DE10109607B4

DE10109607B4 - Herstellung eines oberflächenbeschichteten massiven Gegenstandes

Info

Publication number: DE10109607B4
Application number: DE2001109607
Authority: DE
Inventors: Kai K.O. Dr.-Ing. Bär; Rainer Dr.-Ing. Gaus
Original assignee: Advanced Photonics Technologies AG
Current assignee: Advanced Photonics Technologies AG
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2021-03-01
Also published as: DE10109607A1; WO2002068705A2; AU2002235923A1; WO2002068705A3

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines oberflächenbeschichteten massiven Gegenstandes (10; 10'), mit folgenden Verfahrensschritten:
a) – Bestrahlen des Gegenstandes in einem Strahlungsfeld (20; 20') elektromagnetischer Strahlung hoher Leistungsdichte im Bereich des nahen Infrarot, welches seinen wesentlichen Wirkanteil im Wellenlängenbereich zwischen 0,8 μm und 1,5 μm, hat, wobei die Leistungsdichte der Strahlung auf der Oberfläche (12; 12') des Gegenstandes mehr als 300 kW/m² beträgt;
b) – Herausführen des erwärmten Gegenstandes aus dem Strahlungsfeld (20; 20');
c) – Aufbringen einer Beschichtung auf mindestens eine Oberfläche (12; 12') des Gegenstandes; und
d) – Trocknen und/oder Vernetzen der Beschichtung unter Nutzung der von dem Gegenstand aufgenommenen Wärme.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines oberflächenbeschichteten massiven, insbesondere metallischen, Gegenstandes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 13.
Unter den hier in Rede stehenden oberflächenbeschichteten massiven Gegenständen werden nachfolgend Gegenstände aus einem Material verstanden, welches über eine hinreichend große Wärmekapazität verfügt, daß eine Beschichtung, z. B. in Form einer Pulversprühlackierung, ohne weiteres anhaftet und zudem für einen nachfolgenden Trocknungs- und/oder Vernetzungsprozeß noch genügend bei einer vorangehenden Erhitzung aufgenommene Wärme zur Verfügung steht. Darunter können massive Gegenstände verschiedenster Art, insbesondere Gegenstände aus einem Metallguß- oder Sintermaterial sein.

Gesinterte ferrimagnetische Werkstoffe, sogenannte Ferrite, spielen als Bauteile für elektrische Maschinen oder elektronische Bauelemente, insbesondere in der Hochfrequenztechnik, eine große Rolle. Weichmagnetische Ferritkerne haben als technische Induktivitäten (Spulen, Transformatoren, Übertrager) in der Elektrotechnik und Elektronik große Bedeutung erlangt, weil durch ihren hohen spezifischen elektrischen Widerstand im Ge gensatz zu Blechkernen die Wirbelstromverluste äußerst gering bleiben. Hartmagnetische Ferritkerne werden als Permanentmagnete in Lautsprechersystemen, zur Ablenkkorrektur des Elektronenstrahls in Bildröhren, in Motoren, Generatoren, Meßwerken und -instrumenten, Relais und Schaltern verwendet.

Üblicherweise werden Ferritkerne mit einer Isolierbeschichtung versehen, die regelmäßig in Form eines Lackes auf die Oberfläche eines Ferritkerns aufgebracht wurde. Zur Lackierung insbesondere metallischer Gegenstände eignet sich unter den Aspekten der Großserienproduktion insbesondere ein berührungsloses Sprühverfahren. Aus wirtschaftlichen Erwägungen haben sich dabei vor allem Pulversprühverfahren durchgesetzt, welche wenig aufwendig (keine Lackreste) und leicht zu handhaben sind. Dabei wird an den zu lackierenden Gegenstand ein elektrisches Potential angelegt, wodurch die auf die Oberfläche des Gegenstandes auftreffenden Pulverkörnchen elektrostatisch anhaften. In einer nachfolgend ausgeführten Wärmebehandlung wurden dann die auf der Oberfläche des Gegenstandes haftenden Pulverkörnchen miteinander vernetzt und schließlich getrocknet.

Der Einsatz eines solchen Großserienverfahrens ist allerdings bei ferrimagnetischen Werkstoffen insofern problematisch, als durch das Magnetfeld eines Ferritkerns eine gleichmäßige Beschichtung durch Ablenkung und ungleichmäßige Verteilung der Pulverkörnchen nicht gewährleistet ist. Gerade im Bereich elektronischer Bauelemente ist aber eine hohe Qualität und Zuverlässigkeit von Isolierungen aufgrund der immer kleiner werdenden Abmessungen notwendige Voraussetzung für die Funktionsfähigkeit. Um dieses Problem zu umgehen, wurde bei der Oberflächenbeschichtung von Ferritkernen häufig auf ein lösungsmittelbehaftetes berührendes oder Sprühlackverfahren zurückgegriffen, welches aber entsprechend aufwendiger und teurer war.

Aus der DE 196 35 709 A1 sind als technische Erwärmungsverfahren für zu beschichtende Werkstücke die induktive Erwärmung und als Alternative die Erwärmung in einem herkömmlichen Ofen, beispielsweise einem Bandofen, Durchstoßofen oder dgl. bekannt. Der gesamte Beschichtungsprozess gemäß dieser Druckschrift umfasst bevorzugt eine weitere Erwärmung nach einer Oberflächenbeschichtung, die insbesondere wiederum induktiv und speziell in einer thermisch isolierten Kammer erfolgt. Der letztere Schritt dient insbesondere auch zu einem Reagieren bzw. Aushärten des Beschichtungsmediums in Form einer zusammenhängenden Oberflächenschicht.

Aus der DE 197 48 927 C2 ist ein Pulverbeschichtungsverfahren bekannt, welches ebenfalls einen Verfahrensschritt der Vorwärmung des zu beschichtenden Gegenstandes umfasst. Die Druckschrift empfiehlt hierfür den Einsatz von Mikrowellenstrahlung und erwähnt, eher am Rande, auch einen mit Infrarotstrahlung arbeitenden Ofen, den sich die Autoren offenbar als Ofen herkömmlicher Bauart vorstellen, der mit langwelliger IR-Strahlung arbeitet. Zudem lehrt die Entgegenhaltung, den (nach der Vorerwärmung) beschichteten Gegenstand zum Trocknen bzw. Vernetzen der Beschichtung wieder in den Ofen zu verbringen und dort eine längere Zeit zu belassen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines oberflächenbeschichteten massiven, insbesondere metallischen, Gegenstandes bereitzustellen, welcher einfach und kostengünstig einer lösungsmittelfreien Sprühlackierung, insbesondere einer Pulverlackierung, unterzogen werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Verfahrensschritten a) Bestrahlen des Gegenstandes in einem Strahlungsfeld elektromagnetischer Strahlung hoher Leistungsdichte im Bereich des nahen Infrarot, welches seinen wesentlichen Wirkanteil im Wellenlängenbereich zwischen 0,8 μm und 1,5 μm hat; b) Herausführen des erwärmten Gegenstandes aus dem Strahlungsfeld; c) Aufbringen einer Beschichtung auf mindestens eine Oberfläche des Gegenstandes; und d) Trocknen und/oder Vernetzen der Beschichtung unter Nutzung der von dem Gegenstand aufgenommenen Wärme, gelöst.

Ein wesentlicher Punkt der Erfindung ist dabei, daß der in dem Strahlungsfeld elektromagnetischer Strahlung erwärmte oder durchwärmte Gegenstand die auf seiner Oberfläche auftreffenden Pulverkörner der Sprühlackierung durch die aufgenommene Wärme sofort haften läßt. Gleichzeitig wird die Trocknung und/oder Vernetzung der Beschichtung unter Nutzung der von dem Gegenstand aufgenommenen Wärme bewirkt. Durch die Umkehrung des üblicherweise ablaufenden Prozesses der Pulverlackierung mit anschließender Wärmebehandlung setzt die Trocknung und/oder Vernetzung im erfindungsgemäßen Verfahren überlappend mit der Aufbringung einer Beschichtung auf die Oberfläche des Gegenstands ein. Vorteilhafterweise bietet ein solches Verfahren den praktischen Ausschluß von eventuellen ferrimagnetischen Einwirkungen auf die Qualität der Beschichtungsverteilung. Es wird insbesondere dadurch eine hohe Oberflächenqualität und gleichmäßige Isolierung erzielt.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 10 angegeben.

Bevorzugt wird das Verfahren so durchgeführt, daß in wenigstens den Schritten c) und d) der Gegenstand im wesentlichen berührungsfrei zur Beschichtung und Trocknung und/oder Vernetzung gehalten wird. Dies kann z. B. dadurch geschehen, daß insbesondere ein Ferritkern mit einer zylinderförmigen Durchgangsbohrung durch in dieser angreifende geeignete Mittel gehalten wird. Dadurch wird ein gleichmäßiges Verlaufen der Lackierung an allen dafür vorgesehenen Stellen erreicht. Wird der Gegenstand in den Schritten a) und b) im wesentlichen berührungsfrei in das Strahlungsfeld hinein und aus diesem hinausgeführt, ist auch eine gleichmäßige Erwärmung oder Durchwärmung des Gegenstands gewährleistet. Eventuell ungleichmäßige Beschichtungsqualität durch verschieden schnelles Trocknen und/oder Vernetzen der Beschichtung wird dadurch ausgeschlossen.

Eine sehr schnelle und gleichmäßige Erwärmung oder Durchwärmung eines Gegenstandes wird dadurch erzielt, daß als elektromagnetische Strahlung im Bereich des nahen Infrarot die konzentrierte Strahlung einer Halogenlampe, vorzugsweise mehrerer Halogenlampen mit einer Strahlertemperatur von mehr als 2500 K, insbesondere mehr als 2900 K, benutzt wird.

Erfindungsgemäß beträgt die Leistungsdichte der Strahlung auf der Oberfläche des Gegenstandes in dem Schritt a) mehr als 300 kW/m², insbesondere aber mehr als 500 kW/m². Besonders in Großserienverfahren wird dadurch die Wärmebehandlung einer großen Anzahl von zu beschichtenden Gegenständen pro Zeiteinheit möglich.

Liegt die Temperatur auf der Oberfläche des Gegenstandes im Schritt c) im Bereich zwischen 200°C und 250°C, steht im nach folgenden Schritt d) eine aufgenommene Wärmemenge zur Verfügung, welche zur gleichmäßigen und nachhaltigen Trocknung und/oder Vernetzung herkömmlicher Beschichtungssysteme, insbesondere Pulverlacke, nutzbar ist. Dabei kann die Beschichtung ein Pulverlack zur Zwischen- oder Endlackierung des Gegenstandes sein. Denkbar ist, alle Verfahrensschritte a) bis d) ein weiteres Mal zu durchlaufen, um mehrere Schichten eines Pulverlacks aufzubringen.

Zur Bestimmung eines definierten Trocknungs- bzw. Vernetzungsregimes ist es vorteilhaft, in dem Schritt a) mindestens eine prozeßrelevante Größe der Oberfläche des Gegenstandes, insbesondere die Temperatur, zu messen und zur Steuerung der Strahlungsdichte oder Verweildauer des Gegenstandes im Strahlungsfeld zu nutzen. Dies kann z. B. beim Beschichten verschieden großer oder aus unterschiedlichen metallischen Materialien bestehender Gegenstände unterschiedlicher Formgebung und Oberflächenbeschaffenheit sinnvoll sein.

In bevorzugter Weise wird zwischen den Schritten a) und b) aufgrund der Meßwerte der gemessenen Größe oder Größen die Strahlungsdichte oder Verweildauer des Gegenstandes im Strahlungsfeld in einer geschlossenen Regelschleife gesteuert. Damit ist ein manuelles Eingreifen nicht mehr notwendig, was die Zuverlässigkeit der voreingestellten Prozeßgrößen betrifft.

Die Qualität der Oberflächenbeschichtung des Gegenstandes kann unter den vorgegeben Prozeßparametern durch einen weiteren, während des Schrittes d) durchgeführten Verfahrensschritt e) erhöht werden, in dem ein erneutes Einführen des Gegenstandes in ein Strahlungsfeld elektromagnetischer Strahlung, wie in Schritt a), zur Förderung des Verlaufens der Beschichtung an noch nicht abgedeckten Stellen der Oberfläche vorgesehen ist. Dadurch wird die Beschichtung noch einmal erweicht und gelangt insbesondere an die Stellen, die möglicherweise durch eine Auf lage für den Gegenstand bei der Beschichtung abgedeckt oder schwer zugänglich waren.

Bevorzugt wird das hier beschriebene erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung oberflächenbeschichteter Ferritkerne eingesetzt, da der negative Einfluß des magnetischen Feldes des Kerns auf die Beschichtungsqualität durch die gute Haftung, insbesondere eines Pulverlackes auf der erwärmten Oberfläche, vollständig kompensiert wird.

Die Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung gelöst, bei der Mittel zur Erzeugung eines Strahlungsfeldes elektromagnetischer Strahlung mit hoher Leistungsdichte im Bereich des nahen Infrarot, die ihren wesentlichen Wirkanteil im Wellenlängenbereich zwischen 0,8 μm und 1,5 μm, hat; Mittel zur Beschichtung der Oberfläche des Gegenstandes und Mittel zur Ablaufsteuerung der Bewegung des Gegenstandes bezüglich des Strahlungsfeldes und der Mittel zur Beschichtung derart vorgesehen sind, daß diese zeitlich nach dem Strahlungsfeld auf den Gegenstand einwirken. Erfindungsgemäß liegt die Leistungsdichte der Strahlung auf dem Gegenstand bei mindestens 300 kW/m².

Ein wesentlicher Punkt der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dabei, daß die Mittel zur Erzeugung eines Strahlungsfeldes mit den Mitteln zur Beschichtung der Oberfläche des Gegenstandes durch die Ablaufsteuerung funktional so zusammenwirken, daß die Herstellung eines oberflächenbeschichteten Gegenstandes unter Großserienbedingungen reibungslos möglich ist. Dabei müssen die Mittel zur Beschichtung der Oberfläche so angeordnet sein, daß eine direkte Aufnahme des Gegenstandes nach dem Durchlauf durch das Strahlungsfeld und der dabei erfahrenen Erhitzung möglich ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den folgenden Unteransprüchen 13 bis 32 angegeben.

Bevorzugt werden als Mittel zur Erzeugung eines Strahlungsfeldes mehrere, insbesondere röhrenförmig langgestreckte, Halogenlampen mit einer Strahlertemperatur von über 2500 K, insbesondere über 2900 K, eingesetzt. Der Betrieb der Halogenlampen in diesem Temperaturbereich setzt eine elektromagnetische Strahlung mit hoher Leistungsdichte im Bereich des nahen Infrarot frei, die geeignet ist, eine schnelle Erwärmung von Gegenständen im Strahlungsfeld zu erzielen. Durch Variation der Betriebstemperatur im benannten Bereich ist zudem eine Abstimmung auf die Materialeigenschaften des zu erwärmenden Gegenstandes möglich.

Zur Erhöhung der Strahlungsintensität werden vorteilhafterweise die Halogenlampen in einer im wesentlichen zylindrischen Anordnung zueinander, und dabei im wesentlichen parallel zu ihrer jeweiligen Symmetrieachse ausgerichtet, angebracht. Abhängig von der Art und Richtung der Zuführung des Gegenstandes in das Strahlungsfeld ist die Ausrichtung der zylindrischen Anordnung der Halogenlampen z. B. in der Vertikalen oder Horizontalen sinnvoll. In diesem Fall wird der Gegenstand z. B. entlang einer Symmetrieachse der zylindrischen Anordnung der Halogenlampen in das Strahlungsfeld ein- und ausgeführt. Denkbar ist allerdings auch, ringförmig gebogene Halogenlampen in einer zylindrischen Anordnung parallel nebeneinander ausgerichtet anzubringen. Durch die elektrischen Anschlüsse der Halogenlampen bedingt, entsteht dann an einer Stelle des Ringes eine Öffnung, welche durch entsprechend parallele Anordnung mehrerer Halogenlampen einen seitlichen Spalt entlang der Symmetrieachse der zylindrischen Anordnung der Halogenlampen freiläßt. Dieser Spalt kann als Zuführung des Gegenstandes senkrecht zu der genannten Symmetrieachse der zylindrischen Anordnung der Halogenlampen in das Strahlungsfeld hinein und wieder heraus genutzt werden. Die Form und Anordnung der Halogenlampen läßt damit eine Reihe von Variationsmöglichkeiten zur Gestaltung eines Strahlungsfeldes unter funktionalen und ablauftechnischen Gesichtspunkten zu.

Zur Bündelung und Ausrichtung der Strahlung umfassen die Mittel zur Erzeugung eines Strahlungsfeldes vorteilhafterweise einen oder mehrere Reflektoren. Eine besonders einfache Ausführung besteht darin, daß ein Reflektor die zylindrische Anordnung der Halogenlampen vollständig umschließt und die Bündelung und Ausrichtung der Strahlung auf eine Förderbahn oder einen Ruhepunkt des Gegenstandes im Strahlungsfeld vornimmt. Jeder Halogenlampe einzeln zugeordnete Reflektoren könnten dagegen durch ihre individuelle Einstellbarkeit zu einer jeweils gewünschten, auf den Gegenstand abgestimmten Strahlungsintensität verwendet werden.

Vorteilhafterweise ist eine Steuerungsvorrichtung zur Erzeugung eines Strahlungsfeldes mit vorgegebenen, insbesondere konstanten Bestrahlungsparametern, speziell einer vorgegebenen Leistungsdichte der Strahlung, vorgesehen. Es ist dabei zweckmäßig, diese Steuerungsvorrichtung zur Einstellung eines Reflektors oder mehrerer Reflektoren, möglicherweise in Kombination mit Blenden, oder auch zur direkten Leistungssteuerung der Halogenlampen über die angelegte Spannung zu verwenden.

Insbesondere unter den Aspekten einer Großserienfertigung weisen die Mittel zur Beschichtung der Oberfläche des Gegenstandes bevorzugterweise eine Sprühvorrichtung auf. Im vorliegenden Fall wird die Sprühvorrichtung vorteilhafterweise mit einem Pulverlack betrieben, es ist jedoch auch denkbar, unter gewissen Gegebenheiten einen Naßlack zu verwenden.

Die Sprühvorrichtung kann dabei eine manuell handhabbare Sprühpistole aufweisen, aber auch oder zusätzlich aus einer oder mehrerer Zuführungen bestehen, welche einzeln so ausgerichtet sind, daß durch Zusammenwirken aller Zuführungen die gesamte Oberfläche des Gegenstandes beschichtet wird. Insbesondere durch Verwendung einer zusätzlichen Sprühpistole können im Prozeßablauf sichtbare Defekte in der Oberflächenbeschichtung des Gegenstandes noch rechtzeitig nachgearbeitet werden. Die Anordnung einer oder mehrerer Zuführung(en) ist dabei vorteilhafterweise so gestaltet, daß eine Voreinstellung abhängig vom zu beschichtenden Gegenstand und der zu erreichenden Oberfläche vorgenommen werden kann. Denkbar ist natürlich auch, diese eine oder mehrere Zuführungen auf nur eine zu beschichtende Teiloberfläche des Gegenstandes auszurichten.

Zur Vermeidung von aufwendigen und teuren Nacharbeiten an der Oberflächenbeschichtung weisen die Mittel zur Beschichtung der Oberfläche des Gegenstandes eine im wesentlichen berührungsfreie Haltevorrichtung auf. Diese könnte z. B. in einer als Tetraeder oder Hexaeder oder einfachen Dreiecksform ausgeführten Halterung bestehen, auf deren oder zwischen deren Spitzen der Gegenstand aufliegt oder eingespannt ist. Dadurch wird eine im wesentlichen berührungsfreie Lagerung und ein entsprechend gutes Erreichen aller zu beschichtenden Oberflächenanteile durch den Sprühlack erzielt.

Wird die Haltevorrichtung um wenigstens eine Achse frei drehbar gelagert, ist durch gleichmäßiges Drehen des Gegenstandes z. B. um seine Symmetrieachse, eine besonders gleichmäßige Beschichtung durch eine fest installierte Sprühvorrichtung möglich. Dadurch ist insbesondere eine dreh- oder schwenkbar Sprühvorrichtung überflüssig, die bei nicht drehbarer Lagerung des Gegenstandes beim Beschichten zwar einsetzbar, aber auch wesentlich aufwendiger wäre. Insbesondere kann durch die Drehbarkeit der Haltevorrichtung nicht nur um eine Achse sondern um zwei Achsen, der zu beschichtende Gegenstand sozusagen auf den Kopf gestellt werden, was ein besonders gutes Verfließen des aufgebrachten Lackes an seiner Ober- bzw. Unterseite gewährleistet.

Bevorzugt weisen die Mittel zur Ablaufsteuerung eine Fördereinrichtung zur Bewegung des Gegenstandes in das Strahlungsfeld hinein und aus dem Strahlungsfeld hinaus auf. Diese Fördereinrichtung kann, in Abstimmung mit der Bestrahlungssteuereinrichtung, mit einer höheren oder niedrigeren Geschwindigkeit betrieben werden. Dadurch wird eine Variation der Einwirkzeit der Strahlung auf den Gegenstand möglich. Die im vorhinein beschriebene Haltevorrichtung kann dabei ein Teil der Fördereinrichtung, aber auch ein getrennt davon arbeitendes Mittel zur Beschichtung der Oberfläche sein.

Zur Bereitstellung einer wirksamen Förderstrecke ist die Fördereinrichtung bevorzugt im wesentlichen parallel zur Symmetrieachse der Halogenlampen angeordnet. Unter der Voraussetzung besonders hoher Strahlungsdichte im Strahlungsfeld ist es dabei denkbar, die Herstellung eines oberflächenbeschichteten Gegenstandes so vorzunehmen, daß dieser zunächst in die Nähe des Strahlungsfeldes gefördert wird, durch welches er schließlich in freiem Fall und unter Erhitzung hindurchtritt.

Bevorzugt ist zur Bewegung des Gegenstandes ein Luftstrom und/oder ein magnetisches Feld vorgehen. Speziell rotationssymmetrische Gegenstände können z. B. in einem Quarzglaszylinder unter Einsatz von Druckluft durch das Strahlungsfeld transportiert werden, Gegenstände anderer Formgebung können in einem magnetischen Feld gehalten sein. Gerade ein magnetisches Feld zur Bewegung des Gegenstandes eröffnet die Möglichkeit, einen möglicherweise fehlerhaft beschichteten Gegenstand zur Wärmenachbehandlung noch einmal berührungsfrei dem Strahlungsfeld auszusetzen. Dies ist natürlich auch in dem Fall möglich, in dem die Mittel zur Beschichtung wie z. B. die Haltevorrichtung den Rücktransport des Gegenstandes in das Strahlungsfeld zuläßt.

Zur gezielten Steuerung der Erwärmung oder Durchwärmung des Gegenstandes sind die Mittel zur Ablaufsteuerung mit mindestens einer Meßeinrichtung zur Erfassung mindestens einer physikalischen Größe der Oberfläche des Gegenstandes, insbesondere von deren Temperatur, verbunden. Das Meßergebnis wird vorteilhafterweise zur Steuerung der Bestrahlung ausgewertet und genutzt. Damit wird eine dynamische Anpassung der Strahlungsdichte abhängig von der gemessenen und gewünschten Temperatur der Oberfläche des Gegenstandes möglich. Möglich ist damit auch, in einer zu beschichtenden Charge verschiedenartige Gegenstände zu beschichten, deren Erwärmung abhängig von ihrer jeweils gemessenen Oberflächentemperatur individuell gesteuert wird.

Bevorzugt ist die Meßeinrichtung als ein auf die Oberfläche des Gegenstandes ausgerichtetes Pyrometer ausgebildet. Diese berührungslose Meßmethode ist besonders einfach und kostengünstig und fordert keine spezifische Integration von Meßsensoren in die Mittel zur Ablaufsteuerung oder die Mittel zur Beschichtung.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die anhand der Abbildungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen:
1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
2 eine schematische perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Für gleiche oder gleichwirkende Teile werden im folgenden gleiche Bezugsziffern verwendet.
1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Anordnung, bei der eine Oberfläche 12 eines Ferritkernes 10 mit einer kreiszylindrischen Form und einer mittigen Durchgangsbohrung, in ein Strahlungsfeld 20 eingebracht wird. Dieses Strahlungsfeld 20 wird mit langgestreckten röhrenförmigen Halogenlampen 22 erzeugt, welche in einer kreiszylindrischen Anordnung angebracht und von einem gekühlten Reflektor 24 umschlossen sind.
Zur definierten Bewegung des Gegenstandes 10 im Strahlungsfeld 20 ist eine Fördereinrichtung 40 vorgesehen, welche aus einem Quarzglaszylinder besteht, welcher von unten nach oben mit einem Luftstrom beaufschlagt ist. Die Geschwindigkeit des Luftstroms läßt den Ferritkern 10 langsamer oder schneller gegen die Erdanziehung nach unten sinken, worüber die Einwirkdauer der elektromagnetischen Strahlung gesteuert werden kann. Als Meßeinrichtung 50 ist ein Pyrometer vorgesehen, welches auf die Oberfläche 12 des Ferritkernes im Strahlungsfeld 20 ausgerichtet ist.
Nach dem Durchtritt des Ferritkernes 10 durch das Strahlungsfeld 20 wird die Oberfläche 12 mittels einer Sprühvorrichtung mit einem Pulverlack beschichtet. Dabei ruht der Ferritkern auf den Außenkanten eines tetraederförmigen Halters 34, welcher um seine Symmetrieachse drehbar ist. Dadurch wird eine im wesentlichen berührungsfreie Halterung des Ferritkernes erzielt.
2 zeigt eine modifizierte erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der ein Ferritkern 10' wie bei der Anordnung nach 1 durch ein Strahlungsfeld 20' langgestreckter röhrenförmiger Halogenlampen 22'' gefördert wird. Eine Oberfläche 12' des Ferritkernes wird mittels einer Sprühvorrichtung 30', welche aus mehreren Zuführungen 32, 32', 32'' besteht, aus verschiedenen Winkeln mit einer Naßlackschicht beschichtet. Die Zuführungen 32, 32', 32'' sind dabei so angeordnet, daß die gesamte Ober fläche 12' mit Lack bedeckt wird, ohne daß der Ferritkern gedreht werden muß. Dieser selbst ist mittels einer von oben und unten in die Durchgangsbohrung eingreifenden dreieckförmigen.
Halterung 34' gelagert. Dadurch wird die weitgehend berührungsfreie Halterung gewährleistet, so daß die gesamte außen liegen de Oberfläche des Ferritkernes 10' für die Beschichtung erreichbar ist. In dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zudem die Halterung 34' in die Fördervorrichtung 40' integriert, welche in diesem Fall aus zwei parallel verlaufenden Drähten besteht, welche in einer Art Endlosschleife zusammen mit den Haltevorrichtungen 34' das Zentrum des Strahlungsfeldes 20' durchlaufen. Zur Steuerung der Strahlungsintensität bzw. der Fördergeschwindigkeit werden – wie bei der ersten Ausführungsform – Meßsignale einer Meßeinrichtung 50' genutzt.

10; 10': Ferritkern
12; 12': Oberfläche
20; 20': Strahlungsfeld
22, 22': Halogenlampen
24; 24': Reflektoren
30; 30': Sprühvorrichtung
32; 32'; 32'': Zuführungen
34; 34': Haltevorrichtung
40; 40': Fördervorrichtung
50; 50': Meßeinrichtung

Claims

Verfahren zur Herstellung eines oberflächenbeschichteten massiven Gegenstandes (10; 10'), mit folgenden Verfahrensschritten: a) – Bestrahlen des Gegenstandes in einem Strahlungsfeld (20; 20') elektromagnetischer Strahlung hoher Leistungsdichte im Bereich des nahen Infrarot, welches seinen wesentlichen Wirkanteil im Wellenlängenbereich zwischen 0,8 μm und 1,5 μm, hat, wobei die Leistungsdichte der Strahlung auf der Oberfläche (12; 12') des Gegenstandes mehr als 300 kW/m² beträgt; b) – Herausführen des erwärmten Gegenstandes aus dem Strahlungsfeld (20; 20'); c) – Aufbringen einer Beschichtung auf mindestens eine Oberfläche (12; 12') des Gegenstandes; und d) – Trocknen und/oder Vernetzen der Beschichtung unter Nutzung der von dem Gegenstand aufgenommenen Wärme.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens den Schritten c) und d) der Gegenstand (10; 10') im wesentlichen berührungsfrei zur Beschichtung und Trocknung und/oder Vernetzung gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Schritten a) und b) der Gegenstand (10; 10') im wesentlichen berührungsfrei in das Strahlungsfeld (20; 20') hinein- und aus diesem herausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als elektromagnetische Strahlung im Bereich des nahen Infrarot die konzentrierte Strahlung mindestens einer Halogenlampe, vorzugsweise mehrerer Halogenlampen (22, 22'), mit einer Strahlertemperatur von mehr als 2500 K genutzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur auf der Oberfläche (12; 12') des Gegenstandes (10; 10') im Schritt c) im Bereich zwischen 200°C und 250°C gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Beschichtung ein Pulverlack zur Zwischen- oder Endlackierung des Gegenstandes (10; 10') eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Schritt a) mindestens eine prozessrelevante Größe der Oberfläche (12; 12') des Gegenstandes (10; 10'), insbesondere die Temperatur, gemessen und zur Steuerung der Strahlungsdichte oder Verweildauer des Gegenstandes im Strahlungsfeld (20; 20') genutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Schritten a) und b) aufgrund der Messwerte der gemessenen Größe oder Größen die Strahlungsdichte oder Verweildauer des Gegenstandes (10; 10') im Strahlungsfeld (20; 20') in einer geschlossenen Regelschleife gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen weiteren, während des Schrittes d) durchgeführten Verfahrensschritt e) Erneutes Einführen des Gegenstandes (10; 10') in ein Strahlungsfeld (20; 20') elektromagnetischer Strahlung, wie in Schritt a), zur Förderung des Verlaufens der Beschichtung an noch nicht abgedeckten Stellen der Oberfläche (12; 12').
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Gegenstand (10; 10') ein Ferritkern benutzt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsdichte der Strahlung auf der Oberfläche des Gegenstandes mehr als 500 kW/m² beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Strahlung mindestens einer Halogenlampe benutzt wird, deren Strahlertemperatur mehr als 2900 K beträgt.
Vorrichtung zur Herstellung eines oberflächenbeschichteten massiven Gegenstandes (10; 10'), gekennzeichnet durch – Mittel zur Erzeugung eines Strahlungsfeldes (20; 20') elektromagnetischer Strahlung mit hoher Leistungs dichte im Bereich des nahen Infrarot, die ihren wesentlichen Wirkanteil im Wellenlängenbereich zwischen 0,8 μm und 1,5 μm hat, wobei die Leistungsdichte der Strahlung auf der Oberfläche (12; 12') des Gegenstandes mehr als 300 kW/m² beträgt; – Mittel zur Beschichtung der Oberfläche (12; 12') des Gegenstandes; und – Mittel zur Ablaufsteuerung der Bewegung des Gegenstandes bezüglich des Strahlungsfeldes und der Mittel zur Beschichtung derart, dass diese zeitlich nach dem Strahlungsfeld auf den Gegenstand einwirken.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung eines Strahlungsfeldes (20; 20') mehrere Halogenlampen (22, 22') mit einer Strahlertemperatur von über 2500 K aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Halogenlampen (22, 22') dabei im wesentlichen parallel zu ihrer jeweiligen Längsachse ausgerichtet angebracht sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung eines Strahlungsfeldes (20; 20') einen oder mehrere Reflektoren (24; 24') zur Bündelung und Ausrichtung der Strahlung aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerungsvorrichtung zur Erzeugung eines Strahlungsfeldes (20; 20') mit vorgegebenen Bestrahlungspara metern, speziell einer vorgegebenen Leistungsdichte der Strahlung, vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Beschichtung der Oberfläche (12; 12') des Gegenstandes (10; 10') eine Sprühvorrichtung (30; 30') aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühvorrichtung (30; 30') eine manuell handhabbare Sprühpistole ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühvorrichtung (30; 30') eine oder mehrere Zuführungen (32; 32', 32'') aufweist, welche einzeln so ausgerichtet sind, dass durch Zusammenwirken aller Zuführungen (32; 32', 32'') die gesamte Oberfläche (12; 12') des ruhenden Gegenstandes (10; 10') beschichtet wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Beschichtung der Oberfläche (12; 12') des Gegenstandes (10; 10') eine im wesentlichen berührungsfreie Haltevorrichtung (34; 34') aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung (34; 34') um wenigstens eine Achse frei drehbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Ablaufsteuerung eine Fördereinrichtung (40; 40') zur Bewegung des Gegenstandes (10; 10') in das Strahlungsfeld (20; 20') hinein und aus dem Strahlungsfeld hinaus aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fördervorrichtung (40; 40') im wesentlichen parallel zur Längsachse der Halogenlampen (22, 22') ausgerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bewegung des Gegenstandes (10; 10') ein Luftstrom und/oder ein magnetisches Feld vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Ablaufsteuerung mindestens eine Messeinrichtung (50; 50') zur Erfassung mindestens einer physikalischen Größe der Oberfläche (12; 12') des Gegenstandes vorgesehen ist und deren Messergebnis zur Steuerung der Bestrahlung ausgewertet und genutzt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Messeinrichtung (50; 50') als ein auf die Oberfläche (12; 12') des Gegenstandes (10; 10') ausgerichtetes Pyrometer ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung des Strahlungsfeldes eine Leistungsdichte auf der Oberfläche des Gegenstandes von mehr als 500 kW/m² bereitstellen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung des Strahlungsfeldes Halogenlampen mit einer Strahlertemperatur von über 2900 K aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Halogenlampen röhrenförmig langgestreckt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Halogenlampen in einer zylindrischen Anordnung angebracht sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß eine Messeinrichtung zur Erfassung der Temperatur der Oberfläche des Gegenstandes vorgesehen ist.