DE3539774A1 - Verfahren zum aufbringen einer isolierschicht - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer
elektrisch isolierenden Beschichtung auf Stahlblech mittels
einer wäßrigen Behandlungsflüssigkeit, die ein im alkalischen
Medium wasserverdünnbares Harz sowie - auf 100 Gew.-Teile Harz
bezogen - 0,1 bis 80 Gew.-Teile Fluorid eines mehrwertigen
Metalles enthält, und anschließendes Auftrocknen der Behand
lungsflüssigkeit (gemäß P 35 25 430.0).
Es ist bekannt, bei der Herstellung von Eisenkernen für z.B.
Motoren, Transformatoren und dergl. Elektroblech mit einer
Isolierschicht zu versehen, dann zu stanzen, die Stanzab
schnitte zu stapeln und an den Kanten miteinander zu ver
schweißen. Neben der Isolierwirkung der jeweiligen Isolier
schicht bestimmt diese auch maßgeblich die Standzeit der
Stanzwerkzeuge, d.h. die Zeit, nach der ein Nachschärfen unum
gänglich ist. Ein wesentliches Kriterium für die Qualität der
Isolierschicht ist schließlich auch ihr Verhalten bei der
meist erforderlichen Entspannungsglühung und ihr Einfluß auf
die Beschaffenheit der beim Verschweißen der Stanzabschnitte
entstehenden Schweißnaht.
Derartige Isolierschichten können anorganischer Natur sein und
beispielsweise mittels Chromsäure und/oder Phosphorsäure bzw.
Phosphat enthaltenden Behandlungsflüssigkeiten gebildet wer
den. Obgleich deren Isolierwirkung meist von zufriedenstellen
der Qualität ist, ist der Verschleiß der Stanzwerkzeuge im
allgemeinen vergleichsweise hoch. Chromsäure ist zudem unter
dem Aspekt des Umweltschutzes unerwünscht.
Eine andere Kategorie von Isolierschichten, die durch Appli
kation von Behandlungsflüssigkeiten auf Basis organischer
Harze, gegebenenfalls mit anorganischen Zusätzen, erzeugt
werden, verlängert zwar häufig die Werkzeugstandzeit, jedoch
sind Haftfestigkeit nach der Entspannungsglühung und Einfluß
auf die Ausbildung der Schweißnaht in der Regel unbefriedigend.
Mit der zugehörigen Hauptanmeldung war die Aufgabe gestellt,
ein Verfahren zum Aufbringen einer elektrisch isolierenden
Beschichtung auf Stahlblech bereitzustellen, das die Nachteile
der vorgenannten Verfahren nicht aufweist und - ohne zusätz
lichen verfahrensmäßigen oder apparativen Aufwand - die Aus
bildung von Isolierschichten, die in jeder Hinsicht vorteil
hafte Eigenschaften besitzen, gestattet.
Die Lösung der Aufgabe bestand darin, das Stahlblech mit einer
Behandlungsflüssigkeit in Kontakt zu bringen, die ein im alka
lischen Medium wasserverdünnbares Harz sowie - auf 100 Gew.-
Teile Harz bezogen - 0,1 bis 80 Gew.-Teile Fluorid eines mehr
wertigen Metalles enthält.
Obgleich dieses Verfahren erhebliche Vorteile besitzt, zeigte
sich, daß beim Verschweißen beschichteter und gestapelter
Bleche zu Blechpaketen eine beträchtliche Rußentwicklung auf
tritt und ohne Wechsel der Schweißelektroden nur relativ kurze
Schweißnähte gezogen werden können. Das baldige Abbrennen der
Schweißelektroden hatte zudem den Nachteil, daß die Schweiß
naht nach kurzem geradlinigem Verlauf die Gestalt einer Wel
lenlinie annahm.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den vorgenannten,
dem Verfahren gemäß Hauptanmeldung anhaftenden Mangel zu
beheben und dieses Verfahren derart auszugestalten, daß unter
Beibehaltung der sonstigen Vorzüge einwandfreie, geradlinige
Schweißnähte beträchtlicher Länge ohne Wechsel der Schweiß
elektrode herstellbar sind.
Die Aufgabe wird gelöst, indem das Verfahren der eingangs
genannten Art entsprechend der vorliegenden Erfindung derart
ausgestaltet wird, daß man das Stahlblech mit einer Behand
lungsflüssigkeit in Kontakt bringt, die zusätzlich disper
gierte Partikel auf Silikat- und/oder Polymerbasis enthält.
Derartige dispergierte Partikel können Silikate beliebiger
Herkunft und alle Polymere sein, die in der Behandlungsflüs
sigkeit beständig sind - sich also beispielsweise nicht
auflösen - und die zu sphärischen Körpern verformbar sind.
Besonders günstige Ergebnisse werden erhalten, wenn ent
sprechend den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung als
dispergierte Partikel solche aus Talkum, Vinylgruppen bzw.
substituierte Vinylgruppen gebildeten Polymere oder Copoly
merisate von Polyvinylidenchlorid oder Methylmethacrylat mit
Acrylnitril eingesetzt werden.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sehen vor, das Stahl
blech mit einer Behandlungsflüssigkeit in Kontakt zu bringen,
die die dispergierten Partikel in einer Menge von 3 bis 80,
vorzugsweise 5 bis 30, Gew.-Teilen - auf 100 Gew.-Teile
wasserverdünnbares Harz bezogen - sowie mit einer Teil
chengröße im Bereich von 2 bis 20 µm enthält.
Im übrigen erfüllt die im erfindungsgemäßen Verfahren zum
Einsatz kommende Behandlungsflüssigkeit die zur zugehörigen
Hauptanmeldung beschriebenen Bedingungen.
Die Wasserverdünnbarkeit des Harzes im alkalischen Medium
heißt, daß das Harz entweder wasserlöslich oder im alkalischen
wäßrigen Medium homogen verteilbar sein muß, und zwar min
destens über einen weiten Konzentrationsbereich. Besonders
geeignete Harze sind Polyester-, Polyamid-, Epoxy-, Phenol
oder Melaminharze bzw. Modifikationen hiervon, die gegebenen
falls mit neutralisierbaren sauren Gruppen versehen sind, aber
auch mit Emulgatoren leicht im wäßrigen alkalischen Medium
homogen verteilbarer Harze, wie z.B. Latices auf Basis von
Acrylaten, Styrol, Butadien, oder Epoxyharz.
Als Fluorid eines mehrwertigen Metalles, das insbesondere für
die Bildung einer einwandfreien Schweißnaht der gestapelten
Stanzabschnitte bei wirtschaftlich realistischer Schweißge
schwindigkeit verantwortlich ist, sind insbesondere Eisen-,
Mangan-, Barium-, Strontium-, Calcium-, Cer- oder Kupfer
fluorid, einzeln oder in beliebiger Mischung, geeignet. Beson
ders vorteilhaft ist Aluminiumfluorid (AlF3). Fluorid eines
mehrwertigen Metalles sollte in Mengen von 1 bis 30 Gew.-
Teilen - auf 100 Gew.-Teile Harz bezogen - vorhanden sein.
Weiterhin sollte die Behandlungsflüssigkeit - auf 100
Gew.-Teile Harz bezogen - 0,1 bis 40 Gew.-Teile Borat enthal
ten, das in Form von Borsäure oder Alkaliborat eingebracht
werden kann. Der Boratgehalt ist insbesondere für die Haft
festigkeit der Beschichtung nach dem Glühen verantwortlich.
Dessen Gehalt sollte 1 bis 10 Gew.-Teile Borat - auf 100
Gew.-Teile Harz bezogen - betragen.
Die Behandlungsflüssigkeit kann darüber hinaus weitere, an
sich bekannte Zusätze enthalten, beispielsweise Antiabsetz
mittel, Viskositätsregulatoren, Entschäumer, Netzmittel und
Verlaufsmittel, bzw. Mittel, die ein verbessertes Gleiten beim
Stanzvorgang ermöglichen und daher den Verschleiß der Stanz
werkzeuge zusätzlich verringern, wie z.B. Wachse auf Basis
Polyethylen oder Polypropylen oder Polyamid oder Silikonöle.
Die Schichtdicke sollte im allgemeinen unter 10 µm, zweck
mäßigerweise jedoch unter 4 µm (angegeben als trockener
Film), liegen. Damit eine einfache Aufbringung des hierfür
erforderlichen Feuchtfilms erreicht wird, empfiehlt es sich,
den Gehalt an Trockensubstanz in der Behandlungsflüssigkeit
auf 20 bis 80 Gew.-% einzustellen. Hiermit ist gleichzeitig
der Vorzug verbunden, daß ein unnötig hoher Aufwand für Was
serverdampfung und Transport vermieden wird.
Die Aufbringung der Behandlungsflüssigkeit kann auf jede
beliebige Weise, z.B. durch Tauchen, Spritzen, Durchziehen
durch einen Behandlungsbehälter, erfolgen. Besonders vorteil
haft ist jedoch, die Behandlungsflüssigkeit mit dem Stahlblech
durch Walzenauftrag in Kontakt zu bringen. Hierdurch läßt sich
in gewissen Grenzen unabhängig von der Viskosität der
Behandlungsflüssigkeit ein Feuchtfilm konstanter Dicke
erzeugen. Bei Bandbeschichtungsverfahren kann beispielsweise
die Beschichtung bei einer Bandgeschwindigkeit bis ca.
120 m/sec und mehr erfolgen. Die anschließende Auftrocknung
der Schicht geschieht zweckmäßigerweise bei 120 bis 350°C
(Objekttemperatur), z.B. im Durchlaufofen. Als Richtwert gilt
etwa 20 sec Trockendauer bei 300°C.
Grundsätzlich können die anschließend ausgestanzten, gestapel
ten und verschweißten Bleche ohne weitere Behandlung ihrem
Verwendungszweck zugeführt werden. Generell ist jedoch zur
Verbesserung der elektrischen Eigenschaften ein Entspannungs
glühen der verschweißten Blechstapel vorgesehen. Die Glühbe
handlung kann - sofern in Luft durchgeführt - bis über 600°C
und - sofern unter Schutzgasatmosphäre durchgeführt - bis über
850°C vorgenommen werden.
Neben den Vorteilen des Verfahrens gemäß Hauptanmeldung,
wonach die elektrisch isolierenden Beschichtungen mit hohem
Isolationsvermögen auf Stahlblech in einfacher Weise aufge
bracht, die die Blechstapel zusammenhaltenden Schweißnähte mit
hoher Geschwindigkeit gezogen werden können, wegen des wäßri
gen Systems auf besondere Vorsichtsmaßnahmen verzichtet werden
kann und Isolierschichten mit hoher Haftfestigkeit erhalten
werden, ist ein zusätzlicher Vorteil der vorliegenden Erfin
dung, daß beim Verschweißen der gestapelten Bleche ohne Elek
trodenwechsel Schweißnähte von etwa 10- bis 20facher Länge
gezogen werden können und eine Rußbildung weitgehend unter
bleibt.
Die Erfindung wird anhand der Beispiele beispielsweise und
näher erläutert.
gemischt.
Zur Verhinderung der Schaumbildung und zur Verbesserung der
Untergrundbenetzung waren dem Gemisch 0,5 Gew.-Teile einer
grenzflächenaktiven Substanz und 2,0 Gew.-Teile eines Alkohols
zugesetzt worden.
Diese Formulierung wurde auf die Oberfläche eines Si-legierten
Elektro-Stahlbleches einer Nenndicke von 0,5 mm (Sorte
V 700 - 50 A nach DIN 46400 Teil 1) mit Hilfe einer Gummiwalze
beidseitig aufgetragen. Zur Aushärtung der Beschichtung
erfolgte anschließend eine Behandlung der beschichteten Bleche
bei einer Temperatur von 300°C innerhalb eines Zeitraumes von
20 Sekunden. Die Trockenschichtstärke betrug je nach Aufbrin
gungsweise im Mittel 0,8 bis 4 µm.
Die Schweißbarkeit der erzeugten Isolierschicht ergibt sich
aus der nachfolgenden Tabelle.
Es wurden
vermischt.
Zur Verhinderung der Schaumbildung und zur Verbesserung der
Untergrundbenetzung waren dem Gemisch 0,5 Gew.-Teile einer
grenzflächenaktiven Substanz und 2,0 Gew.-Teile eines Alkohols
zugesetzt worden.
Die Verarbeitung erfolgte unter den Bedingungen des Beispiels
1. Die erhaltenen Ergebnisse sind nachfolgend zusammengestellt.
wurden gemischt.
Zur Verhinderung der Schaumbildung und zur Verbesserung der
Untergrundbenetzung waren dem Gemisch 0,5 Gew.-Teile einer
grenzflächenaktiven Substanz und 2 Gew.-Teile eines Alkohols
zugesetzt worden.
Auch in diesem Fall war die Verarbeitung der Behandlungsflüs
sigkeit in Übereinstimmung mit Beispiel 1. Die Ergebnisse sind
in der Tabelle wiedergegeben.
gemischt.
Zur Verhinderung der Schaumbildung und zur Verbesserung der
Untergrundbenetzung sind dem Gemisch 0,5 Gew.-Teile einer
grenzflächenaktiven Substanz und 2,0 Gew.-Teile eines Alkohols
zugesetzt worden.
Die Verarbeitung der Behandlungsflüssigkeit war mit Beispiel 1
identisch. Die erhaltenen Ergebnisse befinden sich in der
Tabelle.
gemischt.
Zur Verhinderung der Schaumbildung und zur Verbesserung der
Untergrundbenetzung sind dem Gemisch 0,5 Gew.-Teile einer
grenzflächenaktiven Substanz und 2,0 Gew.-Teile eines Alkohols
zugesetzt worden.
Die Verarbeitung wurde wie in Beispiel 1 durchgeführt. Die
nachfolgende Tabelle enthält das erzielte Ergebnis.
In der folgenden Tabelle ist in Spalte 2 die zulässige
Geschwindigkeit angegeben, mit der bei einem Preßdruck des
Blechstapels von 250 N · cm2 und einer Stromstärke von 90
bis 120 A unter Argonatmosphäre eine einwandfreie,
insbesondere porenarme Schweißnaht gezogen werden kann.
Spalte 3 gibt an, um welchen Faktor die porenfreie, gerade
Schweißnaht länger ist, ohne die Schweißelektrode zu erneuern
oder anzuspitzen, wobei der Wert für das Vergleichsbeispiel
gleich 1 gesetzt ist.
Spalte 4 enthält die Angaben über die Größe der mit Ruß
bedeckten Fläche an den Schweißrändern. Das Vergleichsbeispiel
hat dabei die Zahl 100% erhalten.
Aus der Tabelle ergibt sich, daß bei Anwendung des erfindungs
gemäßen Verfahrens die Elektrodenstabilität um den Faktor 20
größer ist als bei Anwendung des Verfahrens gemäß Hauptanmel
dung. Das heißt, es kann eine Schweißnaht mit der 20fachen
Länge gezogen werden, bis der gleiche Elektrodenzustand wie
beim Verschweißen der Pakete der gemäß Vergleichsversuch be
schichteten Bleche erreicht ist.
Die Rußentwicklung beträgt dabei lediglich 10% des sonst
festgestellten Wertes.
Claims (6)
1. Verfahren zum Aufbringen einer elektrisch isolierenden
Beschichtung auf Stahlblech mittels einer wäßrigen Behand
lungsflüssigkeit, die ein im alkalischen Medium wasser
verdünnbares Harz sowie - auf 100 Gew.-Teile Harz bezo
gen - 0,1 bis 80 Gew.-Teile Fluorid eines mehrwertigen
Metalles enthält, und anschließendes Auftrocknen der
Behandlungsflüssigkeit (gemäß P 35 25 430.0), dadurch
gekennzeichnet, daß man das Stahlblech mit einer Behand
lungsflüssigkeit in Kontakt bringt, die zusätzlich disper
gierte Partikel auf Silikat- und/oder Polymerbasis enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man
das Stahlblech mit einer Behandlungsflüssigkeit in Kontakt
bringt, die Talkum enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß man das Stahlblech mit einer Behandlungsflüssigkeit in
Kontakt bringt, die Vinylgruppen bzw. substituierte Vinyl
gruppen aufweisendes Polymer enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeich
net, daß man das Stahlblech mit einer Behandlungsflüssig
keit in Kontakt bringt, die ein Copolymerisat von Poly
vinylidenchlorid oder Methylmethacrylat mit Acrylnitril
enthält.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß man das Stahlblech mit einer
Behandlungsflüssigkeit in Kontakt bringt, die die disper
gierten Partikel in einer Menge von 3 bis 80, vorzugsweise
5 bis 30, Gew.-Teilen - auf 100 Gew.-Teile wasserverdünn
bares Harz bezogen - enthält.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß man das Stahlblech mit einer
Behandlungsflüssigkeit in Kontakt bringt, die die disper
gierten Partikel mit einer Teilchengröße im Bereich von 2
bis 20 µm enthält.
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