DE3445337C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft das in den Patentansprüchen angegebene Verfahren, das hochgradig stanzbare Überzüge für Blech im allgemeinen und insbesondere für Stahlblech, wie es zur Herstellung von Kernen für Elektromotoren verwendet wird, ergibt.

Bei der Herstellung solcher Kerne wird das dünne beschichtete Stahlblech gemäß der erforderlichen Gestalt gestanzt, und die Stanzstücke werden unter Bildung des laminierten Kernes aufeinandergeschichtet.

Aus zahlreichen, dem Fachmann wohlbekannten Gründen müssen die Kanten der Stanzung ein sehr sauberes Profil haben. Bei zunehmender Anzahl der Stanzarbeitsgänge oder Schlägen, die von der Stanze durchgeführt werden, ist es jedoch praktisch unmöglich, die Bildung von Graten oder Rauhigkeiten an den gestanzten Kanten und eine graduelle Zunahme von deren Größe zu vermeiden.

Die maximal zulässige Größe dieser Rauhigkeiten oder Grate kann schwanken, je nach Qualitätsstandard, der für das Endprodukt festgesetzt ist, doch kann eine Grenze von etwa 50 Mikrometer als guter Kompromiß zwischen der Qualität der gebildeten Kerne und der Wirtschaftlichkeit des Stanzbetriebes angenommen werden.

Um die Anzahl von Schlägen zu vergrößern, die eine Stanze machen kann, bevor sie abmontiert und geschärft werden muß, kann die Härte der Stanze erhöht werden durch Verwendung von Hartlegierungen, die statt normalem Stahl Wolramcarbid oder Kobalt für die Formwerkzeuge enthalten, oder es kann auf das Metall des Bleches eingewirkt werden, um dieses etwas leichter stanzbar zu machen, und es können auch die Schmierungseigenschaften des isolierenden Überzuges auf dem Stanzling verbessert werden.

Die letztgenannte Möglichkeit führte zum Ersatz der anorganischen Überzüge auf Phosphatbasis, die eine Lebensdauer von 50-70 000 Schlägen der Stahlformwerkzeuge gewährleisteten, durch vollständig organische Überzüge, die die Erzielung von bis zu 300 000 Schlägen mit einer Stahlstanze ermöglichten. Diese Schichten hatten jedoch ihre Nacheile. So sind sie z. B. bei Temperaturen von mehr als 350- 400°C instabil, was das Spannungsfreimachen oder Spannungsfreiglühen des Stanzlings oder das Verschweißen der äußeren Kanten von Kernen für rotierende Statoren von Elektromotoren unmöglich macht.

Als Weiterentwicklung folgte der Einsatz anorganischer oder gemischter anorganisch-organischer Überzüge auf der Basis von Chromsäure oder ihren Derivaten. Diese brachten verschiedene Vorteile bezüglich der Stanzbarkeit, führten jedoch zu sehr ernsten Problemen. Wegen des sehr hohen Ausmaßes an Umweltverschmutzung, die Chrom hervorruft, ist es unerläßlich, eine kostspielige Anlage zur Behandlung der Rückstände des Überzugsbades und der Abwässer einzurichten und die Arbeitsumgebung zu schützen. Außerdem gefährdet die hohe Oxidationskraft von Chromsäuren und ihrer Derivate die Stabilität von Überzugsbädern, welche organische Harze enthalten, und auf lange Sicht kann dies auch den gebildeten Überzug gefährden.

Die Hersteller wurden jedoch durch die gute Stanzbarkeit der chromathaltigen Überzüge, die insbesondere im Falle der neuen einschichtigen Typen eine Lebensdauer der Stanze von über eine Million Schläge gestatten, eine Zahl, die bisher durch andere Arten von Überzügen nicht erreicht wurde, dazu veranlaßt, die dabei auftretenden höheren Kosten und größeren Schwierigkeiten zu tolerieren.

Auch in der DE-OS 22 49 294, der die Aufgabe zugrundeliegt, das Stanzverhalten von für Elektromotorkerne geeigneten Blechen zu verbessern, wird von chromathaltigen Beschichtungsbädern ausgegangen, die zusätzlich Phosphat und ein organisches Harz in genau definiertem Verhältnis enthalten müssen, wobei als aktive Komponenten pro 10 Teile Chromionen 0,05 bis 5 Teile Phosphat und 0,3 bis 30 Teile Harz vorliegen. Der mit den aufgezeigten schwerwiegenden Nachteilen behaftete Einsatz von Chromat wird somit auch hier zur Erzielung gut stanzbarer beschichteter Bleche für absolut unerläßlich gehalten.

Für Rostschutz- und Rostumwandlungsmittel, die auf Eisen- und anderen Flächen aufgebracht werden, ist demgegenüber der Einsatz von Phosphorsäure und deren Derivaten wegen der bekannten Bildung passivierender Phosphatschichten üblich. So ist aus Deutsche Farben- Zeitschrift, 22, Nr. 1, 1968, Seite 25, ein Grundanstrich auf der Basis von Butadien-Styrol-2-Methyl- 5-vinylpyridin-Terpolymer und Phosphorsäure bekannt, der auf rostigen Oberflächen bessere Resultate als auf rostfreien ergibt, in der DE-OS 28 21 072 wird eine phosphorsäurehaltige, von organischen Harzen freie Beschichtungsmasse auf der Basis anorganischer Komponenten für blanke oder oxidierte Metallteile beschrieben, und im Chem. Zentralblatt, 1950, I, Seite 1908, sowie 1953, Seite 1089, werden Rostschutzmittel angegeben, für die das Vorliegen von Phosphorsäure, Harnstoff- bzw. Ureido-Formaldehydkondensat und Ammoniumlactat obligat ist. Auf das schlechte Stanzverhalten von für elektrische Zwecke bestimmten Blechen mit derartigen Überzügen auf Phosphatbasis wurde oben bereits hingewiesen, so daß solche Rostschutz- und Rostumwandlungsanstriche für den erfindungsgemäßen Zweck unbefriedigend sind.

Aufgabe der Erfindung ist die Verbesserung der aufgezeigten Situation auf dem Spezialgebiet der stanzbaren Bleche unter Vermeidung der durch die als unerläßlich angesehene Verwendung von Chromaten hervorgerufenen schwerwiegenden Umwelt- und Abwasserverschmutzungsprobleme.

Zur Lösung der Aufgbe wird eine neue Art von Überzug insbesondere für Stahlblech für elektrische Zwecke mit sehr guter elektrischer Isolierung und Stanzbarkeit geschaffen, der verhältnismäßig billig, wärmebeständig und leicht auf das Blech aufzubringen und auch über eine lange Zeitspanne stabil, schweißbar, nichtverschmutzend und nicht toxisch ist.

Die Bildung des Überzugs erfolgt mit Hilfe des in den Patentansprüchen angegebenen Verfahrens, bei dem das Blech in bestimmter Weise mit einer wäßrigen Mischung beschichtet wird, die völlig frei von Chromverbindungen ist und einen relativ großen Anteil einer Phosphorverbindung neben relativ wenig organischem Harz enthält. Im Vergleich zu Chromaten rufen Phosphat keine besonderen Umwelt- und Abwasserprobleme hervor, da sie zum Unterschied von jenen nicht toxisch und biologisch abbaubar sind.

Der organische Anteil der wäßrigen Mischung besteht aus wenigstens einer Verbindung der Gruppe Phosphorsäure und deren wasserlöslichen Salzen, während der organische Anteil aus einem synthetischen Harz besteht, das mit den Phosphorsäureionen bzw. sauren Phosphationen verträglich ist. Das Harz ist von der Art, die stabile Suspensionen oder wäßrige Emulsionen bildet und kann vorteilhafterweise aus der Gruppe gewählt sein, welche Acrylharze und den Polymere, Copolymere und Ionomere umfaßt, sowie Ethylen-Vinylacetat- Copolymere und die hitzehärtenden Epoxyharze der Art, wie sie als Basis für Autokarosserieanstreiche verwendet werden.

Die Zusammensetzung des Beschichtungsbades, auf Trockenbasis, liegt im folgenden Bereich: anorganischer Anteil =60-95 Gew.-%, organischer Anteil=5-40 Gew.-%. Diese Bereiche der Zusammensetzung ergeben einen guten Kompromiß zwischen der Stanzbarkeit und der Schweißbarkeit. Tatsächlich erhöht eine Zunahme im organischen Anteil die erstere und vermindert die letztere. Es ist jedoch in Betracht zu ziehen, daß zum Beispiel für besondere Gebiete der Verwendung von Harzen und/ oder neuen Rezepturen von Harzen und/oder den Kostenbedingungen besonderer Komponenten und/oder bei Beschränkung des Interesses auf nur einige wenige Merkmale des Überzuges und dergleichen, die Möglichkeit zur Wahl innerhalb der angegebenen Bereiche der Zusamensetzungen gemäß bevorzugten Ausführungsformen besteht.

Die wäßrige Mischung hat einen Gehalt an aktiven Komponenten von 5 bis 30 Gew.-%, wobei auch in diesem Bereich zum Beispiel je nach der Art der benutzten Beschichtungsanlage modifiziert werden kann. In einer Anlage, wo der Blechstreifen zwischen Quetschrollen läuft, können die Konzentration der aktiven Komponenten im Bad um so höher sein, je größer der Druck ist, der durch die Quetschrollen ausgeübt wird.

Die Dicke des Endüberzuges muß geringer als 2 µm und vorzugsweise zwischen 0,5 und 1 µm liegen, da in diesem Bereich ein guter Stapelfaktor in Kernen erzielt werden kann und gleichzeitig gewährleistet ist, daß der Überzug ein sehr gutes Oberflächenaussehen und gute Adhäsion, Stanzbarkeit, elektrische Isolierfähigkeit und Schweißbarkeit hat.

Wie erwähnt, muß das gewählte Harz mit einer Lösung von Phosphorsäure oder deren wasserlöslichen Salzen verträglich sein, was bedeutet, daß beim Mischen der wäßrigen Suspensionen oder Emulsion von Harz mit dem organischen Teil des Überzugsbades keine merklichen Änderungen in den physikalischen Merkmalen sowohl unmittelbar als auch auf lange Sicht erfolgen dürfen. So darf sich bei der Herstellung der wäßrigen Mischung das Harz nicht abtrennen oder das Gelieren des ganzen Bades bewirken.

Zur weiteren Charakterisierung der oben als brauchbar angegebenen Harze kann gesagt werden, daß Harzemulsionen auf Acrylbasis von der Art sein müssen, die mit nicht-ionischen oberflächenaktiven Mitteln stabilisiert sind, während im Falle von Ethylen- Vinylacetat-Copolymeren die Emulsion nicht mit Polyvinylalkohol stabilisiert sein darf, oder sie darf andernfalls keine Reaktion mit Borax zeigen. Hitzehärtende Epoxyharze ihrerseits müssen von dem Typ sein, der mit Phosphorsäure neutralisiert ist.

Es können jedoch auch andere Harztypen, wie Harze auf der Basis von Polyvinylchlorid verwendet werden, wobei die einzige Anforderung die ist, daß sie gegenüber Phosphorsäure und deren wasserlöslichen Salzen stabil sein müssen.

Tatsächlich spielt das Harz eine zweifache Rolle im Überzug: Es wirkt als Schmiermittel aufgrund seiner organischen Natur und als Bindemittel für den anorganischen Anteil, um das Wegbrechen von anorganischen Teilchen in der gestanzten Zone zu verhindern, was eine Abriebwirkung auf das zum Stanzen benutzte Formwerkzeug haben könnte.

Daraus folgt, daß die Art oder die Klasse von verwendbaren Harzen keinen signifikanten Einfluß auf die endgültigen Merkmale des Überzuges hat.

Beschichtungsprüfungen, die im Versuchsmaßstab durchgeführt wurden, haben die in der folgenden Tabelle dargestellten Ergebnisse gebracht.

Tabelle

Die obenerwähnten Überzüge wurden erhalten, indem man das Blech (nicht orientierter Si-Stahl, enthaltend 0,5-3,1 Gew.-% Si) in das Beschichtungsbad bei Zimmertemperatur eintauchte und dann 15 Sekunden an Luft bei 260°C einbrannte. Sie halten auch das Spannungsfreiglühen der Stanzlinge bei 830°C in einer neutralen Atmosphäre aus.

Die erfindungsgemäß gebildeten Überzüge können auf jeden Stahl aufgebracht werden, vorzugsweise auf Stahl von Stanzsorte. Sie bestehen aus einem komplexen Gemisch von Phosphaten (von Eisen und anderen Elementen wie Al, Ca, Mg und dergleichen), die von wasserlöslichen Salzen der Phosphorsäure stammen und von Harzen, die mit Phosphorsäureionen verträglich sind.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung von hochgradig stanzbaren beschichteten Blechen, insbesondere Stahlblechen, bei dem eine wäßrige Mischung, bestehend aus den aktiven Komponenten

• a) zumindest eine anorganische Verbindung aus der Gruppe Phosphorsäure und deren wasserlösliche Salze und
• b) eine organische Verbindung aus der Gruppe synthetische Harze, die mit Phosphationen verträglich sind,

wobei die Mischung 5-30 Gew.-% aktive Bestandteile, Rest Wasser, enthält, und die aktiven Bestandteile zu 60-95 Gew.-% aus anorganischen Anteilen (a) und zu 5-40 Gew.-% aus organischen Anteilen (b) bestehen, und diese Mischung in einer Menge, die nach dem Einbrennen eine Schichtdicke von geringer als 2 µm und insbesondere 0,5 bis 1 µm liefert, abgeschieden und dann eingebrannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als organischer Anteil Harze auf Acrylbasis eingesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Harze auf Acrylbasis in wäßriger Emulsion, die durch nicht-ionische oberflächenaktive Mittel stabilisiert ist, eingesetzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als organischer Anteil Ethylen-Vinylacetat-Copolymerharze eingesetzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ethylen-Vinylacetat-Copolymerharze in wäßriger Emulsion, die nicht mit Borax reagiert, eingesetzt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als organischer Anteil hitzehärtende Epoxyharze eingesetzt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die hitzehärtenden Epoxyharze dem mit Phosphorsäure neutralisierten Typ zugehören und in wäßriger Emulsion eingesetzt werden.

8. Verwendung der nach den Ansprüchen 1 bis 7 beschichteten Bleche zur Herstellung von Kernen für Elektromotoren.