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Verfahren zum Einbrennen von auf metallischen Gegenständen aufgebrachten Schichten auf Kunststoffbasis
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Bei der Beschichtung von Metallgegenständen mit Überzügen auf Kunststoffbasis werden in vielen Fällen Materialien verwendet, die zur Ausbildung der gewünschten Oberflächeneigenschaften einer Wärmebehandlung bedürfen. Solche Materialien sind z. B. Lacke oder Kunststoffpulver. Sie werden üblicherweise durch Tauchen, Elektrobeschichtung, Sintern, Streichen, Sprühen od. ähnl. Vorgänge auf den Metallgegenstand aufgebracht und hernach in einer Heizeinrichtung eingebrannt.
Bei der Beschichtung kleiner oder langgestreckter Teile, wie Drähte, Bänder, kleine Teile von Geräten oder Maschinen, hat es sich als sehr zweckmässig erwiesen, das Einbrennen der Deckschicht mittels Hochfrequenzinduktion durchzuführen.
Die Vorteile der induktiven Aushärtung im Vergleich zu der Ofenhärtung bestehen vor allem in der kurzen Zeitdauer des Einbrennvorganges und im geringen Platzbedarf des Gerätes. Ausserdem erfolgt die Erwärmung des Überzuges von der WerkstUcksoberfläche her zu Überzugsoberfläche, wodurch bevorzugt zunächst aus der untersten Überzugsschicht das Lösungsmittel entweichen kann und dort der eigentliche chemische Härtungsprozess früher als in den äusseren Überzugsschichten einsetzt. Dadurch werden Hautbildung und spätere Blasenbildung verringert und die Korrosionsbeständigkeit solcherart durchgehärteter Filme erhöht. Dabei wird auch der Restgehalt an Lösungsmittel bedeutend vermindert.
Trotzdem besteht insbesondere bei hohem Lösungsmittelgehalt der auszuhärtenden Überzugsschicht die Gefahr, dass entweder keine vollständige Durchhärtung oder durch eine zu rasche Abgabe von Lösungsmitteldämpfen bzw. gasförmigen Zersetzungsprodukten die Bildung von Blasen oder Rissen auftritt. Weiters kann ein Vergilben sowie ein Verlust an Elastizität oder Glanz des Überzuges auftreten.
Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren zum Einbrennen von auf metallischen Gegenständen aufgebrachten Schichten auf Kunststoffbasis, wobei die mit dem Beschichtungsmaterial versehenen Gegenitände mittels Hochfrequenzinduktion erhitzt werden. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das nduktive Einbrennenderartiger Deckschichten so zu lenken, dass die vorgenannten Nachteile vermieden werden. Diese Aufgabe wird beim vorgenannten Verfahren erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass man lie zur Induktion erforderliche Energie in Form von Impulsen zuführt.
Diese stossweise, immer wieder unterbrochene Art der Aufheizung des beschichteten Gegenstandes verhindert die zu rasche Abgabe von Lösungsmitteldämpfen oder gasförmigen Zersetzungsprodukten aus ler Überzugsschichte. Derartige Dämpfe oder Gase werden also in einer Weise abgegeben, dass sie das gleichmässige Verfliessen und Aushärten der Deckschicht nicht behindern. Durch die gezielte Auswahl ler Impulslängen und Impulspausen können auch die angestrebten Eigenschaften des Überzuges, wie :. B. Härte, Glanz und Elastizität, besser als nach den bekannten Verfahren erzielt werden.
Das erfin- lungsgemässe Verfahren bietet den weiteren Vorteil, dass durch die genaue Steuerung der im Hinblick mf die späteren Eigenschaften des Überzuges maximal zulässigen Aushärtungsgeschwindigkeit die Einbrenndauer noch erheblich reduziert werden kann.
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Die Impulslängen und Impulspausen hängen natürlich von der Art des verwendeten Beschichtungs- materials sowie von der Art des beschichteten Gegenstandes ab. Besonders wichtig ist die Auswahl dieser
Parameter bei der Aushärtung von Lacken. Günstigerweise wird, in Abhängigkeit von der Art der Lö- sungsmittel, durch wenige Vorversuche das optimale Verhältnis von Impulslängen und Impulspausen ermittelt.
Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich für die verschiedensten Beschichtungen, wie z. B.
Kunststoffpulver, Lacke mit einem Gehalt an organischen Lösungsmitteln, elektrophoretisch aufge- brachte Lacke usw. Auch die Art der Kunststoffbasis bedarf keiner besonderen Auswahl, um für das er- findungsgemässe Verfahren einsetzbar zu sein. Es eignen sich sowohl thermoplastische als auch thermo- härtende Kunststoffe.
Im Fall der elektrophoretisch aufgebrachten Deckschichten eignet sich das erfindungsgemässe Ver- fahren besonders gut, da diese Schichten, bedingt durch die Aufbringungsmethode relativ geringe Men- gen an Lösungsmitteln (hauptsächlich Wasser) enthalten.
Besonders bei einer serienmässigen Fertigung von Gegenständen gleicher Abmessungen, insbesondere bei der Beschichtung von Drähten, Bändern u. dgl., hat es sich als vorteilhaft erwiesen, ein Impuls- programm vorzugeben und automatisch ablaufen zu lassen. Ein derartiges Impulsprogramm legt die genaue Dauer der einzelnen Impulse, die vom Werkstück dabei jeweils aufgenommene Energie sowie die zwischen den einzelnen Impulsen notwendigen Impulspausen fest. Bei der Auswahl des optimalen Pro- gramms ist zunächst die Aufbringungsmethode des Überzugs wesentlich, da sie in den meisten Fällen schon den zu erwartenden Lösungsmittelgehalt bedingt. So wird z.
B. ein durch Elektrophorese aufgebrachter Lack mit seinem geringeren Gehalt an Wasser und Lösungsmitteln längere Impulszeiten mit höherer Energie und kürzere Impulspausen als ein durch Tauchen applizierter Lack vertragen, dessen Lösungsmittelgehalt zunächst wesentlich höher liegt. Weiters hängt das optimale Programm sowohl von der Materialbeschaffenheit, der Gestalt und dem Ausmass des Werkstückes als auch von der Schichtstärke des Überzugs ab. Wählt man zu lange Impulszeiten und zu kurze Impulspausen, so kann dies zu schlechten Ergebnissen führen. Bei zu kurzen Impulszeiten und zu langen Impulspausen gelingt keine vollständige Durchhärtung des Überzugs. Bei thermoplastischen Überzügen muss das jeweilige Programm bevorzugt auf das Fliessverhalten abgestimmt werden.
Gute Ergebnisse erhält man auch, wenn man während des Einbrennvorganges die an der Oberfläche der Überzugsschicht herrschende Temperatur dauernd misst, z. B. durch Infrarotmessung mittels eines Infrarotmesskopfes, und beispielsweise bei Überschreiten einer Temperaturgrenze die Impulslänge durch Steuerung des die Hochfrequenzenergie liefernden Generators entsprechend abkürzt. Analog kann auch bei zu niedriger Temperatur die Impulslänge entsprechend erhöht werden, falls diese Temperatur noch zu einer vollständigen Aushärtung ausreicht. Bevorzugt werden Impulse mit einer Dauer von 0,01 bis 0, 5 sec, insbesondere 0,04 bis 0, 15 sec, verwendet. Die Impulspausen zwischen diesen Impulsen betragen günstigerweise 0, 1 bis 20 sec, insbesondere 1 bis 10 sec.
Beim erfindungsgemässen Verfahren wird der Gesamthärtungsvorgang vorzugsweise 0,5 bis 2 min, insbesondere zirka 1 min, angewendet
Generell kann festgestellt werden, dass bei der erfindungsgemässen Arbeitsweise das Anwendungsgebiet der Induktionsheizung für Trocknung bzw. Aushärtung von Oberflächenbeschichtungen stark erweitert wird.
Die Erfindung wird durch nachstehende Beispiele näher erläutert, bei welchen als zu beschichtende Gegenstände Stahlbleche mit einer Länge von 115 mm, einer Breite von 85 mm und einer Dicke von 0,5 mm verwendet wurden.
Beispiel l : Zur Beschichtung wird ein grauer Elektrophoreselack verwendet, dessen Ansatz 800 Gew. -Teile phenolmodifiziertes Alkydharz, 6 Gew.-Teile Russ, 50 Gew.-Teile Aluminiumsilikat und 80 Gew.-Teile Titandioxyd enthält. Dieser Ansatz wird auf einer Dreierwalze gerieben und anschliessend mit 50 Teilen 9, 6 normalem Ammoniak neutralisiert und mit 6000 Teilen deionisiertem Wasser verdünnt. Mit diesem Lack wird ein Stahlblech der vorgenannten Abmessungen durch Anschliessen an den positiven Pol einer Gleichstromquelle bei 180 V 10 sec lang beschichtet.
Nach Abspülen der noch anhaftenden Badflüssigkeit wird das beschichtete Blech abgeblasen und der Induktionshärtung zugeführt :
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Induktionsimpulse : 1, 6 kW, 1 MHz Impulsprogramm : l x 0,06 sec (5 sec Pause)
3 x 0, 04 sec (jeweils 10 sec Pause) 1x0, 1 sec (10 sec Pause) 2 x 0, 15 sec (je 10 sec Pause) Gesamthärtezeit : zirka 65 sec Schichtstärke : 20 p
Die erhaltene Oberflächenbeschichtung weist die gewünschten Eigenschaften auf.
Vergleichsbeispiel : Bei kontinuierlicher Induktionshärtung und gleicher Energiezufuhr treten Risse in der Lackschicht auf, während bei verminderter Energiezufuhr die Aushärtung unzureichend ist.
Beispiel 2 : Zur Spritzbeschichtung eines Stahlbleches der oben genannten Abmessungen wird ein Weisslack verwendet, dessen Ansatz aus 20 Gew.-Teilen Melaminharz, 45 Gew.-Teilen Titan- dioxyd, 3 Gew.-Teilen Äthylenglykol, 5 Gew.-Teilen Isobutanol, 3 Gew.-Teilen Isopropanol, 2 Gew.-Teilen Triäthylamin und 10 Gew.-Teilen destilliertem Wasser besteht. Dieser Ansatz wird dann mit destilliertem Wasser auf eine geeignete Spritzviskosität eingestellt. Danach erfolgt die Beschichtung des Werkstückes durch Spritzauftrag.
Bei Durchführung des Einbrennvorganges mit der Induktionsenergie und dem Impulsprogramm nach Beispiel 1 sowie einer Schichtstärke von 40 li weist die erhaltene Oberflächenbeschichtung die gewünschten Eigenschaften auf.
Vergleichsbeispiel : Bei kontinuierlicher Induktionshärtung treten in der Überzugsschichte Blasen und Risse sowie ein Vergilben der Oberfläche auf.
Beispiel 3 : Zur Beschichtung eines Bleches der oben genannten Abmessungen durch Tauch- lackierung wird ein Klarlack verwendet, dessen Ansatz aus 40 Gew.-Teilen Alkydharz, 7 Gew.-Teilen Äthylenglykol, 11 Gew.-Teilen n-Butanol, 20 Gew.-Teilen Butylglykol, 3,5 Gew.-Teilen Diäthylamin und 16 Gew. -Teilen destilliertem Wasser besteht.
Dieser Ansatz wird nun mit destilliertem Wasser auf eine geeignete Tauchviskosität eingestellt.
Die durch Tauchlackierung aufgebrachte Lackschicht wird danach durch Induktionsenergie eingebrannt.
Impulsprogramm : l x 0,08 sec (10 sec Pause)
1 x 0,08 sec (15 sec Pause) ] x 0, 04 sec (] 0 sec Pause)
1 x 0,08 sec (10 sec Pause)
1 x 0, 1 sec
Gesamthärtezeit : zirka 45 sec Schichtstärke : 15
Die eingebrannte Lackschicht weist eine befriedigende Qualität auf,
Vergleichsbeispiel : Bei kontinuierlicher Induktionshärtung treten in der Lackschicht Blasen auf.
Bei andern zu beschichtenden Gegenständen, z. B. Stahlbändern, Wasserzählern oder Kleinteilen aus der Kraftfahrzeugindustrie, muss das Impulsprogramm entsprechend der Grösse der Teile, der Schicht- starke und dem Auftragsverfahren angepasst werden.
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