DE10321011B3

DE10321011B3 - Werkzeug und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE10321011B3
Application number: DE2003121011
Authority: DE
Inventors: Jürgen Baumann
Original assignee: Gebr Wiesemann GmbH; Wiesemann Geb GmbH
Current assignee: Gebr Wiesemann GmbH; Wiesemann Geb GmbH
Priority date: 2003-05-12
Filing date: 2003-05-12
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2023-05-13

Abstract

Werkzeug (1) aus einem korrodierenden Metallwerkstoff und mit einer farbigen Beschichtung (3) seiner Oberfläche (2), bei dem eine Kunststoffschicht (6) und mindestens eine weitere Schicht vorgesehen sind. DOLLAR A Um dem Werkzeug (1) sowohl eine hohe Korrosionsbeständigkeit als auch ein besonders ansehnliches Äußeres zu geben, umfaßt die Beschichtung (3) von innen nach außen folgende Schichten: eine chromatisierte Zinkschicht (4), eine Farbschicht (5) und eine durchscheinende Kunststoffschicht (6). DOLLAR A Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung eines Werkzeugs (1) sieht folgende Stufen vor: DOLLAR A a) Reinigen DOLLAR A b) Aktivieren DOLLAR A c) Beschichten mit Zink DOLLAR A d) Chromatieren DOLLAR A e) Beschichten mit Zinkfarbe DOLLAR A f) Beschichten mit Kunststofflack DOLLAR A g) Trocknen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug aus einem insbesondere leicht korrodierenden Metallwerkstoff mit einer farbigen Beschichtung seiner Oberfläche, bei dem mindestens teilweise eine Kunststoffschicht und mindestens eine weitere Schicht vorgesehen sind.

Aus der DE 202 08 086 U1 ist ein beschichtetes Werkzeug in Form eines isolierenden und farbigen Schraubenschlüssels bekannt. Dort wird schon auf eine Reihe von Vorteilen hingewiesen, die eine farbliche Beschichtung für den Handwerker mit sich bringt. Unter anderem soll sie einen Rostansatz verhindern, die Griffigkeit erhöhen und als Unterscheidungsmerkmal dienen. Hierzu werden Farben und Lacke vorgeschlagen, die in verschiedenen Verfahren aufgebracht werden können. Auch kann die farbliche Gestaltung mit anderen Beschichtungen an einer Oberfläche kombiniert werden. Daher geht die vorliegende Erfindung von diesem Stand der Technik aus.

Die farbliche Kennzeichnung von Werkzeugen ist vorbekannt. In der DE 298 21 902 U1 wird vorgeschlagen, die Erkennbarkeit der Größe eines Schraubenschlüssels durch eine zusätzliche Markierung in unterschiedlicher Farbe zu verbessern. Diese farbliche Größenkennzeichnung erfolgt durch Einfärben der Oberfläche des Schraubenschlüssels oder durch Anbringen eines farbigen Kunststoffüberzugs im Griffbereich des Schraubenschlüssels. In der DE 199 00 643 A1 wird zum gleichen Zweck vorgeschlagen, daß die Größenkennzeichnung von Schraubenschlüsseln durch einen im Griffbereich angebrachten Gummi- oder Kunststoffüberzug erfolgt, der je nach Größe des Schraubenschlüssels eine andere Farbe aufweist.

Die der Erfindung zu Grunde liegende Problematik wird am Beispiel des eingangs genannten Schraubenschlüssels erläutert Üblicherweise werden hochwertige Schraubenschlüssel aus einem mit Chrom und Vanadium legierten Stahl hergestellt. Insbesondere zum Rostschutz wird ein Überzug aus rostbeständigem Material aufgebracht. Überzüge aus Chrom bieten zwar einen ansehnlichen und dauerhaften Rostschutz, können jedoch bei Hautkontakt allergische Reaktionen hervorrufen. Daher gibt es inzwischen schon Anwendungsbereiche, z.B. im Kfz-Bau, in denen eine Verchromung nicht mehr zulässig ist.

Außerdem stellt eine Verchromung einen teuren und harten Überzug dar, dessen mechanische Nachteile im eingangs genannten Stand der Technik schon dargelegt sind. Deshalb werden dort stattdessen Überzüge aus Farben oder Lacken vorgesehen. Diese sind jedoch in aller Regel, insbesondere bei hartem Montageeinsatz eines Werkzeugs, weniger haltbar. Schon durch kleinste Beschädigungen, wie Ritze, Risse oder Löcher, können rostfördernde Agenzien, wie Schweiß, Regenwasser und ähnliches, an die zu schützende Oberfläche gelangen und den Rostschutz zunichte machen. Diese oder ähnliche Probleme können jedoch auch an anderen Werkzeugen, insbesondere Handwerkzeugen, auftreten.

Der Erfindung liegt das Bestreben zugrunde, einen Überzug für ein Werkzeug zu schaffen, der die Vorteile einer Verchromung mit denen eines Kunststoffüberzugs in vorteilhafter Weise verbindet.

Hierzu schlägt die Erfindung eine besondere Beschichtung vor, die von innen nach außen folgende Schichten umfaßt:

a) eine chromatierte Zinkschicht
b) eine Farbschicht
c) eine durchscheinende Kunststoffschicht.

Durch diesen Schichtaufbau wird ein außerordentlich dauerhafter Rostschutz gewährleistet. Eine sehr anspruchsvolle Korrosionsprüfung, nämlich eine Salzsprühnebelprüfung nach SS DIN 50 021, ergab an einem erfindungsgemäß beschichteten Schraubenschlüssel einen außergewöhnlich haltbaren Rostschutz bis Weißrost mit über 100 Stunden Testzeit. Durch die äußere Kunststoffschicht ist einerseits eine robuste und relativ weiche Außenhaut des Werkzeugs geschaffen, die nicht nur griffsympathisch ist, sondern auch vermeidet, daß sich der Monteur an scharten Kanten, Spänen, Abblätterungen oder dergleichen verletzt, oder daß durch Anstoßen des harten Werkzeugs an empfindliche Flächen, z.B. eines zu reparierenden Geräts, Beschädigungen wie Kratzer und dergleichen entstehen. Außerdem schützt die Kunststoffschicht die darunter liegende Farbschicht mechanisch, sowie gegen Umwelteinflüsse. Infolgedessen erweist sich die Beschichtung als äußerst farbintensiv, farbbeständig und lichtecht: Die Farbintensität wird über einen langen Zeitraum bewahrt. Dies ist von besonderer Bedeutung, wenn die Farbschicht sehr dünn und/oder mindestens leicht durchscheinend ausgelegt ist, so daß die darunter liegende Schicht matt durchschimmern kann: Der Aufbau einer derartigen Beschichtung verleiht dem Werkzeug ein sehr gefälliges und wertvolles Aussehen, ohne daß der Monteur mit einer Chromschicht oder Farbschicht in direkte Berührung gerät.

Der Monteur wird nun eher geneigt sein, sein Werkzeug pfleglich zu behandeln, was wiederum der Lebensdauer des Werkzeugs zugute kommt. Dies kann auch dadurch gefördert werden, daß bei mehreren Monteuren in einer Werkstatt oder Fabrik jeder Monteur für sein aus verschiedenen Werkzeugen bestehendes Werkzeugset seine „persönliche" Farbe aussuchen kann. Dann ist auch eine Vertauschung oder Verwechslung von Werkzeugen zwischen den Monteuren ausgeschlossen. Es entfallen die sonst üblichen zusätzlichen persönlichen Kennzeichnungen, die wegen ihrer angestrebten Haltbarkeit oft aus Gravuren, Schliffen und Ähnlichem bestehen, die wiederum einen vorhandenen Korrosionsschutz beseitigen.

Die innere Zinkschicht stellt schließlich eine Barriere gegen Rost dar. Sie trägt dazu bei, daß selbst bei hartem Einsatz nicht nur mit einer langen funktional-technischen Lebensdauer des Werkzeugs zu rechnen ist, sondern durch langfristig wirksame Rostvermeidung auch das besonders ansehnliche Äußere beibehalten wird.

In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Zinkschicht galvanisch aufgebracht ist. Außerdem kann sie aus einem sauren oder cyanidischen Zink gebildet sein, wobei aus Umweltgründen saurer Zink bevorzugt wird. Es hat sich erwiesen, daß es für diese innen liegende Schicht ausreichend ist, wenn sie eine Dicke von mindestens 6 μm hat. Die maximale Dicke soll bei etwa 12 μm liegen.

Die Passivierung besteht vorzugsweise in umweltschonender Weise aus einem 3-wertigen Chrom und dringt in die Zinkschicht 4 ein. Meist reicht schon eine Chromatierung von 1 bis 2 μm aus, um sowohl den angestrebten Schutz als auch das besondere Aussehen sicherzustellen.

Die Farbschicht soll auf dem Untergrund gut haften. Daher wird hierfür eine sogenannte Zinkfarbe gewählt, eine Farbe, die sich mit einem Zinkuntergrund gut verbindet. Die Farbschicht ist vorzugsweise in Form von Lack auf Wasserbasis durch Tauchlackierung aufgebracht. Die Farbschicht soll möglichst Chrom-(VI)-frei sein und eine hohe Lichtechtheit haben. Die Farbpigmente lagern sich in der quasi porösen Zinkschicht ein, bzw. werden von dieser Schicht geradezu aufgesaugt, so daß sich zusätzlich zur Zinkschicht praktisch keine zusätzliche Schichtdicke ergibt und die Dicke des Schichtaufbaus gering gehalten werden kann.

Die äußere Kunststoffschicht besteht bevorzugt aus mindestens einem Polymer oder einem Gemisch aus zwei oder mehreren Polymeren geeigneter Art, z.B. auf PE-Basis, und kann grundsätzlich in unterschiedlichen Verfahren aufgebracht werden. Besonders gute Ergebnisse, nämlich einen dünnen Schichtaufbau, bringt eine Kunststoffschicht, die aus einer wässrigen Kunststoffdispersion durch Trocknen gebildet ist. Um sowohl die Wirkung der Farbschicht als auch den Glanz der darunter liegenden Schicht gut und dauerhaft zur Geltung kommen zu lassen, wird die äußere Kunststoffschicht möglichst transparent oder mindestens gut transluzent ausgebildet. Auch kann sie elektrisch isolierend und schlecht wärmeleitend sein. Es wird eine Schichtdicke von 1 bis 6 μm, möglichst aber 1 bis 3 μm angestrebt. Folglich ergibt sich eine gesamte Schichtdicke von mindestens 7 bis 15 μm, vorzugsweise 8 bis 10 μm.

Grundsätzlich zielt die Erfindung darauf ab, daß die dünne Beschichtung die gesamte Oberfläche des Werkzeugs schützend und dekorierend bedeckt. Dann sind keinerlei Vorkehrungen zu treffen, um Bereiche der Oberfläche vor der Beschichtung abzudecken, was im Einzelfall aber möglich ist. Insbesondere kann es sinnvoll sein, zumindest die äußere Kunststoffschicht auf bestimmte Stellen des Werkzeugs nicht aufzubringen. Solche Stellen können beispielsweise auf Druck, Reibung und ähnliches beanspruchte Arbeitsflächen sein. Solche Arbeitsflächen unterliegen beim Gebrauch des Werkzeugs einem gewissen Verschleiß, so daß eine dort aufgebrachte Kunststoffschicht über kurz oder lang abgetragen würde.

Ein bevorzugter Anwendungsfall der Erfindung ist das Gebiet der Handwerkzeuge, und hier insbesondere der Schraubwerkzeuge. Hierunter werden üblicherweise Schraubenschlüssel, Schraubendreher, Knarren, Werkzeughalter und zugehörige Einsatzwerkzeuge, wie z.B. sogenannte Nüsse oder Bits, verstanden. Einen Überblick über Schraubwerkzeuge gibt das DIN-VDE-Taschenbuch 41 mit dem Titel „Schraubwerkzeuge". Ebenso kann die Erfindung bei Pinzetten, Zangen und allgemein bei Montagewerkzeugen beliebiger Art angewendet werden. Auch bei einem Handwerkzeug wird angestrebt, daß die Beschichtung die gesamte Oberfläche bedeckt, aber mindestens auf die zum Angriff mit der Hand bestimmten Griffflächen aufgebracht ist. Dann werden die eventuellen zusätzlichen Vorteile der elektrischen und Wärmeisolierung der Beschichtung gut genutzt.

Die Erfindung kann jedoch auch bei einem nahezu beliebigen Maschinenwerkzeug angewendet werden, insbesondere bei einem in eine Werkzeugmaschine einsetzbaren Einsatzwerkzeug. Dieses kann beliebig oder ähnlich wie das vorgenannte, bei einem Handwerkzeug verwendbare Einsatzwerkzeug ausgebildet sein.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Werkzeugs mit einer vorgenannten Beschichtung ist durch folgende Behandlung der Oberfläche des Werkzeugs gekennzeichnet:

a) Reinigen
b) Aktivieren
c) Beschichten mit Zink
d) Passivieren
e) Beschichten mit Zinkfarbe
f) Beschichten mit Kunststofflack
g) Trocknen.

Dieses grundsätzliche Verfahren kann durch mindestens einen der folgenden Verfahrensschritte näher gekennzeichnet sein:

a) Reinigen durch eine elektrolytische oder Heißentfettung
b) Aktivieren durch Behandlung mit einen Beizentfetter
c) Beschichten mit einem galvanisch aufgebrachten Zink
d) Passivieren mit einer transparenten oder transluzenten Chromatierung
e) Beschichten durch Tauchlackierung mit einer Zinkfarbe
f) Beschichten durch Tauchlackierung mit einem Kunststofflack
g) Trocknen unter Heißluft.

Auch kann bei den vorgenannten Verfahren mindestens zwischen zwei der Schritte a) bis f) eine Spülung durchgeführt werden, um die jeweilige Oberfläche für die nächste Schicht zu optimieren.

Die durch das erfindungsgemäße Verfahren erzielte Beschichtung hat alle oben schon genannten Vorteile. Außerdem hat sie eine derart geringe Dicke, nämlich im μ-Bereich, daß sie in aller Regel ohne weiteres auch auf solche Werkzeuge aufgebracht werden kann, deren Maße mindestens teilweise einer engen Toleranz unterworfen sind: Beispielsweise können Schraubenschlüssel, die nach DIN 475 im Zentelmillimeter-Bereich tolerierte Schlüsselweiten aufweisen, ohne Toleranzprobleme erfindungsgemäß beschichtet werden. Das bedeutet, daß der Hersteller des Werkzeugs in den Genuß der Erfindung kommen kann, ohne seine Fertigung umstellen zu müssen; denn er kann grundsätzlich das bisher z.B. aus legiertem Stahl normgerecht gefertigte Werkzeug mit der erfindungsgemäßen Beschichtung versehen oder versehen lassen. Die Erfindung ist damit jedoch nicht auf die Beschichtung von Stahlwerkstoffen beschränkt, sondern kann grundsätzlich bei nahezu jedem gegen Korrosion zu schützenden Werkstoff angewendet werden, sofern er elektrisch leitfähig ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das nun näher beschrieben wird.
1 zeigt einen rundum beschichteten Schraubenschlüssel in der Draufsicht.
2 zeigt einen Schnitt durch die Beschichtung in stark vergrößerter Darstellung.
Der Schraubenschlüssel 1 ist aus einem Chrom-Vanadium-Stahl nach DIN gefertigt. Seine gesamte Oberfläche 2 ist mit einer in 2 dargestellten Beschichtung 3 versehen, die folgenden Aufbau hat:

a) Zinkschicht 4 aus einem galvanisch aufgebrachten sauren oder cyanidischen Zink mit einer Schichtdicke von mind. 6 μm; passiviert mit einer 3wertigen Chromatierung von etwa 1 bis 2 μm;
b) Farbschicht 5 aus einer Zinkfarbe;
c) Lackschicht 6 aus einem Kunststofflack mit einer Schichtdicke von 1 bis 3 μm. Die Lackschicht ist transparent oder mindestens transluzent.

Der Deutlichkeit halber ist die Farbschicht 5 als separate Schicht dargestellt. Tatsächlich ist sie mit der Zinkschicht 4 gewissermaßen so „verschmolzen", daß beide fertigen Schichten 4 und 5 kaum oder nicht voneinander unterschieden werden können. Es ergibt sich eine kleinste Gesamtdicke der Beschichtung von 7 bis 9 μm. Die Beschichtung 3 stellt eine geschlossene, widerstandsfähige und sehr ansehnliche farbig-transparent und metallisch-matt schimmernde Bedeckung des Schraubenschlüssels 1 dar.
Ein Verfahren zur Herstellung einer vorgenannten Beschichtung läuft folgendermaßen ab:

1. Die Oberfläche 2 wird in einem Tauchbad gereinigt, z.B. durch eine elektrolytische oder eine Heißentfettung. Die Behandlungszeit beträgt ca. 10 Minuten.
2. Die gereinigte Oberfläche 2 wird in einem Tauchbad aktiviert. Verwendet werden ein Beizentfetter und Salz- oder Schwefelsäure. Die Behandlungszeit beträgt etwa 5 bis 10 Minuten.
3. Die aktivierte Oberfläche 2 wird galvanisch mit einem sauren oder cyanidischen Zink beschichtet. Die Dicke der Zinkschicht 4 beträgt vorzugsweise mindestens 6 μm.
4. Die Zinkschicht 4 wird zur Passivierung ihrer Oberfläche durch eine Transparentchromatierung geführt. Das Chrom ist III-wertig, wird bei 40 bis 50° Celsius aufgebracht und führt nach ca. einer Minute zu einer Schichtdicke von ca. 1 bis 2 μm in der Zinkschicht 4.
5. Auf den vorgenannten Unterbau wird in einem Tauchbad eine Zinkfarbe 5 aufgebracht. Die Zinkfarbe 5 ist ein pigmentierter Lack, der etwa 30 Sekunden bis 1 Minute bei Raumtemperatur einwirkt. Die Farbpigmente der Zinkfarbe 5 lagern sich hierbei praktisch ganz in die Chromatierung der Zinkschicht 4 ein.
6. Nach der Zinkfarbe 5 wird in einem Tauchbad eine Kunststoffdispersion aufgebracht. Die Kunststoffdispersion besteht aus einem 10%igen in Wasser gelösten Kunststoff geeigneter Art, z.B. einem PE. Die Tauchzeit beträgt bei Raumtemperatur etwa 20 Sekunden bis 1 Minute und führt zu einer Kunststoffschicht 6 mit einer Schichtdicke von ca. 1 bis 3 μm.
7. Schließlich wird das beschichtete Werkzeug in Heißluft von ca. 60 bis 100° Celsius 5 bis 10 Minuten getrocknet.

Zur Optimierung kann zwischen den Verfahrensschritten 1 bis 6 eine Spülphase geschaltet sein.

1: Schraubenschlüssel
2: Oberfläche
3: Beschichtung
4: Zinkschicht
5: Farbschicht
6: Lackschicht

Claims

Werkzeug aus einem insbesondere leicht korrodierenden Metallwerkstoff mit einer farbigen Beschichtung (3) seiner Oberfläche (2), bei dem mindestens teilweise eine Kunststoffschicht (6) und mindestens eine weitere Schicht vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (3) von innen nach außen folgende Schichten umfaßt: a) eine chromatierte Zinkschicht (4) b) eine Farbschicht (5) c) eine durchscheinende Kunststoffschicht (6).
Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zinkschicht (4) galvanisch aufgebracht ist.
Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zinkschicht (4) aus einem sauren oder cyanidischen Zink gebildet ist.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zinkschicht (4) eine Dicke von mindestens 6 μm hat.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zinkschicht (4) passiviert ist.
Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Passivierung eine Transparentchromatierung ist.
Werkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Transparentchromatierung aus einem 3-wertigen Chrom besteht.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbschicht (5) aus einer Zinkfarbe besteht.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbschicht (5) in Form von Lack auf Wasserbasis durch Tauchlackierung aufgebracht ist.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbschicht (5) Chrom-VI-frei ist.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbschicht (5) eine hohe Lichtechtheit hat.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbschicht (5) die Zinkschicht (4) mindestens teilweise durchdringt.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbschicht (5) die Zinkschicht (4) überwiegend bis ganz durchdringt.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffschicht (6) aus mindestens einem Polymer auf PE-Basis besteht.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffschicht (6) aus einer wässrigen Kunststoffdispersion durch Trocknen gebildet ist.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffschicht (6) transparent ist.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffschicht (6) eine Dicke von 1 bis 6 μm hat.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (3) die gesamte Oberfläche (2) des Werkzeugs (1) bedeckt.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Kunststoffschicht (6) nicht an den einem erhöhten Verschleiß unterliegenden Stellen seiner Oberfläche (2) aufgebracht ist.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (1) als Handwerkzeug ausgebildet ist.
Werkzeug nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Handwerkzeug als Schraubwerkzeug ausgebildet ist.
Werkzeug nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Beschichtung mindestens an den zum Angriff mit der Hand bestimmten Griffflächen seiner Oberfläche aufgebracht ist.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug als Maschinenwerkzeug oder als ein in ein Handwerkzeug einsetzbares oder damit verwendbares Werkzeug ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Werkzeugs mit einer Beschichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, gekennzeichnet durch folgende Behandlung des Werkzeugs: a) Reinigen b) Aktivieren c) Beschichten mit Zink d) Passivieren e) Beschichten mit Zinkfarbe f) Beschichten mit Kunststofflack g) Trocknen.
Verfahren nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch mindestens einen der folgenden Verfahrensschritte: a) Reinigen durch eine elektrolytische oder Heißentfettung b) Aktivieren durch Behandlung mit einem Beizentfetter und Salz- oder Schwefelsäure c) Beschichten mit einem galvanisch aufgebrachten Zink d) Passivieren durch Transparentchromatieren e) Beschichten durch Tauchlackierung mit einer Zinkfarbe f) Beschichten durch Tauchlackierung mit einem Kunststofflack h) Trocknen unter Heißluft.
Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwischen zwei der Schritte a) bis f) eine Spülung durchgeführt wird.