DE102010001722B3

DE102010001722B3 - Lackzusammensetzung, deren Verwendung und Verfahren zur Herstellung von Magnetsystemen

Info

Publication number: DE102010001722B3
Application number: DE102010001722A
Authority: DE
Inventors: Lothar Dr. 63755 Zapf
Original assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Current assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority date: 2010-02-09
Filing date: 2010-02-09
Publication date: 2011-07-21
Anticipated expiration: 2030-02-10
Also published as: JP2011162785A; GB2480515B; JP5580753B2; GB201100578D0; GB2480515A; US20120034458A1; US8717130B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lackzusammensetzung, insbesondere einen Klebe- und Korrosionsschutzlack für Seltenerddauermagnete, auf Basis einer Epoxidharzmischung, eines Härtungsbeschleunigers, eines epoxyfunktionellen Haftvermittlers auf Silanbasis und eines Lösungsmittels oder eines Lösungsmittelgemisches, wobei die Lackzusammensetzung 5 bis 20 Gew.-% bezogen auf die Menge an Festharz in der Basis der Epoxidharzmischung, eines hochviskosen Epoxidharzes auf Basis von Bisphenol-A mit einem Elastomeranteil von mehr als 30 Gew.-% umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lackzusammensetzung, insbesondere einen Klebe- und Korrosionsschutzlack für Seltenerddauermagnete, auf Basis einer Epoxidharzmischung, eines Härtungsbeschleunigers, eines epoxyfunktionellen Haftvermittlers auf Silanbasis sowie eines Lösungsmittels oder eines Lösungsmittelgemisches sowie ein Verfahren zur Herstellung von Magnetsystemen unter Verwendung der oben genannten Lackzusammensetzung.
Magnete und Magnetsysteme, insbesondere solche, die Neodym-Eisen-Bor-Magnete enthalten, müssen in der Regel vor Korrosion geschützt werden. Dies erfordert eine entsprechende Beschichtung, z. B. eine Lackierung.
Beim Aufbau von Magnetsystemen werden darüber hinaus Magnete untereinander und/oder mit anderen Werkstücken, wie z. B. Stahlrückschlüssen oder anderen weichmagnetischen Werkstücken, klebetechnisch verbunden. Dabei wird von der Klebeverbindung gefordert, dass sie eine hohe Festigkeit, vorzugsweise > 10 N/mm² in Verbindung mit einer hohen Temperaturbeständigkeit aufweist, da bei Anwendung in Motoren Temperaturen bis zu 180°C auftreten und hohe Gegenfelder auf die Magnete einwirken. Diesen Bedingungen muss die Klebung standhalten.
Bei sogenannten segmentierten Magnetsystemen, die aus mehreren Einzelmagneten zusammengesetzt sind, hat die Verklebung die Aufgabe, das Paket zu fixieren bzw. zusammenzuhalten sowie eine Isolierung der Einzelmagnete gegeneinander zu bewirken. Derartige Systeme werden bspw. in elektrisch arbeitenden Großmaschinen, wie z. B. Schiffsmotoren, Windkraftgeneratoren etc., eingesetzt. Die elektrische isolation der Einzelmagnete verhindert das Auftreten hoher Wirbelströme und damit das Überhitzen des Motors.
Bei der konventionellen Herstellung von Magnetsystemen geht man üblicherweise so vor, dass die Magnete mit Hilfe von flüssigen Hochleistungsklebstoffen (Epoxidharze, Acrylate etc.) verklebt werden. Anschließend werden die Magnetsysteme mit einem Korrosionsschutzlack, in der Regel mit einem Einbrennlack, versehen, der die Systeme je nach Anwendung vor Umwelt- und Chemikalieneinflüssen schützt. Hier besteht das Problem, dass insbesondere im Bereich des Klebespaltes durch eingeschlossene Gas- oder Luftblasen Lackfehlstellen auftreten. Es wurde daher versucht den Korrosionsschutz vor oder während der Verklebung aufzubringen.
In der DE 10 2006 012 839 B4 wird eine Lackzusammensetzung beschrieben auf Basis einer Epoxidharzmischung, eines Härtungsbeschleunigers, eines epoxyfunktionellen Haftvermittlers auf Silanbasis und eines Lösungsmittels beschrieben, die sowohl Klebe- als auch Korrosionsschutzeigenschaften aufweist, so dass bei ihrer Verwendung die Verklebung und der Korrosionsschutz der Magnete in einem Verfahrensschritt durchgeführt werden können. Bei dem Verfahren werden Magnete mit den entsprechenden Lackzusammensetzungen beschichtet und dann mit Hilfe von Feder- bzw. Spannvorrichtungen in der Anordnung des späteren Magnetsystems fixiert. Anschließend werden die so angeordneten Magnetsysteme mitsamt den Spannwerkzeugen im Ein brennofen auf Aushärtetemperatur gebracht. Dabei werden durch Drucknachführung mit Hilfe der Federwerkzeuge die Fügeflächen in Kontakt gebracht, wobei der vorzugsweise beidseitig aufgebrachte Lack ineinander verfließt und gleichzeitig aushärtet. Auf diese Weise werden die Einzelmagnete zu Magnetsystemen verklebt. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass die einzelnen Bauteile des Magnetsystems erst bei relativ hohen Temperaturen miteinander fest verkleben, so dass zum Einbrennen des Korrosionsschutzlackes eine aufwendige Werkzeugtechnik mit einer entsprechenden Drucknachführung erforderlich ist, um ein Magnetsystem mit einer ausreichenden Festigkeit zu erhalten.
Aus der DE 10 2007 025 668 A1 ist eine Lackzusammensetzung auf Basis einer Epoxidharzmischung, eines Härtebeschleunigers, eines epoxyfunktionellen Haftvermittlers auf Silanbasis und eines Lösungsmittels bekannt. Die Epoxidharzmischung weist 10 Gew.-% bis 94 Gew.-% mindestens eines festen Epoxidharzes mit einer Epoxidzahl bis maximal 2 Eq/kg auf, sowie 1 Gew.-% bis 50 Gew.-% mindestens eines festen multifunktionellen Epoxidharzes mit einer Epoxidzahl > 4 Eq/kg, und 5 Gew.-% bis 40 Gew.-% eines Phenol- und/oder Kresolnovolaks mit einem Schmelzpunkt > 30°C.
In der EP 0 889 484 A2 ist eine bei Raumtemperatur feste Epoxidharzzusammensetzung umfassend folgende Komponenten beschrieben:

(a) ein bei Raumtemperatur festes Epoxidharz, ausgewählt aus (a1) Polyglycidylethern auf Basis von Novolaken; (a2) Diglycidylethern auf Basis von Bisphenolen; und (a3) Gemischen von mehr als einer der Komponenten (a1) und (a2);
(b) einem vernetzungsmittel für die Komponente (a);
(c) einem geeigneten Beschleuniger für die Reaktion der Komponente (a) und der Komponente (b);
(d) 15 bis 70 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, Füllstoff, ausgewählt aus (d1) Calciumcarbonat, (d2) Quarzmehl, (d3) Wollastonit, dessen Teilchen ein mittleres Verhältnis von Länge zu Querschnitt aufweisen, das kleiner als 5:1 ist; (d4) Gemischen der Komponenten (d1), (d2) und (d3); sowie (d5) Gemischen der Komponenten (d1), (d2), (d3) und (d4) mit anderen anorganischen Füllstoffen.

In der US 3 474 073 A ist eine Zusammensetzung für eine magnetische Beschichtung mit magnetisierbaren Teilchen bekannt, die in einem flüssigen duroplastischen Bindemittel verteilt sind, das eine innige Beimischung aus folgenden Bestandteilen aufweist:

(A) Ein Epoxidpolymer mit hohem Äquivalentgewicht, das durchschnittlich zwischen 1 und 3 Epoxidgruppen je Molekül aufweist, sowie je Epoxidgruppe ein Molekulargewicht zwischen etwa 400 und 4000;
(B) Ein Epoxidpolymer mit niedrigem Äquivalentgewicht, das durchschnittlich zwischen 3 und 4 Epoxidgruppen je Molekül aufweist, sowie je Epoxidgruppe ein Molekulargewicht zwischen etwa 130 und 1211;
(C) Ein Amin-Aldehyd Kondensat mit mehr als zwei sekundären Amingruppen je Molekül; und
(D) Ein Polyamin mit wenigstens einer primären Amingruppe je Molekül;
(E) wobei soviel des Epoxidpolymers vorhanden ist, dass das Verhältnis der Anzahl von Epoxidgruppen des Epoxidpolymers mit hohem Äquivalentgewicht zur Anzahl von Epoxidgruppen des Epoxidpolymers mit niedrigem Äquivalentgewicht zwischen 3 zu 1 und 1 zu 3 beträgt;
(F) wobei soviel des Polyamins vorhanden ist, dass die Anzahl der primären Amingruppen des Polyamins zwischen 3 und 15 Prozent der insgesamt 35 Epoxidgruppen des Polymers beträgt;
(G) wobei soviel an Polymer vorhanden ist, dass die Gesamtzahl der Epoxidgruppen des Polymers zwischen dem 0,5- und 1,5-fachen der Gesamtzahl der Wasserstoffatome der primären und sekundären Amingruppen in dem Polyamin und dem Kondensat beträgt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, eine Lackzusammensetzung zu finden, bei deren Verwendung die oben geschilderten Nachteile des Standes der Technik nicht auftreten.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Lackzusammensetzung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterentwicklungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lackzusammensetzung sind Gegenstand der entsprechenden Unteransprüche.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es auch, ein Verfahren zur Herstellung von Magnetsystemen anzubieten, das die Nachteile der Verfahren nach dem Stand der Technik nicht aufweist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15.
Es wurde gefunden, dass eine Lackzusammensetzung auf Basis einer Epoxidharzmischung, eines Härtungsbeschleunigers, eines epoxyfunktionellen Haftvermittlers auf Silanbasis und eines Lösungsmittels oder eines Lösungsmittelgemisches als Klebe- und Korrosionsschutzlack für Seltenerd-Dauermagnete besonders günstige Eigenschaften aufweist, wenn die Epoxidharzmischung 1 bis 94 Gew.-% mindestens eines festen Epoxidharzes mit einer Epoxidzahl bis maximal 2 Eq/kg, 1 bis 50 Gew.-% mindestens eines multifunktionellen festen Epoxidharzes mit einer Epoxidzahl von > 4 Eq/kg, und 5 bis 40 Gew.-% eines Phenol- und/oder Kresolnovolaks mit einem Schmelzpunkt > 30°C aufweist und die Lackzusammensetzung zusätzlich 5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf die Menge an Festharz in der Basisepoxidharzmischung, eines hochviskosen Epoxidharzes auf Basis von Bisphenol-A mit einem Elastomeranteil von > 30 Gew.-% umfasst.
Bei der Suche nach einer Lösung der oben dargestellten Probleme wurde gefunden, dass es durch den Zusatz von hochviskosen, mit einem Elastomeranteil modifizierten Epoxidharzen auf der Basis von Bisphenol-A gelingt, die Klebetemperatur für die Lackzusammensetzung auf Zimmertemperatur zu senken, so dass die Fixierung der einzelnen Klebepartner nicht mehr während des Aushärtens bei erhöhter Temperatur unter Drucknachführung erfolgt, sondern die Klebepartner bereits vor dem Aushärten durch einfaches Verpressen handfest fixiert werden, wobei eine Scherfestigkeit von > 0.25 N/mm² erreicht wird.
Die Viskosität des hochviskosen Epoxidharzes auf Basis von Bisphenol-A liegt bei 23°C bei über 50.000 mPas, wobei es sich bei dem Harz vorteilhaft um einen Bisphenol-A-Diglycidylether und dem Elastomeranteil um einen Nitrilbutadien-Kautschuk handelt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Lackzusammensetzung umfasst die Epoxidharzmischung 1 bis 80 Gew.-% eines festen Epoxidharzes mit einer Epoxidzahl < 1 Eq/kg und 1 bis 80 Gew.-% eines festen Epoxidharzes mit einer Epoxidzahl von 1 bis 2 Eq/kg. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das mindestens eine feste Epoxidharz mit einer Epoxidzahl bis maximal 2 Eq/kg ein Epoxidharz auf Basis von Bisphenol-A und/oder Bisphenol-F ist.
Das multifunktionelle Epoxidharz mit einer Epoxidzahl > 4 Eq/kg ist vorteilhaft ausgewählt aus Gruppe Epoxyphenolnovolake, Epoxykresolnovolake, Triglycidylisocyanurat und/oder Mischungen davon. Der Härtungsbeschleuniger umfasst vorzugsweise tertiäre Amine und/oder Imidazolderivate, besonders bevorzugt 2-Ethyl-4-Methylimidazol.
Der epoxyfunktionelle Haftvermittler ist vorteilhaft ausgewählt aus der Gruppe γ-Glycidylpropyltrimethoxysilan und β-(3,4-Epoxycyclohexyl)-ethyltrimethoxysilan, wobei vorteilhaft 0.1 bis 5 Gew.-%, vorzugweise 1 bis 3 Gew.-%, an epoxyfunktionellem Haftvermittler, bezogen auf die gesamte Menge an Festharz, eingesetzt wird.
Als Härter werden 5 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 20 Gew.-% Phenol- oder Kresolnovolake mit einem Schmelzpunkt > 30°C, vorzugsweise > 100°C, eingesetzt.
An das Lösungsmittel werden keine besonderen Anforderungen gestellt und es können aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe, Ether, Ester, Glykolether, Alkohole, Ketone und/oder Mischungen davon eingesetzt werden.
Um die Eigenschaften der Lackzusammensetzung als Korrosionsschutz zu verbessern, ist es vorteilhaft, wenn die Lackzusammensetzung zusätzlich Korrosionsschutzpigmente aus der Gruppe Zinkphosphat, Zinkchromat oder Zinkhydroxyphosphit enthält.
Eine weitere Optimierung der Lackzusammensetzung kann dadurch erreicht werden, dass zusätzliche Additive, wie z. B. lösliche Farbstoffe, Verlaufsmittel und Entschäumer, nichtmetallische Füllstoffe, wie z. B. Quarz, Glimmer und Talkum, dispergierbare Farbpigmente, wie z. B. Ruß oder Rutil, sowie Dispergierhilfen und/oder rheologische Additive und Antiabsetzhilfsstoffe, wie, z. B. Bentonite oder Aerosile, eingesetzt werden.
Durch den Zusatz von salzartigen Verbindungen aus der Gruppe der Vanadate, Wolframate, Niobate oder Molybdate, insbesondere Zinkmolybdat, kann die Korrosionsbeständigkeit der Lackzusammensetzung weiter verbessert werden.
Die Lackierung der Bauteile erfolgt auf konventionelle Weise durch Streichen, Tauchen, Spritzen, Schleudern, Gießen oder sonstige Verfahren, wobei das Spritzverfahren sowohl im Durchlauf als auch als Schüttgutverfahren aufgrund der Geometrie der zu lackierenden Teile bevorzugt eingesetzt wird. Aus diesem Grund ist es auch zweckmäßig, wenn der Feststoffanteil des Lackes nicht zu hoch ist und max. 50 Gew.-%, bevorzugt zwischen 10 bis 20 Gew.-%, beträgt.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht weiter vor, dass die einzelnen Klebepartner nach dem Beschichten getrocknet werden, wobei festzustellen ist, dass die erfindungsgemäßen Lackzusammensetzungen nach der Applikation und dem Antrocknen nicht verkleben, so dass die Bauteile problemlos zu handhaben sind. Nach dem Aufbringen der Lackschicht, die vorzugsweise zwischen 10 und 50 μm beträgt, werden die angetrockneten Einzelmagnete zusammengefügt und es wird über ein Zeitraum zwischen 3 bis 20 Sekunden ein relativ geringer Druck von 0.1 bis 3 N/mm² auf das Paket ausgeübt. Dabei entsteht bereits bei Zimmertemperatur ein sogenannter Kaltfluss der Lacke und die jeweiligen Lackschichten auf den beiden Fügepartnern fließen ineinander.
Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass sich aufgrund des geringen Druckes der Klebespalt nur minimal verändert und es nicht zum Ausfließen von Lack aus dem Spalt komm. Nach Ende des Druckaufbaus sind die Einzelbausteine des Magnetsystems handfest miteinander verbunden, wobei das Magnetsystem eine Scherfestigkeit > 0.25 N/mm² aufweist.
Danach werden die Magnetsysteme aus der Druckvorrichtung entnommen und im Einbrennofen drucklos bei Temperaturen zwischen 150 und 250°C ausgehärtet.
Die Eigenschaften des Endprodukts in Bezug auf Temperaturfestigkeit, Säurebeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Druckfestigkeit und Beständigkeit gegenüber Kühlschmiermitteln werden durch den Kautschukanteil in der Lackzusammensetzung nicht verändert. Es wird lediglich der Lackverlauf positiv beeinflusst, so dass eine sehr glatte, nicht klebrige Oberfläche entsteht, die ausreichend härte- und abriebfest ist, um die Teile mit Hilfe von Fördereinrichtungen oder eines Roboterarms zu handhaben, ohne dass Beschädigungen an der Lackschicht zu befürchten sind. Auf diese Weise eröffnet sich die Möglichkeit, den Vorgang des Lackklebens auf elegante Weise zu automatisieren, wobei zunächst sämtliche Einzelmagnete allseitig lackiert werden und die Teile dann nach dem Trocknen des Lackes, bei Temperaturen zwischen Raumtemperatur und 40°C mit Hilfe eines Roboterarms positionsgenau zu Magnetstapeln für das Magnetsystem gestapelt werden. Durch kurzfristige Ausübung eines Druckes auf den Stapel wird das Magnetsystem soweit stabilisiert, dass die Stapel nun per Greifer aus der Pressvorrichtung entnommen und mittels eines Förderbandes zum Durchlaufhärteofen transportiert werden können. Nach dem Aushärten und Abkühlen sind die Magnetsysteme sehr stabil und die einzelnen Magnete sind mit einer Festigkeit > 10 N/mm² miteinander verbunden. Lediglich an den Auflageflächen kann der Lack geringfügige Druckstellen aufweisen, wobei jedoch die Lackschicht selber nicht verletzt ist, so dass der Korrosionsschutz nicht beeinträchtigt wird. Möchte man die Druckstellen aus kosmetischen Gründen unsichtbar machen, so können die ausgehärteten Lackschichten problemlos mit der Lackzusammensetzung überlackiert werden.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lackzusammensetzung werden fertige Magnetsysteme erhalten, die eine Mindestdruckfestigkeit von 10 N/mm², eine Dauertemperaturbeständigkeit von 150°C, eine Beständigkeit gegenüber Kühlschmiermitteln von mehr als 1000 Stunden, eine Korrosionsfestigkeit von mehr als 1000 Stunden bei 85°C und 95% Luftfeuchtigkeit sowie eine Beständigkeit im Salzsprühtest von mehr als 250 Stunden aufweisen. Die ausgehärtete Lackschicht wirkt elektrisch isolierend.
Die Arbeiten im Rahmen der vorliegenden Erfindung haben gezeigt, dass die positiven Eigenschaften der bekannten Korrosionslacksysteme durch den Zusatz von hochviskosen Epoxidharzen auf Basis von Bisphenol-A mit einem NBR-Kautschukanteil in der Polymerkette von mehr als 30 Gew.-% nicht beeinträchtigt werden, wohingegen das Klebeverfahren wesentlich vereinfacht wird, so dass die Herstellung der Magnetsysteme bei Verwendung der erfindungsgemäßen Lacke weitgehend automatisiert werden kann. Darüber hinaus ergibt sich durch den Nitril-Butadien-Kautschukanteil, der in die Lackmatrix einpolymerisiert ist, eine erhöhte Temperaturwechselfestigkeit gegenüber den konventionellen Lacken, was sich insbesondere bei der Verbindung von Fügepartnern mit stark unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, wie z. B. die Kombination von Eisenteilen mit Neodym-Eisen-Bor-Magneten, positiv bemerkbar macht.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen ausführlich erläutert.
Beispiel 1 (Herstellung einer Lacklösung)
15 g eines Bisphenol-A Festharzes mit einem Epoxidwert von 0.03 Eq/kg, 6 g eines Bisphenol-A Harzes mit einem Epoxidwert von 1.5 Eq/kg, 4,8 g eines Epoxyphenolnovolakes mit einem Epoxidwert von 5.6 Eq/kg sowie 4.2 g eines Kresolnovolaks mit einem Schmelzpunkt von 120°C werden in 200 g eines Lösungsmittelgemisches aus drei Teilen Methylethylketon und einem Teil Ethanol gelöst. Zu dieser Lösung werden 2-Ethyl-4-Methylimidazol und 0.5 g γ-Glycidylpropyltrimethoxysilan gegeben.
Beispiel 2 (Herstellung eines erfindungsgemäßen Sprühlackes)
Zu 1000 g einer Lacklösung aus Beispiel 1, die ein Festharzanteil von 15% aufweist, wurden zusätzlich 45 g Füllstoffe sowie 15 g eines mit einem Nitrilbutadien-Kautschuk modifizierten Epoxidharzes (Struktol-Polydis 3614, Firma Schill & Seilescher) sowie 4.5 g Härter gegeben, wobei dazu der gleiche Kresolnovolak mit einem Schmelzpunkt von 120°C wie in der Ausgangslacklösung eingesetzt wurde. Dazu wurden Harz und Härter zunächst in 100 ml eines Methylethylenketon/Ethanol-Gemisches im Verhältnis 3:1 aufgelöst und anschließend unter Rühren dem Basislack zugesetzt.
Beispiel 3 (Herstellung eines Magnetsystems)
Der in Beispiel 2 hergestellte Lack wurde im Sprühverfahren auf insgesamt zehn Stück Neodym-Eisen-Bor-Magnete mit den Abmessungen 17.5 × 14.5 × 5 mm gesprüht, die dabei allseitig mit einer ca. 25 μm dicken Lackschicht beschichtet wurden. Die Beschichtung erfolgte im Flächenspritzverfahren, wobei zunächst die Magnete von einer Seite mit Lack beschichtet und anschließend der Lack bei 30°C in einer Ablüftstation mit Frischluftzufuhr zwei Stunden lang getrocknet wurde. Danach wurden die Teile gewendet und der Vorgang wurde wiederholt. Die so lackierten Magnete wurden exakt zu einem Zehnerstapel mit Hilfe einer leicht nach hinten geneigten Winkelvorrichtung gepackt und durch kurzzeitiges Auflegen eines Gewichts von 10 kg wurde ein Druck von ca. 0.4 N/mm² auf den Magnetstapel ausgeübt. Auf diese Weise wurde ein handfester Verbund der einzelnen Magnete erreicht und der Magnetstapel konnte problemlos der Hilfsvorrichtung entnommen werden. Der Magnetstapel wurde nun auf ein mit einer Antihaftschicht versehenes Blech gelegt und der Klebelack wurde im Umluftofen bei 180°C eine Stunde lang eingebannt.
Beispiel 4 (Abscherversuche)
Es wurden an drei unterschiedlichen, nach Beispiel 3 gefertigten Systemen mit jeweils sechs, acht bzw. zehn Segmenten Abscherversuche in Anlehnung an DIN 54451 durchgeführt, wobei Druckscherfestigkeiten zwischen 5 und 20 N/mm² festgestellt wurden.
Beispiel 5 (Korrosionstest)
An drei achtfach segmentierten Magnetsystemen nach Beispiel 3 wurde in einem Autoklaven bei 130°C, 2.7 bar Druck und 100% Luftfeuchtigkeit ein Korrosionstest durchgeführt, wobei selbst nach einer Prüfzeit von zehn Tagen an den Systemen keinerlei Korrosionsspuren zu entdecken waren.
Beispiel 6 (Prüfung der Isolationseigenschaften)
An drei zehnfach segmentierten Magnetsystemen wurde die elektrische Isolationswirkung der Beschichtung durch Anlegen einer 32-V-Gleichspannung geprüft, wobei der geklebte Block jeweils auf einer Seite durch Abschmirgeln vom Lack befreit und mit einer Gleichstromquelle beaufschlagt wurde. Bei diesem Test zeigten alle Klebengen eine hervorragende isolierende Wirkung und erlaubten keinen Stromdurchgang.
Mit den oben geschilderten Versuchen soll beispielhaft das Potential der erfindungsgemäßen Lackzusammensetzung aufgezeigt werden, ohne dass darin eine Einschränkung der vorliegenden Erfindung zu sehen ist, deren Vorteile wie folgt zusammengefasst werden können.
Dadurch dass bei Verwendung der erfindungsgemäßen Lackzusammensetzung keine aufwändigen Klebewerkzeuge mit Drucknachführung mehr erforderlich sind, können allgemein die Herstellungskosten für Magnetsysteme gesenkt werden. Die Einhaltung der optimalen Druckverhältnisse ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren unkritisch, da zum Vorfixieren der einzelnen Magnetquader ein wesentlich größeres Prozessfenster (zwischen 0.1 bis 3 N/mm²) zur Verfügung steht, in dem vergleichbare Festigkeitswerte erzielt werden. Dagegen musste beim Lackkleben nach dem Stand der Technik bisher für jeden Anwendungsfall der geeignete Fügedruck separat ermittelt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass beim Aushärten der Klebelack nicht mehr aus dem Klebespalt herausgepresst werden kann, wohingegen beim Aushärten nach dem Stand der Technik mit Drucknachführung die Gefahr besteht, dass durch aus dem Klebespalt ausgetretenen Lack die Außenabmessungen des Magnetblocks verändert werden, was Nacharbeitungen erfordert oder sogar die Einsatzfähigkeit des Magnetsystems in Frage stellt. Aufgrund der geringen Schrumpfung des Klebespalts beim Aushärten lassen sich Endabmessungen des fertigen Systems nun bereits am vorfixierten System überwachen, was eine verbesserte Prozesskontrolle mit sich bringt. Aufgrund des druckfreien Aushärtens der Lackschicht können Fehler in der Isolierschicht durch auf der Oberfläche befindliche Fremdpartikel vermieden werden, da der Lack erst flüssig wird, wenn kein. Druck mehr anliegt, so dass die Ausbildung eines Kontaktes zwischen den Magneten durch Fremdpartikel ausgeschlossen werden kann. Aufgrund der nicht-adhäsiven Eigenschaften der Lackschicht nach dem Trocknen sowie der hervorragenden Festigkeit des bei Zimmertemperatur vorfixierten Magnetsystems ist bei Verwendung der erfindungsgemäßen Lackzusammensetzung nun eine durchgehende Automatisierung für eine Großserienfertigung für Magnetsysteme möglich.

Claims

Lackzusammensetzung als Klebe- und Korrosionsschutzlack für Seltenerd-Dauermagnete auf Basis einer Epoxidharzmischung, eines Härtungsbeschleunigers, eines epoxyfunktionellen Haftvermittlers auf Silanbasis und eines Lösungsmittels oder eines Lösungsmittelgemisches, wobei die Epoxidharzmischung a) 1 bis 94 Gew.-% mindestens eines festen Epoxidharzes mit einer Epoxidzahl bis maximal 2 Eq/kg, b) 1 bis 50 Gew.-% mindestens eines multifunktionellen festen Epoxidharzes mit einer Epoxidzahl von > 4 Eq/kg, und c) 5 bis 40 Gew.-% eines Phenol- und/oder Kresolnovolaks mit einem Schmelzpunkt > 30°C umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Lackzusammensetzung 5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf die Menge an Festharz in der Basisepoxidharzmischung, eines hochviskosen Epoxidharzes auf Basis von Bisphenol-A mit einem Elastomeranteil von > 30 Gew.-% umfasst, und dass die Viskosität des hochviskosen Epoxidharzes auf Basis von Bisphenol-A > 50.000 mPas bei 23°C beträgt.
Lackzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomeranteil Nitrilbutadien-Kautschuk umfasst.
Lackzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das hochviskose Epoxidharz auf Basis von Bisphenol-A ein Bisphenol-A-diglycidylether ist.
Lackzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Epoxidharzmischung 1 bis 80 Gew.-% eines festen Epoxidharzes mit einer Epoxidzahl < 1 Eq/kg und 1 bis 80 Gew.-% eines festen Epoxidharzes mit einer Epoxidzahl von 1 bis 2 Eq/kg umfasst.
Lackzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine feste Epoxidharz mit. einer Epoxidzahl bis maximal 2 Eq/kg ein Epoxidharz auf Basis von Bisphenol-A und/oder Bisphenol-F ist.
Lackzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das multifunktionelle Epoxidharz mit einer Epoxidzahl > 4 Eq/kg ausgewählt ist aus der Gruppe Epoxyphenolnovolake, Epoxykresolnovolake, Triglycidylisocyanurat und/oder Gemischen davon.
Lackzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lackzusammensetzung 10 bis 20 Gew.-% eines Phenol- und/oder Kresolnovolaks mit einem Schmelzpunkt > 30°C, vorzugsweise > 100°C, als Härter umfasst.
Lackzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Härtungsbeschleuniger tertiäre Amine und/oder Imidazolderivate, vorzugsweise 2-Ethyl-4-Methylimidazol, umfasst.
Lackzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der epoxyfunktionelle Haftvermittler ausgewählt ist aus der Gruppe γ-Glycidyloxypropyltrimethoxysilan und β-(3,4-Epoxycyclohexyl)-ethyltrimethoxysilan.
Lackzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an epoxyfunktionellem Haftvermittler auf Silanbasis 0.1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 3 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge an Festharz, beträgt.
Lackzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe, Ether, Ester, Glykolether, Alkohole, Ketone und Mischungen davon umfasst.
Lackzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoffanteil der Lackzusammensetzung 1 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 20 Gew.-% beträgt.
Lackzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrosionsschutzlack zusätzlich Rostschutzpigmente, wie z. B. Zinkphosphat, Zinkchromat oder Zinkhydroxyphosphit, umfasst, und/oder mindestens eine salzartige Verbindung aus der Gruppe der Vanadate, Wolframate, Niobate oder Molybdate, insbesondere Zinkmolybdat.
Lackzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrosionsschutzlack zusätzliche Additive, wie z. B. lösliche Farbstoffe, Verlaufsmittel und Entschäumer, nichtmetallische Füllstoffe, wie z. B. Quarzmehl, Glimmer, Talkum, dispergierbare Farbpigmente, wie z. B. Ruß oder Rutil, Dispergierhilfen und/oder rheologische Additive und Antiabsetzhilfsstoffe, wie z. B. Bentonite oder Aerosile, umfasst.
Verfahren zur Herstellung von Magnetsystemen unter Verwendung einer Lackzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, mit den Schritten – Beschichten von mindestens einem Magneten mit der Lackzusammensetzung, – Antrocknen der Lackschicht – Zusammenfügen des mit Lack beschichteten Magneten mit einem weiteren beschichteten Magneten oder einem anderen Werkstück bei einem Druck von 0.1 bis 3 N/mm² und einer Temperatur zwischen 20 und 30°C über einen Zeitraum von 3 bis 20 Sekunden zu einem Magnetsystem mit einer Scherfestigkeit von > 0.25 N/mm² und – Fixierung des Magnetsystems in einem Einbrennofen.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung des Magnetsystems automatisiert ist, wobei das Zusammenfügen des mit Lackbeschichteten Magneten mit einem weiteren beschichteten Magneten oder einem anderen Werkstück mit Hilfe eines Roboterarms erfolgt.
Verwendung einer Lackzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zur Herstellung eines Magnetsystems mit einer isolierenden Lackschicht einer Schichtdicke zwischen 10 und 50 μm, wobei das Magnetsystem eine Mindestdruckfestigkeit von 10 N/mm², eine Dauertemperaturbeständigkeit von 150°C, eine Beständigkeit gegenüber Kühlschmiermitteln > 1000 Stunden, eine Korrosionsfestigkeit von > 1000 Stunden bei 85°C und 85% Luftfeuchtigkeit sowie eine Beständigkeit im Salzsprühtest von > 250 Stunden aufweist.