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Die
Erfindung betrifft eine Trommel und ein Verfahren zum Beschichten
von Werkstücken
mit einer nicht-metallischen Beschichtung, insbesondere Korrosionsschutz-Beschichtung.
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Bekannt
ist ein Verfahren zum Beschichten von Kleinteilen mit nicht-metallischer
Beschichtung in einem Durchlauf-Automaten, bei dem Kleinteile mittels
einer Förderschnecke
(archimedische Schraube) durch das Beschichtungsmittel gefördert werden
und dabei mit dem Beschichtungsmittel überzogen werden. Dieses Verfahren
und der zu dessen Durchführung
entwickelte Automat sind jedoch nur zur Beschichtung von kleinen
Werkstücken
wie z. B. kleinen Schrauben, Muttern oder Unterleg-Scheiben geeignet.
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Der
Einsatz von sogenannten G-Trommeln ist aus dem Bereich der Galvanik
bekannt, also aus einem Bereich, der das Aufbringen metallischer Schichten
auf Werkstücke,
in der Regel ebenfalls aus Metall, betrifft. Galvanische Schichten
werden auf den Werkstücken
abgeschieden, ohne dass eine Trocknung nach dem Beschichten erforderlich
ist. Während
des Beschichtungsvorgangs ist die G-Trommel bis ca. zur Hälfte gefüllt, wodurch
das Verfahren wirtschaftlich wird.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum
Beschichten von Werkstücken
aus Metall bereitzustellen, bei dem auch größere Werkstücke, insbesondere Massenteile
wie z. B. größere Schrauben
wirtschaftlich beschichtet werden können.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 und einem Verfahren nach Anspruch
11.
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Die
erfindungsgemäße Trommel
hat eine Wand, wobei mindestens das Innere der Wand eine Oberfläche aus
isolierendem Werkstoff aufweist, eine Öffnung, die durch Abschnitte
der Wand begrenzt ist, die, bezogen auf die zentrale Rotationsachse
der Trommel, in radialem Abstand zueinander angeordnet sind, und
einen Antrieb, der die Trommel in eine erste oder in eine zweite
Richtung in Rotation versetzt. Weiter weist die erfindungsgemäße Trommel mindestens
eine erste Elektrode auf, die auf bzw. an dem Inneren der Wand angeordnet
ist und mindestens eine Gegenelektrode, die an bzw. zwischen einer
zentralen Achse der Trommel und deren Wand angeordnet ist.
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Diese
Trommel erlaubt es, größere Werkstücke, insbesondere
größere Massenteile
aus leitfähigem
Material als bisher zu beschichten, insbesondere mit einer isolierenden
Beschichtung. Die isolierende Beschichtung ist bevorzugt eine Korrosionsschutz-Beschichtung. Größere Massenteile
wie z. B. größere Schrauben,
Ringe, Klemmen und dergleichen sind häufig zu beschichten. Eine Anlage,
die auf die Verarbeitung solcher Teile ausgelegt ist, gestaltet das
Beschichten von größeren Massenteilen
besonders wirtschaftlich.
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Nach
einer ersten bevorzugten Ausführung der
erfindungsgemäßen Trommel
ist die erste Elektrode als Kathode ausgebildet. Das Anordnen der
Kathode an bzw. in der Wand der Trommel gewährleistet eine besonders gleichmäßige und
zügige
Beschichtung der Werkstücke
im kataphoretischen Verfahren (KTL-Verfahren). Nach einer zweiten
bevorzugten Ausführung
der erfindungsgemäßen Trommel ist
die erste Elektrode als Anode ausgebildet. Damit ist die erfindungsgemäße Trommel
auch für
anaphoretische Beschichtungsverfahren (ATL-Verfahren) geeignet.
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Eine
vorteilhafte Ausführung
der erfindungsgemäßen Trommel
sieht vor, dass mehr als eine erste Elektrode auf dem Inneren der
Wand der Trommel angeordnet ist. Grundsätzlich funktioniert die Trommel
mit einer einzigen ersten Elektrode, insbesondere, wenn diese ausreichend
groß dimensioniert
ist. Für
das schnelle und gleichmäßige Beschichten
und die Anpassung an verschiedene Füllhöhen bei aufeinanderfolgenden
Beschichtungschargen erweist es sich jedoch als günstiger,
mehrere erste Elektroden an bzw. in der Wand der Trommel anzuordnen.
Mindestens fünf,
vorzugsweise mindestens sieben erste Elektroden gewährleisten
gleichmäßige, schnelle und
flexible Beschichtungsergebnisse.
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Das
Anordnen der ersten Elektrode kann auf verschiedenste Weise erfolgen.
So ist es möglich,
die erste Elektrode bzw. die ersten Elektroden auf oder in dem Inneren
der Wand zu verschrauben, zu verrasten, zu verkleben oder zu vergießen. Welche
Befestigung gewählt
wird, hängt
unter anderem von der Ausführungsform
der Trommel, derem Material, der Art der Elektrode(n) und den in
der Trommel auszuführenden
Beschichtungen ab.
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Die
Trommel weist nach einer vorteilhaften Ausführungsform eine Gegenelektrode
auf, die als bogenförmiges
Segment ausgebildet ist. Dabei kann es sich sowohl um eine verhältnismäßig großflächige, einteilige
Gegenelektrode handeln. Es können aber
auch mehrere Gegenelektroden auf einem bogenförmigen Träger angeordnet sein. Die Anordnung und
Ausrichtung der Elektroden kann in Abhängigkeit von den zu beschichtenden
Werkstücken
und in Abstimmung auf das Beschichtungsverfahren (ATL, KTL) erfolgen.
Nach einer einfachen Ausführung kann
die mindestens eine Gegenelektrode unmittelbar an der zentralen
Achse der erfindungsgemäßen Trommel
angeordnet sein. Es wird jedoch bevorzugt, die Gegenelektrode bzw.
die Gegenelektroden in halbem Abstand zwischen zentraler Achse und
Wand der Trommel anzubringen. Dadurch ist die Gegenelektrode räumlich näher an den
Beschichtungsvorgang herangerückt.
Die zu erwartende Füllhöhe der Trommel
während
des Beschichtungsvorgangs wird vorzugsweise weniger als die Hälfte des
Abstands zwischen Achse und Wand der Trommel betragen, so dass die
bevorzugte Anordnung der Gegenelektrode in halbem Abstand zwischen
Achse und Wand der Trommel zu einem besonders gleichmäßigen Beschichtungsergebnis
beiträgt.
Die Funktion der Trommel ist jedoch auch dann gewährleistet,
wenn die Gegenelektrode an beliebiger Stelle zwischen zentraler Achse
und Wand der Trommel angeordnet ist.
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Es
wird bevorzugt, die innere Oberfläche der Wand der Trommel aus
einem isolierenden Material herzustellen. Dabei kann entweder die
Wand der Trommel insgesamt aus Kunststoff, z. B. Polyethylen, oder
einem anderen insolierenden Werkstoff wie Glas oder Keramik hergestellt
sein. Die Wand kann aber auch aus einem Material bestehen, dass
mit einem isolierenden Werkstoff überzogen ist, beispielsweise
kann die Wand aus Metall mit einer isolierenden Schicht aus Teflon
oder einem anderen isolierenden organischen oder anorganischen Material überzogen
sein. Eine innere Oberfläche
aus isolierendem Material erweist sich vor allem dann als vorteilhaft, wenn
in der Trommel Kor rosionsschutzbeschichtungen aufgetragen werden,
die ja auf leitenden Oberflächen
abgeschieden werden sollen. Bei der bevorzugten Ausführung der
Trommel wird ein Verlust an Korrosionsschutzmittel vermieden, weil
es sich auf isolierenden Oberflächen
nicht abscheidet.
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Die
Trommel nach Anspruch 1 kann auf vielfältige Weise hergestellt werden.
Die Wand der Trommel kann einteilig, beispielsweise aus Kunststoff
geformt sein. Sie kann aus einem Blech, ggf. einem mit Teflon beschichteten
Blech einteilig geformt sein. Es wird aber aus Gründen einer
einfachen Produktion und Montage bevorzugt, dass die Wand der Trommel aus
mehreren Segmenten zusammengesetzt ist. Dabei können einzelne Segmente vor
der Montage besonders einfach mit Elektrode(n) versehen werden und
der Einbau der Gegenelektrode kann einfach erfolgen. Kommt es im
Betrieb der Trommel zu Beschädigungen
der Wand oder der ggf. aufgetragenen isolierenden Beschichtung,
können
einzelne Segmente einfach ausgetauscht werden. Eine einteilige Trommel
wiederherzustellen ist aufwändiger.
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Die
erfindungsgemäße Trommel
weist überlappende
Abschnitte der Wand auf, die, bezogen auf die zentrale Rotationsachse
der Trommel, in radialem Abstand zueinander angeordnet sind. Dadurch entsteht
eine Trommel, die wie ein „G" geformt ist. Die Überlappung
der Wandabschnitte beträgt
mindestens 15°,
bevorzugt mindestens 30° der
gesamten Kreisfläche
von 360°,
die sich aus der Seitenansicht der Trommel ergibt. Bei dieser Überlappung
der Wandabschnitte ist das Durchmischen der zu beschichtenden Werkstücke sicher
gewährleistet. Gleichzeitig
erfolgt das Entleeren der Trommel einfach und schnell, auch bei
höheren
Füllgraden.
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Nach
einer besonders bevorzugten Ausführung
der Erfindung ist die Trommel während
des Beschichtungsvorgangs so ausgerichtet, dass sich die durch die überlappenden
Abschnitte der Wand gebildete Öffnung
oberhalb des Pegels des Beschichtungsmittels befindet. Die Wandabschnitte
der Trommel, die sich bei dieser Stellung der Trommel oberhalb des
Pegels des Beschichtungsmittels befindet, sind mindestens abschnittsweise
perforiert. Die Perforation dieser oberen Wandabschnitte ermöglicht einen
schnellen Durchtritt des Beschichtungsmittels durch die Wand der
Trommel, sowohl beim Entleeren als auch beim Befüllen der Trommel mit zu beschichtenden
bzw. beschichteten Werkstücken.
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Die
Trommel nach Anspruch 1 ist ohne weiteres einsetzbar. Es wird jedoch
bevorzugt, die Trommel und ggf. den Antrieb mit einem Gehäuse zu umgeben,
damit der Betrieb der Trommel möglichst
geräuscharm
und sicher erfolgen kann.
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Die
Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Beschichten von Werkstücken aus
leitendem Material mit einer nicht-metallischen Beschichtung, insbesondere
Korrosionsschutz-Beschichtung, in einer Trommel
- – mit einer
Wand, wobei mindestens das Innere der Wand eine Oberfläche aus
isolierendem Werkstoff aufweist
- – mit
einer Öffnung,
die durch Abschnitte der Wand gebildet ist, die, bezogen auf die
zentrale Rotationsachse der Trommel, in radialem Abstand zueinander
angeordnet sind, mit
- – mit
einem Antrieb, der die Trommel in eine erste oder in eine zweite
Richtung in Rotation versetzt, mit
- – mindestens
einer ersten Elektrode, die auf bzw. in dem Inneren der Wand angeordnet
ist, und mit
- – mindestens
einer Gegenelektrode, die an bzw. zwischen einer zentralen Achse
der Trommel und deren Wand angeordnet ist, mit den Schritten:
- – Einfüllen von
flüssigem
Beschichtungsmittel und Werkstücken
in vorgegebenem Verhältnis,
- – Entlüften der
Werkstücke,
- – Stillsetzen
der Trommel,
- – Anlegen,
Halten und Abschalten von elektrischer Spannung, und anschließendem
- – Entleeren
der Trommel.
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Gegenüber den
bekannten galvanischen Verfahren wird hier eine isolierende Schicht
auf die Werkstücke
aufgebracht. Es ist überraschend,
dass diese isolierende Schicht, üblicherweise
eine Korrosionsschutzschicht, mittels dieser verhältnismäßig einfachen
Schritte des Einfüllens
von Werkstücken und
Beschichtungsmittel, des Entlüftens
und des Beschichtens bei angelegter elektrischer Spannung und – nach Abschalten
der elektrischen Spannung – dem einfachen
Entleeren der Trommel wirksam, sparsam, schnell und zuverlässig erfolgt.
Die zu beschichtenden Werkstücke
sind leitend. Sie sind vor zugsweise aus Metall oder Metalllegierungen,
deren in der Regel gute Leitfähigkeit
gleichmäßige Beschichtungsergebnisse
zeigt.
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Die
Bewegung der Trommel – das
Rotieren – bewirkt
eine Entlüftung
der Werkstücke
und somit ein gleichmäßiges und
vollständiges
Eintauchen der Werkstücke
in das Beschichtungsmittel. Nach einer bevorzugten Weiterentwicklung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
rotiert die Trommel zumindest zeitweise auch während des Beschichtungsvorgangs,
also bei angelegter Spannung. Dadurch wird erreicht, dass Fehlstellen
in der Beschichtung vermieden werden. Dort, wo Werkstücke aneinanderliegen,
dringt das Beschichtungsmittel u. U. nicht vollständig ein,
so dass die Beschichtung nicht gleichmäßig stark ausfällt. Diese
Schwankungen in der Schichtstärke
der Beschichtung werden vermieden, wenn die Trommel während des
Beschichtungsvorgangs mindestens zeitweise rotiert.
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Nach
einer bevorzugten Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden die beschichteten Werkstücke
nach dem Entleeren der Trommel vereinzelt und ggf. von überschüssigem Beschichtungsmittel
befreit. Diese Maßnahme
gewährleistet,
dass die Beschichtung nicht durch das Aneinanderschlagen oder Aufeinanderhäufen der
Werkstücke
beschädigt
wird. Das überschüssige Beschichtungsmittel
wird aufgefangen und – wenn
technisch möglich – erneut
verwendet.
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Sollte
das aufgebrachte Beschichtungsmittel nicht schon beim das Abscheiden
auf dem Werkstück bereits
endgültig
fixiert oder ausgehärtet
sein, so schließt
sich zweckmäßig der
Schritt des Fixierens an das erfindungsgemäße Verfahren an. Das Fixieren
kann entweder in der Trommel selbst erfolgen, vorteilhaft dann,
wenn das überschüssige Beschichtungsmittel
entfernt ist. Es wird aber bevorzugt, das das Fixieren nach dem
Entfernen und ggf. Vereinzeln der Werkstücke aus der Trommel erfolgt.
Nach dem Fixieren ist das Beschichtungsmittel noch nicht vollständig ausgehärtet, aber
es ist wischfest und wird bei üblichen
Transportvorgängen
nicht mehr beschädigt
oder abgetragen. Wie das Fixieren und/oder das Aushärten erfolgt,
beispielsweise durch Anwendung von Hitze oder durch Einbringen von
Energie in anderer Form, beispielsweise durch Strahlung, hängt vor allem
von dem gewählten
Beschichtungsmittel, aber auch von dem Material des Werkstücks ab.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zeichnet sich durch Verfahrensbedingungen aus, die von denen bekannter
galvanischer Verfahren deutlich abweichen. Zur Beschichtung wird
eine Spannung von mindestens 20 V, maximal 500 V angelegt. Bevorzugt liegt
die elektrische Spannung in einem Bereich von mindestens 100 V bis
bevorzugt 350 V, vorteilhaft zwischen 150 V und 250 V. Damit liegt
die Spannung um ein Vielfaches über
der Spannung, die für
galvanische Prozesse angelegt wird.
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Entsprechend
werden für
das erfindungsgemäße Verfahren
verhältnismäßig geringe
Stromstärken
von 1 A bis zu 500 A, vorzugsweise von 10 A bis zu 400 A. Besonders
typisch sind Stromstärken
von 1 A bis zu 350 A, vorteilhaft von 1 A bis zu 200 A.
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Die
Beschichtung erfolgt in Abhängigkeit
von dem verwendeten Beschichtungsmittel bei Temperaturen von 15°C bis 60°C, bevorzugt
bei Temperaturen von 20°C
bis 40°C,
vorteilhaft bei Temperaturen von 25°C bis 30°C. Die Beschichtung erfordert
also keinen besonderen Energieaufwand für das Temperieren des Beschichtungsmittels.
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Die
Dauer der Beschichtung variiert in einem breiten Bereich von 1 Sekunde
bis zu 10 Minuten. Die Dauer der Beschichtung ist ie nach Beschichtungsmittel,
den Anforderungen an die aufzubringende Beschichtung und der Schichtstärke einzustellen.
In den meisten Fällen
wird die Dauer der Beschichtung zwischen 10 Sekunden und 120 Sekunden
betragen, überwiegend
zwischen 30 Sekunden und 90 Sekunden.
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Details
der Erfindung und des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nun näher an Hand
eines Ausführungsbeispiels
erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
Schnitt durch eine erfindungsgemäße G-Trommel
Die Trommel 2 ist aus zahlreichen planen Abschnitten 4 zusammengesetzt.
Die Abschnitte 4 sind nach Art eines Polygonzuges um eine
zentrale Rotationsachse 6 herum angeordnet. Die Abschnitte 4 bestehen
aus Stahlblechen, die zum Inneren der Trommel 2 hin mit
Teflon überzogen
sind. Die endständigen
Abschnitte 4a, 4b überlappen einander. Bezogen
auf den vollständigen
Kreisumfang von 360° überlappen
die Abschnitte 4a und 4b einander um ca. 30°. Dabei ist
der Abschnitt 4a näher
zur Achse 6 angeordnet als der Abschnitt 4b, so
dass diese beiden Abschnitte 4a, 4b eine Öffnung 8 begrenzen. 1 zeigt
die G-Trommel 2 in Arbeitsstellung, also beim Beschichten
von Werkstücken.
Der untere Teil der Wand 4 ist geschlossen. Der obere Teil
der Wand 4 ist perforiert, um beim Entleeren und Befüllen der
Trommel einen schnelleren Durchtritt des Beschichtungsmittels zu
ermöglichen.
In die Wand 4 sind sieben Kathoden 10 eingelassen.
Die Kathoden sind in der Wand 4 verschraubt. Sie sind in den
Abschnitten der Wand 4 angeordnet, die unterhalb der Achse 6 liegen,
wenn die Öffnung 8 die höchste Position
oberhalb der Achse 6 einnimmt.
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Auf
den mit den Kathoden 10 ausgerüsteten Abschnitten der Wand 4 ruhen
Beschichtungsmittel und Werkstücke
(hier nicht dargestellt) vor und während des Beschichtungsvorgangs.
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An
der zentralen Rotationsachse 6 ist ein Träger 12 angeordnet.
Dieser Träger 12 trägt die Anode 14,
die aus zahlreichen einzelnen, kleinen Anoden zusammengesetzt ist.
Die Anode 14 ist mittels des Trägers 12 etwa auf der
halben Strecke zwischen der Achse 6 und der darunter befindlichen
Wand 4 angeordnet.
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Die
Trommel 2 ist drehfest in ein Gehäuse 16 eingesetzt.
An dem Gehäuse 16 greift
ein Antrieb 18 an. Der Antrieb 18 kann das Gehäuse 16 – und damit die
Trommel 2 – sowohl
in eine erste Richtung im Uhrzeigersinn drehen als auch in eine
zweite Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn. In der Darstellung der 1 bewirkt
eine Rotation der Trommel in die erste Richtung (im Uhrzeigersinn)
ein Entleeren der Trommel 2. Eine Rotation der Trommel 2 in
die zweite Richtung (gegen den Uhrzeigersinn) bewirkt ein Durchmischen
und – wie
vorstehend beschrieben – ein
Entlüften
des Inhalts der Trommel 2, also des Beschichtungsmittels
und der zu beschichtenden Werkstücke.
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Zur
Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die vorbeschriebene und in 1 dargestellte
Trommel wie folgt eingesetzt: Zu beschichtende Werkstücke und
Beschichtungsmittel werden abgemessen, i. d. R. gewogen, und in
einem vorbestimmten Verhältnis
zu einander in die Trommel 2 eingegeben. Dazu kann die
Trommel 2 so gedreht werden, dass die Öffnung 8 ein einfaches
Befüllen der
Trommel ermöglicht.
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Die
Trommel wird bis zum in 1 angedeuteten Niveau „F" gefüllt. Dieses
Niveau F liegt deutlich niedriger als bei bekannten galvanischen
Verfahren, da nur so die gleichmäßige Abscheidung
des Beschichtungsmittels auf den Werkstücken gewährleistet wer den kann. Die
Trommel wird dann durch den Antrieb 18 für mindestens
eine, vorzugsweise für
ca. fünf
Umdrehungen in die zweite Richtung, also gegen den Uhrzeigersinn,
in Rotation versetzt. Dadurch werden die Werkstücke entlüftet und vollständig vom Beschichtungsmittel
umhüllt.
Das Beschichtungsmittel ist ein flüssiges, elektrisch isolierend
wirkendes Korrosionsschutzmittel, so wie es z. B. unter der Bezeichnung „Delta®-Protekt" von der Anmelderin
angeboten wird. Die Beschichtung erfolgt bei 30°C. Die Dauer der Beschichtung
beträgt
60 Sekunden.
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Nach
dem Entlüften
wird der Antrieb 18 ausgeschaltet und die Trommel 2 befindet
sich in der in 1 gezeigten Stellung. Die Werkstücke und
das Beschichtungsmittel stehen nun in Kontakt mit den Kathoden 10,
die in der Wand 4 der Trommel 2 verschraubt sind.
Es wird Strom angelegt, wobei die Spannung 300 V und der Strom 300
A betragen. Während
Strom anliegt, bewirkt der Antrieb 18, dass die Trommel 2 einmal
eine Umdrehung entgegen dem Uhrzeigersinn ausführt, wodurch bewirkt wird, dass
die Werkstücke
gleichmäßig mit
dem Beschichtungsmittel überzogen
werden. Nachdem die Beschichtung auf den Werkstücken abgeschieden wurde, wird
der Strom wieder abgeschaltet.
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Der
Antrieb 18 versetzt die Trommel 2 im Uhrzeigersinn
in Rotation. Dadurch werden Beschichtungsmittel und beschichtete
Werkstücke
aus der Trommel 2 ausgetragen. Die Werkstücke werden auf
ein umlaufendes Band gefördert,
dessen Umlaufgeschwindigkeit so eingestellt ist, dass die Werkstücke beim
Austragen vereinzelt werden. Das Band weist Durchlässe für das Beschichtungsmittel
auf, das unter dem Band in einer Wanne gesammelt und für den nächsten Beschichtungszyklus
erfasst wird. Das umlaufende Band fördert die beschichteten Werkstücke, deren
Beschichtung zwar haftet, aber noch nicht dauerhaft fixiert ist,
in einen Durchlaufofen, in dem die Beschichtung durch erhöhte Temperatur
fixiert wird.