Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von nichtmetallischen Schutzüberzügen In der Anstrichtechnik wird Wärme bei der Verarbeitung kalt- und heissflüssiger nicht metallischer Schutzstoffe häufig angewandt. Man braucht Wärme beispielsweise zum Trocknen und Vorwärmen der Streichflächen Lind um die aufgetragenen Schutzüberzüge in ihren physikalischen oder chemischen Eigel)- sehaften zu verbessern, sie z. B. zu trocknen, zu härten, oder porenfrei zu gestalten. Die Wärme wird den zu behandelnden Flächen üblicherweise entweder durch unmittelbare Flammeneinwirkung zugeführt, z.
B. mittels Lötlampe, oder mittelbar durch Heissluft bläse oder dergleichen mehr. Diese ge- bräuehlichen Arten der Wärmeanwendung bringen manche Nachteile mit sich. Offene flammen bilden in Gegenwart brennbarer Stoffe eine Feuers- oder sogar Explosions- --efahr und bei ihrer Anwendung bilden sich häufig Niederschläge von Kondenswasser oder Russ, wodurch die Haftung der Schutzüber züge bzw. deren Güte beeinträchtigt wird.
Ein Hauptnachteil der gebränehlichen Ver fahren besteht aber darin, dass dabei die Wärme den Schutzüberzügen von oben her zugeführt. wird. Dadurch besteht die Gefahr; da.ss die Überzüge an der Oberfläche über hitzt werden und dass in die tieferen Sehich- teii nicht genügend Wärme gebracht. werden. kann, um die Haftung zu verbessern und schädliche Poren sowie Wassereinschlüsse zu beseitigen.
Bei schmelzbaren Überzügen lässt sich eine kräftige Erwärmung bis zum Unter grund in der Regel schon deshalb nicht durch führen, weil dann die Masse flüssig und von geneigten Flächen ablaufen würde.
Man hat neuerdings auch zum Trocknen lösungsmittelhaltiger Lacke vorzugsweise auf Massengütern, wie Konservendosen, Drähten. Blechwaren und dergleichen mit Erfolg die Erwärmung im magnetischen Wechselfeld hoher Frequenz - im folgenden kurz als Iiochfrequenzerwärmung bezeichnet - heran gezogen. Die zu behandelnden Teile werden dabei durch das hochfrequente Magnetfeld einer Spule geführt, wobei sich die Blech unterlage in der ganzen Stärke und ferner, von ihr ausgehend, der Lackfilm rasch er wärmt..
Die durch die Anwendung von hoch- frequenten -.#la.gnetfeldern gegebene günstige Übertragung der Wärme atü den zu erwär menden Gegenstand ermöglicht eine Verringe rung der Wärmeverluste an die umgebende Luft und führt zu einem besonders zweck mässigen Ablauf der Trocknung von der Auflagefläche des Lackes ausgehend'. Die An- wendungsmöglichkeiten dieses bekannten Ver fahrens, bei welchem die Metallunterlage durch und durch erhitzt.
wird, sind jedoch beschränkt. Eine Bearbeitung grösserer Werk stücke oder gar ganzer Stahlbauwerke schei det praktisch aus, da eine Durchwärmung des Bauwerkes über die gesamte Dauer eines Tröcknungs- oder chemischen Härtungsvor- ,-anges, die bei den Anstrichfilmen derartiger Objekte mindestens einige Minuten bean sprucht, viel zu grosse Energiemengen erfor dert.
Erfindungsgemäss wird nunmehr vorzugs weise für derartige Objekte mit grösseren metallischen Wandstärken ein Verfahren be nützt, bei dem die Erwärmung auf höhere Temperaturen auf eine möglichst dünne Me tallschicht an der Auflagefläe-he des zu be handelnden 1bermiges beschränkt bleibt. Ein solches Verfahren wird durch eine besondere Aisbildiing der Hoehfrequenzerwärmung er möglicht.
Die Wirkung eines magnetischen Wechselfeldes bleibt bekanntlich um so mehr auf die Metalloberfläche beschränkt, je höher seine Frequenz ist. Ähnlich wie in dem be kannten Verfahren der Hoehfreq-Lienzst.alilhär- tu ng kann so durch Wahl einer entsprechen den Frequenz des Magnetfeldes und Anwen dung hinrei.ehender Dichte der je Flächen- und Zeiteinheit zugeführten Energie im Me tall
die Ausbildung eines beträchtlichen Tem peraturgefälles erreicht. werden, dergestalt, d@ass die Berührungsfläche zwischen Metall unterlage un<B>d</B> Überzug erheblich höhere Tem peraturen annimmt als die tieferen Metall schichten.
Die Anwendung einer derartigen Wärme behandlung vor, während. .oder nach dem Auf bringen eines Schutzübermrges eröffnet bei der Erzeugung von Schutzüberzügen eine Reihe neuer fortschrittlicher Arbeitsmöglichkeiten, die im folgenden beschrieben werden.
Für die Durchführung einer normalen Lacktrocknung, ähnlich den oben beschriebenen bekannten Hochfrequenz-Lacktrocknungsverfahren, ist sie allerdings nicht zu verwenden, da die hier angestrebte nicht: stationäre Temperat-irvertei- lung im. Werkstück über die Dauer eines normalen Lacktroeknungs- oder Här¯tungsvor- ganges nicht aufrechterhalten werden kann.
Demgegenüber ergeben sich aber bei der Behandlung lösungsmittelfrei aufgebrachter oder bereits getrockneter Überzüge aus sehme1z- ba.rem Material neben der Energieeinsparung noch weitere grundlegende Vorteile durch das neue Verfahren. So zum Beispiel ist hier die -Möglichkeit geboten, einen bereits aufgebraeli- ten und keine wesentlichen trocknenden Be- enthaltenden Überzug kurzzeitig an L,
der Aufla.gefläehe aufzusehmelzen und die Dauer des Aufsehmelzungsvorga.nges scharf zu begrenzen. Während bei gleichmässig er wärmten dickwandigen Metallen die darin aufgespeicherte Wärme das Erstarren des ge schmolzenen Überzuges nach dem Aufhören der Energiezufuhr verzögert,
führt bei be vorzugter Erwärmung der -letalloberfläelie der Wärineausgleieh im -Metall zu einem be schleunigten Teniperaturrüekgang. Die Gefahr des Abtropfens oder Absehwimmens der auf geschmolzenen Überzüge wird dadurch be- trächtIieh herabgesetzt.
Voraussetzung für das Eintreten des oben beschriebenen vorteilhaften Ernv ärmungsv or- ganges ist.,
dass die elektrische Leitfähigkeit des Schutzüberzuges erheblich niedriger liegt als die des zu erhitzenden Untergrundes. Der Ausdruck nichtmeta.lliselie Überziige ist des halb im vorliegenden Zusammenhang in elek- trisehem Sinne zu verstehen und soll zuin Beispiel auch metallisch pigmentierte nicht- metallische Massen -umfassen, sofern sie die erwähnte Voraussetzung erfüllen,
was selbst bei hohem Metallgehalt infolge der isolieren den Wirkung des Bindemittels zwischen den P igmentt.cillchen meist. ohne weiteres der Fall ist.
Infolge der starken Energiekonzentration, die -durch das neue Verfahren möglich ist, kann es mit Erfolg in manchen Fällen an gewandt werden, wo die üblichen Arbeits weisen versagen. Es ist beispielsweise von grosser Bedeutung für die Aufbringung von nichtmetallischen Seliutzüberzügen auf Dle- tallfläehen, bei denen ähnliche Verhältnisse vorliegen, wie bei in Betrieb befindlichen Druckleitungen von Wasserkraftwerken, deren Temperatur in vielen Fällen zu fast.
allen .Jahreszeiten unter dem Taupunkt der umge benden Luft liegt und die deshalb meist mit Schwitzwasser beschlagen sind. Ein Vorwär men derartiger Flächen mit der Flamme führt deshalb nicht- zum Erfolg, weil sieh auf der kalten Fläche sofort Verbrennungswasser niederschlägt. Durch Wärmestrahlung oder Heissluft kann eine ausreichende Wärmezufuhr nicht herbeigeführt werden.
Mit den bisheri- gen Mitteln konnten deshalb Rostschutzarbei- ten an derartigen Objekten nur an wenigen Wochen des Jahres mit Erfolg durchgeführt werden. Durch das neue Verfahren ist es mög- lieh, unmittelbar vor oder während deal Auf bringens des Überzuges die Temperatur der Metalloberfläche über den Taupunkt zu heben und sie somit zu trocknen.
Durch die Möglichkeit einer wirkungs vollen nachträglichen Wärmebehandlung erge ben sieh besondere Vorteile bei Überzügen aus niehtmetallischen Stoffen, die nach Art des Metallspritzverfahrens hergestellt werden.
Dieses durch seine einfache und bequeme Durehführung ausgezeichnete Verfahren hat bekanntlich den Nachteil, dass eine z-Liverläs- sige Verschmelzung der durch Heissluft oder Flammengase aufgeschleuderten Massetröpf- chen untereinander und mit, dein Untergrund nicht gewährleistet ist..
Um die Überziigsmasse möglichst warm auf die zu überziehende Fläche zu bringen, muss mit unverhältnismässig hohen Spritztemperaturen gearbeitet. werden, wo durch leicht eine Beeinträchtigung des Über zugsmaterials eintritt. Entsprechendes gilt bei allen Verfahren, bei denen ein Überzug durch Aufspritzen, Aufschleudern oder Aufblasen feinverteilten sehmelzflüssigen Ü berzugsmate- rials hergestellt wird.
Bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens kann nun die Arbeitstemperatur beim Aufbringen des L'berm iges so weit, herabgesetzt werden, d@ass die einzelnen Teilchen der Ü berzugsmasse beim Auftreffen auf das Metall nur Temperaturen unter oder wenig über dem Schmelzpunkt besitzen und erst in der anschliessenden Wärmebehandilung mittels des magnetischen Weeliselfeldes untereinander und mit der Unterlage verschmolzen werden.
In gleicher Weise lä.sst sieh das Verfahren zur Trocknung und Verdichtung von Ü ber- zügen anwenden, welche aus Emulsionen, Suspensionen und Dispersionen hergestellt Sind. Emulsionsanstriehe beispielsweis e stellen je nach dem verwendeten Emulgator und Bindemittel selbst in getrocknetem Zustand ein verhältnismässig undichtes Gefüge dar.
Durch die erfindungsgemässe Wärmebehand lung kann dieses lockere Gefüge in eine dichte homogene Masse verwandelt und mit der Unter lage verschmolzen werden. Ebenso ist es mög lich, ein schmelzbares Überzugsmaterial in Pulverform, mit einer zweckmässig schnell trocknenden Flüssigkeit und gegebenenfalls einem Bindemittel angeteigt,
in kaltem Zinstand aufzubringen und dann durch Hochfrequenz- Erhitzung der Met.allunterlageeine Trocknung herbeizuführen und die Teilchen in sich und mit dem Metall zu verschmelzen. Auf diese Weise lassen sich zum Beispiel auch Überzüge aus verhältnismässig hochschmelzenden Stof fen herstellen, wie sie für bestimmte Zwecke, beispielsweise in Behältern für heisses Füllgut., benötigt werden.
Sofern in bestimmten Fällen eine meeha- nisch e Verarbeitung auf dem Untergrund ähn lich dein Einreiben mit dem Pinsel verlangt wird, kann das Verfahren gemäss der Erfin dung in der Weise durchgeführt werden, dass während der Einwirkung des Magnetfeldes oder in unmittelbarem Anschluss daran das schmelzbare Überzugsmaterial in festem. Zu stand, z. B. in Stangenform, auf die erhitzte Metallfläche aufgerieben und so auf ihr auf geschmolzen wird.
Das Auftragen des Schutz überzuges kann mit der Wärmebehandlung so gekoppelt werden, da.ss die Hochfrequenzbe- handlung praktisch vor oder während des Auftragens durchgeführt werden kann.
Es wird zum Beispiel in einem handlichen Ind-Lik- tionsgerä.t, das vorn Bedienungsmann über die zu behand'elndien Flächen geführt wird, auch die Überzugsmasse in Stangenform eingesetzt, so da.ss diese unmittelbar nach der Erhitzung im magnetischen Wechselfeld über die er wärmten Flächen geführt und auf diese auf gedrückt wird,
wobei die Nasse abschmilzt und den ge dinschten Überzug ergibt. Das Verfahren ist also sehr wohl auch dann durch führbar, wenn das nichtleitende Material wäh rend oder kurz nach der Wärmeeinwirkung aufgebracht wird, Besonders dielite Überzüge werden in der Weise erzielt, dass der Werkstoff in Folien form, gegebenenfalls mit Hilfe zusätzliehei- sehmelzbarer Bindemittel auf die zu über ziehende Metallfläche aufgeschmolzen wird.
Die Verwendung zusätzlicher sehm-elzbarer Bindemittel. kommt insbesondere dann in Frage, wenn die aufzubringende Folie ans einem Werkstoff besteht, der selbst. entweder nicht schmelzbar ist. oder sich mit einem Me talluntergrund schlecht. verbindet. Das Binde mittel kann dabei auf der Folie angebracht. oder als Grundanstrich auf der Metallunter- lage aufgetragen werden.
Bei der Herstellung von nichtmetallischen Schutzüberzügen in bekannter Weise mittels heissflüssiger Massen ma.eht man häufig die Erfahrung, da.ss der kalte. Metalluntergrund eine Ahschreekwirkung ausübt, so dass eine ungenügende Haftfestigkeit, zwischen ÜTber- zugsmasse und Metallfläche erziel-, wird.
In solchen Fällen kann mit dem neuen Verfah ren durch naeht.rägliehe Erhitming des Über zuges von der 1Tetallfläehe her eine Verbesse rung der Haftung erzielt werden.
Für die Durchführung des Verfahrens werden zweckmässig transportable Hoehfre- quenzerzeuger, vorzugsweise Röhrengenerato ren oder gittergesteuerte Quecksilberdampf- weehselrichter benützt, an die eine Induktions- heizspule über ein bev-egliehes Kabel ange schlossen ist.
Die Indahtionsheizspule muss dabei weitgehend: der Form der zu erwärmen den Werkstücke angepasst werden; sie ist des halb mit dein. Hoclifrequenzkabel leicht aus- zu verbinden. Bei der Durchfüh rung de.s Verfahrens ergeben sieh unter Um ständen dadurch Schwierigkeiten,
dass die In duktivität der an das zu erhitzende qtüek a.n- P.enäherten 3lagnetspule je nach Abstand zwi schen Spule und MTerkstück und nach Form des letzteren v ersehiedene Werte annimmt. Mit Riieksicht auf günstige Leistungsübertragung mit ss die Spule durch Zuschaltung entspre- ehend er Kapazitäten auf die Frequenz des Hoehfrequenzerzeugers abgestimmt werden.
Diese Abstimmung ist. dann aber von der An ordnung der Spule am Werkstück abhängig, so dass eine fortlaufende Kontrolle und regnlierung erforderlich wird.
Eilindtin,Ys,o,eniäss wird diese Sehwierig- keit dadürch behoben, dass im IIoehfrequenz- er7euger selbständig wirkende Abstimmittel angeordnet werden, die bei Veränderung der Induktivität die Resonanzabstimmun- auf- reeliterhalten.
Eine besonders einfache Anordnung erhält man beispielsweise unter Verwendung eines selbsterregten Hoehfrequenzerzeurers, z. E. in Rfickkoppliuigssehaltun", bei dem die zwangläufige Abstimmung durch selbsttätige Beeinflussung der Induktivitä.t der TnJuktions- spuleund der Eigen:sehwingtina:szahl des Hoch- frequ enzerzeugers erfolgt.
Process and device for the production of non-metallic protective coatings In painting technology, heat is often used when processing cold and hot liquid non-metallic protective materials. You need heat, for example, to dry and preheat the coating surfaces and to improve the applied protective coatings in their physical or chemical egg yolk) - sehaften, they z. B. to dry, harden, or make pore-free. The heat is usually supplied to the surfaces to be treated either by direct exposure to the flame, e.g.
B. by blowtorch, or indirectly by hot air blower or the like more. These common types of heat application have some disadvantages. In the presence of flammable substances, open flames create a risk of fire or even explosion, and when they are used, condensation or soot often forms, which impairs the adhesion of the protective coatings or their quality.
A main disadvantage of the usual methods is that the heat is supplied to the protective coatings from above. becomes. This creates the danger; that the coatings on the surface are overheated and that not enough heat is brought into the deeper areas of vision. will. can to improve adhesion and remove harmful pores and water inclusions.
In the case of fusible coatings, vigorous heating down to the subsurface is generally not possible because the compound would then be liquid and run off sloping surfaces.
Recently, paints containing solvents have also been used for drying, preferably on bulk goods such as cans and wires. Sheet metal goods and the like have successfully used the heating in the high frequency alternating magnetic field - referred to below as high frequency heating for short. The parts to be treated are guided through the high-frequency magnetic field of a coil, whereby the sheet metal base is in full thickness and further, starting from it, the paint film quickly heats up ..
The favorable transfer of heat to the object to be heated, which is provided by the use of high-frequency gnet fields, enables heat losses to be reduced to the surrounding air and leads to a particularly expedient drying process for the surface on which the paint is applied outgoing '. The possible uses of this known method, in which the metal substrate is heated through and through.
will, however, are limited. Processing of larger work pieces or even entire steel structures is practically ruled out, since heating the structure through the entire duration of a drying or chemical hardening process, which takes at least a few minutes to paint films on such objects, requires far too much energy required.
According to the invention, a method is now preferably used for such objects with greater metallic wall thicknesses, in which the heating to higher temperatures is limited to the thinnest possible metal layer on the support surface of the excess material to be treated. Such a method is made possible by a special design of the high frequency heating.
As is well known, the effect of an alternating magnetic field remains restricted to the metal surface, the higher its frequency. Similar to the well-known method of high frequency-Lienzst.alilhär- ng, by selecting a corresponding frequency of the magnetic field and using a sufficient density of the energy supplied per unit area and time unit in the metal
the formation of a considerable temperature gradient is achieved. in such a way that the contact surface between the metal base and the coating takes on considerably higher temperatures than the deeper metal layers.
The application of such heat treatment before, during. . or after a protective cover has been applied, a number of new, progressive work options are opened up in the production of protective coverings, which are described below.
However, it cannot be used to carry out normal paint drying, similar to the known high-frequency paint drying process described above, since the one not aimed at here: stationary temperature distribution in the. Workpiece cannot be maintained for the duration of a normal paint drying or hardening process.
On the other hand, in the treatment of solvent-free or already dried coatings made of sehme1zba.rem material, in addition to energy savings, the new process also offers other fundamental advantages. For example, it is possible here to apply a coating that has already been applied and which does not dry significantly to L,
the support surface and to sharply limit the duration of the Aufsehmelzungsvorga.nges. While thick-walled metals are heated evenly, the heat stored in them delays the solidification of the molten coating after the energy supply has ceased,
With preferential heating of the -letal surface, the heat balance in the -metal leads to an accelerated return of the temperature. This considerably reduces the risk of the coatings that have melted on them dripping off or floating away.
The prerequisite for the occurrence of the advantageous warming process described above is.,
that the electrical conductivity of the protective coating is considerably lower than that of the surface to be heated. The term non-metallic coatings is therefore to be understood in the present context in an electrical sense and should also include, for example, metallic pigmented non-metallic compounds, provided that they meet the mentioned requirement,
which is mostly due to the isolating effect of the binding agent between the pigments, even with a high metal content. is readily the case.
As a result of the high concentration of energy that is possible with the new process, it can be used successfully in some cases where the usual ways of working fail. It is, for example, of great importance for the application of non-metallic self-adhesive coatings on metal surfaces where conditions are similar to those in the pressure pipes of hydropower plants in operation, the temperature of which in many cases is too close.
is below the dew point of the surrounding air in all seasons and is therefore usually fogged up with condensation. A preheating of such surfaces with the flame does not lead to success, because combustion water immediately precipitates on the cold surface. A sufficient supply of heat cannot be brought about by radiant heat or hot air.
With the means available up to now, rust protection work on such objects could only be carried out successfully on a few weeks of the year. The new process makes it possible to raise the temperature of the metal surface above the dew point immediately before or during the application of the coating and thus to dry it.
The possibility of an effective subsequent heat treatment results in special advantages for coatings made of non-metallic materials that are produced using the metal spraying method.
This method, which is characterized by its simple and convenient execution, is known to have the disadvantage that a non-fusing fusion of the mass droplets thrown up by hot air or flame gases with one another and with the subsurface is not guaranteed.
In order to bring the coating material as warm as possible to the surface to be coated, disproportionately high spraying temperatures must be used. be, where by easily an impairment of the überzugsmaterials occurs. The same applies to all processes in which a coating is produced by spraying on, spinning on or blowing on finely dispersed coating material made of clay.
When using the process according to the invention, the working temperature when applying the excess can now be reduced to such an extent that the individual particles of the coating compound only have temperatures below or just above the melting point when they hit the metal and only at the subsequent point Heat treatment by means of the magnetic Weeliselfeld are fused with each other and with the base.
In the same way, the method for drying and compacting coatings can be used which are produced from emulsions, suspensions and dispersions. Emulsion paints, for example, represent a relatively leaky structure, depending on the emulsifier and binder used, even when dried.
With the inventive heat treatment, this loose structure can be transformed into a dense homogeneous mass and fused with the base. It is also possible, please include a fusible coating material in powder form, made into a paste with an expediently quick-drying liquid and optionally a binder,
to apply in cold tin and then by high-frequency heating of the metal substrate to bring about a drying and to fuse the particles in themselves and with the metal. In this way, for example, coatings of relatively high-melting materials can be produced, as are required for certain purposes, for example in containers for hot filling material.
If, in certain cases, mechanical processing on the substrate similar to rubbing in with a brush is required, the method according to the invention can be carried out in such a way that the meltable coating material is applied during the action of the magnetic field or immediately after it in solid. To stand, e.g. B. in rod form, rubbed on the heated metal surface and so melted on her.
The application of the protective coating can be coupled with the heat treatment in such a way that the high-frequency treatment can be carried out practically before or during the application.
For example, in a handy ind-liking device that the operator guides over the surfaces to be treated, the coating compound is also used in the form of a stick, so that it can be applied immediately after heating in the alternating magnetic field heated surfaces and pressed onto them,
whereby the wet melts and gives the ge dinned coating. The method can therefore also be carried out if the non-conductive material is applied during or shortly after the exposure to heat. Particularly dielite coatings are achieved in such a way that the material is in the form of foils, if necessary with the aid of additional binding agents that can be heated to be melted over the drawn metal surface.
The use of additional visible binders. comes into question in particular when the film to be applied consists of a material which itself is either not fusible. or bad with a metal underground. connects. The binding medium can be attached to the film. or be applied as a primer on the metal base.
When producing non-metallic protective coatings in a known manner using hot-liquid compounds, one often has the experience that the cold one. Metal substrate exerts an Ahschreek effect so that insufficient adhesive strength between the coating compound and the metal surface is achieved.
In such cases, the new process can be used to improve the adhesion by increasing the overhang from the metal surface.
To carry out the method, it is useful to use portable high frequency generators, preferably tube generators or grid-controlled mercury vapor converters, to which an induction heating coil is connected via a similar cable.
The Inahtionsheizspule must largely: the shape of the workpieces to be heated; she is half with yours. Easy to disconnect hi-frequency cable. When carrying out the procedure, difficulties may arise as a result
that the inductivity of the 3-layer coil that is approximated to the qtüek a.n- P. to be heated assumes different values depending on the distance between the coil and the workpiece and the shape of the latter. With a view to favorable power transmission with ss the coil can be matched to the frequency of the high frequency generator by switching on according to capacities.
This vote is. But then it depends on the arrangement of the coil on the workpiece, so that continuous monitoring and regulation is necessary.
Eilindtin, Ys, o, this problem is remedied by arranging independently acting tuning means in the low frequency generator which maintain the resonance tuning when the inductance changes.
A particularly simple arrangement is obtained, for example, using a self-excited high frequency generator, e.g. E. in feedback coupling ", in which the inevitable coordination takes place by automatically influencing the inductance of the induction coil and the inherent vibration number of the high-frequency generator.