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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines verzinkten
und mit Polymer beschichteten Stahlrohrs sowie eine Vorrichtung
zur Polymerbeschichtung eines verzinkten Stahlrohrs.
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Laut
der Richtlinie des Europäischen Parlaments dürfen
Schwermetalle, wie z. B. sechswertiges Chrom, in der Automobilindustrie
nur noch sehr beschränkt eingesetzt werden. Sechswertiges
Chrom (CrVr) ist der wichtigste Bestandteil von Blau-, Gelb-, Oliv-
und Schwarzchromatierungen. Es liefert einen exzellenten Korrosionsschutz
und bietet verzinkten Rohren Schutz gegen Weißrost-Zinkkorrosion.
Stahlrohre können dadurch vor Korrosion geschützt
werden, indem beispielsweise über einer dreiwertigen Chrom-Passivierungsschicht
eine Polymerschicht aufgebracht, d. h. eine Kunststoffbeschichtung
vorgesehen wird.
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Die
DE 103 09 908 A1 beschreibt
ein Verfahren zur Herstellung eines verzinkten Stahlrohrs mit einer
Polymerschicht. Das mit dem dreiwertigen Chrom passivierte Stahlrohr
wird durch Extrusion mit Polyamid beschichtet. Um eine gute Haftung
des Polyamids auf dem Stahlrohr zu gewährleisten, wird
vor der Extrusion eine Haftvermittlerschicht auf das Stahlrohr aufgebracht.
Die erreichbaren Schichtdicken liegen bei Extrusionen von Polymeren
im Bereich von 100 μm und mehr. Die Schichtdickenschwankungen
sind oftmals allerdings sehr hoch und betragen teilweise bis zu
50%.
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Es
ist bekannt, Stahlrohre zur Pulverbeschichtung im Wesentlichen vertikal
an Gestellen zu fixieren und durch eine Beschichtungsanlage zu führen.
Natürlich ist die Länge der Stahlrohre begrenzt. Bereits
bei Rohrlängen von 6 m besitzt die Beschichtungsanlage
eine erhebliche Dimension. Der apparative Aufwand ist enorm, so
dass das Pulverbeschichten von längeren Stahlrohren nur
bei größeren Stückzahlen wirtschaftlich
interessant ist. Nachteilig ist zudem, dass es sich streng genommen
um ein diskontinuierliches Verfahren handelt, da die vereinzelten Stahlrohre
nacheinander auf den Gestellen die Beschichtungsanlagen durchfahren.
Ein kontinuierliches Beschichten in dem Sinne, dass ein an einem Coil
abgewickeltes Stahlrohr beschichtet wird, ist mit dem Gestellbeschichten
nicht möglich.
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Der
Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zu Grunde,
ein Verfahren zur Herstellung eines verzinkten, mit einem Polymer beschichteten
Stahlrohrs zu schaffen, mit welchem dünne Polymerschichten
mit guter Qualität erzielt werden. Weiterhin soll eine
Vorrichtung zur kontinuierlichen Beschichtung eines verzinkten Stahlrohrs mit
einem Polymer geschaffen werden.
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Der
verfahrensmäßige Teil der Aufgabe wird durch die
im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen
gelöst.
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Der
gegenständliche Teil der Aufgabe wird durch eine Vorrichtung
gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 9 gelöst.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 8. Vorteilhafte
Ausgestaltungen Weiterbildungen der erfindungsgemäßen
Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche 10 bis 17.
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Bei
der Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird in einem ersten Schritt nach der Beschichtung eines
Stahlrohrs mit Zink eine chrom-VI-freie Dünnschicht oder
eine Passivierungsschicht auf Basis dreiwertiger Chromverbindungen auf
die Zinkschicht aufgetragen wird. Das Verzinken erfolgt bevorzugt
galvanisch. Die Verwendung chrom-VI-freier Passivierungsschichten
erfüllt insbesondere die gesetzlichen Vorgaben beim Einsatz derart
beschichteter Stahlrohre im Automobilbereich. Zudem werden Gesundheitsrisiken
bei der Verarbeitung und auch beim Recycling reduziert.
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Nach
dem Auftragen der Passivierungsschicht auf Basis einer dreiwertigen
Chromverbindung auf die Zinkschicht erfolgt das elektrostatische Auftragen
eines Polymerpulvers auf diese Passivierungsschicht. Es ist möglich,
die Passivierungsschicht vor dem Aufbringen des Polymerpulvers mit einen
Primer zu beschichten. Durch diese Primer kann die Haftung des Polymers
auf dem Stahlrohr zusätzlich erhöht werden.
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Vorteilhafterweise
erfolgt nach der Beschichtung mit der dreiwertigen Chrompassivierungsschicht ein
Reinigungsschritt. Dazu wird das zu beschichtende Stahlrohr entweder
durch ein Reinigungsbad oder durch eine Flammeinheit geführt
wird, welche das Stahlrohr auf maximal 30° erwärmt.
Dadurch wird gleichzeitig die Oberfläche aktiviert und
die Partikel des Polymerpulvers können leichter an der
Oberfläche anhaften.
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Nach
der Pulverbeschichtung wird das Polymerpulver durch Wärmestrahlung
aufgeschmolzen und in einem Kühlbad abgekühlt
und verfestigt.
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Als
Polymerpulver können beispielsweise Epoxy-Pulver, Polyester-Pulver,
Polyamid-Pulver, Polyurethan-Pulver sowie eine Kombination der genannten
Polymerpulver eingesetzt werden. Unter einem Polymerpulver sind
Pulverlacke mit einem Festkörperanteil von 100% zu verstehen.
Derartige Polymerpulver bzw. Pulverlacke setzen sich aus Bindemitteln,
Additiven, Pigmenten und Farbstoffen sowie Füllstoffen
zusammen. Genauso wie Polymerpulver sich aus unterschiedlichen Stoffen
zusammensetzen, können auch Pulvergemische und so genannte Hybridpulver
zum Einsatz kommen. Ein Beispiel für einen Hybridpulverlack
ist eine Mischung von Epoxid- und Polyesterharzen.
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Die
elektrostatische Pulverbeschichtung erfolgt in einer sehr kompakten
Vorrichtung, welche bevorzugt auf einer verlagerbaren Plattform
angeordnet ist. In der Vorrichtung befindet sich eine Applikationseinheit.
Die Applikationseinheit weist mindestens ein Düsenpaar
auf, durch welches das Polymerpulver über Druckluft auf
die Umfangsseite des Rohrs geblasen wird. Dabei bewegen sich die
elektrostatisch aufgeladenen Partikel des Polymerpulvers im Wesentlichen
entlang der elektrostatischen Feldlinien, die ein Feld vor der Düsenöffnung
ausbilden. Die zwei Düsen eines Düsenpaars sind
zueinander diametral angeordnet, bezogen auf eine Längsachse des
zu beschichtenden Stahlrohrs. Für ein gutes Beschichtungsergebnis überlappen
sich die elektrostatischen Felder bzw. Wirkungsbereiche der sich
gegenüberstehenden Düsen. Das zu beschichtende Stahlrohr
wird durch diesen Überlappungsbereich transportiert.
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Vorteilhafterweise
sind die Düsenpaare um einen Winkel gegeneinander verdreht
angeordnet. Bei zwei Düsenpaaren beträgt dieser
Winkel vorzugsweise 90°. Dies gewährleistet eine
gleichmäßigere Verteilung des Pulvers entlang
der Umfangsseite und führt zu geringeren Abweichungen der Schichtdicke.
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Um
zu vermeiden, dass sich die elektrostatischen Felder einander benachbarter
Düsenpaare überlagern, was die Gleichmäßigkeit
der Beschichtung beeinträchtigen kann, wird in Längsrichtung
des Stahlrohrs ein Mindestabstand von 20 cm zwischen den Düsenpaaren
eingehalten. Dadurch ist die Länge der Applikationseinheit
sehr gering und vorzugsweise nicht größer als
1 m.
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An
diese Applikationseinheit schließt sich eine Aufschmelzeinheit
an. In dieser Aufschmelzeinheit wird das Polymerpulver durch Wärmestrahlung aufgeschmolzen
und vernetzt.
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In
der erfindungsgemäßen Vorrichtung geschieht dies
vorzugsweise durch Nahinfrarotstrahlung bei einer Temperatur zwischen
160 bis 300°C. Dabei ist die Temperatur abhängig
von der Art des eingesetzten Polymerpulvers. Das vollständige
Aufschmelzen des Polymerpulvers erfolgt innerhalb eines sehr kurzen
Zeitraums und insbesondere innerhalb von höchstens 10 Sekunden.
Vorzugsweise erfolgt das Aufschmelzen innerhalb von 3 bis 6 Sekunden.
Die genaue Zeitdauer hängt einerseits von der Strahlungsintensität
der Nahinfrarotquelle bzw. der Temperatur in der Aufschmelzeinheit
ab. Andererseits ist die Zeitdauer abhängig von dem verwendeten
Polymerpulver, der Schichtdicke und der Vorschubgeschwindigkeit,
mit welcher die Stahlrohre durch die Applikationseinheit und damit
auch durch die Aufschmelzeinheit geführt werden.
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Zum
Pulverbeschichten ist es zwingend notwendig, das aufgetragene Polymerpulver
vollständig aufzuschmelzen und zudem auch noch die Außenseite
des Basiswerkstoffs, d. h. des verzinkten Stahlrohrs zu erwärmen.
Es ist nicht notwendig, das Stahlrohr über seine gesamte
Wandstärke durchzuwärmen. Daher kann das Aufschmelzen
auf Grund der hohen Strahlungsintensität bzw. des hohen
Wärmestroms innerhalb sehr kurzer Zeit erfolgen, wodurch relativ
hohe Durchlaufgeschwindigkeiten realisiert werden können.
Dies wirkt sich positiv auf die Produktionsleistung und damit die
Wirtschaftlichkeit dieses Verfahrens aus.
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Versuche
haben gezeigt, dass sich die (wirtschaftlich) besten Ergebnisse
dann erzielen lassen, wenn das Polymerpulver zwischen 3 und 6 Sekunden einer
Wärmestrahlung ausgesetzt ist, und zwar bei Temperaturen
in einem Bereich von 160 bis 300°C. Die genaue Einstellung
der Parameter ist schwierig, da beispielsweise eine Temperatur von
300°C in der Regel weit über dem Temperaturbereich
liegt, den ein Hersteller zur Anwendung bei einem Standardpulver angibt.
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Bei
einer Standardpulverbeschichtung würde das aufgetragene
Polymerpulver z. B. bei einer Temperatur von 160°C bei
einer Haltedauer von 15 Minuten aushärtet. Haltezeiten
von 15 Minuten sind für Durchlaufverfahren in keiner Weise
realistisch. Das ist auch der Grund, warum bislang von einem kontinuierlichen
Pulverbeschichten bei Rohren abgesehen worden ist.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren werden nunmehr
wesentlich höhere Temperaturen gefahren, beispielsweise
260°C in einem Zeitraum von 4 Sekunden bei einer Vorschubgeschwindigkeit
von 15 m/Minute. Bemerkenswert ist hierbei, dass der Absorptionsgrad
des Pulvers, d. h. die Fähigkeit, Wärme aufzunehmen,
zwar Einfluss auf den Erschmelzungsprozess hat, dieser Einfluss
allerdings geringer ausfällt, als ursprünglich
erwartet. Beispielsweise wurde festgestellt, dass auch ein weißes
Polymerpulver bei einer geringen Vorschubgeschwindigkeit von 10
m/Minute innerhalb von 6 Sekunden vollständig erwärmt
werden kann und anschließend zuverlässig aushärtet.
Grundsätzlich ist jedoch festzustellen, dass sich Polymerpulver
mit dunklen Farben bzw. dunkler Pigmentierung auf Grund des zur Schwärzung
eingesetzten Rußanteils von 0,5 bis 1% eher eignen, durch
kurzwellige Wärmestrahlung aufgeschmolzen zu werden als
Polymerpulver, die keinen Ruß enthalten. Es kommt also
darauf an, wie hoch die Infrarotabsorption der Füllstoffe,
Bindemittel und Pigmente der Polymerpulverzusammensetzung ist.
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Nach
dem Aufschmelzen durch Nahinfrarotstrahlung gelangt der mit aufgeschmolzenem
Polymerpulver beschichtete Abschnitt des Stahlrohrs in ein Kühlbad.
Die Polymerschicht auf der Umfangsseite des Stahlrohrs erstarrt
sehr schnell nach dem ersten Kontakt mit dem im Kühlbad
befindlichen Kühlwasser.
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In
der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Polymerbeschichtung
können Stahlrohre mit verschiedenen Durchmessern beschichtet
werden. So ist es beispielsweise möglich, auf einem Coil
aufgewickelte Stahlrohre mit Außendurchmessern zwischen
4 mm und 10 mm zu beschichten. Dazu wird das Stahlrohr von dem Coil
abgewickelt und kontinuierlich durch die erfindungsgemäße
Vorrichtung transportiert. Das Stahlrohr wird dabei durch Trägerrollen
unterstützt und geführt.
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Bei
Stahlrohren mit sehr kleinen Außendurchmessern ist eine
beliebige Positionierung bzw. Beabstandung der Trägerrollen
nicht möglich, da ein Abstützen des Stahlrohrs
während der Pulverbeschichtung und dem sich anschließenden
Aufschmelzen eine gleichmäßige Polymerbeschichtung verhindern
würde. Allerdings kann bei einem horizontal geführten
Stahlrohr ein Durchbiegen beim Überschreiten bestimmter
Abstände der Trägerrollen nicht verhindert werden.
Ferner besteht das Risiko, dass ein freitragender Abschnitt eines
Stahlrohrs zu schwingen beginnt, was sich ebenfalls auf die Gleichmäßigkeit
der Polymerbeschichtung auswirken kann. Deshalb ist man bestrebt,
den Bereich, in welchem das Stahlrohr nicht unterstützt
wird, so kurz wie möglich zu halten.
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Um
dies zu erreichen, ist eine erste Trägerrolle direkt am
Eingang der Applikationseinheit angeordnet. Die Applikationseinheit
und die Aufschmelzeinheit weisen keine Trägerrollen auf,
so dass die noch unverfestigte Polymerschicht auf der Umfangsseite
des Rohrs nicht verletzt wird. Erst wenn die Polymerschicht fest
genug ist, was bereits unmittelbar nach dem Eintritt des beschichteten
Stahlrohrs in das Kühlbad der Fall ist, kann eine weitere
Trägerrolle vorgesehen sein. Daher befindet sich die zweite
Trägerrolle auch nicht erst im Anschluss an das Kühlbad, sondern
vorzugsweise bereits im Kühlbad und dort vorzugsweise im
Bereich des ersten Drittels der Kühlstrecke. Der Abstand
zwischen der ersten und zweiten Trägerrolle soll so gering
wie möglich sein, um ein Durchbiegen und Schwingen des
Stahlrohrs selbst bei geringen Außendurchmessern so weit
wie möglich zu vermeiden.
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Bei
Stahlrohren mit einem Außendurchmesser von 4 mm beträgt
eine kritische freitragende Länge etwa 3,5 m. Dies bedeutet
für den Aufbau der Vorrichtung, dass der Abstand zwischen
der Trägerrolle vor der Applikationseinheit und der Trägerrolle
im Kühlbad 3,5 m betragen kann. Mit zunehmendem Außendurchmesser
können theoretisch auch größere Abstände
zwischen den Trägerrollen realisiert werden, allerdings
ist eine solche Vorrichtung nicht mehr so universell einsetzbar
und wäre somit auf Stahlrohre mit größeren
Außendurchmessern beschränkt.
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Wenn
zwei Düsenpaare zur Pulverbeschichtung eingesetzt werden,
weist die Applikationseinheit, unter Beachtung eines Mindestabstandes
zwischen den Düsenpaaren, in etwa eine Länge von
1 m auf. Die erste Trägerrolle ist direkt vor der Applikationseinheit
angeordnet und die darauf folgende Trägerrolle im ersten
Drittel der Kühleinheit. Bei einer freitragenden Länge
von etwa 3,5 m, kann die Aufschmelzeinheit also eine maximale Länge
von etwa 2 m aufweisen. Somit ergibt sich im Vergleich zu Gestellbeschichtungsanlagen
eine kurzbauende und kompakte Vorrichtung, welche alle zur Pulverbeschichtung
notwendigen Einheiten enthält.
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Die
Länge der Aufschmelzeinheit und die dort herrschenden Temperaturen
bestimmen auch die Vorschubgeschwindigkeit, mit welcher das Stahlrohr
durch die Vorrichtung geführt werden kann. Da innerhalb
der Aufschmelzeinheit relativ hohe Temperaturen herrschen, reicht
eine Haltezeit während des Aufschmelzens von 3 bis 6 Sekunden
aus, um das Polymer aufzuschmelzen. Bezogen auf die Länge der
Aufschmelzeinheit können somit Vorschubgeschwindigkeiten
von bis zu 15 m/Minute erzielt werden. Eine Erhöhung der
Vorschubgeschwindigkeit würde dazu führen, dass
auch die Aufschmelzeinheit in ihrer Länge vergrößert
werden würde. Dadurch würde sich die notwendige
freitragende Länge eines zu beschichtenden Stahlrohrs ebenfalls
erhöhen. Dies wiederum schließt Stahlrohre mit
geringen Außendurchmessern aus. Für Stahlrohre
mit größeren Außendurchmessern wäre
eine solche Ausgestaltung jedoch denkbar.
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Neben
der Pulverbeschichtung endloser Stahlrohre ist es auch möglich
Abschnitte von Stahlrohren mit einem größeren
Außendurchmesser, beispielsweise 10 mm bis 50 mm, zu beschichten.
Rohre dieses Außendurchmessers können nicht mehr von
einem Coil abgewickelt werden. Sie sind auf bestimmte Längen
zugeschnitten, beispielsweise 6 m. Es ist vorgesehen, die Enden
der Stahlrohre über formschlüssige Verbindungsstücke
so miteinander zu verbinden, dass sie einen durchgängigen
Rohrstrang bilden, welcher kontinuierlich durch die Vorrichtung
transportiert wird.
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Über
die Verbindungsstücke stützen sich die Rohrenden
während der Pulverbeschichtung gegenseitig ab. Das ist
wichtig, da beispielsweise bei einer freitragenden Länge
von 3,5 m und einer Länge des Stahlrohrs von 6 m nur 2,5
m des Stahlrohrs auf Tragrollen abgestützt sind. Über
die Verbindungsstücke kann sichergestellt werden, dass
nicht nur die mittleren Bereiche eines Stahlrohrs, sondern auch
die Enden der Stahlrohre zwischen den Düsenpaaren hindurchgeführt
werden können, so dass eine sehr gleichmäßige
Pulverbeschichtung gewährleistet werden kann.
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Zur
Pulverbeschichtung von Stahlrohren unterschiedlicher Durchmesser
kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auf einer
Plattform montiert sein und von einer Fertigungsstrecke auf eine
andere Fertigungsstrecke verlagert werden. Dies lässt sich
beispielsweise über Schienen realisieren. Aufgrund der geringen
Abmessungen der Vorrichtung im Vergleich mit herkömmlichen
großen Anlagen, ist diese flexibler und kann ohne großen
Aufwand von einer Fertigungsstrecke zur Beschichtung von Stahlrohren
mit kleinem Außendurchmesser auf eine Fertigungsstrecke
zur Beschichtung von Stahlrohren mit großem Außendurchmesser
verlagert werden. Beispielsweise kann auf einer Fertigungsstrecke
ein Stahlrohr von einem Coil abgewickelt werden, während
auf einer benachbarten Fertigungsstrecke abgelängte Stahlrohre
größeren Durchmessers beschichtet werden. Die
erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich für beide
Durchmesser, so dass der apparative Aufwand erheblich reduziert
werden kann.
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Nach
der Pulverbeschichtung des aus einzelnen Stahlrohren zusammengesetzten
Stahlrohrstranges kann dieser wieder in einzelne Abschnitte zerlegt
werden. Ein Reinigungsschritt entfällt hier, da die offenen
Rohrenden während der Pulverbeschichtung über
die Verbindungsstücke verschlossen sind.
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Ein
Vorteil des Pulverbeschichtens von Endlos-Stahlrohren durch Abwicklung
von einem Coil sowie eines zusammen gesetzten Stahlrohrstranges liegt
unter anderem darin, dass das Innere des Stahlrohrs frei von Verschmutzungen
gehalten werden kann. So können bei entsprechender Abdichtung
beispielsweise bei der Reinigung keine aggressiven entfettenden
Substanzen ins Innere des Stahlrohres gelangen und das Material
angreifen. Ebenso gelangt kein Korrosion verursachendes Kühlwasser
in das Stahlrohr. Ein zusätzlicher Reinigungsschritt nach der
Pulverbeschichtung ist somit nicht mehr notwendig.
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Ein
wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist, dass durch das direkte Aufeinanderfolgen der Applikations-,
der Aufschmelz- und der Kühleinheit kontinuierlicher Vorschub
ermöglicht wird, ohne Warte- oder Transportzeiten zwischen
den einzelnen Einheiten.
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Die
mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung herstellbaren
Schichtdicken liegen beispielsweise zwischen 35 μm und
50 μm mit einer maximalen Toleranz von 15 μm.
Ebenso gut können mit dieser Vorrichtung auch dickere Schichten
erzeugt werden. Im Vergleich hierzu weisen die mittels Extrudieren
hergestellten Polymerschichten Dicken ab 120 μm aufwärts
mit Toleranzen von etwa 50 μm auf.
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Es
können also mittels der erfindungsgemäßen
Vorrichtung mit hoher Präzision Pulverbeschichtungen aufgetragen
werden. Die dabei erzielbaren Werte für Schichtdicken und
Toleranzen sind wesentlich geringer, als die mittels des Extrudierens
erreichbaren Schichtdicken und Toleranzen.
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Ein
weiterer wichtiger Aspekt ist die Variabilität des erfindungsgemäßen
Verfahrens. Während beim Extrudieren von Polymerschichten
speziell kalibrierte Werkzeuge für die einzelnen Rohrdurchmesser
vorgesehen sein müssen, können beim Pulverbeschichten
Rohre unterschiedlicher Durchmesser bearbeitet werden, ohne dass
die erfindungsgemäße Vorrichtung aufwändig
umgerüstet werden müsste. Mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren ist es möglich, Mindestschichtdicken von 20 μm
zu garantieren. Da eine Schichtdicke von 20 μm nicht unterschritten werden
kann, da in diesem Fall der Korrosionswiderstand nicht mehr im gewünschten
Umfang gegeben ist, wird unter Berücksichtigung der Fertigungstoleranzen
die Nenndicke etwas höher gewählt. In einem ersten
Dickenbereich soll die Maximaldicke allerdings nicht größer
als 35 μm sein. In einem zweiten Dickenbereich soll eine
maximale Schichtdicke von 50 μm nicht überschritten
werden. Bei einer Zielschichtdicke von 50 μm soll die Toleranz
nicht größer als 20 μm sein. Im Vergleich
hierzu beträgt die Schichtdickenvarianz beim Gestellbeschichten
bezogen auf eine Sollschichtdicke von 70 bis 100 μm etwa 30
bis 50 μm. Mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren können somit erhebliche geringere Fertigungstoleranzen
und daher auch ein geringerer Materialauftrag realisiert werden.
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Die
Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ermöglicht es Endlos-Stahlrohre von einem Coil
sowie Stahlrohre in einem Stahlrohrstrang mit einer Polymerschicht
durch Pulverbeschichten zu versehen. Der besondere Vorteil dieser
Vorrichtung liegt darin, dass sie im Gegensatz zu herkömmlichen
Großanlagen kurzbauend ist und auf Grund dessen flexibel
in Fertigungsstrecken eingegliedert werden kann. Die Einheiten zur
Pulverbeschichtung schließen sich direkt aneinander an,
so dass keine zusätzlichen Beförderungswege und
-zeiten anfallen. Ebenso sind keine zusätzlichen Arbeitsschritte
hierzu notwendig, da das Stahlrohr in der Vorrichtung kontinuierlich
von einer Einheit zur nächsten transportiert wird.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße
Vorrichtung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungemäßen
Vorrichtung auf zwei Fertigungsstrecken;
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2 eine
schematische Darstellung der Verbindung zwischen zwei Stahlrohrabschnitten;
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3 eine
Frontalansicht einer Anordnung von zwei Düsenpaaren um
ein Stahlrohr;
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4 eine
Seitenansicht von 3 und
-
5 eine
Schnittdarstellung des beschichteten Stahlrohrs.
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1 zeigt
eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur
Polymerbeschichtung, welche auf einer nicht näher dargestellten
Plattform angeordnet ist. Eine Fertigungsstrecke A dient der Pulverbeschichtung
von auf einen Coil 2 aufgewickelten Stahlrohren 3.
Dieses sehr lange Stahlrohr 3 wird abgewickelt und über
Trägerrollen 4 horizontal durch die Vorrichtung 1 transportiert.
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Weiterhin
können auch vereinzelte Stahlrohre 6, die einen
größeren Außendurchmesser aufweisen,
in dieser Vorrichtung 1 Pulver beschichtet werden. Das
erfolgt auf der parallel verlaufenden Fertigungsstrecke B.
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Um
die vereinzelten Stahlrohre 6 kontinuierlich durch die
Vorrichtung 1 transportieren zu können, werden
diese an ihren Rohrenden 7, 8 über Verbindungsstücke 9 miteinander
zu einem Rohrstrang 10 verbunden (2). Das
hat den Vorteil, dass sich die Stahlrohre 6 gegenseitig
abstützen und während der Beschichtung nicht verkippen.
Außerdem kann der Innenraum 11 des Rohrstrangs
und damit der Stahlrohre 3, 10 frei von Verschmutzungen
gehalten werden.
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Die
Plattform mit der Vorrichtung 1 ist von der Fertigungsstrecke
A auf die andere Fertigungsstrecke B verlagerbar. Dies kann beispielsweise,
wie in 1 rein schematisch dargestellt, über
Schienen 12 erfolgen.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung 1 weist drei
aufeinander folgende Einheiten 13, 14, 15 auf. Die
erste Einheit ist die Applikationseinheit 13. In der hier
dargestellten Ausführung der Applikationseinheit 13 befinden
sich zwei Düsenpaare 16, 17 (3, 4).
Die Düsen 18, 19 eines Düsenpaares 16 sind zueinander
diametral angeordnet, bezogen auf die Längsachse R des
zu beschichtenden Stahlrohrs 3.
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Die
Düsenpaare 16, 17 sind zueinander um einen
Winkel α versetzt angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel
beträgt der Winkel α 90°. Dadurch wird
eine homogenere Beschichtung der Umfangsseite 20 des Stahlrohrs 3 erzielt.
Durch einen Abstand L2 von ca. 20 cm zwischen den Düsenpaaren 16, 17 wird
sichergestellt, dass sich die Feldlinien der elektrostatischen Felder 21 nicht
zu stark überlagern. Dadurch wird verhindert, dass sich
die Partikel des Polymerpulvers in den Überlagerungsbereichen
vermehrt anlagern und eine ungleichmäßige Beschichtung
entsteht.
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An
die Applikationseinheit 13 schließt sich eine
Aufschmelzeinheit 14 an. In der Aufschmelzeinheit 14 ist
eine Nahinfrarotquelle angeordnet, welche das umfangsseitig des
Stahlrohrs 3, 10 angelagerte Polymerpulver aufschmilzt.
Dadurch entsteht aus den Partikeln des Polymerpulvers eine zusammenhängende
Polymerschicht auf der Umfangsseite 20 des Stahlrohrs 3, 10.
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Während
das Stahlrohr die Applikationseinheit 14 und die Aufschmelzeinheit 15 durchläuft
wird es nicht gestützt, da dies die Pulverbeschichtung
beschädigen würde. Um die ungestützte
bzw. freitragende Länge L1 so kurz wie möglich
zu halten, ist die letzte Trägerrolle 5 vor der
Pulverbeschichtung direkt vor der Applikationseinheit 13 angeordnet.
Die erste Trägerrolle 23 nach der Pulverbeschichtung
befindet sich im ersten Drittel der sich an die Aufschmelzeinheit 14 anschließenden
Kühleinheit 15.
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Nachdem
das mit Polymer beschichtete Stahlrohr 3, 10 die
Kühleinheit 15 erreicht hat, erstarrt die Polymerschmelze
beim ersten Kontakt mit dem Kühlwasser. Ab diesem Punkt
kann das beschichtete Stahlrohr 3, 10 wieder durch
eine Trägerrolle 23 unterstützt werden,
ohne dass die Pulverbeschichtung beschädigt wird. Die Kühleinheit 15 ist
hierbei in Form eines Wasserkastens ausgeführt.
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Sobald
das beschichtete Endlos-Stahlrohr 3 die Vorrichtung 1 verlässt
kann es z. B. wieder auf ein Coil aufgewickelt oder je nach Einsatzbereich
weiterverarbeitet werden.
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Die
zu einem Stahlrohrstrang 10 zusammengesetzten Stahlrohre 6 können
wieder voneinander separiert werden.
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5 zeigt
den schematischen Schichtaufbau nach der Beschichtung gemäß dem
erfindungsgemäßen Verfahren. Auf das Stahlrohr 24 wird
in einem ersten Schritt eine Zinkschicht 25 aufgebracht. Dies
kann beispielsweise galvanisch erfolgen. Anschließend wird
auf die Zinkschicht 25 eine chrom-VI-freie Passivierungsschicht 26 aufgebracht. Auf
diese Passivierungsschicht 26 wird in der erfindungsgemäßen
Vorrichtung eine Polymerbeschichtung 27 aufgebracht. Zur
zusätzlichen Steigerung der Haftung kann auf die Passivierungsschicht 26 eine Haftvermittlerschicht
aufgebracht sein.
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Coil
- 3
- Endlos-Stahlrohr
- 4
- Trägerrolle
- 5
- Trägerrolle
- 6
- Stahlrohr
- 7
- Rohrende
- 8
- Rohrende
- 9
- Verbindungsstück
- 10
- Stahlrohrstrang
- 11
- Innenraum
- 12
- Schiene
- 13
- Applikationseinheit
- 14
- Aufschmelzeinheit
- 15
- Kühleinheit
- 16
- Düsenpaar
- 17
- Düsenpaar
- 18
- Düse
- 19
- Düse
- 20
- Umfangsseite
- 21
- elektrostatisches
Feld
- 22
- Überlagerungsbereich
- 23
- Trägerrolle
- 24
- Stahlrohr
- 25
- Zinkschicht
- 26
- Chrom-VI-freie
Passivierung
- 27
- Polymerbeschichtung
- A
- Fertigungsstrecke
- B
- Fertigungsstrecke
- L1
- freitragende
Länge
- L2
- Abstand
- R
- Längsachse
- α
- Winkel
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Richtlinie
des Europäischen Parlaments [0002]