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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von Bauteilen
mit einem Lack, insbesondere zur Lackierung von metallischen Bauteilen
mit einem zinkhaltigen Lack.
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Kompliziert
geformte Bauteile aus Metall, die vielfach in der Automobilindustrie,
aber auch in anderen Branchen eingesetzt werden, müssen häufig zuverlässig und
dauerhaft gegen Korrosion geschützt werden.
So müssen
z.B. Bauteile, bei denen es sich um Gusskonstruktionen, Schweißkonstruktionen oder
anderweitig hergestellte Bauteile handelt, die insbesondere einen
Hohlraum aufweisen, wie z.B. Achsträger- Baugruppen, mit einem dauerhaften Korrosionsschutz
versehen werden. Hierbei ist es wichtig, dass nicht nur die Außenoberfläche, sondern auch
die Innenoberfläche
möglichst
gleichförmig
beschichtet wird, dass Blasenbildungen vermieden werden und dass
unerwünschte
Anhäufungen
von Lack an Funktionsflächen,
wie etwa Verschraubungen, und dgl. vermieden werden. Außerdem soll
das Gewicht der Beschichtung einerseits so gering wie möglich gehalten
werden, andererseits muss durch die verwendete Beschichtung der
notwendige Langzeitschutz auch unter den widrigsten Umgebungseinflüssen, wie
Salz, Feuchtigkeit, Hitze, Kalte usw. gegeben sein.
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Bisher
werden Achsträger-Baugruppen
etwa mit einer Feuerverzinkung versehen, mit galvanischen Beschichtungen,
mit KTL-Beschichtungen (also mit einer sog. katodischen Tauchlackierung) und/oder
mit verschiedenen Lacken versehen. Ein Verfahren zur Elektrotauchlackierung
einer Autokarosserie ist z.B. aus der
DE 196 43 082 C2 bekannt.
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Mit
den bekannten Beschichtungsverfahren lässt sich allerdings nur ein
relativ ungleichmäßiger Auftrag
und insbesondere kein ausreichender Korrosionsschutz bei Hohlteilen
im Inneren erzielen. Auch lassen sich Lackansammlungen nicht vermeiden,
so dass die Anforderungen an einen besonders hochwertigen Korrosionsschutz
mit den bekannten Verfahren nicht erfüllt werden.
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Zur
Beschichtung von Verbindungsteilen, wie etwa Schrauben, ist es im
Stand der Technik grundsätzlich
auch bekannt, eine Behandlung mit Zinklamellen-Lack im Tauch-Schleuderverfahren durchzuführen.
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Hierbei
werden allerdings nur Massenteile in Form von Schüttgut behandelt.
Eine Behandlung größerer Bauteile,
die innen und außen
beschichtet werden sollen, mit einem derartigen Verfahren ist jedoch nicht
bekannt.
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Aus
der
DE 10 2004
062 753 A1 ist ferner ein Verfahren zur Schüttgut-Sprühlackierung
von beschädigungsempfindlichen
Kleinteilen bekannt, wobei die zu beschich tenden Teile als Schüttgut in
einer Mischung zusammen mit abgerundeten Füllkörpern in einer Vorrichtung
zur Sprühlackierung
in Bewegung versetzt werden, die Werkstücke dabei mit Lack besprüht und anschließend wieder
von den Füllkörpern getrennt
werden.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zur Beschichtung von Bauteilen mit einem Lack zu schaffen,
mit dem eine hochwertige Beschichtung mit einer Langzeitschutzwirkung
bei kompliziert geformten Bauteilen ermöglicht ist, die als Hohlteile
ausgebildet sind, und wobei eine möglichst gleichmäßige Beschichtung
sowohl der Innenoberflächen
als auch der Außenoberflächen möglichst
ohne Lackanhäufungen ermöglicht wird.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Beschichtung von Bauteilen
mit einem Lack, insbesondere zur Lackierung von metallischen Bauteilen mit
einem zinkhaltigen Lack, mit den folgenden Schritten gelöst:
- (a) Vorbehandeln des Bauteils;
- (b) Aufnehmen des Bauteils an einer Halterung;
- (c) Eintauchen des Bauteils in ein Beschichtungsbad;
- (d) Drehen des Bauteils mit wechselnder Drehrichtung um eine
Drehachse;
- (e) Ausfahren des Bauteils aus dem Beschichtungsbad;
- (f) Abschleudern des Bauteils durch Drehen mit wechselnder Drehrichtung
und
- (g) Einbrennen des Lackes.
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Erfindungsgemäß wird eine
besonders gleichmäßige Schichtstärke dadurch
gewährleistet, dass
im Tauch-Schleuderverfahren mit einer wechselnden Drehrichtung sowohl
beim Tauchen als auch beim Abschleudern des Bauteils gearbeitet
wird.
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Auf
diese Weise lassen sich Blasenbildungen und Lackanhäufungen
vermeiden. Gleichfalls lässt
sich eine gleichmäßige Beschichtung
sowohl der Innenoberflächen
als auch der Außenoberflächen erzielen.
Bauteile, die Funktionsflächen,
wie z.B.
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Gewinde
oder dgl. aufweisen, können
auf diese Weise zuverlässig
gegen Korrosion geschützt werden,
ohne dass die Funktionsweise der Funktionsflächen, wie z.B. die Möglichkeit
der Aufnahme einer Schraube in einem Gewinde des Bauteils, beeinträchtigt wird.
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Insbesondere
bei Verwendung eines zinkhaltigen Lackes, wie etwa eines Zinklamellen-Lackes, lässt sich
auf diese Weise ein besonders hochwertiger Korrosionsschutz in einer
gleichmäßigen Beschichtungsstärke sowohl
innen als auch außen
bei Hohlteilen erzielen.
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In
bevorzugter Weiterbildung der Erfindung wird das Bauteil im Schritt
(d) an seiner größten Entfernung
(x) von der Drehachse mit einer Umfangsgeschwindigkeit von mindestens
10 m/min, vorzugsweise von mindestens 20 m/min, weiter bevorzugt
von mindestens 30 m/min, besonders bevorzugt von mindestens 50 m/min
gedreht.
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Gemäß einer
weiteren Ausführung
der Erfindung wird das Bauteil im Schritt (f) an seiner größten Entfernung
an der Drehachse mit einer Umfangsgeschwindigkeit von mindestens
50 m/min, vorzugsweise von mindestens 100 m/min, weiter bevorzugt
von mindestens 200 m/min, besonders bevorzugt von mindestens 300
m/min gedreht.
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Durch
diese Maßnahmen
lässt sich
eine besonders gleichmäßige Beschichtung
erzielen, die besonders hochwertig ist.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Bauteil mindestens
im Schritt (d) oder (f) mehrfach abwechselnd in unterschiedlicher Drehrichtung
gedreht.
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Auch
diese Maßnahme
unterstützt
eine besonders gleichmäßige Beschichtung.
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Zusätzlich kann
das Bauteil im Schritt (d) um eine zur Drehachse winklig, vorzugsweise
rechtwinklig, verlaufende Schwenkachse hin- und hergeschwenkt werden.
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Durch
diese Maßnahme
wird selbst bei geometrisch sehr ungünstigen Verhältnissen
auch in Innenräumen
von Hohlteilen eine besonders gleichmäßige Beschichtung gewährleistet.
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Wie
bereits erwähnt,
ist das erfindungsgemäße Verfahren
insbesondere zur Beschichtung von Bauteilen vorteilhaft, die als
Hohlteile ausgebildet sind, die über
eine Mehrzahl von Öffnungen
mit ihren Außenoberflächen in
Verbindung stehen, und wobei die Beschichtung sowohl an der Außenoberfläche als auch
an der Innenoberfläche
der Bauteile erfolgt.
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Weiter
eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren
insbesondere zur Beschichtung von Bauteilen, die eine Länge von
mindestens 500 mm in Richtung ihrer größten Längserstreckung aufweisen.
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Da
die betreffenden Bauteile jeweils individuell an einer Halterung
aufgenommen werden oder ggf. mehrere Teile gleichzeitig an einer
Halterung befestigt werden, lassen sich erfindungsgemäß auch sehr
große
Bauteile gleichmäßig an der
Innen- und Außenoberfläche beschichten.
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In
bevorzugter Weiterbildung der Erfindung wird hierzu ein Zinklamellen-Lack
verwendet.
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Mit
einem Zinklamellen-Lack, der insbesondere Zink-Flakes, Aluminium-Flakes,
Bindemittel, Lösemittel
und weitere anorganische Lackbestandteile enthält, lässt sich ein besonders hochwertiger
Langzeit-Korrosionsschutz gewährleisten.
Durch das erfindungsgemäße Auftragsverfahren
werden hierbei die notwendigen Randparameter, wie etwa gleichmäßige Beschichtung,
keine Lackanhäufungen,
Blasenfreiheit usw., eingehalten.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird zunächst gemäß der Schritte (a) bis (g)
eine Basislackschicht aufgetragen und anschließend mindestens eine weitere
Schicht, insbesondere ein Topcoat, aufgetragen.
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Dies
erfolgt vorzugsweise wiederum durch Eintauchen des Bauteils in ein
Beschichtungsbad, Drehen des Bauteils mit wechselnder Drehrichtung um
eine Drehachse, Ausfahren des Bauteils aus dem Beschichtungsbad,
Abschleudern des Bauteils durch Drehen mit wechselnder Drehrichtung
und Einbrennen des Lackes.
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Durch
die Auftragung mehrerer Schichten im Tauch-Schleuderverfahren mit
wechselnder Drehrichtung lassen sich auf diese Weise noch höhere Anforderungen
an die Beständigkeit
der Beschichtung realisieren.
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Zur
Bewegung des Bauteils wird in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung
ein Roboter oder eine Handlingeinrichtung verwendet.
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Auf
diese Weise kann eine Beschichtung in einem vollautomatischen Prozess
erfolgen. Alternativ kann die Bewegung des Bauteils auch während des Tauch-Schleuderverfahrens
durch eine ortsfeste Vorrichtung zum Dreh- bzw. ggf. Kippantrieb
des Bauteils und durch Anheben bzw. Absenken des Tauchbades erzielt
werden. Es versteht sich, dass umgekehrt natürlich auch der Drehantrieb
bzw. Kippantrieb angehoben oder abgesenkt werden kann und das Tauchbad
ortsfest ausgebildet sein kann.
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In
weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Schritt
(a) der Vorbehandlung eine Entfettung in einem Tauchbad.
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Vorzugsweise
umfasst hierbei die Entfettung zunächst eine Heißentfettung
und anschließend
eine Entfettung mit Ultraschallunterstützung in einem Tauchbad.
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Hierbei
erfolgt bevorzugt eine alkalische Entfettung in einem Tauchbad oder
nur eine leicht saure Entfettung.
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Durch
diese Maßnahmen
wird die Wirkung der nachfolgenden Behandlungsschritte unterstützt und
durch den Verzicht auf eine saure Entfettung bzw. durch eine allenfalls
leicht saure Entfettung werden Nachteile in Bezug auf den Korrosionsschutz vermieden.
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Nach
der Entfettung erfolgt vorzugsweise zunächst eine Spülung und
anschließend
eine Reizung gefolgt von einer Spülung.
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Hierbei
wird die Reizung vorzugsweise mit Ultraschallunterstützung in
einem Tauchbad durchgeführt.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung schließt sich an die Reizung und
Spülung eine
Aktivierung, gefolgt von einer Phosphatierung, vorzugsweise einer
Zinkphosphatierung, an.
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Vorzugsweise
wird die Phosphatierung zunächst
von einem Spülen,
Trocknen und Abkühlen gefolgt,
bevor mit der Tauchbeschichtung im Schritt (c) begonnen wird.
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Durch
diese zusätzlichen
Behandlungsschritte wird eine weitere Verbesserung des Korrosionsschutzes
bei nur sehr dünnen
Schichten erzielt.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale und die nachfolgend
noch zu erwähnenden
Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern
auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind,
ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
und
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2 eine
schematische Darstellung der Tauchstation gemäß 1.
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Eine
Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist in 1 dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet.
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Die
Vorrichtung gemäß der 1 und 2 dient
zur Lackierung von kompliziert geformten Bauteilen, die als Hohlteile
ausgeführt
sind, mit einem zinkhaltigen Lack, insbesondere mit einem Zinklamellen-Lack.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
wird im Folgenden anhand eines Beispiels zur Beschichtung von Bauteilen
in Form von Achsträger-Bauteilen
näher beschrieben.
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Es
versteht sich, dass die Beschreibung dieses Beschichtungsverfahrens
lediglich beispielhafter Natur ist und dass entsprechende Anpassungen
im Rahmen der zugehörigen
Ansprüche
vorgenommen werden können,
um das Verfahren an andere Bauteilgeometrien, andere Bauteil-Materialien
oder andere Anforderungen an die Qualität der betreffenden Beschichtung
zu erfüllen.
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Im
vorliegenden Fall handelt es sich bei dem Bauteil um einen Träger für eine Vorderachse
eines Pkws, der eine Reihe von Funktionsflächen zur Anbindung von Anbauteilen,
wie Federbeinaufnahmen, Achsschenkel und dgl. mehr aufweist. Es
handelt sich hierbei um eine rohrförmige Konstruktion in der Grundform
eines Vierecks mit entsprechenden Anbauflächen und Funktionsflächen, wobei
die Konstruktion hohl ist und eine Reihe von Öffnungen aufweist. Die Ausdehnung
in Richtung der maximalen Längserstreckung
beträgt
ca. 85 cm, die Ausdehnung in Richtung der maximalen Quererstreckung etwa
60 cm und die Höhe
etwa 13 cm. Es handelt sich um eine geschweißte Stahlrohrkonstruktion.
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Ein
derartiges Bauteil wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren innen und außen beschichtet.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen
sich Luftblasen und Lackanhäufungen
im Innenbereich vermeiden und eine gleichmäßige Beschichtungsstärke bei
geringem Gesamtgewicht der Beschichtung erzielen. Auch können Lackanhäufungen
an Verschraubungsflächen
vermieden werden.
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Die
Bauteile werden mit einem Basecoat aus einem Zinklamellen-Lack der
Firma Magni Typ B95 und mit einem Topcoat der Firma Magni des Typs P35
beschichtet.
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Die
gesamte Beschichtungsanlage ist vorzugsweise vollautomatisiert.
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Gemäß 1 erfolgt
zunächst
an einer Beladestation 12 eine automatische Entnahme der
Bauteile aus Ladungsträgern,
in denen diese angeliefert werden. Die Bauteile können automatisch
an einer geeigneten Halterung eingespannt werden und die Beschichtungsanlage 10 durchlaufen.
Gegebenenfalls kann vor oder nach dem Durchlaufen einer oder mehrerer
Stationen ein Umspannen oder eine Aufhängung an einem anderen Halter
erfolgen.
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Von
der Beladestation 12 gelangen die Bauteile zunächst in
eine Heißentfettungsstation 14 zur Durchführung einer
alkalischen Entfettung. Nach der Heißentfettungsstation 14 durchlaufen
die Bauteile eine durch Ultraschall unterstützte alkalische Entfettung
in der Station 16.
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Danach
erfolgt eine Spülung
in einer Mehrfach-Spülkaskade
mit Stadtwasser. in der Station 18. Hieran schließt sich
eine mit Ultraschall unterstützte Beize
in einer Beizstation 20 an. Badtemperatur und Bauteilbewegung
erfolgen wie auch zuvor in den Stationen 14 und 16 nach
den Empfehlungen des Herstellers der Chemikalien für die Entfettung
bzw. die Beize.
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Nach
dem Beizen erfolgt eine Spülung
mit Stadtwasser in einer Dreifach-Spülkaskade in der Station 22.
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Hieran
schließt
sich eine Phosphatierung in Form einer Zinkphosphatierung an, wozu
zunächst eine
Aktivierung in einer Aktivierungsstation 24 erfolgt.
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In
der anschließenden
Phosphatierungsstation 26 erfolgt eine Zinkphosphatierung
in einem Zinkphosphatbad mit einem durchschnittlichen Schichtgewicht
der Phosphatierung von 5 g/m2.
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Hieran
schließt
sich wieder eine Spülstation 28 mit
einer Dreifach-Spülkaskade
an, in der zunächst
eine Spülung
mit Stadtwasser und dann eine Spülung
mit vollentsalztem Wasser (VE-Wasser) aus einer nachfolgenden Spülstation
erfolgt.
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Anschließend erfolgt
ein Trocknen und Entfeuchten bei etwa 60°C in einer Trocknungsstation 30.
Die Bauteile gelangen anschließend
im vollständig
getrockneten Zustand in eine Tauchstation 32 gemäß 2.
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In
der Tauchstation 32 werden Bauteile 52, die an
einem Halter 54 aufgenommen sind, in einem speziellen Tauch-Schleuderverfahren
mit einem Zinklamellen-Lack beschichtet.
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Zur
Bewegung der Bauteile 52 kann ein Roboter 58 verwendet
werden. Alternativ kann eine fest aufgehängte Vorrichtung zum Dreh-
und ggf. Kippantrieb der Bauteile 52 vorgesehen sein und
das Behandlungsbad 50 vertikal verfahrbar ausgebildet sein,
wie durch den Doppelpfeil 68 angedeutet ist. Es versteht
sich, dass das Behandlungsbad 50 auch feststehend ausgebildet
sein kann und ein entsprechend verfahrbarer Antrieb zum Verdrehen
bzw. Verschwenken der Bauteile 52 anstatt eines Roboters vorgesehen
sein kann.
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Bei
der Ausführung
gemäß 2 weist
der Roboter 58 einen Roboterarm 62 auf, an dem
ein Drehantrieb 60 vorgesehen ist, mittels dessen ein an einer
Aufnahme 64 eingespannter Halter 54 um eine Drehachse 56 mit
wechselnder Drehrichtung angetrieben werden kann, wie durch den
Doppelpfeil 68 angedeutet ist. Zusätzlich kann der Drehantrieb 60 um
eine Schwenkachse 61, die senkrecht zur Drehachse 56 ist,
hin- und hergeschwenkt werden, wie durch den Doppelpfeil 63 angedeutet
ist. Auf diese Weise können
die an dem Halter 54 eingespannten Bauteile 52 um
die Drehachse 56 mit wechselnder Drehrichtung gedreht werden
und dabei, soweit gewünscht,
zusätzlich
etwa um eine horizontale Schwenkachse 61 hin- und hergeschwenkt
werden.
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Die
Bauteile 52 sind hierbei vorzugsweise, soweit es sich um
symmetrische Bauteile handelt, etwa in der Mitte ihrer Längserstreckung
an der Halterung 54 eingespannt.
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Die
Bauteile 52 werden zunächst
mit einer ersten Drehrichtung mit etwa 25 Umdrehungen/Minute oder
einer Umfangsgeschwindigkeit von ca. 65 m/min innerhalb des Tauchbades 50 um
die Drehachse 56 gedreht und nach kurzer Zeit, beispielsweise nach
drei Umdrehungen mit umgekehrter Drehrichtung und gleicher Umfangsgeschwindigkeit
angetrieben. Es kann z.B. innerhalb von 8 Sekunden auf die Drehzahl
hochgefahren werden, anschließend
bis zu 60 Sekunden links gedreht werden. Dann wieder abgebremst
werden und wieder mit 8 bis 60 Sekunden rechts gedreht werden.
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Die
angegebene Umfangsgeschwindigkeit bezieht sich hierbei auf die maximale
Entfernung der äußersten
Bauteilerstreckung von der Drehachse 56, die in 2 mit
x bezeichnet ist. Es versteht sich, dass die betreffenden Bauteile 52 im
Bereich ihrer äußersten
Längserstreckung
in den betreffenden Außenwänden 70 entsprechende
Abflussöffnungen 74 aufweisen,
so dass das Beschichtungsbad in den Hohlraum 72 des Bauteils 52 gelangen
kann und aus diesem auch wieder abfließen kann.
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Nach
der Bewegung, die abwechselnd einmal im Uhrzeigersinn und einmal
im Gegenuhrzeigersinn mit beispielsweise 25 Umdrehungen/min erfolgt, wird
das Bauteil entweder mittels des Roboters 58 nach oben
aus dem Beschichtungsbad 50 herausbewegt, wie durch den
Pfeil 66 angedeutet ist, oder alternativ wird das Beschichtungsbad 50 nach
unten abgesenkt (Pfeil 68). Anschließend erfolgt ein Abschleudern
oberhalb des Tauchbades 50 wiederum durch eine erste Drehbewegung im
Uhrzeigersinn (oder umgekehrt) und eine anschließende Bewegung im umgekehrten
Drehsinn. Hierzu wird eine deutlich höhere Drehfrequenz verwendet,
die beispielsweise bei etwa 150 U/min liegt. Dies entspricht einer
Umfangsgeschwindigkeit in der größten Entfernung
x von der Drehachse 56 von ca. 400 m/min.
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Das
Abschleudern erfolgt z.B. mit 8 bis 120 Sekunden im Gegenuhrzeigersinn
und anschließend mit
8 bis 120 Sekunden im Uhrzeigersinn.
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Danach
erfolgt ein Vortrocknen in einer Vortrocknungsstation 34 bei
etwa 100°C,
10 min lang, und anschließend
ein Einbrennen nach Herstellerangaben, beispielsweise über 20 min
bei 250°C,
in einer Einbrennstation 36.
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Anschließend werden
die Bauteile 52 in einer Abkühlstation 38 auf etwa
30 bis 40°C
abgekühlt
und nunmehr in einer nachfolgenden Tauchstation 50 in der
gleichen Weise wie zuvor in der Tauchstation 32 mit einem
Topcoat des Typs P35 der Firma Magni beschichtet. Wiederum erfolgt
hierbei eine abwechselnde Drehung im Uhrzeigersinn und Gegenuhrzeigersinn
mit den zuvor angegebenen Parametern. Sowohl bei der Basecoat-Beschichtung
als auch bei der Topcoat-Beschichtung erfolgt eine Temperaturregelung
des Beschichtungsbades 50 nach Herstellerangaben, beispielsweise
auf 27°C.
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Anschließend erfolgt
in einer nachfolgenden Vortrocknungsstation 42 zunächst ein
Vortrocknen und dann in einer Einbrennstation 44 ein Einbrennen nach
Herstellerangaben, z.B. 20 min bei 200°C.
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Danach
werden die Bauteile durch eine Abkühlstation 46 geleitet
und auf 30 bis 40°C
abgekühlt und
schließlich über eine
Entladestation 48 wieder in geeignete Träger entladen.