DE19707921C2

DE19707921C2 - Verfahren und Vorrichtung zum maßgenauen Beschichten rotationssymmetrischer Körper mit strahlenhärtbaren fließfähigen oder streichfähigen Monomer-/Oligomer-Systemen

Info

Publication number: DE19707921C2
Application number: DE1997107921
Authority: DE
Inventors: Klaus Friese; Rolf Schubert; Wolfgang Meinert; Wolfgang Lampe; Eberhard Ehms; Herbert Patzschke
Original assignee: Kunststoff Zentrum in Leipzig GmbH
Current assignee: Kunststoff Zentrum in Leipzig GmbH
Priority date: 1997-02-27
Filing date: 1997-02-27
Publication date: 1999-11-04
Anticipated expiration: 2017-02-28
Also published as: DE19707921A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Technologie der Beschichtung fester Substrate, insbesondere thermisch empfindlicher, mit einer oder mehreren definierten dekorati ven oder/und Funktionsschichten aus lösungsmittelfreien strahlengehärteten Poly mersystemen.

Die Anwendung der Erfindung zur Beschichtung äußerer Oberflächen rotationssym metrischer Körper mit klarer zugänglicher Geometrie kann sich vom Auftrag von Kor rosionsschutzschichten auf metallischen Untergrund über Antistatikbeschichtung von Isolatormaterialien wie Keramik oder Kunststoffe bis zur Konservierung von Kunstge genständen erstrecken.

Die Vorrichtung eignet sich vor allem für die maßgenaue Beschichtung von Maschi nenbau-Drehteilen mit viskoseren Polymerüberzügen einer Schichtdicke bis zu meh reren hundert µm in einem Auftragsvorgang unter Einhaltung der mechanischen Fer tigungstoleranzen ohne zusätzliche Bearbeitung.

Als Anwendungsbeispiel dafür steht die maßgenaue Einmalbeschichtung einer Dreh schwingungsdämpfermasse für Dieselmotoren mit einer abriebfesten UV-härtenden Polymerschicht, wenn erforderlich auch mit Notlaufeigenschaften, mit einer Be schichtungsdicke von 200 µm unter Einhaltung der Toleranzforderung h8.

Es sind zahlreiche Verfahren, Technologien und Vorrichtungen zum Beschichten und Bedrucken von festen und flexiblen Substraten vor allem nichtmetallischer Art wie durch Gießrakeln, durch Filmgießvorrichtungen, Walzenauftrag, Schleuderbeschich tung Beschichtung mittels Luftrakel oder Sprühtechnik bekannt. In der DD 268 175 A1 und DD 297 921 A5 werden solche Verfahren und Vorrichtungen beschrieben. Die Beschichtung von festen und flexiblen Substraten auch mit strahlenhärtenden Polymersystemen ist aus der Fachliteratur bekannt, A. Heger, Technologie der Strahlenchemie von Polymeren, Akademie-Verlag, Berlin 1990, S. 390-437. Anwen dungsseitig am nächsten kommt die Spritzlackierung von Autofelgen mit elektronen strahlhärtendem Silbermetallic-Decklack wie sie ebenfalls in A. Heger, Technologie der Strahlenchemie von Polymeren..., S. 424 beschrieben wird.

Die genannten Technologien und Vorrichtungen eignen sich in der bekannten Ausfüh rung jedoch nicht für die Beschichtung von Rotationskörpern mit viskoser Beschich tungssubstanz, schon gar nicht in der geforderten Präzision. Auch eine direkte Be schichtung metallischen Substrates ohne aufwendige Vorbehandlung oder Primerung mit gut haftendem Polymer ist nicht bekannt.

Aus dem DE 39 12 950 C1 ist eine Vorrichtung zur Einstellung und Regelung des Walzenspaltes zwischen der Dosier- und Auftragswalze an einer Beschichtungsanla ge zur Beschichtung von planen Werkstücken, wie Platten oder Bahnen mit Lack oder Leim bekannt. Mit Hilfe elektrischer, elektronischer und mechanischer Bauteile, wie Kraftaufnehmern, Dehungsmeßstreifen, Federelementen, Gewindespindeln und elek trischen Stellmotoren kann der Walzenspalt in einem Bereich von 0 mm bis 2 mm eingestellt und geregelt werden. Diese Vorrichtung ist nur ein Teil einer Beschich tungsvorrichtung und löst lediglich das Problem der Einstellung und Regelung eines gleichmäßigen Walzenspaltes zwischen Dosier- und Auftragswalze der Beschich tungsvorrichtung. Sie ist zur maßgenauen Beschichtung von Rotationskörpern an der Umfangs- und an den Seitenflächen in einer geforderten Präzision in µm-Bereich nicht geeignet.

Weiterhin ist aus der DE 43 03 577 A1 ein Verfahren zum Beschichten einer Papier bahn mit einer höheren Schichtdicke und zur Steuerung dieser Schichtdicke bekannt. Die Beschichtungsmasse wird durch einen Auftragsspalt von 3 mm bis 5 mm, der zwischen der Papierbahn und einem ersten Rakelmesser gebildet wird auf die Bahn aufgetragen und durch dieses Rakelmesser, das in einem spitzen Winkel zur Papier bahn geneigt ist, glattgestrichen. Im Abstand von 0,5 m bis 0,8 m zum Auftragsrakel messer ist ein Abstreifrakelmesser angeordnet, welches die überschüssige Be schichtungsmasse abstreift und entfernt. Die Steuerung der finalen Schichtdicke er folgt über den eingestellten Anpreßdruck des Abstreifrakelmessers und die Menge der auf die Papierbahn aufgebrachten Beschichtungsmasse.

Dieses Verfahren eignet sich ebenfalls nur zur Beschichtung ebener, flacher Werk stücke, insbesondere Papierbahnen, mit einer gleichmäßigen relativ großen Schicht dicke. Zur Beschichtung von rotationssymmetrischen Drehteilen an der Umfangs- und an den Seitenflächen mit einer Schichtdicke im µm-Bereich ist dieses Verfahren nicht einsetzbar.

Die maßgerechte Beschichtung von den im Anwendungsbeispiel genannten Dreh schwingungsdämpfermassen erfolgte bisher nach dem Wirbelsinterverfahren mit auf wendiger Werkstückvorbehandlung - u. a. Sandstrahlen und Phosphatieren, energi eintensivem Beschichten infolge Aufheizen des Körpers über den Schmelzpunkt des Beschichtungsmaterials, Tauchen in ein Wirbelbett aus pulverförmigem Polyamid und schließlich Einstellen der Beschichtungsdicke mittels spanender Bearbeitung - letzt lich jedoch ohne die ausreichende Dauerhaft- und Verschleißfestigkeit zu erreichen.

Das Ziel der Erfindung ist es, ein effizientes und umweltverträgliches Verfahren und eine Vorrichtung zur Beschichtung von Rotationskörpern, insbesondere Drehschwin gungsdämpfermassen zu schaffen, wobei die Beschichtung eine energiesparende, lösungsmittelfreie, maßgerechte Flüssigbeschichtung aus strahlenhärtenden Mono mer-/Oligomer-Systemen ist, die zugleich eine hohe Variabilität und Anpassung der thermomechanischen Eigenschaften und eine gute Haftung auf den metallischen Rotationskörpern besitzt.

Außer der Eigenschaftsverbesserung der Beschichtung, wie Haftung, Verschleißfe stigkeit und Notlaufeigenschaften sollen vor allem Bearbeitungsschritte und -zeit so wie Energie eingespart und auf Lösungsmittel verzichtet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine für dessen Durch führung geeignete Vorrichtung zu schaffen, mit der rotationssymmetrische Körper ef fektiv in wenigen Arbeitsschritten unter hoher Maßhaltigkeit im µm-Bereich mit einem lösungsmittelfreien strahlenhärtbaren flüssigen Monomer-/Oligomer-System ein- oder mehrlagig beschichtet und anschließend diese Schicht mittels UV- oder Elektronen strahlung so gehärtet (polymerisiert und vernetzt) werden können, daß das Werkstück nach Entnahme aus der Vorrichtung ohne weitere Bearbeitung sofort gebrauchsfertig ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das rotationssymmetrische Werkstück von einer Spannvorrichtung mit hoher Laufpräzision - z. B. einem Dreibac kenfutter in der Horizontalspindel einer Werkzeugmaschine - aufgenommen wird. Die se Spannvorrichtung befindet sich in einer mit Stickstoff inertisierbaren Kammer, die zugleich der Beschichtung Schutz gegen Verunreinigung und der Umgebung gegen UV- oder Elektronenstrahlung bietet.

Außerdem enthält diese Kammer eine Vorrichtung zum Auftragen des flüssigen Be schichtungsmaterials auf das Werkstück, eine Vorrichtung zum exakten Einstellen der gewünschten Dicke der Beschichtung unter Abführung des Überschusses an Be schichtungsmaterial - beides gegen die polymerisationsinitiierende energiereiche Strahlung innerhalb der Kammer abschirmbar - und im oberen Teil eine oder mehrere UV-Strahlenquellen oder ein Eintrittsfenster für niederenergetische Elektronenstrah lung.

Im einfachsten Fall ist die Vorrichtung zum Auftragen des flüssigen Beschichtungs materials ein Tauchbad, das auf dem Kammerboden steht, es kann aber auch eine angepaßte Gießvorrichtung oder eine Schlitzdüse für einen Filmauftrag mit unter dem Werkstück angeordnetem Auffangbehälter o. ä. sein.

Zum Zwecke des Materialauftrages wird das Tauchbad von unten an das ortsfeste, aber rotierende Werkstück herangefahren bis dieses zum gewünschten Beschich tungsniveau eintaucht. Die Materialaufnahme erfolgt innerhalb von 2 bis 3 Umdre hungen. Nach dem Austauchen durch Absenken des Bades und einer Abtropfphase ist zumindest bei Viskositäten <100 mPa.s die Dicke des anhaftenden Materialfilms < 300 µm, und überschüssiges Material läuft als Fahne auf der Umfangsfläche entge gen der Drehrichtung zurück.

Jetzt wird ein Rakelsystem, das aus Einzelrakeln zur Bearbeitung der Umfangsfläche und der Stirnflächen zusammengesetzt sein kann oder eine Komplettrakel ist, die durch eine vorjustierte Endlage so in Eingriff gebracht, daß im Spalt zwischen der Werkstückoberfläche und der Rakel die gewünschte Filmdicke entsteht und dabei das überschüssige Beschichtungsmaterial über die Rakelfläche ab- und in das Tauchbad zurückläuft. Um letzteres zu bewirken, besteht das Rakelsystem vorzugsweise aus Blattrakeln - Metall oder Kunststoff - mit abgerundeter oder gefaster Arbeitskante und einer Neigung der Flächen von <30° gegen die Horizontale und gegen die Rotati onsachse bei einem Eingriffspunkt unterhalb der Rotationsachse.

Bei einer breiten Mantelfläche wie zum Beispiel einer Walze ist es fertigungs- und montagetechnisch sowie im Zusammenwirken mit den Rundlaufeigenschaften des Werkstückes kaum möglich mit einer über die gesamte Breite wirkenden Präzision blattrakel eine µm-Toleranz einzuhalten. In diesem Fall wird ein kurzes Rakelblatt mit beschriebener Ausführung und Neigung in einen Werkzeugsupport gespannt und analog einer spanenden Bearbeitung mit einem Drehstahl an dem vorher mit flüssi gem Beschichtungsmaterial beaufschlagtem rotierendem Werkstück vorbeigeführt.

Nach Entfernen und Ablaufen des überschüssigen Beschichtungsmaterials werden die Rakel oder das Rakelsystem schlagartig ausgerückt und dem Film bei weiterhin rotierendem Werkstück Gelegenheit zum Verlaufen gegeben, um eventuelle durch den Eingriff oder den Ausrückvorgang der Rakel erzeugte Spuren ausheilen zu kön nen.

Sowohl während der Phase der Schichtdickeneinstellung, als auch des Verlaufens muß eine Drehzahl eingehalten werden, die vor allem an den Stirnflächen nicht zur Filmverformung oder gar zum Ablaufen oder Abschleudern des Beschichtungsmateri als durch Zentrifugal- oder Schwerkraft führt. Die dabei zu realisierende Umfangsge schwindigkeit liegt vorzugsweise zwischen 0,05 und 0,2 m/s.

Bei der Erzeugung dünner Schichten (≦20 µm) unter Verwendung niedrigviskoser Flüssigkeiten (<100 mPa.s) kann die Schichtdickeneinstellung an den Stirnflächen auch durch Schleuderbeschichtung bei einer Umfangsgeschwindigkeit ≧1,5 m/s er folgen.

Nach dem Einstellen der Schichtgeometrie, werden in der Verlaufsphase das Rakel system und das Beschichtungsmaterialreservoire mit einem Schutz gegen Strahlung versehen, dann die Kammer im Bedarfsfall mit Stickstoff oder einem anderen Inertgas gespült und anschließend die UV- oder die niederenergetische Elektronenstrahlung zur Aushärtung der Beschichtung eingeblendet.

Dazu werden wassergekühlte Abdeckschieber aus dem Strahlengang der mit voller Betriebsleistung arbeitenden UV- oder Elektronenstrahlquelle aus- und nach der Be lichtung oder Bestrahlung wieder eingeblendet. Die erforderliche Bestrahlungszeit beträgt in Abhängigkeit von der Strahlungsart und der Art und Zusammensetzung der Rezeptur des flüssigen Beschichtungsmaterials effektiv 0,1 bis 60 Sekunden - Elek tronendosis 10 bis 100 kGy, vorzugsweise 20 bis 50 kGy.

Zum Erzielen einer glatten Lackoberfläche können entweder monochromatische Ex cimer-UV-Strahler oder polychromatische Hg-Mitteldruck-UV-Strahler oder ein Niede renergie-Elektronenstrahler z. B. vom LEA-Typ eingesetzt werden. Soll eine mattier te Oberfläche ohne Zusatz von chemischen Mattierungsmitteln erzielt werden, dann kann eine Kombination von 172 nm Excimer-UV-Strahler und Elektronenstrahler zum Einsatz kommen.

Nach der Bestrahlung wird das Werkstück gebrauchsfertig entnommen, wobei jedoch besonders bei einigen Rezepturen zwar eine griffeste Oberfläche vorhanden ist, aber noch eine Nachhärtung (Dunkelhärtung - auch thermische Unterstützung von Vorteil) innerhalb von 24 Stunden erfolgt.

Als UV- und elektronenstrahlhärtbare Mono- und Oligomere sowie Mischungen dar aus zum Einstellen unterschiedlicher Oberflächeneigenschaften sowie zur Haftung auf unterschiedlichen Substratmaterialien kommen Acrylate, cycloaliphatische Epoxi de, Vinylether, Malein- und ungesättigte Fettsäuren auch mit diversen flüssigen und feindispersen festen Zusätzen in Frage.

Der gesamte Beschichtungs- und Härtungsprozeß kann außer wie beschrieben in einer Kammer mit zeitlicher Folge der Prozeßschritte auch nach dem halbkontinuierli chen Durchlaufprinzip gestaltet werden. Dazu wird das Werkstück in der Beschic kungsstation in die Präzisionsspannvorrichtung eingespannt und durchläuft mit dieser mindestens zwei Kammern, so daß zumindest Tauch- und Schichteinstellvorgang vom Bestrahlungprozeß räumlich getrennt sind.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einer Antriebseinheit mit einer Spannvorrichtung mit hoher Laufpräzision für rotationssymmetrische Körper, wie sie mit einem Dreibackenfutter auf der horizontalen Arbeitsspindel einer Werkzeugma schine realisiert wird. Die Spannvorrichtung ist von einer Bearbeitungskammer umge ben, die eine Vorrichtung zum Auftragen des flüssigen Beschichtungsmaterials auf weist. Im einfachsten Fall ist die Auftragsvorrichtung ein flaches, wannenförmiges Tauchbad. Sie kann aber auch eine dem Werkstück angepaßte Gießvorrichtung oder eine Schlitzdüse für einen Filmauftrag mit einem unter dem Werkstück angeordneten Auffangbehälter sein. Ebenfalls in der Kammer ist ein Rakelsystem zum exakten Ein stellen der gewünschten Dicke der Beschichtung angeordnet. Je nach der geometri schen Form des Werkstückes kann das Rakelsystem aus Einzelrakeln zusammenge setzt oder als Komplettrakel ausgebildet sein, die so in Eingriff gebracht werden kön nen, daß im Spalt zwischen der Werkstückoberfläche und der Rakel die gewünschte Filmdicke entsteht und dabei des überschüssige Beschichtungsmaterial über die Ra kelfläche ab- und in das Tauchbad zurückläuft.

Im oberen Teil der Bearbeitungskammer sind eine oder mehrere UV-Strahlenquellen oder ein Eintrittsfenster für niederenergetische Elektronenstrahlung angeordnet, die durch verschiebbare, wassergekühlte Abdeckschieber abgedeckt oder freigegeben werden können. Zur Bestrahlung der Naßschicht werden die UV-Strahler aus dem standby-Betrieb auf Vollast geschaltet und durch Ziehen der Abdeckschieber die Be strahlung ausgelöst. Im unteren Teil der Bearbeitungskammer, über der Auftragsvor richtung für das Beschichtungsmaterial und dem Rakelsystem, ist eine verschiebbare Strahlungsabschirmung angeordnet. Ist das Werkstück beschichtet und hat seine Be strahlungsposition erreicht werden die Beschichtungsvorrichtung mit dem Mono- /Oligomerreservoire und das Rakelsystem durch Einfahren der Strahlungsabschir mung abgedeckt.

Die Antriebseinheit mit Spannvorrichtung ist räumlich fixiert. Die Bearbeitungskam mer ist gegenüber der räumlich fixierten Antriebseinheit mit Spannvorrichtung in verti kaler und horizontaler Richtung zwischen einer unteren und oberen sowie einer rechten und linken Endlage verfahrbar. Sie kann mit einem Inertgas, z. B. Stickstoff, gefüllt werden und bietet der Beschichtung zugleich Schutz vor Verunreinigungen und schirmt die Umgebung gegen UV- oder Elektronenstrahlung ab.

Die Erfindung wird anhand von 3 Beispielen beschrieben, die durch die Fig. 1-12 veranschaulicht werden. Die Figuren zeigen:

Fig. 1 Spannvorrichtung mit Werkstück in der Bearbeitungskammer

Fig. 2 Spannvorrichtung mit Werkstück in der Bearbeitungskammer, Seitenansicht dazu

Fig. 3 Bearbeitungskammer in der oberen Endlage, Beschichtung des Werkstückes im Tauchbad

Fig. 4 Bearbeitungskammer in der oberen Endlage, Beschichtung des Werkstückes im Tauchbad; Seitenansicht dazu

Fig. 5 Bearbeitungskammer in der unteren Endlage, Austauchen des Werkstückes und Abrakeln

Fig. 6 Bearbeitungskammer in der unteren Endlage, Austauchen des Werkstückes und Abrakeln; Seitenansicht dazu

Fig. 7 Bearbeitungskammer in Bestrahlungsposition

Fig. 8 Bearbeitungskammer in Bestrahlungsposition, Seitenansicht dazu

Fig. 9 Bearbeitungskammer, räumlich geteilt in Beschichtungs- und Bestrahlungskammer

Fig. 10 Doppelbeschichtungskammer mit wechselseitiger Nutzung der Beschichtungs- und Bestrahlungseinrichtung

Fig. 11 Beschichtungsvorrichtung für ein walzenförmiges Werkstück

Fig. 12 Beschichtungsvorrichtung für ein walzenförmiges Werkstück, Seitenansicht dazu

Ausführungsbeispiel 1

Die Fig. 1 bis 8 stellen die zeitliche Prozeßschrittfolge zur Flüssigbeschichtung der Drehschwingungsdämpfermasse (nachfolgend mit DSDM abgekürzt) mit anschlie ßender Strahlenhärtung innerhalb einer Bearbeitungskammer dar.

Im Anwendungszustand läuft die DSDM im Dieselmotor in einem angepaßten und angeflanschten Gehäuse in hochviskoser Dämpfungsflüssigkeit, die keine Schmier wirkung besitzt. Aus diesem Grund muß sie an der äußeren Mantelfläche, den Fasen und etwa 2/3 der Stirnfläche mit einer gut auf Stahl- oder Grauguß haftenden ver schleißfesten Schicht versehen werden.

Erfindungsgemäß wird der mit den zulässigen Toleranzen gefertigte DSDM-Rohling 1 in die Spannvorrichtung 2 - ein Dreibackenfutter mit angepaßten Spannbacken - in der in der Fig. 1 gezeigten Position eingespannt und in Rotation entgegen dem Uhr zeigersinn versetzt. Durch Aufwärtsbewegung der gesamten Bearbeitungskammer 3 bei räumlich fixierter Spannvorrichtung 2 bis zu einer oberen Endlage taucht die z. B. mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 0,1 m/s rotierende DSDM bis zum gewünsch ten Durchmesser in das Reservoire des flüssigen Beschichtungsmaterials 4 ein, Fig. 3. Dabei ist die UV-Strahlung des im standby-Betrieb befindlichen Hg-Mittel druckstrahlers 5 durch einen wassergekühlten Abdeckschieber 6 ausgeblendet. Die Rezeptur des flüssigen Beschichtungsmaterials 4 setzt sich aus 74% eines cy cloaliphatischen Epoxides, 20% eines Acrylates, 4% Photoinitiator und 2% Netz- und Verlaufmittel zusammen und hat bei 50°C eine dynamische Viskosität von 100 mPas.

Beim Austauchen durch Absenken der Bearbeitungskammer 3 in die untere Endlage, Fig. 1, folgt eine kurze Ablauf- und Abtropfphase von etwa 3 Umdrehungen bei gleichbleibender Drehzahl.

Anschließend wird das Rakelsystem 7 in Eingriff gebracht, indem die Bearbeitungs kammer 3 in die linke Endlage gefahren wird, Fig. 5. Dieses Einfahren der Rakel er folgt mit seitlich aus der Arbeitsposition abgespreizten Seitenflächenrakeln 8, die in Arbeitsposition geklappt werden, wenn die Mantelflächenrakel 9 in der Endlage im Eingriff ist.

Die Schichtdickeneinstellung unter Beibehaltung o. g. Drehzahl mit dem justierbaren Rakelsystem 7 auf 200 µm unter Ablaufen des überschüssigen Beschichtungsmateri als über die geneigten Rakelflächen ist spätestens nach 5 Umdrehungen abgeschlos sen.

Das Ausrücken des Rakelsystems 7 erfolgt in umgekehrter Reihenfolge.

Während der Bewegung der Bearbeitungskammer 3 in die Bestrahlungsposition kön nen die beim Ausrücken hinterlassenen unvermeidlichen Spuren in der Naßschicht unter anhaltender Werkstückrotation ausheilen.

Mit dem Erreichen der Bestrahlungsposition, Fig. 7, werden das Mono-/Oligomer reservoire und das Rakelsystem 7 mit einer Strahlungsabschirmung 10 abgedeckt, der Betriebszustand der UV-Strahler von standby auf Vollast geschaltet und durch Ziehen der Abdeckschieber 6 die Bestrahlung der Naßschicht, die mit der Spaltung der Photoinitiatoren die Erzeugung von Lewissäuren zur Aufspaltung der Epoxiringe und damit die kationische Polymerisation des Cyracures auslöst, durchgeführt. Die effektive Bestrahlungszeit beträgt für dieses Polymersystem 10 s.

Nach dem Ausblenden der UV-Strahlung kann die gebrauchsfertige DSDM mit griffe ster Beschichtung der Bearbeitungskammer 3 entnommen werden, wobei in den fol genden 24 Stunden noch eine Restnachhärtung erfolgt.

Der gesamte Beschichtungs- und Strahlenhärtungsvorgang dauert nur etwa 5-10 Minuten.

Die Schichtqualität der Formulierung übertrifft hinsichtlich Metallhaftung und Ver schleißfestigkeit klar die der Wirbelsinterbeschichtung mit Polyamid und die Schicht dickentoleranzen bewegen sich im Rahmen der geforderten Passungsnorm h8.

Ausführungsbeispiel 2

Die Alternative im technologischen Ablauf einer DSDM-Beschichtung mit zeitlicher Prozeßschrittfolge innerhalb einer Bearbeitungskammer 3 ist die räumliche Trennung in mindestens zwei Kammern, eine Beschichtungskammer I und eine Bestrahlungs kammer II, Fig. 9.

Der gleiche Bearbeitungsablauf mit derselben Rezeptur nur mit anderer Rotations richtung im Vergleich zum ersten Beispiel wird so aufgesplittet, daß in der linken, der Beschichtungskammer I, der DSDM-Rohling in der Position analog Fig. 1 eingesetzt wird und daß danach das Tauchen wie in Fig. 3 und das Abrakeln wie in Fig. 5 erfolgt. Zur Strahlenhärtung wird das rotierende Werkstück mit der Naßschicht durch eine zu öffnende Trennwand 11 zwischen den beiden Kammern in die rechte, die Bestrah lungskammer II, überführt und dort nach Schließen der Trennwand 11 zur Beschich tungskammer I und Ziehen der Abdeckschieber 6 die Aushärtung ausgelöst und ab schließend die fertige Drehschwingungsdämpfermasse 1 aus der Bestrahlungskam mer II entnommen.

Der Kammerwechsel kann dabei sowohl durch Bewegung der Spannvorrichtung mit dem rotierenden Werkstück als auch durch Verschieben der Kammern bei räumlich feststehender Spannvorrichtung 2 vonstatten gehen, wobei letztere Variante den Vor zug erhält.

Als zweiter Fall dieser Zweikammervariante sind beide Kammern gleichberechtigt mit einer Spannvorrichtung 2 ausgerüstet, Fig. 10. Der Beschichtungs- und Härtungspro zeß vollzieht sich wieder wie im Beispiel 1 komplett in einer Kammer, jedoch mit zeit licher Verschiebung zwischen beiden Kammern. Dabei werden das Reservoire mit dem Beschichtungsmaterial 4 und die Bestrahlungseinrichtung 12 durch Verschieben wechselseitig genutzt. Im Gegensatz zur ersten Zweikammervariante muß allerdings das Rakelsystem 7 mit einer Strahlungsabschirmung versehen werden.

Ausführungsbeispiel 3

Mit der erfindungsgemäßen Ausführung in den Fig. 11 und 12 soll eine Walze 13 mit einer abriebfesten, griffigen und optisch matten Polymeroberfläche ausgerüstet wer den.

Als geeignete Rezeptur wird ein Acrylatgemisch ohne Photoinitiatorzusatz verwendet. Die Strahlenquellen sind ein monochromatischer 172 nm Excimer-UV-Kaltstrahler 14 und ein niederenergetischer Elektronen-Flächenstrahler 15 vom LEA-Typ.

Die zwischen zwei Mitnehmerspitzen gespannte und mit 50 U/min rotierende Walze 13 wird durch eine Schlitzdüseneinspeisung 16 mit dem strahlenvernetzbaren Be schichtungsmaterial 4 beaufschlagt. Die Düse läuft von rechts nach links der in einem feinjustierbaren Support 17 geführten Blattrakel 18, die mit ≧30° gegen die Horizon tale und die Rotationsachse angestellt ist, mit gleicher Vorschubgeschwindigkeit vor aus. Während des Materialauftrages und der Schichtformung sind die Strahlenquellen wiederum durch wassergekühlte Abdeckschieber 6 abgeschottet.

Nach der Naßschichteinstellung wird zunächst effektiv zwei Sekunden mit 172 nm- UV-Strahlung belichtet, wodurch eine Härtung der Oberfläche im Nanometerbereich stattfindet, die zu einer feinfaltigen "Milchhautbildung" mit starker Lichtstreuung - ei nem physikalischen Mattierungseffekt - führt. Anschließend wird durch Freigabe des "Elektronenvorhanges" mit einer Elektronenenergie von 180 keV und einem Strahlstrom von 25 mA für eine effektive Belichtungszeit von 0,5 s, d. h. für die Appli kation einer Dosis von 40 kGy freigegeben und damit die gesamte Schicht durchge härtet. Die so erzeugte Schichtoberfläche ist durch die Rauhigkeit griffig und im Zu sammenspiel mit der Rezepturzusammensetzung verschleißfest.

Die Anlage ist mit einem 5 mm starken Bleimantel gegen Bremsstrahlung abge schirmt, und die Bestrahlungsatmosphäre in der Kammer muß im Gegensatz zur Epoxidrezeptur, die sauerstoffunempfindlich ist, durch Spülen mit Reinststickstoff vor den Bestrahlungsprozessen auf einen Sauerstoffrestgehalt von ≦50 ppm gebracht werden.

Auch hier ist die Walze 13 nach der Strahlenhärtung ohne Nacharbeit gebrauchs fertig.

Bezugszeichenliste

1

Drehschwingungsdämpfermasse (DSDM)

2

Spannvorrichtung

3

Bearbeitungskammer

4

Beschichtungsmaterial

5

Hg-Mitteldruckstrahler

6

Abdeckschieber

7

Rakelsystem

8

Seitenflächenrakel

9

Mantelflächenrakel

10

Strahlungsabschirmung

11

Trennwand

12

Bestrahlungseinrichtung

13

Walze

14

Eximer-UV-Kaltstrahler

15

Elektronenflächenstrahler

16

Schlitzdüseneinspeisung

17

Support

18

Blattrakel

Claims

1. Verfahren zum maßgenauen Beschichten rotationssymmetrischer Körper mit strah lenhärtbaren fließfähigen oder streichfähigen Monomer-/Oligomer-Systemen, wobei das Beschichtungsmaterial durch eine Gießrakel oder durch eine Filmgießvorrich tung oder durch Walzenbeschichtung aufgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein rotationssymmetrischer Körper von einer Spannvorrichtung - ein Dreibac kenfutter mit angepaßten Spannbacken -, die sich bei jedem Arbeitsgang in einer abgeschlossenen Bearbeitungskammer befindet, aufgenommen wird, daß auf die sen Körper dann das flüssige, lösungsmittelfreie, strahlenpolymerisier- und ver netzbare Monomer-/Oligomer-System ohne Untergrundvorbehandlung und Prime rung, wie Sandstrahlen und Phosphatieren aufgetragen wird, daß anschließend durch eine Abstreifvorrichtung die Schicht in Form und Dicke eingestellt wird, und daß abschließend die Beschichtung durch UV- oder/und Elektronenstrahlung in den polymeren Zustand überführt wird.

2. Verfahren zum maßgenauen Beschichten rotationssymmetrischer Körper nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial in einem Tauchbad aufgetragen wird, die Beschichtungsmaterialaufnahme innerhalb von 2-3 Umdrehungen des rotationssymmetrischen Körpers erfolgt, die Dicke des Be schichtungsfilmes 50-1000 µm bei einer Viskosität von 50-5000 mPas beträgt und die Umfangsgeschwindigkeit der Beschichtungsfläche bei der Aufnahme des Be schichtungsmaterials, der Schichteinstellung und der Schichthärtung 0,05 bis 0,3 m/s beträgt, wobei die Spannvorrichtung mit dem rotationssymmetrischen Körper immer mit konstanter Drehzahl rotiert.

3. Verfahren zum maßgenauen Beschichten rotationssymmetrischer Körper nach An spruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die effektive Bestrahlungszeit in Ab hängigkeit von der Strahlungsart und der Art und Zusammensetzung des Beschich tungsmaterials 0,1 bis 60 s und die Elektronendosis 10 bis 100 kGy, vorzugsweise 20 bis 50 kGy beträgt.

4. Verfahren zum maßgenauen Beschichten rotationssymmetrischer Körper nach An spruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung mit einer strahlenhärtbaren Formulierung aus Acrylaten, Epoxiden oder Vinylethern in einem einzigen Auftrag bis zu 500 µm erfolgt.

5. Verfahren zum maßgenauen Beschichten rotationssymmetrischer Körper nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität des Beschich tungsmaterials vorrangig durch die Wahl der Komponenten aber auch thermisch unterstützt eingestellt wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß sie aus einer Antriebseinheit mit einer Spannvorrich tung (2) - ein Dreibackenfutter mit angepaßten Spannbacken - besteht und die Spannvorrichtung (2) von einer Bearbeitungskammer (3) umgeben ist, die auf dem Kammerboden eine Vorrichtung zum Auftragen des Beschichtungsmaterials (4) besitzt, daß ebenfalls auf dem Kammerboden ein Rakelsystem (7) angeordnet ist, daß im oberen Teil der Bearbeitungskammer (3) eine oder mehrere UV- Strahlenquellen und/oder ein Eintrittsfenster für niederenergetische Elektronen strahlung angeordnet sind, die durch Abdeckschieber (6) abgedeckt oder freigege ben werden können, und daß im unteren Teil der Bearbeitungskammer (3) über der Auftragsvorrichtung für das Beschichtungsmaterial (4) und dem Rakelsystem (7) eine verschiebbare Strahlungsabschirmung (10) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit mit Spannvorrichtung (2) räumlich fixiert ist, daß die Bearbeitungskammer (3) in vertikaler und horizontaler Richtung zwischen einer unteren und oberen sowie ei ner rechten und linken Endlage verfahrbar ist, daß die Bearbeitungskammer (3) gegen die Umgebung abgedichtet und mit einem Inertgas spülbar ist, und daß die Bearbeitungskammer (3) mit einer Strahlenschutzummantelung versehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Auftragen des Beschichtungsmaterials (4) ein Tauchbad ist.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ra kelsystem (7) zur Schichtform- und Schichtdickeneinstellung je nach Formgebung und Größe des Rotationskörpers aus Einzel- oder Komplettrakeln besteht.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Rakelsystem (7) in eine mit hoher Präzision bewegbare und positionierbare Halte rung eingepaßte Blattrakel aus Kunststoff oder Metall sind, die in Werkstückdreh richtung mit dem Werkstück einen spitzen Winkel 30° gegen die Horizontale und gegen die Rotationsachse bilden und unterhalb der Rotationsachse so ange ordnet sind, daß das überschüssige Beschichtungsmaterial abläuft.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Blattrakel auf einem Support zur Schichteinstellung entlang der zu beschichtenden Oberflä chenbereiche geführt wird.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenquelle ein mono- oder polychromatischer UV-Strahler oder ein niede renergetischer Elektronenstrahler oder eine Kombination eines 172 nm Excimer- UV-Strahlers mit einem niederenergetischen Elektronenstrahler ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die, außer dem Werkstück, von der Strahlung getroffenen Oberflächen in der Be arbeitungskammer (3) aus einem Material bestehen oder mit einem solchen be schichtet sind, das die Strahlung absorbiert und nicht reflektiert.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungskammer (3) durch eine Trennwand (11) in eine Beschichtungs kammer I und eine Bestrahlungskammer II getrennt wird, und daß die Trennwand (11) zwischen der Beschichtungskammer I und der Bestrahlungskammer II zu öff nen ist.