumpe (4) zuführt, wobei sich die zuzugebende Lösung bzw. das zuzugebende Gas mit der umgewälzten Lösung mischt. Dabei ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (11) der ersten Leitung (2) zwischen 50 und 150 cm unterhalb der Oberfläche (10) des Prozessbades liegt und dass die Länge des Leitungsabschnitts der ersten Leitung (2) zwischen dem Venturi-System (4) und der Austrittsöffnung (11) im Bereich von 2 bis 6 m, vorzugsweise 2,5 bis 5 m, liegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur chemischen Behandlung von Metalloberflächen, insbesondere zum Phosphatieren oder zum Beizen, bei dem man die Metalloberflächen mit einer Lösung eines Prozessbades in Kontakt bringt, welches mehrere Komponenten in wässriger Lösung enthält, wobei man die Zusammensetzung des Prozessbades durch Zugabe von Lösungen oder Gasen, insbesondere Luft, in einem vorgegebenen Bereich hält.

Beim Phosphatieren von Metallblechen werden diese mit sogenannten Phosphatierungslösungen durch Eintauchen in ein Prozessbad oder durch Aufspritzen der Lösung in Kontakt gebracht. Dabei kann auf der Metalloberfläche eine sehr dünne Phosphatschicht entstehen, die einerseits zum Schutz vor Korrosion und zum anderen zu einer Verbesserung der Haftung des danach aufgebrachten Lackes dient. Dickere Phosphatschichten erzeugt man, wenn diese als Umformhilfe zur Erleichterung von Umformprozessen dienen sollen. Neben Phosphorsäure enthält die Lösung hauptsächlich Zink, so dass die Metalloberfläche mit einer Zinkphosphatschicht bedeckt wird. Daneben können in der Phosphatierungslösung noch weitere Komponenten vorhanden sein, z. B. weitere Metallionen wie Manganionen. Weiterhin kann die Phosphatierungslösung sogenannte Beschleuniger enthalten, die für eine gleichmäßige Ausbildung der Phosphatschicht auf der Metalloberfläche sorgen. Phosphatschichten, die als Gleitschichten wirken, basieren demgegenüber in der Regel auf Manganphosphat.

Bei der laufenden Verwendung der gleichen Phosphatierungslösung verändert sich deren Zusammensetzung, so dass von Zeit zu Zeit oder auch kontinuierlich nachdosiert werden muss. Die üblichen Phosphatierungslösungen sind in der Regel sauer, wobei der pH-Wert bei etwa 1,5 bis 4,5 liegt. Wenn die Phosphatierungslösung säureempfindliche Komponenten wie beispielsweise Beschleuniger enthält, die sich in der sauren Phosphatierungslösung schnell zersetzen, müssen diese Komponenten besonders häufig nachdosiert werden. Die säureempfindlichen Komponenten liegen aus Stabilitätsgründen in einer alkalischen Lösung vor und werden mit dieser Lösung in die saure Phosphatierungslösung eindosiert. Nachteilig ist die an der Eintropfstelle entstehende lokale Erhöhung des pH-Wertes, welche zu einer Ausfällung von Zinkionen als Zinkphosphat führt, so dass nachfolgend auch Zink bzw. Zinkphosphat nachdosiert werden muss.

In verstärktem Maße gilt dies, wenn der Phosphatierungslösung zum Abstumpfen der freien Säure alkalische Lösungen oder Dispersionen (beispielsweise Natronlauge oder Sodalösung, Zinkcarbonat oder das als Beschleuniger wirkende Hydroxylamin) zugesetzt werden. Da diese alkalischen Lösungen den pH-Wert an der Zugabestelle stark erhöhen, fällt in verstärktem Maße Zinkphosphat als Schlamm aus. Da hierdurch der Wertstoff Zinkphosphat der Phosphatierungslösung verloren geht, muss dieser Wertstoff verstärkt nachdosiert werden. Dies erhöht die Betriebskosten des Verfahrens. Andererseits kann der Schlamm den Phosphatierprozeß behindern, so dass er vom Phosphatierbad abgetrennt und entsorgt werden muss. Auch dies wirkt sich nachteilig auf die Kosten des Phosphatierverfahrens aus.

Die Zusammensetzung der Phosphatierungslösung ändert sich jedoch nicht nur durch eine Herabsetzung des Gehaltes Ihrer Komponenten. So ist es weiterhin unerwünscht, wenn der Gehalt an zweiwertigen Eisenionen zu stark ansteigt. Bekannt ist es, zur Herabsetzung des Eisengehaltes das Bad zu belüften. Dazu kann Druckluft über feinporige, im Prozessbad angeordnete Membranen eingebracht werden, so dass der Sauerstoff der Luft die Eisenionen zur dreiwertigen Stufe oxidiert, so dass sie als Eisen(III)phosphat ausfallen. Der Verbrauch der zur Belüftung eingesetzten Druckluft, welcher einen deutlichen Kostenfaktor darstellt, lässt sich durch den Einsatz dieser feinporigen Membranen gering halten. Beim Abschalten der Druckluft treten jedoch erhebliche Probleme auf, denn die feinen Membranporen setzen sich mit Phosphatierungsschlamm zu. Die verkrusteten und verstopften Poren lassen sich nicht oder nur mit erheblichen Schwierigkeiten reinigen, so dass die Membranen in der Regel häufig ausgetauscht werden müssen.

Die genannten Probleme führen also zu erhöhten Kosten des Phosphatierungsverfahrens.

Ähnliche Probleme existieren bei der Nachdosierung von Prozesslösungen, die zum Beizen von Edelstahl und/oder von Titan und seinen Legierungen dienen. Diese sind sowohl stark sauer als auch oxidierend, um Oberflächenbeläge aufzubrechen und abzulösen und eine gleichmäßige metallische Oberfläche zu erzeugen. Solche Prozesslösungen sind beispielsweise in der EP-B-505 606 beschrieben. Zum Aufrechterhalten des Reduktions-Oxidations-Potentials ist es erforderlich, kontinuierlich oder diskontinuierlich ein Oxidationsmittel wie beispielsweise Wasserstoffperoxid oder Luft zuzuführen.

Eine Lösung für die genannten Probleme wird in der DE-A-198 58 035 vorgeschlagen. Dieses Dokument beschreibt ein Verfahren zur chemischen Behandlung von Metalloberflächen, bei dem man die Metalloberflächen mit einer Lösung eines Prozessbades in Kontakt bringt, welches mehrere Komponenten in wässriger Lösung enthält, wobei man die Zusammensetzung des Prozessbades durch Zugabe von Lösungen oder Gasen, insbesondere Luft, in einem vorgegebenen Bereich hält, indem man die Lösung des Prozessbades über eine erste Leitung und eine Umwälzpumpe umwälzt und die zuzugebende Lösung und/oder das zuzugebende Gas in die erste Leitung oder in das Prozessbad an einer Stelle einspeist, wo aufgrund des Endes der Leitung eine starke Durchmischung auftritt, wobei das Ende der Leitung im Prozessbad oder oberhalb der Oberfläche des Prozessbades liegen kann.

Aus US 4,086,103 ist es bekannt, als Beschleuniger wirkende Stickoxide in eine Phosphatierungslösung einzubringen, indem man die Phosphatierungslösung durch ein Venturi-System umpumpt und die gasförmigen Stickoxide in das Venturi- System einsaugt, so dass sie sich mit der Phosphatierungslösung vermischen. Weiterhin ist es bekannt, in Lösungen zum Beizen von Edelstahl H₂O₂ in ein Umwälzleitung einzudosieren (EP-A-776 993).

Bei den Verfahren des Standes der Technik ist jedoch nicht gewährleistet, dass sich das zuzugebende Gas oder die zuzugebende Lösung in ausreichendem Maße mit der Lösung des Prozessbades in der Umwälzleitung vermischen, bevor die Lösung wieder in das Prozessbad gelangt. Im Falle von Gasen wie beispielsweise Luft führt dies dazu, dass am Ende der Umwälzleitung in dem Prozessbad Gasblasen austreten und aus dem Prozessbad heraussprudeln können, ohne dass sich eine ausreichende Menge Gas mit der Prozesslösung vermischt hat. Weiterhin lösen die Verfahren des Stands der Technik nicht ausreichend zuverlässig die zusätzliche Aufgabe, dass durch das Venturi-System ohne zusätzliche Maßnahmen zur Regelung gerade die richtige Menge Gas oder zuzugebende Lösung eingesaugt wird.

Die vorliegende Erfindung baut auf der Lehre der DE-A-198 58 035 auf und verbessert das dort beschriebene Verfahren hinsichtlich Effizienz und Zuverlässigkeit. Gegenstand der Erfindung ist in einem ersten Aspekt ein Verfahren zur chemischen Behandlung von Metalloberflächen, bei dem man die Metalloberflächen mit einer Lösung eines Prozessbades (1) in Kontakt bringt, welches mehrere Komponenten in wässriger Lösung enthält, wobei man die Zusammensetzung des Prozessbades (1) durch Zugabe von Lösungen oder Gasen, insbesondere Luft, in einem vorgegebenen Bereich hält, indem man die Lösung des Prozessbades (1) über eine erste Leitung (2) und eine Umwälzpumpe (3) umwälzt und die zuzugebende Lösung und/oder das zuzugebende Gas über eine zweite Leitung (6) durch ein in die erste Leitung (2) eingebautes Venturi- System (4) in die erste Leitung (2) einsaugt, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (11) der ersten Leitung (2) zwischen 50 und 150 cm unterhalb der Oberfläche (10) des Prozessbades liegt und dass die Länge des Leitungsabschnitts der ersten Leitung (2) zwischen dem Venturi-System (4) und der Austrittsöffnung (11) im Bereich von 2 bis 6 m, vorzugsweise 2,5 bis 5 m liegt.

Durch die gewählte Länge des Leitungsabschnitts der ersten Leitung (2) zwischen dem Venturi-System (4) und der Austrittsöffnung (11) im Prozessbad wird eine ausreichende Vermischung von zugegebenem Gas oder zugegebener Lösung mit der Lösung des Prozessbades in der Umwälzleitung gewährleistet. Andererseits muss der genannte Leitungsabschnitt nicht länger als die genannte Strecke sein, da sonst die Investitionskosten erhöht würden, ohne einen zusätzlichen Nutzen zu erzeugen. Die Maßnahme, dass die Austrittsöffnung (11) der ersten Leitung (2) zwischen 50 und 150 cm unterhalb der Oberfläche (10) des Prozessbades liegt, führt zu einem hydrostatischen Gegendruck in der Umwälzleitung. Dies beeinflusst einerseits die Saugleistung des Venturi-Systems und andererseits die Strömungsgeschwindigkeit in der Umwälzleitung. Außerdem wird in der Umwälzleitung hinter dem Venturi-System ein hydrostatischer Druck aufgebaut. Dieser Druck erleichtert das Auflösen von Gasen in der Lösung des Prozessbades in der Umwälzleitung. Weiterhin hat diese Maßnahme zur Folge, dass ohne Anlegen eines Druckes in der zweiten Leitung 6 und ohne weiteren Regelaufwand und somit kostengünstig gerade die erforderliche Menge zuzugebende Lösung oder zuzugebendes Gas in das Venturi-System eingesaugt wird. Dieser Effekt kann noch dadurch verstärkt werden, dass man den Öffnungsquerschnitt der Austrittsöffnung (11) der ersten Leitung (2) relativ zu ihrem Durchmesser um etwa 25 bis 50% verengt. Dies kann beispielsweise in Form einer Rohrverengung oder durch Einbau einer Blende erfolgen. Sieht man eine Blende mit regelbarem Öffnungsquerschnitt vor, kann das Ausmaß des Rückstaus und damit der Druckerhöhung in der Umwälzleitung eingestellt und an die konkreten Erfordernisse des jeweiligen Prozessbades angepasst werden.

Weiterhin ist es für die Effizienz des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft, wenn die erste Leitung (2) zwischen dem Venturi-System (4) und der Austrittsöffnung (11) einen Durchmesser im Bereich von 10 bis 30 mm aufweist. Zusätzlichen Vorteil erzielt man, wenn die Lösung des Prozessbades (1) durch die erste Leitung (2) mit einer Umwälzleistung (Geschwindigkeit) im Bereich von 0,5 bis 6 m³/Stunde umgepumpt wird. Diese Maßnahmen beeinflussen Einsaugrate durch das Venturi-System und Einmischen in der Umwälzleitung vorteilhaft. Die zuzugebende Lösung und/oder das zuzugendende Gas können drucklos über die zweite Leitung (6) in die erste Leitung (2) eingespeist werden. In Strömungsrichtung hinter dem Venturi-System kann ein statischer Mischer (5) zum Verbessern des Einmischens vorgesehen werden. Dieser kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn eine Lösung durch das Venturi-System eingespeist wird. Zwingend erforderlich ist dieser statische Mischer jedoch nicht, insbesondere dann nicht, wenn durch das Venturi-System ein Gas eingesaugt und mit der Lösung vermischt wird.

Dabei kann es sich in einer Ausführungsform der Erfindung bei der Prozessbadlösung (1) um eine Phosphatierlösung zur schichtbildenden oder nichtschichtbildenden Phosphatierung von Metalloberflächen handeln. Die zuzugebende Lösung stellt vorzugsweise eine Lösung mit einem pH-Wert oberhalb von 5, insbesondere oberhalb von 8 dar. Ein pH-Wert von 13 wird jedoch in der Regel nicht überschritten. Beispielsweise handelt es sich um eine wässrige Lösung von Natriumhydroxid, Natriumcarbonat oder eine alkalische Aminlösung, beispielsweise eine Lösung des Beschleunigers Hydroxylamin, die zum Abstumpfen der freien Säure und/oder Ergänzen des Beschleunigergehalts mit der Phosphatierungslösung vermischt werden soll.

Dabei kann die Funktion der ersten Leitung (2) von der Leitung des Heizkreislaufs und die Funktion der Umwälzpumpe (3) von der Pumpe des Heizkreislaufs übernommen werden. Üblicherweise ist die Pumpe des Heizkreislaufs des Prozessbades beim Anlagenbetrieb ständig aktiv und wälzt die Prozessbadlösung über einen Wärmetauscher ständig um.

Je nach Umwälzrate der Prozessbadlösung über den Heizkreislauf (2) könnte bei einem zu starken Volumenstrom durch das Venturi-System ohne zusätzliche Regelung eine unerwünscht große Menge an Gas oder Flüssigkeit in die erste Leitung (2) eingesaugt werden. Dies lässt sich dadurch verhindern, dass man in dieser Ausführungsform nicht den gesamten Volumenstrom des Heizkreislaufs durch das Venturi-System leitet. Vielmehr sieht man eine Zweigleitung (9) (Abb. 2) vor, durch die ein Teilstrom der im Heizkreislauf umgewälzten Badlösung ohne Durchströmen des Venturi-Systems direkt in das Prozessbades zurückgeführt wird. Dabei lässt sich der Volumenanteil der pro Zeiteinheit umgewälzten Prozessbadlösung, der durch die Zweigleitung (9) direkt in das Prozessbad eingeleitet wird, am einfachsten durch die Querschnittsverhältnisse der Zweigleitung (9) und dem nach Abzweigen dieser Zweigleitung (9) weiterführenden Teil der Umwälzleitung (2) einstellen.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind besonders für Prozessbäder (1) geeignet, die Lösungen zum schichtbildenden oder nicht schichtbildenden Phosphatieren von Metallen darstellen. Die zuzugebende Lösung ist insbesondere eine alkalische Lösung zum Abstumpfen der freien Säure, das eventuell zuzumischende Gas ein sauerstoffhaltiges Gas, insbesondere Luft. Weiter unten werden solche Phosphatierungslösungen näher beschrieben.

Erfindungsgemäß werden zwei wesentliche Vorteile erreicht. Auch beim Nachdosieren von Komponenten in alkalischer Lösung tritt keine starke lokale Erhöhung des pH-Wertes auf, da die zuzugebende alkalische Lösung bereits vor dem Eintritt in das Prozessbad mit der Prozesslösung, beispielsweise der sauren Phosphatierungslösung intensiv vemischt wird. Neben der häufig bereits vorhandenen Umwälzpumpe sind nur geringfügige Investitionen zum Nachrüsten bekannter Phosphatieranlagen notwendig, nämlich eine preiswerte Saugpumpe und die entsprechenden Zuleitungen.

Soll das Prozessbad belüftet werden, so entfällt der kostspielige Einsatz von Druckluft und Membranen, da über die Saugpumpe die Umgebungsluft angesaugt werden kann, die sich dann in der Leitung mit der umgewälzten Lösung mischt. Das in das Prozessbad eintauchende Leitungsende benötigt keinen Gasverteiler und kann daher ein offenes Rohrende sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf Prozessbäder mit Phosphatierlösungen angewandt werden. Dabei können die Phosphatierlösungen unterschiedlichen technischen Zwecken dienen. Beispielsweise können sie sogenannte Niedrigzink-Phosphatierlösungen darstellen, wie sie beispielsweise in der EP-A-228 151 beschrieben sind. Diese haben einen Zinkgehalt zwischen etwa 0,3 und etwa 2 g/l, und erzeugen auf dem Substrat Zinkphosphat- oder Zinkeisenphosphatschichten, die mit weiteren Metallen wie beispielsweise Mangan dotiert sein können und die flächenbezogene Massen ("Schichtgewichte") im Bereich von etwa 1 bis etwa 3 g/m² aufweisen. Solche Phosphatierlösungen werden vorzugsweise eingesetzt, um Phosphatschichten zu erzeugen, die als korrosionsschützender Haftgrund für eine nachfolgende Lackierung wie beispielsweise eine kathodische Tauchlackierung im Fahrzeugbau dienen. Andererseits kann es sich bei der Phosphatierlösung um eine sogenannte Eisenphosphatierlösung handeln. Im Gegensatz zu einer Niedrigzink- Phopshatierlösung enthält diese keine Schwermetallionen, die in die Phosphatschicht eingebaut werden. Auf Eisenoberflächen werden durch Behandlung mit einer solchen Phosphatierlösung nichtkristalline Phosphat- und Oxidschichten mit einem Schichtgewicht in der Größenordnung 0,3 bis 1,2 g/m² abgeschieden. Weiterhin sind Phosphatierlösungen bekannt, die im Vergleich zu den Niedrigzink-Phosphatierlösungen wesentlich höhere Gehalte an Zink (mehr als 3 g/l,) und ggf. weiteren zweiwertigen Metallen aufweisen. Sie erzeugen kristalline Phosphatschichten mit einem Schichtgewicht deutlich oberhalb von 3 g/m². Diese dienen als solche oder nach einem Belegen mit Ölen oder Seifen als Umformhilfen für Umformprozesse durch Kaltfließen wie beispielsweise Rohr- oder Drahtzug. Zur Erzeugung von Gleitschichten für bewegte Maschinenteile wie beispielsweise Zylinder verwendet man saure Manganphosphatlösungen.

Phosphatierungslösungen enthalten üblicherweise sogenannte Beschleuniger, die zu einer raschen und gleichmäßigen Ausbildung der Phosphatierschicht beitragen. Üblicherweise sind dies oxidierend wirkende Substanzen wie beispielsweise Nitrat, Nitrit, Chlorat und/oder Wasserstoffperoxid. Teilweise sind diese, was beispielsweise für Nitrit und Wasserstoffperoxid zutrifft, in der sauren Phosphatierlösung nicht stabil, so dass sie nicht in ein Phosphatierbadkonzentrat eingearbeitet werden können. Vielmehr müssen sie der anwendungsfertigen Phosphatierungslösung kontinuierlich oder diskontinuierlich zugegeben werden. Für diese Zugabe ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders geeignet.

Bei der Phosphatierung von eisenhaltigen Oberflächen reichert sich im Phosphatierbad zweiwertiges Eisen an, das in höheren Konzentrationen den Phosphatierprozeß stören kann. Üblicherweise entfernt man einen Eisenüberschuß dadurch, dass man das Eisen zur dreiwertigen Stufe oxidiert, so dass es als schwerlösliches Phosphat ausfällt und als Phsosphatierschlamm von der Phosphatierlösung abgetrennt werden kann. Stark oxidierend wirkende Beschleuniger erfüllen neben der Beschleunigungswirkung zusätzlich diese Aufgabe. Setzt man jedoch schwach oxidierende Beschleuniger wie beispielsweise Hydroxylamin ein, wird das zweiwertige Eisen nur durch Kontakt mit Luftsauerstoff zur dreiwertigen Stufe oxidiert und als Phosphat ausgefällt. Hierfür ist ein intensiver Kontakt mit Luft besonders wichtig. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die Oxidation von zweiwertigem Eisen in einer Phosphatierlösung zur dreiwertigen Stufe besonders wirkungsvoll durchzuführen. Hierbei führt man dem Venturi-System ein sauerstoffhaltiges Gas wie insbesondere Umgebungsluft zu.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich nicht nur in Phosphatierungsbädern, sondern auch in anderen Prozessbädern einsetzen. Als Beispiele seien Kühlschmierstofftanks und Lackkoagulierbäder genannt. Dort ist eine preiswerte Belüftung von Vorteil, um das Wachstum von anaeroben Bakterien zu begrenzen bzw. diese Bakterien abzutöten. Zum gleichen Zweck lässt sich die erfindungsgemäße Belüftung auch für neutrale Reinigungsbäder einsetzen.

Vorteilhafterweise lässt sich das Verfahren auch zum Zufügen oxidierender Stoffe in eine Beizlösung anwenden, die beispielsweise zum Beizen von Edelstahl und/oder von Titan oder dessen Legierungen dient. Hierdurch wird das für den Beiz- und/oder Passivierungsschritt erforderliche Reduktions-Oxidations-Potential eingestellt bzw. aufrechterhalten. Beispielsweise ist das Verfahren geeignet, das Reduktions-Oxidations-Potential einer Beizlösung, wie sie in der EP-B-505 606 beschrieben ist, zu erhöhen bzw. aufrecht zu erhalten. Hierzu gibt man der Prozesslösung über die Saugpumpe beispielsweise eine Lösung eines Oxidationsmittels wie insbesondere Wasserstoffperoxid zu. Das Oxidationsmittel hat die Aufgabe, das während des Beizschritts gebildete Eisen(II) und/oder Titan(III) zur nächst höheren Oxidationsstufe zu oxidieren. Aufgrund der starken Turbulenz in der Saugpumpe und insbesondere in einem vorzugsweise der Tauchpumpe nachgeschalteten statischen Mischer erfolgt diese Oxidationsreaktion sehr rasch.

Aus der deutschen Patentanmeldung DE 197 55 350.8 ist es bekannt, das zweiwertige Eisen in einer Beizlösung dadurch zur dreiwertigen Stufe zu oxidieren, dass man in Gegenwart von Kupferionen als Katalysator die Beizlösung mit einem sauerstoffhaltigen Gas wie vorzugsweise Luft vermischt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Durchführung dieses Prozesses geeignet, wobei man über die Saugpumpe ein sauerstoffhaltiges Gas, vorzugsweise Umgebungsluft, ansaugt und mit der Beizlösung vermischt.

Erfindungsgemäß setzt man eine Saugpumpe ein, die nach dem Venturiprinzip arbeitet und von der umgewälzten Lösung angetrieben wird. Ein separater Antrieb der Pumpe ist daher nicht erforderlich.

In einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung führt man die zuzugebende Lösung bzw. das zuzugebende Gas der Saugpumpe über eine zweite Leitung zu, in welcher zur Sicherheit und zur Kontrolle ein Ventil und ein Durchflussmesser angeordnet sind. Zwingend erforderlich ist dies jedoch nicht.

In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Anlage zum Durchführen des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, mit einem Behälter für das Prozessbad (1) und einer ersten Leitung (2) mit einer Umwälzpumpe (3), mit welcher das Prozessbad (1) umwälzbar ist, wobei in der ersten Leitung (2) ein Venturi-System (4) vorhanden ist, an dessen Saugeinlass eine zweite Leitung (6) für eine zuzugebende Lösung und/oder ein zuzugebendes Gas angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (11) der ersten Leitung (2) zwischen 50 und 150 cm unterhalb der Oberfläche (10) des Prozessbades liegt und dass die Länge des Leitungsabschnitts der ersten Leitung (2) zwischen dem Venturi-System (4) und der Austrittsöffnung (11) im Bereich von 2 bis 6 m, vorzugsweise 2,5 bis 5 m liegt.

Dabei kann vorgesehen werden, dass von der ersten Leitung (2) eine dritte Leitung (9) abzweigt, durch die ein Teilstrom der umgewälzten Lösung des Prozessbades in das Prozessbad zurückgeführt wird, ohne das Venturi-System zu durchströmen. Durch die Wahl unterschiedlicher Querschnitte für die erste Leitung (2) und die dritte Leitung (9) kann vorgegeben werden, welcher Anteil der beispielsweise über einen Wärmetauscher umgewälzten Prozessbadlösung durch die Zweigleitung (9) direkt in das Prozessbad zurückgeführt wird.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen 1 und 2 näher erläutert. In allen Zeichnungen haben gleiche Bezugszeichen die gleiche Bedeutung.
Im Beispiel nach Fig. 1 wird das Prozessbad 1 belüftet. Das Prozessbad mit einem Volumen von etwa 50 bis 200 m³ wird über eine erste Leitung 2 und eine Umwälzpumpe 3 ohne Unterbrechung umgewälzt, wobei der umgewälzte Flüssigkeitsstrom 0,6 bis 6 m³/h beträgt. In der ersten Leitung 2 ist eine nach dem Venturiprinzip arbeitende Saugpumpe 4, z. B. eine Wasserstrahlpumpe, und ein statischer Mischer 5 angeordnet. Am Saugeinlaß der Saugpumpe 4 ist eine zweite Leitung 6 angeschlossen, durch welche Luft über ein fakultatives Ventil 7 und einen fakultativen Durchflussmesser 8 zugeführt werden kann.
Im Beispiel nach Fig. 2 wird die Lösung des Prozessbades 1 mittels der Umwälzpumpe 3 über eine dritte Leitung 9 mit einem Durchsatz von 10 m³/h und mehr umgewälzt. Über eine Abzweigstelle gelangt ein Teil der umgewälzten Lösung, nämlich 0,6 bis 6 m³/h, in die erste Leitung 2, in der die Saugpumpe 4 und der statische Mischer 5 angeordnet sind. Ansonsten entspricht dieses Beispiel dem Beispiel nach Fig. 1.
In den vorliegenden Beispielen nach Fig. 1 oder 2 kann jedoch nicht nur Luft dem Prozessbad zugeführt werden, sondern auch ein Einmischen von Flüssigkeiten, z. B. Konzentraten zum Nachdosieren von einzelnen Komponenten, ist möglich. Bezugszeichenliste 1 Prozessbad
2 erste Leitung
3 Umwälzpumpe
4 Saugpumpe (= Venturi-System)
5 statischer Mischer (fakultativ)
6 zweite Leitung
7 Ventil (fakultativ)
8 Durchflussmesser (fakultativ)
9 dritte Leitung
10 Oberfläche des Prozessbades
11 Austrittsöffnung der ersten Leitung (2) im Prozessbad (1)

Claims

1. Verfahren zur chemischen Behandlung von Metalloberflächen, bei dem man die Metalloberflächen mit einer Lösung eines Prozessbades (1) in Kontakt bringt, welches mehrere Komponenten in wässriger Lösung enthält, wobei man die Zusammensetzung des Prozessbades (1) durch Zugabe von Lösungen oder Gasen, insbesondere Luft, in einem vorgegebenen Bereich hält, indem man die Lösung des Prozessbades (1) über eine erste Leitung (2) und eine Umwälzpumpe (3) umwälzt und die zuzugebende Lösung und/oder das zuzugebende Gas über eine zweite Leitung (6) durch ein in die erste Leitung (2) eingebautes Venturi-System (4) in die erste Leitung (2) einsaugt, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (11) der ersten Leitung (2) zwischen 50 und 150 cm unterhalb der Oberfläche (10) des Prozessbades liegt und dass die Länge des Leitungsabschnitts der ersten Leitung (2) zwischen dem Venturi-System (4) und der Austrittsöffnung (11) im Bereich von 2 bis 6 m, vorzugsweise 2,5 bis 5 m liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von der ersten Leitung (2) vor dem Venturi-System (4) eine dritte Leitung (9) abzweigt, über die ein Teilstrom der umgewälzten Lösung des Prozessbades in das Prozessbad zurückgeführt wird.

3. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsquerschnitt der Austrittsöffnung (11) der ersten Leitung (2) relativ zum Durchmesser der ersten Leitung (2) um 25 bis 50% verengt ist.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leitung (2) zwischen dem Venturi-System (4) und der Austrittsöffnung (11) einen Durchmesser im Bereich von 10 bis 30 mm aufweist.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung des Prozessbades (1) durch die erste Leitung (2) mit einer Umwälzleistung im Bereich von 0,5 bis 6 m³/Stunde umgepumpt wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man die zuzugebende Lösung und/oder das zuzugebende Gas über die zweite Leitung (6) ohne Anwendung eines Drucks durch das Venturi-System (4) in die erste Leitung (2) einsaugt.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man hinter dem Venturi-system (4) einen statischen Mischer (5) einsetzt.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Lösung eines Prozessbades (1) um eine Phosphatierungslösung handelt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch die zweite Leitung (6) durch das Venturi-System (4) Luft in die erste Leitung (2) eingesaugt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch die zweite Leitung (6) durch das Venturi-System (4) eine wässrige Lösung mit einem pH- Wert oberhalb von 5, insbesondere oberhalb von 8 in die erste Leitung (2) eingespeist wird.

11. Anlage zum Durchführen des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, mit einem Behälter für das Prozessbad (1) und einer ersten Leitung (2) mit einer Umwälzpumpe (3), mit welcher das Prozessbad (1) umwälzbar ist, wobei in der ersten Leitung (2) ein Venturi-System (4) vorhanden ist, an dessen Saugeinlass eine zweite Leitung (6) für eine zuzugebende Lösung und/oder ein zuzugebendes Gas angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (11) der ersten Leitung (2) zwischen 50 und 150 cm unterhalb der Oberfläche (10) des Prozessbades liegt und dass die Länge des Leitungsabschnitts der ersten Leitung (2) zwischen dem Venturi- System (4) und der Austrittsöffnung (11) im Bereich von 2 bis 6 m, vorzugsweise 2,5 bis 5 m liegt.

12. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass von der ersten Leitung (2) vor dem Venturi-System eine dritte Leitung (9) abzweigt und in das Prozessbad zurückführt.