DE4326457C2 - Metallteil mit einer rutschhemmenden Kunststoffbeschichtung sowie Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Kunststoffbeschichtung durch Wirbelsintern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Metallteil mit einer rutschhemmen­ den, halogenfreien Kunststoffbeschichtung einer Dicke von mehr als 0,3 mm sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Kunststoff­ beschichtung auf dem Metallteil durch Wirbelsintern und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Aus DE-28 05 645 A1 ist ein Serviertablett aus Metall bekannt, dessen Oberfläche mit einem elastischen federnden Belag aus rutschhemmendem Kunststoff beschichtet ist. Als Kunststoff für den Belag werden Polyorganosiloxane eingesetzt. Dieser Kunststoff wird in einem Lösungsmittel gelöst und dann aufgestrichen oder aufgespritzt.

Bekannt ist auch das Beschichten durch Wirbelsintern. Hierbei wird das zu beschichtende Metallteil auf eine Temperatur über der Schmelztemperatur des zur Beschichtung vorgesehenen Kunststoffes erwärmt, wird das erwärmte Metallteil in ein Tauchbad mit fluidisiertem Kunststoffpulver eingetaucht und wird das beschichtete Metallteil nach der Entnahme aus dem Tauchbad abgekühlt. Die Fluidisierung des Kunststoffpulvers wird dadurch erreicht, daß das Kunststoffpulver in einen Wirbelraum eingeschlossen wird, in den von unten durch eine gasdurchlässige Schicht Gas eingeblasen wird.

Metallteile durch Wirbelsintern mit Korrosionsschutzüber­ zügen aus Polyolefinen und Polyamiden oder mit anderen funktionellen Kunststoffbeschichtungen zu versehen, ist aus der DE 30 34 516 C2 bekannt. Hierbei werden feuerverzinkte Metallteile unmittelbar nach dem Feuerverzinken nach einer Abkühlphase durch Wirbelsintern mit einem Kunststoffüberzug versehen. Der Kunststoffüberzug dient dem Korrosionsschutz und besteht aus Ethylen-Vinyl-Copolymerisat. Für das Aufbringen eines Kunststoffüberzuges durch Wirbelsintern eignen sich dabei nur Kunststoffpulver, die gut rieselfähig sind. Kunststoffpulver zur Herstellung von rutschhemmenden Beschichtungen sind leicht klebrig und daher nicht gut rieselfähig.

Es ist ferner bekannt, Metallteile, z. B. flächige Metall­ teile oder drahtförmige Metallteile, mit PVC-Beschichtungen zu versehen. Wenn es sich um eine rutschhemmende, weiche Beschichtung handeln soll, so besteht die Beschichtung aus Weich-PVC. Derartige Beschichtungen werden durch Eintauchen des Metallteils in PVC-Pasten aufgebracht. Aus umweltrele­ vanten Gesichtspunkten sind PVC-Beschichtungen jedoch sehr umstritten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Metallteil mit einer rutschhemmenden Kunststoffbeschichtung zu schaffen, die unter Umweltgesichtspunkten weniger umstritten ist, wobei die Kunststoffbeschichtung in den wesentlichen Gebrauchseigenschaften Weich-PVC ähnlich sein soll und damit eine Weich-PVC-Beschichtung ersetzen soll.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Kunststoffbeschichtung aus Ethylen- Vinylacetat-Copolymer oder einem Ionomeren besteht, wobei im ersteren Fall vorzugsweise der Vinylacetatgehalt größer als 10% ist.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer solchen Kunststoffbeschich­ tung, wobei von dem eingangs erwähnten Wirbelsintern ausgegangen wird und die Fluidisierung des Kunststoffpulvers durch mechanische Schwingungen unterstützt wird.

Für eine rutschhemmende Kunststoffbeschichtung ist es notwendig, einen Kunststoff mit niedrigem E-Modul, niedriger Schmelztemperatur und niedriger Viskosität zu verwenden. Im Hinblick auf eine spätere Entsorgung soll der Kunststoff außerdem halogenfrei sein und er soll bei thermischer Degradation und bei der Lagerung auf einer Deponie keine Schadstoffe freisetzen. Der Kunststoff soll nicht nur rutschhemmend sein, sondern auch sehr weich und elastisch und insgesamt die gleichen haptischen Eigenschaften wie Weich-PVC haben. Es hat sich gezeigt, daß zwar einige Kunststoffe, z. B. Ethylen-Vinylacetat-Copolymere und Ionomere diese Voraussetzung erfüllen würden, daß diese Kunststoffe jedoch nicht nach üblichen für die kostengün­ stige Herstellung großer Stückzahlen geeigneten Verfahren, wie Tauchen und Wirbelsintern, verarbeitbar sind.

Durch die Erfindung gelingt es, leicht klebrige Kunststoff­ pulver durch Wirbelsintern als Beschichtung auf Metallteile aufzubringen. Während beim herkömmlichen Wirbelsintern, d. h. ohne Unterstützung der Fluidisierung durch mechanische Schwingungen, derartige Kunststoffpulver im Wirbelbett zur Kaminbildung neigen und damit nicht zur Herstellung einer gleichförmigen Beschichtung geeignet sind, wird durch die vorliegende Erfindung ein gleichmäßig fluidisiertes Bett erreicht. Durch die mechanischen Schwingungen werden der Pulverströmung weitere Bewegungen überlagert, die dafür sorgen, daß über die Strömungsbewegung hinaus eine Zwangs­ bewegung der Pulverteilchen entsteht, die keine Kaminbildung zuläßt.

Vorzugsweise wird pulverförmiges Ethylen-Vinylacetat-Copolymer oder Ionomeres verwendet, wobei Granulat dieser Kunststoffe kryogen gemahlen und gesiebt wird.

Die mechanischen Schwingungen werden zweckmäßig von außen auf das Gefäß ausgeübt, in dem sich der Wirbelraum befindet. Die Schwingungen können dabei linear oder zirkular oder eine Überlagerung von beiden sein. Die Schwingungen können auch aus einer Überlagerung von Schwingungen in mehreren Ebenen bestehen.

Die mechanischen Schwingungen können durch einen elek­ trischen oder pneumatischen Vibrator erzeugt werden, der das den Wirbelraum und den Druckraum beinhaltende Gefäß ins­ gesamt in Schwingung versetzt. Besonders geeignet ist ein Druckluft-Kolbenvibrator mit einer Schwingmasse. Das Gefäß ist flexibel, z. B. auf Gummifüßen oder Federn, gelagert oder aufgehängt.

Häufig sollen Metallteile nur teilweise beschichtet werden. Damit sich während des Beschichtens die Beschichtungsgrenze nicht durch Verbrauch des Kunststoffpulvers verändert, d. h. absinkt, ist vorzugsweise eine Niveauregulierung für das Kunststoffpulver innerhalb des Wirbelraumes vorgesehen. Die Niveauregulierung kann in einem Ausgleichsgefäß bestehen, das mit dem unteren Bereich des Wirbelraumes verbunden ist und aus dem jeweils soviel Kunststoffpulver durch Schwer­ kraft nachfließt, daß das Niveau in dem Wirbelraum konstant gehalten wird.

Im oberen Bereich der Wirbelkammer über dem fluidisierten Pulver wird vorzugsweise der in geringen Mengen vorhandene Feinstaub des Kunststoffpulvers abgesaugt. Dieser Feinstaub könnte sich sonst als kleine Tröpfchen auf dem Bereich des Metallteils absetzen, der nicht beschichtet werden soll.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben, wobei die einzige Figur eine Vorrichtung zur Herstellung einer rutschhemmenden Kunststoffbeschichtung eines Metallteils in schematischer Form zeigt.

Die Vorrichtung zur Herstellung der Kunststoffbeschichtung weist ein Gefäß 3 auf, das durch eine gasdurchlässige Schicht 4 in einen Druckraum 1 und einen Wirbelraum 2 unter­ teilt ist. Das Gefäß hat eine Breite von 400 mm, eine Tiefe von 400 mm und eine Höhe von 600 mm. Zwischen dem untenlie­ genden Druckraum 1 und dem obenliegenden Wirbelraum 2 befindet sich in einer Höhe von 100 mm die gasdurchlässige Schicht 4, die aus 25 mm dickem, schwerem Nadelfilz besteht, auf dem ein engmaschiges Gewebe liegt. Das gesamte Gefäß ist auf vier Gummifüßen (nicht dargestellt) gelagert, die ein Schwingen des Gefäßes 3 ermöglichen. Das Gefäß 3 kann auch an elastischen oder nichtelastischen Seilen aufgehängt werden.

Der Druckraum 1 ist mit einer Druckerzeugungseinrichtung 7 verbunden. Als Druckerzeugungseinrichtung 7 wird ein Seitenkanalverdichter verwendet.

Außerhalb des Gefäßes 3 ist ein Vibrationsmechanismus 9 vorgesehen, der mit dem Gefäß 3 verbunden ist und dieses in Schwingung versetzt. Als Vibrationsmechanismus dient ein Druckluft-Kolbenvibrator, der mit regelbarer Druckluft zwischen 0,5 und 8 bar beaufschlagt wird und eine Zusatz­ schwingmasse von 3,6 kg aufweist. Durch die Verwendung eines Druckluft-Kolbenvibrators können die Schwingungsfrequenz und die Schwingungsamplitude über einen sehr weiten Bereich eingestellt werden. Ein Druckluft-Kolbenvibrator arbeitet sehr leise und im vorliegenden Fall liegt das Arbeits­ geräusch zwischen 65 und 76 dB(A).

In den unteren Bereich des Wirbelraumes mündet ein Aus­ gleichsgefäß 5, das eine Niveauregulierung bewirkt. Aus dem Ausgleichsgefäß 5 fließt Kunststoffpulver nach, so daß das Niveau in dem Wirbelraum 2 konstant bleibt.

Mit dem oberen Bereich des Wirbelraums 2 ist eine Feinstaub­ absaugung 6 verbunden.

Zur Herstellung einer rutschhemmenden Kunststoffbeschichtung wird eine Menge von 10 kg eines Ethylen/Vinylacetat-Copolymer-Kunst­ stoffpulvers mit 30% Vinylacetatgehalt, mit einer Korngröße des Pulvers zwischen 80 und 300 Mikrometer und mit im wesentlichen kugeliger Kornform in den Wirbelraum 2 gegeben. Der Schmelzindex des Kunststoffpulvers liegt bei 400 dg/min (ASTM D 1238) und der Erweichungspunkt liegt bei 74°C (ASTM E 28). Über die Druckerzeugungseinrichtung 7 wird ein Luftdurchsatz von 1 m³/min. bei einer Gesamtdruckdifferenz von 50 mbar durch die gasdurchlässige Schicht 4 erzeugt. Die Schwingungsfrequenz des Druckluft-Kolbenvibrators wird auf ca. 10 Hz und seine Amplitude auf ca. 10 mm eingestellt.

In das auf diese Weise in dem Wirbelraum 2 fluidisierte Pulver 8 wird 6 Sekunden lang ein auf 300°C erwärmtes Metallteil eingetaucht. Das auf die Metalloberfläche und dann auf die Schmelzfläche des Kunststoffes auftreffende Pulver 8 bleibt kleben und schmilzt zu einer homogenen Beschichtung von 0,9 mm auf. Die schmelzflüssige Beschich­ tung ist nach Abkühlung auf Raumtemperatur einsatzfähig.

Claims (22)

1. Metallteil mit einer rutschhemmenden, halogenfreien Kunststoffbeschichtung einer Dicke von mehr als 0,3 mm, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoff­ beschichtung aus Ethylen-Vinylacetat-copolymer (E/VA) oder einem Ionomeren besteht.

2. Metallteil nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Vinylacetatgehalt größer als 10% ist.

3. Verfahren zum Herstellen einer Kunststoffbeschichtung auf einem Metallteil durch Wirbelsintern, indem
das zu beschichtende Metallteil auf eine Temperatur über der Schmelztemperatur des zur Beschichtung vorgesehenen Kunststoffes erwärmt wird,
das erwärmte Metallteil in ein Tauchbad mit fluidisiertem Pulver des zur Beschichtung vorgesehenen Kunststoffes einge­ taucht wird, wobei sich das Kunststoffpulver in einem Wirbel­ raum befindet, in den durch eine gasdurchlässige Schicht von unten Gas eingeblasen wird, und dadurch das Kunststoffpulver fluidisiert wird, und
das beschichtete Metallteil nach der Entnahme aus dem Tauchbad abgekühlt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Fluidisierung des Kunststoffpulvers durch mechanische Schwingungen unterstützt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die mechanischen Schwingungen lineare oder zirkulare Schwingungen oder eine Überlagerung von linearen und zirkularen Schwingungen sind.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schwingungen aus einer Überlagerung von Schwingungen in mehreren Ebenen bestehen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Kunststoff­ pulvers in dem Wirbelraum durch eine Niveauregulierung inner­ halb von Toleranzgrenzen gehalten wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auftretender Feinstaub abgesaugt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Pulver für die Be­ schichtung ein sehr weiches, zur Klebrigkeit neigendes Pulver verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver für die Beschich­ tung aus einem Material mit niedrigem E-Modul, niedriger Schmelztemperatur und niedriger Viskosität besteht.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Kunststoffpulver aus Ethylen-Vinylacetat-Copolymer oder einem Ionomeren besteht.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das für die Beschichtung vorgesehene Kunststoffpulver durch kryogenes Mahlen und Sieben aus Granulat gewonnen wird.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 3 bis 11,
mit einem Gefäß (3), das durch eine gasdurchlässige Schicht (4) in einen Druckraum (1) und einen Wirbelraum (2) unterteilt wird, und
mit einer Druckerzeugungseinrichtung (7) zur Erzeugung eines Überdrucks im Druckraum (1),
gekennzeichnet durch
einen Vibrationsmechanismus (9) zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen, die der durch das Gas erzeugten Bewegung des Pulvers (8) überlagert sind und dadurch die Verwirbelung des Pulvers (8) unterstützen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Vibrationsmechanismus (9) ein elektrischer Vibrator ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Vibrationsmechanismus (9) ein pneumatischer Vibrator ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der pneumatische Vibrator ein Druck­ luft-Kolbenvibrator mit einer Schwingmasse ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Vibrationsmechanismus (9) lineare oder zirkulare Schwingungen oder eine Schwin­ gungsform, die aus einer Überlagerung von linearen und zirkularen Schwingungen besteht, erzeugt.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Vibrationsmechanismus (9) Schwingungen mit einer Frequenz zwischen 0,1 und 200 Hz erzeugt.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Vibrationsmechanismus (9) Schwingungen mit einer Amplitude von 0,1 bis 100 mm erzeugt.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, ge­ kennzeichnet durch eine Niveauregulierungsein­ richtung (5) zur Konstanthaltung des Niveaus des fluidi­ sierten Pulvers (8) in dem Wirbelraum (2).

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Niveauregulierungseinrichtung ein Ausgleichsgefäß (5) ist.

21 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20, ge­ kennzeichnet durch eine Einrichtung (6) zur Absaugung von Feinstaub aus dem oberen Bereich des Wirbel­ raumes (2).

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einrichtung zur Feinstaubabsaugung eine Luftabsaugeinrichtung (6) ist.