DE102004062753A1

DE102004062753A1 - Verfahren zur Schüttgut-Sprühlackierung von beschädigungsempfindlichen Kleinteilen

Info

Publication number: DE102004062753A1
Application number: DE200410062753
Authority: DE
Inventors: Manfred Reuther; Harald Staubach; Zapf Dr. Lothar
Original assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Current assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2024-12-28
Also published as: DE102004062753C5; DE102004062753B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Sprühlackierung von Schüttgut zur Verfügung, wobei die zu beschichtenden Werkstücke als Schüttgut in einer Mischung zusammen mit abgerundeten Füllkörpern in einer Vorrichtung zur Sprühlackierung in Bewegung versetzt werden, dabei mit Lack besprüht und anschließend wieder von den Füllkörpern getrennt werden. Mit Hilfe dieses Verfahrens gelingt es, beschädigungsempfindliche Werkstücke kostengünstig, sicher und ohne Beschädigung zu beschichten und vor Korrosion zu schützen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Schüttgut-Sprühlackierung, wobei die Werkstücke als Schüttgut in einer Mischung zusammen mit abgerundeten Füllkörpern in einer Vorrichtung zur Sprühlackierung in Bewegung versetzt, dabei mit Lack besprüht und anschließend wieder von den Füllkörpern separiert werden.

Beschädigungsempfindliche metallische Kleinteile (typisch < 40 g), wie z.B. Sintermagnete, kunststoffgebundene Magnete, Pulverkerne, Blechpakte oder Kerne aus rascherstarrten weichmagnetischen Legierungen und viele andere bruch- und rissempfindliche Werkstücke, die zum Zwecke des Korrosionsschutzes sprühlackiert werden müssen, sind einer Schüttgutbehandlung nur bedingt zugänglich. In der Regel müssen derartige Teile vor dem Beschichten vereinzelt auf Horden oder Klammergestellen fixiert werden, um Beschädigungen untereinander zu vermeiden. Da die Auflage- bzw. Haltepunkte nach dem ersten Lackiergang offen bleiben und damit ungeschützt sind, werden die Teile normalerweise umgehängt oder -gelegt und mindestens ein zweites Mal lackiert. Dies macht das Beschichtungsverfahren für solche Kleinteile umständlich und unwirtschaftlich. Man hat daher in der Vergangenheit versucht, nach Möglichkeit Lackbeschichtungen zu vermeiden und z.B. die etwas kostengünstigere galvanisch im Trommelverfahren aufgebrachten Metallbeschichtungen einzusetzen. Häufig gibt es aber funktionelle Gründe, die eine galvanische Metallbeschichtung verbieten (z.B. Wasserstoffversprödung, elektrische Leitfähigkeit, Klebeverhalten usw). Hier war man bisher gezwungen, auf die aufwendigen Gestell-Lackierverfahren zurückzugreifen.

Zwar ist das Verfahren der Schüttgutlackierung von Kleinteilen im Glockenverfahren bekannt, das aber hauptsächlich zur Beschichtung von Kunststoffteilen mit dekorativen Oberflächen eingesetzt wird. Weiterhin können mit diesem Verfahren funk tionelle Schichten wie Gleit- oder Haftmittel oder ein leichter Korrosionsschutz auf unempfindliche Eisenteile, z.B. Schrauben oder Stifte aufgebracht werden. Die Aufbringung eines schweren Korrosionsschutzes, insbesondere auf metallische, beschädigungsempfindliche Substrate, war mit diesem Verfahren bisher nicht möglich.

Üblicherweise wird beispielsweise heute die Beschichtung von Schrauben und Unterlegscheiben mit Zink-Aluminiumlamellenschichten großtechnisch in Tauchzentrifugen durchgeführt. In einem Sonderdruck aus „Metalloberfläche", 43. Jahrgang 1989, Heft 11, Carl Hanser Verlag, München werden Dünnschicht-Korrosionsbeschichtungen beschrieben, bei denen in mehreren Tauchschleuder- und Einbrennschritten Schichten von ca. 10 μm als Korrosionsschutz aufgebracht werden. Die Schleuder- und Schüttvorgänge beim Tauchzentrifugenverfahren führen jedoch bei beschädigungsempfindlichen Werkstücken häufig zur Zerstörung derselben, so dass nach diesem Verfahren ein großer Anteil an Ausschuß produziert wird und diese Verfahren demnach für beschädigungsempfindliche Teile ungeeignet sind.

In dem sogenannten Minicoat-Verfahren werden in einem Vibrationsförderer Kleinteile mit einer Polyamid-11-Schicht (Rilsan) in einem Wirbelsinterverfahren beschichtet. Allerdings ist die Schichtstärke nach diesem Verfahren sehr uneinheitlich und häufig weit über 50 μm dick. Für Präzisionsteile mit Maßtoleranzen unter 100 μm sind solche Verfahren ungeeignet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zur Schüttgut-Sprühlackierung zur Verfügung zu stellen, das für beschädigungsempfindliche Werkstücke geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Werkstücke als Schüttgut gemäß Anspruch 1 in einer Mischung zusammen mit abgerundeten Füllkörpern in einer Vorrichtung zur Sprühlackierung in Bewegung versetzt, dabei mit Lack be sprüht und anschließend von den Füllkörpern wieder separiert werden. Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform erfolgt die Sprühlackierung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer Lackierglocke. Das Verfahrensprinzip lässt sich jedoch auch auf andere Anlagen, wie z.B. Durchlauf- oder Chargenanlagen, in denen die zu beschichtenden Teile mechanisch durch Vibration oder mit Hilfe einer mechanischen Fördereinrichtung (Rührer, Schneckenförderer, Muldenband etc.) bewegt werden, übertragen.

Zur Lackierung werden die zu beschichtenden Kleinteile sowie die Füllkörper in die Lackierglocke gefüllt. Dabei werden abgerundete Füllkörper mit einem Durchmesser von ca. 0.5 bis 5 mm eingesetzt. Typische Formen für Füllkörper sind Kugeln, Ellipsen, Zylinder oder ähnliche runde Körper. Das Gewichtsverhältnis der Werkstücke zu den Füllkörpern kann in Abhängigkeit von der Beschaffenheit und Art der Werkstücke sowie der Füllkörper im Verhältnis von 1 : 10 bis 10 : 1 variieren, wobei besonders vorteilhafte Gewichtsverhältnisse im Bereich von 3 : 1 bis 1 : 3 liegen. Um eine beschädingungsfreie Lackierung zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn die Dichte der Füllstoffe kleiner ist als die Dichte der Werkstücke. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Füllstoffe weniger als die Hälfte der Dichte der Werkstücke aufweisen.

Die Lackierglocke wird während des Lackiervorgangs stetig abgesaugt und überwacht, um beispielsweise beim Einsatz von lösemittelhaltigen Lacken die Gefahr einer Explosion zu vermeiden. Jedoch empfiehlt es sich auch bei wässerigen Lacken oder Pulverlacken eine Absaugung vorzusehen, um das Auftrocknen des Lackes auf dem Werkstück zu begünstigen.

Unter Rotation der Lackierglocke wird dann über einen Sprühkopf Lack auf die rotierenden Werkstücke gesprüht. Vorzugs weise werden dabei Lacke verwendet, die schnell antrocknen und eine hohe innere Festigkeit nach dem Antrocknen aufweisen. Beispiele dafür sind Lacke auf Epoxidharz- oder Phenolharzbasis. Es können aber auch bei entsprechender Anpassung der Beschichtungsparameter wässerige Lacke oder Pulverlacke eingesetzt werden. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform enthalten die Lacke zusätzlich blättchenförmige Füllstoffe, wie z.B. Aluminium- und/oder Zinklamellen. Auch blättchenförmige nichtmetallische Füllstoffe, wie Glimmer und Talk, können eingesetzt werden. Die Füllstoffe sollen für eine Stabilisierung der Lackschicht an den Ecken und Kanten der Werkstücke sorgen und ein Abreiben der Beschichtung während der Behandlung verhindern. Dabei ist es zusätzlich von Vorteil, wenn die Werkstücke einen Kantenradius aufweisen, wodurch eine optimale Bedeckung mit Lack an diesen Stellen erleichtert wird, so dass die Gefahr einer Beschädigung der Lackschicht während des Lackierens weiter herabgesetzt wird.

Da die Werkstücke während der Beschichtung in der Regel in einem Bett aus Füllkörpern „schwimmen" und die gesamte Oberfläche der Füllkörper die der Werkstücke weit übersteigt, kann es notwendig sein, um eine vertretbare Beschichtungsgeschwindigkeit und Lackausbeute zu erzielen, zum Zeitpunkt des unmittelbaren Lackauftrages die Werkstücke zumindest teilweise von den Füllkörpern freizulegen. Dies kann durch Wegblasen der Füllkörper und Freilegen der Werkstücke im Strahl der Sprühpistole oder durch eine spezielles Einblasen von Druckluft realisiert werden.

Während bzw. nach der Behandlung trocknet der Lack auf den Werkstücken an und über eingeblasene Frischluft können die Werkstücke entsprechend ihrer Trockenbedingungen temperiert werden und die Trocknung selber kann auf diese Weise beschleunigt und kontrolliert werden. Anschließend werden die Werkstücke von den Füllkörpern separiert. Die Werkstücke können dann, falls es zum Erreichen der gewünschten Oberflächeneigenschaften notwendig ist, zusätzlich einer Temperaturbe handlung unterzogen werden, bei der der Lack auf der Oberfläche des Werkstückes eingebrannt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen sowie zusätzlichen Ausführungsbeispielen näher erläutert:
Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung der seitlichen Ansicht einer sogenannten Lackierglocke, die für eine vorteilhafte Ausführungsform der Sprühlackierung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden kann.
2 eine schematische Darstellung der Lackierglocke in der Aufsicht.
3 ein Vergleich der Beschichtung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einer Beschichtung nach dem Stand der Technik
Die 1 und 2 zeigen das Prinzip der Lackierglocke mit der Absaugung und der Zuluft, die über den Deckel in die Lackiertrommel geführt werden. Die Steuerung der Anlage erfolgt über den Schaltschrank. Das Beschichtungsmaterial (der Lack) befindet sich in dem Materialdruckgefäß. In der Seitenansicht (1) sind zusätzlich die Wege und angegeben, die der Deckel beim Öffnen bzw. die Lackiertrommel beim Entleeren der Trommel nehmen.
Die 3 zeigt den Unterschied der Beschichtungen beim Standardverfahren und beim erfindungsgemäßen Verfahren. Es ist dabei deutlich zu erkennen, dass die erfindungsgemäße Beschichtung sowohl an den Polflächen als auch an den Kanten gleichmäßiger und dichter ist und eindeutig weniger Fehler aufweist als die Beschichtung nach dem Standardverfahren.
Beispiel 1
In einer Lackierglocke wurden Sintermagnetquader aus NdFeB mit der Abmessung 25 × 12 × 3 mm mit Glasperlen mit einem Durchmesser von 3 mm als Füllkörper im Verhältnis 3 : 2 (Werkstück : Füllkörper) vermischt. Bei einer Glockendrehzahl von 10 Umdrehungen pro Minute wurde die Mischung mit einem Lack auf Phenolharzbasis, der Aluminiumlamellen als Füllstoff enthielt, über 15 Minuten besprüht. Auf diese Weise konnten Werkstücke mit einer Lackschichtstärke von 10–15 μm erhalten werden. Nach dem Einbrennen des Lackes bei 160°C erhielt man korrosionsbeständig beschichtete NdFeB-Magnete, die im Salzsprühtest nach DIN 50021 mehr als 100 Stunden stabil waren und bei einer Temperatur von 85°C und einer Luftfeuchtigkeit von 85 % mehr als 500 Stunden stabil waren. Die im Querschliff gemessene Kantenbedeckung lag bei 5 bis 10 μm und es waren keinen Fehlstellen oder Schichtbeschädigungen zu erkennen.
Beispiel 2
NdFeB-Magnete mit den gleichen Abmessungen wie in Beispiel 1 wurden im Glockenverfahren unter analogen Bedingungen wie in Beispiel 1 mit einer Beschichtung auf Zink-/Aluminiumlamellenbasis beschichtet. Nach 20 Minuten Sprühzeit erhielt man eine Schichtstärke von 15–25 μm. diese Schicht wurde bei 180°C eingebrannt. Die beschichteten Magnete waren im Salzsprühtest mehr als 500 Stunden ohne Rotrostbildung stabil.
Beispiel 3
U-förmige kleine, scharfkantige Blechpakete aus SiFe mit einem Gewicht von 1,5 g wurden zusammen mit Keramikkörpern mit einer Länge von 5 mm und einem Durchmesser von 1 mm als Füllkörper beschichtet. Als Lack wurde ein mit Aluminium gefülltes Phenolharz eingesetzt. Nach einer Beschichtungszeit von 20 Minuten bei einer Drehzahl der Glocke von 12 Umdrehungen in der Minute wiesen die Werkstücke eine Schicht von 8–12 μm auf. Die Lackschicht an den Kanten betrug 3–5 μm. Die Beständigkeit der Werkstücke im Salzsprühtest betrug mehr als 3 Tage.
Beispiel 4
Magnetronden aus NdFeB mit der Abmessung von 33 × 5 mm und einem Gewicht von ca. 32.5 g wurden im Verhältnis 1 : 2 mit Glasperlen mit einem Durchmesser von 4 mm gemischt und 20 Minuten lang mit einem mit Aluminium gefüllten Lack bei einer Glockenrotation von 6 Umdrehungen pro Minute beschichtet. Die Schichtdicke betrug nach der Behandlung 10–20 μm. Die Werkstücke waren im Autoklaventest bei einer Temperatur von 130°C und einem Druck von 2.7 bar sowie einer relativen Feuchtigkeit von 100 % mehr als 24 Stunden stabil. Die Kanten der Ronden wiesen keinerlei Fehlstellen auf. Der Querschliff ergab eine Kantenbedeckung von 7–15 μm.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es somit, beschädigungsempfindliche Werkstücke im Sprühlackierverfahren kostengünstig, sicher und ohne Beschädigung zu beschichten und dadurch vor Korrosion zu schützen.

Claims

Verfahren zur Schüttgut-Sprühlackierung, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücke als Schüttgut in einer Mischung zusammen mit abgerundeten Füllkörpern in einer Vorrichtung zur Sprühlackierung in Bewegung versetzt, dabei mit Lack besprüht und anschließend von den Füllkörpern wieder separiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Füllkörpern um Kugeln, Ellipsen und/oder Zylinder handelt
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllkörper einen Durchmesser von 0.5 bis 5 mm aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis von Werkstück zu Füllkörper 1 : 10 bis 10 : 1, vorzugsweise 1 : 3 bis 3 : 1, beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte des Füllkörpers kleiner ist als die Dichte des Werkstückes.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte kleiner ist als die Hälfte der Dichte des Werkstückes.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Sprühlackierung eine Durchlauf- oder Chargenanlage ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Sprühlackierung eine Lackierglocke ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung aus Schüttgut und Füllkörpern auf mechanische Weise, wie z.B. durch Vibration, Rotation oder Rühren, bewegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass lösemittelhaltige Lacke eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Lacke auf Epoxidharz- oder Phenolharzbasis eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wässerige Lacke eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Pulverlacke eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lacke blättchenförmige Füllstoffe, wie z.B. Aluminium- und/oder Zinklamellen enthalten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lacke blättchenförmige nichtmetallische Füllstoffe, wie z.B. Glimmer oder Talk, enthalten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Sprühlackierung mit einer Absaugung versehen ist und stetig abgesaugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücke zum Zeitpunkt des unmittelbaren Lackauftrags von den Füllkörpern befreit werden.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Freilegen der Werkstücke mit Hilfe des Strahls der Sprühpistole oder einer speziellen Drucklufteinblasung erreicht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Lackschicht durch Einblasen von Frischluft getrocknet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Lack nach dem Trocknen und Separieren der Werkstücke zusätzlich in einem Ofen auf der Oberfläche des Werkstückes eingebrannt wird.
Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 20 zur Beschichtung von beschädigungsempfindlichen metallischen Kleinteilen, wie z.B. Sintermagneten, kunststoffgebundenen Magneten oder Kernen aus rascherstarrten weichmagnetischen Legierungen.