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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftragen wenigstens eines
antikorrosiven, flüssigen, Metallpartikel
enthaltenden Beschichtungsmittels auf ein Werkstück sowie eine Vorrichtung hierfür.
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Ein
wirksamer Korrosionsschutz für
metallische Oberflächen
von Werkstücken
stellt eine der wichtigsten Voraussetzungen für eine langfristige Verwendbarkeit
derselben dar. Typische Beispiele solcher Werkstücke sind Schrauben, Bolzen,
Muttern, Unterlegscheiben, Scharnierteile, Federn, aber auch größere Teile
wie Gehäuseteile
oder Stahlträger.
Eine Oberfläche
gilt in diesem Fall als metallisch, wenn sie aus einem Metall bzw.
einer Legierung besteht. Mögliche
Metalle sind hierbei insbesondere Eisen, Zink, Mangan, Kupfer, Chrom
sowie Titan, die alleine oder gemeinsam innerhalb einer Legierung
vorliegen können.
Wie dem Fachmann bekannt ist, können
Legierungen auch Halbmetalle oder Nichtmetalle, wie Kohlenstoff
oder Silizium, enthalten.
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Eine
Möglichkeit,
um einen Korrosionsschutz für
solche metallischen Oberflächen
zu realisieren, die im Stand der Technik weit verbreitet ist, ist
das Auftragen eines antikorrosiven, Metallpartikel enthaltenden
Beschichtungsmittels auf das Werkstück. Die Metallpartikel stellen
hierbei einen anodischen und/oder kathodischen Korrosionsschutz
für das
darunterliegende Werkstück
bereit.
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Die
enthaltenen Metallpartikel können
verschiedenster Art sein. Diese können insbesondere aus Zink,
Aluminium, Zinn, Magnesium, Nickel, Kobalt, Mangan, Titan oder Legierungen
derselben bestehen. Es ist auch denkbar, Partikel verschiedener Metalle
oder Legierungen zu mischen. Die Partikel können in Form von Plättchen,
Körnern,
Staub oder einer Kombination hieraus vorliegen. Als besonders vorteilhaft
haben sich Zinkplättchen
oder Zinklegierungsplättchen
erwiesen.
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Beschichtungsmittel
der genannten Art enthalten typischerweise neben Metallpartikeln
wenigstens ein Bindemittel sowie Wasser und/oder organische Lösemittel.
Das Bindemittel dient dazu, nach einem Aushärtungsprozess einen festen,
widerstandsfähigen
Beschichtungsfilm auszubilden, in den die Metallpartikel eingebunden
sind. Das Bindemittel kann anfangs flüssig oder fest vorliegen. Wasser
sowie organische Lösemittel
(Hierzu zählen
z. B. Testbenzin, niedermolekulare Alkohole, Ketone, Aceton, Acetate,
Glykole sowie Glykolether) dienen vornehmlich dazu, das Beschichtungsmittel
gut verarbeitbar zu machen, so dass eine Applikation durch Streichen,
Sprühen
oder dergleichen möglich
ist. Daneben kommt es mitunter auch zu Reaktionen zwischen dem Bindemittel
und Wasser, die für
den Aushärtungsprozess
entscheidend sind.
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Zu
den typischen Bindemitteln zählen
Silane, insbesondere organofunktionale Silane, z. B. γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilan.
Neben Silanen eignen sich auch Siloxane, wie z. B. Methyloxypolysiloxan oder
Silikate, wie z. B. Alkalisilikate oder Alkylsilikate. Des Weiteren
kommen Bindemittel auf Basis von Titanaten oder Zirkonaten in Frage,
ebenso wie Chrom-VI-Verbindungen,
die z. B. in Form von Salzen wie Ammonium- oder Alkalichromaten
zugegeben werden können.
Es eignen sich auch Mischungen der genannten Bindemittel, so z.
B. von Silanen und Titanaten, die beim Aushärten ein gemeinsames Polymer
bilden können.
Des Weiteren können
organische Bindemittel wie Epoxide, Urethane, Acrylate, (z. B. Methylmethacrylat)
und/oder Polyester als organische Copolymere in Verbindung mit den
oben genannten anorganischen Bindemitteln eingesetzt werden.
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Darüber hinaus
ist im Stand der Technik eine Vielzahl von Additiven bekannt, mit
denen die Eigenschaften des flüssigen
Beschichtungsmittels oder des ausgehärteten Beschichtungsfilms eingestellt werden.
Hierzu zählen
Antikorrosionsadditive (z. B. Alkali-, Erdalkali- oder Seltenerdsalze
sowie Phosphate), Verdickungsmittel (z. B. Methylzellulose, Magnesiumsilikat
oder Xanthangummi), Schmiermittel (z. B. Polytetrafluorethylen,
Polyvinylidenfluorid, Molybdänsulfid,
Bornitrid, Graphit oder Carnaubawachs), Tenside, Entschäumungsmittel
oder Biozide.
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Ein
solches Beschichtungsmittel wird typischerweise in flüssiger Form
auf das Werkstück aufgebracht
und nach einem Trocknungsprozess in einem weiteren Verfahrensschritt
ausgehärtet.
Für viele
Anwendungen ist eine einschichtige Beschichtung allerdings unzureichend.
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Die
gleichzeitige Beschichtung von mehreren kleinen Werkstücken (Massenkleinteilen)
erfolgt in der Regel in einem Korb, der in ein Bad mit flüssigem Beschichtungsmittel
getaucht wird. Dabei können
Kontaktstellen zwischen den Werkstücken eine vollständige Beschichtung
verhindern. In gleicher Weise können
sich bei Werkstücken,
die in einem Gestell in ein Beschichtungsbad eingebracht werden (Gestellware)
Kontaktstellen mit dem Gestell ergeben. Auch diese nicht beschichteten
Kontaktstellen können
u. U. eine zweite Schicht eines Beschichtungsmittels erforderlich
machen.
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In
diesen Fällen
werden daher zwei Schichten nacheinander aufgetragen. Vor dem Aufbringen der
zweiten Schicht wird die erste Schicht getrocknet. Bei diesem Trocknungsprozess
verdampfen flüssige Komponenten
des Beschichtungsmittels, wie z. B. Wasser oder organische Lösemittel
mindestens teilweise, oft überwiegend
oder vollständig.
Auf diese wenigstens überwiegend
feste Schicht wird eine zweite Schicht flüssigen Beschichtungsmittels
aufgebracht, die anschließend
ebenfalls getrocknet wird.
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Beim
anschließenden
Aushärten
reagiert im Beschichtungsmittel enthaltenes Bindemittel, oftmals durch
Vernetzung bzw. Polymerisation, zu einem harten, widerstandsfähigen Beschichtungsfilm.
Zwar härten
bestimmte Beschichtungsmittel auch unter Normalbedingungen ohne
Weiteres aus. Allerdings kann das Aushärten insbesondere durch hohe
Temperaturen zwischen 120°C
und 350°C
wesentlich beschleunigt werden oder wird sogar hierdurch erst ermöglicht.
Auch Strahlung, insbesondere Infrarot- und/oder UV-Strahlung kann
zur Beschleunigung des Aushärtens
beitragen. Ein thermisches Aushärten kann
in einem Ofen, der elektrisch oder mittels Verbrennung beheizt wird,
erfolgen. Insbesondere Konvektionsöfen sind geeignet.
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Bei
Verfahren nach dem Stand der Technik wird die erste Schicht getrocknet
und ausgehärtet, bevor
die zweite Schicht aufgetragen, getrocknet und ausgehärtet wird.
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In
diesem Verfahrensablauf stellen die Trocknungs- bzw. Härtungsvorgänge einen
Kapazitäts-Engpass
dar. Es ist Aufgabe der Erfindung, diesen Engpass aufzuheben.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung
nach einem der Ansprüche
12 oder 13.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Auftragen wenigstens eines antikorrosiven, flüssigen,
Metallpartikel enthaltenden Beschichtungsmittels auf ein Werkstück wird
zunächst
eine erste Schicht eines Beschichtungsmittels auf das Werkstück aufgetragen.
Hier wie auch im Folgenden bezieht sich der Begriff Beschichtungsmittel,
falls nicht explizit anders angegeben, stets auf antikorrosive, Metallpartikel
enthaltende Beschichtungsmittel, die in flüssigem Zustand aufgetragen
werden. Für
diese Beschichtungsmittel ist auch die Bezeichnung Basecoat verbreitet.
Das Beschichtungsmittel kann hierbei sämtliche Komponenten enthalten,
die aus dem Stand der Technik bekannt sind. Die obige Aufzählung möglicher
Komponenten ist diesbezüglich
nicht als abschließend
oder beschränkend
anzusehen.
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Werkstücke, die
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
beschichtet werden können,
weisen in der Regel eine metallische Oberfläche auf, da die oben beschriebenen
Beschichtungsmittel hierfür ausgelegt
sind. Hierbei ist es möglich,
dass das Werkstück
nur eine metallische Oberfläche
aufweist, oder aber insgesamt metallisch ist. Eine Anwendung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
auf nichtmetallische Oberflächen
ist allerdings grundsätzlich
auch möglich.
Bevorzugt werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Massenkleinteile
wie Schrauben, Bolzen, Muttern etc. beschichtet. Das Verfahren eignet
sich aber ebenfalls gut für
größere Werkstücke wie
Gestellware.
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Nach
dem Auftragen der ersten Schicht erfolgt ein Auftragen einer zweiten
Schicht eines Beschichtungsmittels auf die erste Schicht. Hierbei
wird die erste Schicht jedoch – entgegen
dem Stand der Technik – vor
dem Auftragen der zweiten Schicht nicht ausgehärtet. Vielmehr wird die zweite
Schicht aufgetragen, während
die erste Schicht noch auszuhärten
ist, d. h. sie wird auf die noch nicht ausgehärtete erste Schicht aufgetragen.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die erste Schicht
auch ohne vorher durchgeführtes
Aushärten
eine hinreichend gute Kohäsion besitzt
und ausreichende Haftung am Werkstück zeigt. Auch dieser nicht
ausgehärtete
Beschichtungsfilm kann als Basis für den Auftrag einer weiteren Schicht
dienen.
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Wie
bereits erwähnt,
kann es besonders bei Massenkleinteilen vorkommen, dass durch Anliegen der
Werkstücke
aneinander Teilbereiche der Oberfläche des Werkstücks beim
Auftragen der ersten Schicht nicht erreicht werden. An diesen Stellen
erfolgt ggf. das Aufbringen der zweiten Schicht unmittelbar auf
das Werkstück
und nicht auf die erste Schicht. Die Formulierung „auf die
erste Schicht” schließt diese
Fälle im
Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung explizit mit ein. Auch
ist es möglich,
dass die erste Schicht planmäßig nur
abschnittsweise auf das Werkstück
bzw. die zweite Schicht planmäßig nur
abschnittsweise auf die erste Schicht aufgetragen wird.
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Durch
das erfindungsgemäße Verfahren
ergeben sich entscheidende Vorteile. So führt das Verfahren zu wesentlichen
Energieeinsparungen. Typischerweise wird das Aushärten, wie
weiter bereits oben erläutert
wurde, unter Erwärmung
des aufgetragenen Beschichtungsmittels durchgeführt. Da das Beschichtungsmittel
allerdings mit dem Werkstück
in thermischem Kontakt steht, ist auch eine – wenigstens teilweise – Erwärmung des
Werkstücks
unumgänglich.
Erfolgt ein thermisch unterstütztes
Aushärten
der ersten Schicht sowie der zweiten Schicht separat, ist die Energie
zur Erwärmung
des Werkstücks zweimal
aufzuwenden, da das Werkstück
in der Zwischenzeit unweigerlich auskühlt, bzw. auskühlen muss,
um den zweiten Beschichtungsschritt zu erlauben. Bedenkt man, dass
typischerweise Werkstücke aus
Metall beschichtet werden, die eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzen und deren
Wärmekapazität diejenige
der (nur Bruchteile von Millimetern dünnen) Beschichtungen deutlich übersteigt,
so wird deutlich, welche Energieersparnis sich ergibt, wenn zwei
Aushärtevorgänge durch
einen ersetzt werden. Angesichts steigender Energiepreise ist dies
nicht nur ein ökologischer,
sondern auch ein wesentlicher ökonomischer
Vorteil.
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Daneben
ergeben sich auch Zeitersparnisse. Da das separate Aushärten der
ersten Schicht wegfällt,
werden im Beschichtungsprozess mehrere Minuten Zeit eingespart.
Bedenkt man, dass die Aushärtung
einen wesentlichen zeitlichen Anteil am gesamten Beschichtungsprozess
hat, lässt
sich u. U. ein Viertel oder mehr der gesamten Prozessdauer einsparen.
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Es
liegt daher auf der Hand, dass das erfindungsgemäße Verfahren Zeit, Energie
und Kosten einspart.
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In
einer ersten Variante des Verfahrens wird erste Schicht vor dem
Auftragen der zweiten Schicht getrocknet. Wie bereits dargelegt,
werden hierbei flüchtige
Bestandteile des Beschichtungsmittels verdampft. Es erfolgt allerdings
keine Aushärtung,
wie z. B. durch Polymerisation. Eine spätere Aushärtung, die normalerweise mit
erheblichem Energie- und Zeitaufwand verbunden ist, kann hierbei
für beide Schichten
gleichzeitig erfolgen.
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Der
Trocknungsprozess für
die erste Schicht wird hierbei bevorzugt sowohl hinsichtlich der
Dauer als auch der eingesetzten Temperaturen auf ein notwendiges
Minimum beschränkt.
Vorteilhaft beträgt die
Dauer hierbei höchstens
5 Minuten, bevorzugt höchstens
1 Minute, besonders bevorzugt höchstens 30
Sekunden. In der Regel beträgt
die Mindesttrocknungsdauer 3 Sekunden. Die Temperatur liegt vorteilhaft
bei höchstens
100°C, bevorzugt
höchstens 80°C, besonders
bevorzugt höchstens
50°C. Wie dem
Fachmann bekannt ist, kann das Trocknen durch einen Luftstrom (z.
B. im Konvektionsofen) forciert werden. Es wird nicht unter Raumtemperatur durchgeführt.
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In
einer bevorzugten zweiten Variante des Verfahrens wird die erste
Schicht jedoch vor dem Auftragen der zweiten Schicht nicht getrocknet.
Vielmehr werden die erste Schicht und die zweite Schicht nach dem
Auftragen der zweiten Schicht getrocknet, d. h. die zweite Schicht
wird auf die noch nicht getrocknete erste Schicht aufgetragen. Es
hat sich hierbei gezeigt, dass die erste Schicht als flüssiger Film in
vielen Fällen
bereits eine gute Haftung am Werkstück zeigt, so dass ein Trocknen
vor dem Auftragen der zweiten Schicht nicht erforderlich ist.
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Hinzu
kommt, dass bei zahleichen Beschichtungsmitteln, insbesondere lösungsmittelhaltigen
Beschichtungsmitteln, durch gewissermaßen spontane, also nicht durch
aktive Trocknung herbeigeführte, Verflüchtigung
flüssiger
Bestandteile der Feststoffgehalt des Beschichtungsmittelfilms ansteigt.
Daher kann auch dieser nicht getrocknete Film als Basis für den Auftrag
einer weiteren Schicht dienen.
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Unter
die beschriebene zweite Variante fällt auch eine Verfahrensweise,
bei der beide Schichten ohne separat vorab durchgeführte Trocknung
unmittelbar thermisch ausgehärtet
werden. Eine derartige Aushärtung
bedingt aufgrund der angewendeten Temperaturen unweigerlich auch
ein Verdampfen flüchtiger
flüssiger
Bestandteile des Beschichtungsmittels, also eine Trocknung. Daher
wird in diesem Zusammenhang auch dieses Verfahren als Trocknen der
beiden Schichten bezeichnet, auch wenn hier verfahrenstechnisch
nicht zwischen einer Trocknung und einer Aushärtung zu unterscheiden ist.
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Bei
der genannten Variante ergeben sich weitere Vorteile. So lässt sich
der Energieaufwand weiter reduzieren. Typischerweise wird das Trocknen,
wie weiter unten noch erläutert
wird, unter Erwärmung
des aufgetragenen Beschichtungsmittels durchgeführt. Hierbei ist, wie beim
Aushärten,
eine Erwärmung
des Werkstücks
unumgänglich.
Auch hier ist daher die Energie zur Erwärmung des Werkstücks zweimal
aufzuwenden, wenn die beiden Schichten separat getrocknet werden.
Demgegenüber
ergibt sich eine wesentliche Energieersparnis, wenn zwei Trocknungsvorgänge durch
einen ersetzt werden. Wiederum lässt
sich der Zeitaufwand gegenüber
der ersten Variante verkürzen,
da das Trocknen der ersten Schicht wegfällt. Bedenkt man, dass Trocknungs-
und Aushärtungsdauer
mitunter in der gleichen Größenordnung
liegen, wird deutlich welcher Zeitvorteil sich hier ergibt.
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Bezüglich des
aufzutragenden Beschichtungsmittels sind wiederum zwei Varianten
des Verfahrens denkbar. In einer ersten Variante wird beim ersten
und beim zweiten Auftragen das gleiche Beschichtungsmittel aufgetragen.
In diesem Fall resultiert eine klassische zweischichtige Beschichtung, die
sich im Wesentlichen durch ihre Dicke von einer einschichtigen unterscheidet,
in ihrer Zusammensetzung allerdings homogen ist.
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In
einer zweiten Variante können
allerdings beim ersten und beim zweiten Auftragen unterschiedliche
Beschichtungsmittel aufgetragen werden. Die Unterschiedlichkeit
kann sich z. B. darauf beziehen, dass die erste Schicht mehr Metallpartikel enthält als die
zweite, oder das die zweite Schicht einen höheren Schmiermittelgehalt aufweist
als die erste Schicht. Diese zweite Variante eröffnet interessante Möglichkeiten,
Beschichtungsmittel mit unterschiedlichen Eigenschaften zu kombinieren.
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Das
Auftragen von Beschichtungsmittel kann entsprechend dem Stand der
Technik auf unterschiedliche Art erfolgen. Bevorzugt ist ein Auftragen durch
Tauchen, Gießen,
Sprühen
und/oder Spritzen. Eine Auftragen durch Sprühen hat beispielsweise den
Vorteil, dass hiermit ggf. eine Dosierung der aufgetragenen Menge
Beschichtungsmittel erreicht werden kann, während ein Auftragen durch Tauchen
besonders gut geeignet ist, um alle Bereiche eines Werkstücks, einschließlich Vertiefungen
und Hohlräume,
erreichen. Es ist möglich,
dass beide Schichten auf die gleiche Art oder aber auf unterschiedliche Arten
aufgetragen werden. Auch eine Anwendung verschiedener Methoden beim
Auftragen einer Schicht ist denkbar.
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Wird
die zweite Schicht Beschichtungsmittel durch Tauchen aufgetragen,
so kann dies, je nach Beschichtungsmittel, die Gefahr einer Rücklösung von
Bestandteilen der ersten Schicht bergen. Daher wird bevorzugt die
zweite Schicht durch Gießen, Sprühen und/oder
Spritzen aufgetragen. Diese Methoden sind besonders geeignet, die
erste Schicht nicht zu beeinträchtigen.
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Zwar
trocknen viele Beschichtungsmittel mit der Zeit, ohne das hierzu
besondere Maßnahmen notwendig
sind. Vorteilhaft ist es allerdings, den Trocknungsprozess zu beschleunigen.
Daher erfolgt das Trocknen, sowohl beim separaten als auch beim gemeinsamen
Trocknen der beiden Schichten, bevorzugt durch Temperatureinwirkung
und/oder mittels eines heißen
oder kalten Luftstroms. Die Temperatureinwirkung kann hierbei z.
B. durch Infrarotbestrahlung oder durch Einbringen in einen Ofen,
der elektrisch oder durch Verbrennung beheizt wird, erfolgen. Wie
dem Fachmann bekannt ist, kann auch durch einen Luftstrom, der verdampfte
Komponenten des Beschichtungsmittels von der Oberfläche des Werkstücks fort
trägt,
der Trocknungsprozess beschleunigt werden. In diesem Zusammenhang schließt der Begriff
Luftstrom auch jede Art von Strom eines Gases bzw. Gasgemisches
ein, auch wenn für die
meisten Anwendungen herkömmliche
Luft die naheliegendste Wahl darstellt. Besonders effektiv ist die Kombination
von Temperatur und Luftstrom, wie beispielsweise in einem Konvektionsofen.
Das Trocknen kann diskontinuierlich oder kontinuierlich, z. B. im Durchlaufverfahren
erfolgen. Im ersteren Fall wird wenigstens ein Werkstück in einen
Trocknungsbereich eingebracht, verbleibt dort für eine gewisse Zeitspanne zur
Trocknung und wird anschließend wieder
aus dem Trocknungsbereich entfernt. Im letzteren Fall wird jedes
Werkstück,
z. B. auf einem Fließband,
durch den Trocknungsbereich gefahren und beim Durchgang durch diesen
getrocknet.
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Wie
dem Fachmann bekannt ist, wird bei Verfahren wie Sprühen, Tauchen
etc. fast immer mehr Beschichtungsmittel aufgebracht, als zur Ausbildung
eines geschlossenen Beschichtungsfilms notwendig ist. Überschüssiges Beschichtungsmittel führt allerdings
zu einem unregelmäßigen Beschichtungsfilm,
erschwert Trocknungsvorgänge
und kann die Eigenschaften der fertigen Beschichtung stark beeinträchtigen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird daher vor dem zweiten Auftragen eines Beschichtungsmittels überschüssiges Beschichtungsmittel
entfernt. Dies kann mittels verschiedener Methoden, die aus dem Stand
der Technik bekannt sind, durchgeführt werden.
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Bevorzugt
sind hierbei Abtropfen, Schleudern und/oder Abblasen. Abtropfen
bezeichnet hierbei das Entfernen von überschüssiger Flüssigkeit allein durch Einfluss
der Schwerkraft, während
beim Schleudern zusätzlich
Zentrifugalkräfte
einwirken. Sowohl beim Abtropfen als auch beim Abschleudern kann
das Werkstück
einzeln aufgehängt
sein oder sich in einem Behälter,
z. B. einem Korb, mit durchlässiger
Wandung befinden. Letzteres ist besonders bei Massenkleinteilen
bevorzugt. Ein Abtropfen kann auch auf einem als Sieb gestalteten
Fließband,
das ein Ablaufen von Beschichtungsflüssigkeit erlaubt, erfolgen.
Ein Abblasen erfolgt mittels eines (normalerweise kalten) Luftstroms,
der gegen die Oberfläche
des Werkstücks
gerichtet wird. Dies kann im Durchlaufbetrieb durchgeführt werden.
Es versteht sich, dass ein solcher Luftstrom grundsätzlich bei
längerer
Einwirkung zur Trocknung des Beschichtungsmittels geeignet ist.
Dieser Effekt ist jedoch beim Abblasen gering. Der Luftstrom wirkt
hierbei nur eben so lange ein, dass die überschüssige Beschichtungsflüssigkeit
entfernt wird. Der Gehalt an flüssigen Komponenten
der am Werkstück
verbleibenden Beschichtungsflüssigkeit
wird hierdurch allenfalls unwesentlich verändert. Es erfolgt also keine
Trocknung in dem Sinne, wie sie nach dem Auftragen der zweiten Schicht
durchgeführt
wird. Vorteilhaft können
die dargestellten Methoden auch kombiniert werden, so z. B. durch
ein Schleudern mit zwischengeschalteten Pausen, in denen auch ein
Abtropfen erfolgen kann.
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Beim
Beschichten von Massenkleinteilen sind die Werkstücke typischerweise
benachbart angeordnet, überdecken
einander teilweise und berühren
einander zwangsläufig
wenigstens punktweise. Dies sind Faktoren, die das flächendeckende
Auftragen der zweiten Schicht erschweren bzw. unmöglich machen.
Daher werden in einer Weiterentwicklung des Verfahrens, bei der
das Auftragen der ersten Schicht auf mehrere Werkstücke erfolgt,
die Werkstücke
vor dem zweiten Auftragen eines Beschichtungsmittels vereinzelt.
Als Vereinzeln werden alle Maßnahmen
bezeichnet, die dazu führen,
dass jeweils die Werkstücke
paarweise voneinander beabstandet sind, also das zwischen jeweils
zwei Werkstücken
ein Zwischenraum besteht. Dieser Zwischenraum entspricht bevorzugt
wenigstens der Hälfte
der größten Längenausdehnung
eines Werkstücks.
Durch das Vereinzeln ist ein störungsfreies
Auftragen der zweiten Schicht möglich.
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Besonders
häufig
werden zum Vereinzeln ein mechanisches Beschleunigen genutzt, wie
z. B. durch die Übergabe
von einem langsamen auf ein schnelles Förderband oder das Abschleudern
von einem rotierenden Drehteller. Alternativ können Rüttel- oder Streuvorrichtungen
oder eine Vereinzelung mittels Magneten eingesetzt werden, bei der
z. B. Elektro- oder
Permanentmagnete zum einzelnen Herausgreifen von Werkstücken aus
einer größeren Menge ausgelegt
sind.
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Wie
aus dem Stand der Technik bekannt, werden auch beim erfindungsgemäßen Verfahren
die aufgetragenen Bindemittelschichten in der Regel ausgehärtet, jedoch
mit der Maßgabe,
dass die erste Schicht und die zweite Schicht gleichzeitig und gemeinsam
ausgehärtet
werden. Auch ist es beim erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, dass
das Werkstück
vor dem Aufbringen der Beschichtung vorbehandelt wird. Mögliche Behandlungsmethoden sind
hierbei insbesondere Reinigen, Entfetten, Beizen, Sandstrahlen,
Druckluftstrahlen und/oder Phosphatieren.
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Es
ist in einer Weiterentwicklung der Erfindung vorgesehen, dass nach
vorherigem Trocknen oder Aushärten
der ersten und der zweiten Schicht ein ein- oder mehrschichtiger
Topcoat auf die zweischichtige Beschichtung aufgetragen wird. In
diesem Zusammenhang wird jede Beschichtung, die ein Bindemittel,
aber keine Metallpigmente zum Korrosionsschutz umfasst, als Topcoat
bezeichnet, d. h. es wird nicht zwischen „Topcoat” und „Versiegelung” unterschieden.
Es besteht auch die Möglichkeit,
dass der Topcoat neben Farbpigmenten und anderen Komponenten, die
dem Fachmann bekannt sind, gewisse Mengen an Metallpartikeln zu
Erzeugung eines „Metallic-Looks” enthält.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann mittels einer speziell hierfür ausgelegten Vorrichtung durchgeführt werden.
Hierbei handelt es sich um eine Vorrichtung zum Beschichten von
Werkstücken
mit wenigstens einem antikorrosiven, flüssigen, Metallpartikel enthaltenden
Beschichtungsmittel.
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In
einer ersten Variante umfasst die Vorrichtung erste Mittel zum Auftragen
eines Beschichtungsmittels, zweite Mittel zum Auftragen eines Beschichtungsmittels
sowie Mittel zum Aushärten
von aufgetragenem Beschichtungsmittel. Die Mittel zum Auftragen
können
unterschiedlich ausgebildet sein, z. B. als Tauch-, Gieß-, Sprüh- oder
Spritzvorrichtungen. Mittel zum Aushärten sind beispielsweise Öfen, Infrarot-
oder UV-Lampen.
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Schließlich umfasst
die Vorrichtung Mittel zum Fördern
von Werkstücken,
die einen Förderweg definieren,
der die ersten Mittel zum Auftragen mit den zweiten Mitteln zum
Auftragen und die zweiten Mittel zum Auftragen mit den Mitteln mit
den Mitteln zum Aushärten
verbindet. Die Mittel zum Fördern können unterschiedlich
ausgebildet sein, z. B. als Roboterarm mit Greifer oder Magnet,
als stetig-mechanische Förderer
(z. B. als Bandförderer,
Rollenförderer
oder Kettenförderer),
als Schwerkraftförderer
(z. B. als Rutsche oder Rollenbahn) oder als pneumatische Förderer.
Insbesondere ist auch eine Kombination der genannten Mittel denkbar.
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Als
Förderweg
wird der Weg bezeichnet, entlang dessen ein Werkstück im Betriebszustand
durch die Mittel zum Fördern
bewegt wird. Hierbei sind die ersten Mittel zum Auftragen auf dem
Förderweg
vor den zweiten Mitteln zum Auftragen angeordnet, d. h. im Betriebszustand
wird das Werkstück
von den ersten Mitteln zum Auftragen zu den zweiten Mitteln zum Auftragen
gefördert.
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Bei
dieser Variante der Vorrichtung sind sämtliche Mittel zum Aushärten auf
dem Förderweg hinter
den zweiten Mitteln zum Auftragen angeordnet. Dies unterscheidet
die vorliegende Vorrichtung von bekannten Vorrichtungen, bei denen
auch Mittel zum Aushärten
zwischen den ersten und zweiten Mitteln zum Auftragen angeordnet
sind, so dass das Werkstück
im Betriebszustand von den ersten Mitteln zum Auftragen zu den Mitteln
zum Aushärten
und anschließend
zu den zweiten Mitteln gefördert
wird. Diese erste Variante der Vorrichtung ist zur gemeinsamen Aushärtung der
zwei Schichten Beschichtungsmittel ausgelegt.
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In
einer zweiten Variante umfasst die Vorrichtung erste Mittel zum
Auftragen eines Beschichtungsmittels, zweite Mittel zum Auftragen
eines Beschichtungsmittels sowie Mittel zum Trocknen von aufgetragenem
Beschichtungsmittel. Verschiedene Mittel zum Trocknen sind dem Fachmann
bekannt und wurden in ihrer Wirkungsweise bereits weiter oben erläutert.
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Auch
in dieser zweiten Variante umfasst die Vorrichtung Mittel zum Fördern von
Werkstücken. Diese
definieren hier einen Förderweg,
der die ersten Mittel zum Auftragen mit den zweiten Mitteln zum Auftragen
und die zweiten Mittel zum Auftragen mit den Mitteln mit den Mitteln
zum Trocknen verbindet. Die ersten Mittel zum Auftragen sind wiederum
auf dem Förderweg
vor den zweiten Mitteln zum Auftragen angeordnet, d. h. im Betriebszustand
wird das Werkstück
von den ersten Mitteln zum Auftragen zu den zweiten Mitteln zum
Auftragen gefördert.
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Bei
dieser Variante der Vorrichtung sind sämtliche Mittel zum Trocknen
auf dem Förderweg hinter
den zweiten Mitteln zum Auftragen angeordnet. Dies unterscheidet
die vorlegende Vorrichtung von bekannten Vorrichtungen, bei denen
auch Mittel zum Trocknen zwischen den ersten und zweiten Mitteln
zum Auftragen angeordnet sind, so dass das Werkstück im Betriebszustand
von den ersten Mitteln zum Auftragen zu den Mitteln zum Trocknen
und anschließend
zu den zweiten Mitteln gefördert
wird. Diese zweite Variante der Vorrichtung ist zur gemeinsamen
Trocknung der zwei Beschichtungsmittelschichten ausgelegt.
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Die
beiden Varianten schließen
einander allerdings nicht aus. Bevorzugt umfasst die Vorrichtung sowohl
Mittel zum Trocknen als auch Mittel zum Aushärten. Hierbei sind die Mittel
zum Aushärten
in der Regel hinter den Mitteln zum Trocknen angeordnet. Wie bereits
oben erwähnt,
können
die Mittel zum Aushärten
allerdings auch mit den Mitteln zum Trocknen identisch sein.
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Umfasst
die Vorrichtung neben den Mitteln zum Aushärten gemäß der ersten Variante auch
Mittel zum Trocknen, so ist es sowohl denkbar, dass sämtliche
Mittel zum Trocknen hinter den zweiten Mitteln zum Auftragen angeordnet
sind (was einer Kombination der ersten und zweiten Variante entspricht),
aber auch, dass Mittel zum Trocknen hinter den ersten Mitteln zum
Auftragen und vor den zweiten Mitteln zum Auftragen angeordnet sind.
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Zusätzlich zu
den genannten Komponenten kann die Vorrichtung in jeder der beiden
Varianten Mittel zum Entfernen von überschüssigem Beschichtungsmittel,
Mittel zum Vereinzeln der Werkstücke sowie
Mittel zum Aushärten
von Beschichtungsmittel umfassen. Hierbei sind die Mittel zum Entfernen
und die Mittel zum Vereinzeln typischerweise auf dem Förderweg
zwischen den ersten Mitteln zum Auftragen und den zweiten Mitteln
zum Auftragen angeordnet. Die Wirkungsweise dieser Mittel wurde
bereits oben erläutert
und ist dem Fachmann geläufig.
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Details
der Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen
mit Bezug auf die Figuren erläutert.
Hierbei zeigt:
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1:
eine schematische Darstellung einer ersten Beschichtungsanlage zur
Durchführung
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
mit separater Trocknung und gemeinsamer Aushärtung zweier Beschichtungsmittelschichten
sowie
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2:
eine schematische Darstellung einer zweiten Beschichtungsanlage
zur Durchführung
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens mit
gemeinsamer Trocknung und gemeinsamer Aushärtung zweier Beschichtungsmittelschichten.
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Die
in 1 dargestellte Beschichtungsanlage 1 zur
Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
umfasst als Hauptelemente eine erste Beschichtungsstation 10 zum
Auftragen einer ersten Schicht Beschichtungsmittel, eine erste Trocknungsstation 23 zum
Trocknen der ersten Schicht, eine zweite Beschichtungsstation 20 zum
Auftragen einer zweiten Schicht Beschichtungsmittel, eine zweite Trocknungsstation 24 zum
Trocknen der zweiten Schicht sowie einen Konvektionsofen 50 zum
Aushärten
von Beschichtungsmittel. Die erste Beschichtungsstation 10 umfasst
ein Tauchbecken 11, in dem sich ein Beschichtungsbad 12 eines
Basecoats, also eines antikorrosiven, flüssigen, Metallpartikel enthaltenden
Beschichtungsmittels, befindet.
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Ein
erstes Förderband 30,
das auf das Tauchbecken 11 hin führt, dient zum Einbringen von Werkstücken 2.
Ein zweites Förderband 31 führt aus dem
Tauchbecken 11 heraus. Die Förderrichtung des zweiten Förderbandes 31 verläuft zu diesem
Zweck nicht waagerecht, sondern schräg nach oben. Um ein Herunterrollen
oder -gleiten von Werkstücken 2 zu verhindern,
weist das zweite Förderband 31 eine Oberflächenstruktur
mit einer Reihe von quer zur Förderrichtung
stehenden Stegen (nicht dargestellt) auf. Das zweite Förderband 31 durchläuft im dargestellten
Betriebszustand der Anlage 1 in einem unteren Bereich 34 das
Beschichtungsbad 12. Es läuft in einem oberen Bereich 35 unterhalb
einer Gebläsestation 13 hindurch
und endet oberhalb eines dritten Förderbandes 32, welches
wiederum waagerecht ausgerichtet ist.
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Das
dritte Förderband 32 durchläuft nacheinander
die erste Trocknungsstation 23, die zweite Beschichtungsstation 20,
die eine oberhalb des dritten Förderbandes 32 angeordnete
Gießvorrichtung 21 umfasst,
sowie die zweite Trocknungsstation 24. Jede der Trocknungsstationen 23, 24 wird
durch eine Reihe von Heißluftgebläsen 25 gebildet,
die auf das dritte Förderband 32 hin
ausgerichtet sind.
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An
das dritte Förderband 32 schließt sich
ein viertes Förderband 33 an,
welches den Konvektionsofen 50 durchläuft.
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Sowohl
das zweite als auch das dritte Förderband 32 sind
als Sieb ausgestaltet, wodurch ein Abfließen von flüssigem Beschichtungsmittel
ermöglicht
wird.
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Stahlschrauben 2 sind
zur Beschichtung in der dargestellten Anlage 1 vorgesehen.
Hierzu werden sie vorab in einer Reinigungslösung bestehend aus Wasser,
in dem in je 1 Liter Wasser 9 g Kaliumphosphat und 27 g Kaliumhydroxid
gelöst
wurden, bei 75°C
entfettet und anschließend
mit Leitungswasser gereinigt. Der Entfettungs- und Reinigungsvorgang
wird nochmals wiederholt und anschließen werden die Schrauben 2 getrocknet.
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Die
Schrauben 2 werden auf das erste Förderband 30 gegeben,
welches mit einer Geschwindigkeit von 10 cm/s läuft. Am Ende des ersten Förderbandes 30 fallen
die Schrauben 2 in das Beschichtungsbad 12, welches
im vorliegenden Fall die folgende Zusammensetzung hat:
9,0
Gewichts-% γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilan
0,7
Gewichts-% Borsäure.
4,7
Gewichts-% Azeton
0,8 Gewichts-% 1-Nitropropan
25,9 Gewichts-%
Metallpartikel
3,4 Gewichts-% nichtionisches, ethoxyliertes
Nonylphenol-Netzmittel
0,4 Gewichts-% Natrium-bis-tridecyl-sulfosuccinat anionisches
Netzmittel
55,0 Gewichts-% Wasser
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Die
flockenförmigen
Metallpartikel haben eine Dicke von ca. 0,1 bis 0,5 μm und eine
längste Ausdehnung
der einzelnen Partikel von ca. 80 μm. Sie bestehen aus einer Legierung
von 95% Zink mit 5% Aluminium.
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Die
Anordnung von erstem 30 und zweitem Förderband 31 ist hierbei
so, dass die Schrauben 2 auf dem zweiten Förderband 31 landen.
Durch das Fallen sowie das Auftreffen auf dem zweiten Förderband 31 erfolgt
hierbei bereits eine gewisse Vereinzelung der Schrauben 2.
Die Schrauben 2 werden vom zweiten Förderband 31, welches
ebenfalls mit 10 cm/s betrieben wird, schräg nach oben aus dem Tauchbecken 11 befördert, wobei
durch die durchbrochene Struktur des Förderbandes 31 überschüssiges Beschichtungsmittel
von den Schrauben 2 ablaufen kann.
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Die
Schrauben 2 weisen nun eine erste Schicht Beschichtungsmittel
auf. Um das Ablaufen überschüssigen Beschichtungsmittels
von den Schrauben 2 zu unterstützen, wird durch die Gebläsestation 13,
die einen Kaltluftstrom von ca. 20 m/s erzeugt, Flüssigkeit
von den Schrauben 2 abgeblasen.
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Am
Ende des zweiten Förderbandes 31 fallen
die Schrauben 2 auf das dritte Förderband 32, welches
mit einer Geschwindigkeit von 30 cm/s betrieben wird. Durch die
hiermit verbundene Beschleunigung der Schrauben 2 erfolgt
ein weiteres Vereinzeln. Die Schrauben 2 durchlaufen nun
die erste Trocknungsstation 23. Diese umfasst eine Reihe
von Heißluftgebläsen 25,
die Luftströme
von ca. 5 m/s und 70°C
erzeugen. Die Trocknung dauert 4–5 Sekunden. Durch die Einwirkung
derselben werden flüssige
Komponenten des Beschichtungsmittels größtenteils verdampft, wonach
die erste Schicht so weit getrocknet ist, dass sie ohne stärkere mechanische
Einwirkung nicht mehr abgelöst
oder beschädigt
wird.
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Im
weiteren Verlauf werden die Schrauben 2 unter der Gießvorrichtung 21 der
zweiten Beschichtungsstation 20 hindurchtransportiert.
Die Gießvorrichtung 21 weist
eine Reihe von Austrittsöffnungen (nicht
dargestellt) für
ein Beschichtungsmittel auf, das im vorliegenden Fall identisch
mit dem im Tauchbecken 11 ist. Die Gießvorrichtung 21 erzeugt
einen sehr dichten Gießvorhang 22,
durch den ein normalerweise lückenloses
Auftragen einer zweiten Schicht Beschichtungsmittel auf die erste
Schicht Beschichtungsmittel erfolgt.
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Während die
Schrauben 2 weiter transportiert werden, läuft überschüssiges Beschichtungsmittel
aufgrund der Sieb-Struktur des dritten Förderbandes 32 ab.
Das ablaufende Beschichtungsmittel wird in einem Becken 26 aufgefangen
und kann wiederverwendet werden. Die Schrauben 2 durchlaufen
im Folgenden die zweite Trocknungsstation 24. Auch diese
umfasst Heißluftgebläse 25,
deren Aufbau und Betriebsparameter denen der ersten Trocknungsstation 23 entsprechen.
Nach dem Durchlaufen der zweiten Trocknungsstation 24 ist
auch die zweite Schicht getrocknet.
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Die
Schrauben 2 fallen am Ende des dritten Förderbandes 32 auf
das vierte Förderband 33,
welches mit 2 cm/s betrieben wird. Hierdurch wird das Vereinzeln
der Schrauben 2 wieder rückgängig gemacht, was aber unerheblich
ist, da das Beschichtungsmittel getrocknet ist und keine weitere
Beschichtung erfolgt. Die Schrauben 2 durchlaufen nun den
Konvektionsofen 50, wo beide Schichten des Beschichtungsmittels
bei 320°C
ausgehärtet
werden. Am Ende des dritten Förderbandes 33 fallen
die Schrauben 2 in einen Behälter 40, mittels dessen
sie abtransportiert werden können.
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In 2 ist
eine zweite Beschichtungsanlage 1' zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
dargestellt. Diese umfasst ebenfalls eine erste Beschichtungsstation 10 zum
Auftragen einer ersten Schicht Beschichtungsmittel sowie eine zweite Beschichtungsstation 20 zum
Auftragen einer zweiten Schicht Beschichtungsmittel. Allerdings
ist hier eine einzelne Trocknungsstation 27 vorgesehen,
die einem Konvektionsofen 50 zum Aushärten von Beschichtungsmittel
vorgeschaltet ist.
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Der
Aufbau dieser Beschichtungsvorrichtung 1' ist in großen Teilen identisch mit dem
der in 1 gezeigten Vorrichtung 1. Daher wird
auf eine detaillierte Erläuterung
der einzelnen Elemente sowie des Betriebsmodus verzichtet, soweit
diese übereinstimmen.
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Im
Unterschied zur eingangs geschilderten Vorrichtung 1 durchläuft das
dritte Förderband 32 nacheinander
die zweite Beschichtungsstation 20 sowie die Trocknungsstation 27,
der zweiten Beschichtungsstation 20 ist also keine Trocknungsvorrichtung vorgeschaltet.
Die Trocknungsstation 27 ist wiederum durch eine Reihe
von Heißluftgebläsen 25 gebildet,
die auf das dritte Förderband 32 hin
ausgerichtet sind erzeugen.
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Nachdem
Schrauben 2 im Tauchbecken 11 mit einer erste
Schicht Beschichtungsmittel versehen wurden und überschüssiges Beschichtungsmittel mittels
der Gebläsestation 13 abgeblasen
wurde, fallen die Schrauben 2 vom zweiten Förderband 31 auf das
dritte Förderband 32.
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Die
Schrauben 2 werden nun auf dem dritten Förderband 32 unter
der Gießvorrichtung 21 der zweiten
Beschichtungsstation 20 hindurchtransportiert, ohne vorab
getrocknet zu werden. Bei dieser Vorrichtung 1' werden vielmehr
beide Schichten Beschichtungsmittel gemeinsam getrocknet. Hierzu durchlaufen
die Schrauben 2 nach der zweiten Beschichtungsstation 20 die
Trocknungsstation 27. Aufbau und Betriebsparameter der
Heißluftgebläse 25 entsprechen
denen der Trocknungsstationen 23, 24 des ersten
Ausführungsbeispiels.
Nach dem Durchlaufen der Trocknungsstation 27 sind beide
Schichten so weit getrocknet, dass sie ohne stärkere mechanische Einwirkung
nicht mehr abgelöst
oder beschädigt
werden.
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Anschließend werden
beide Schichten im Konvektionsofen 50 gemeinsam ausgehärtet.
