DE4338960A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Kunststoffbeschichtung durch Wirbelsintern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Kunststoffbeschichtung auf einem Gegenstand durch Wirbelsin­ tern und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Beim Wirbelsintern wird der zu beschichtende Gegenstand auf eine Temperatur über der Schmelztemperatur des zur Beschich­ tung vorgesehenen Kunststoffes erwärmt, wird der erwärmte Gegenstand in ein Tauchbad mit fluidisiertem Kunststoffpul­ ver eingetaucht und wird der beschichtete Gegenstand nach der Entnahme aus dem Tauchbad abgekühlt. Die Fluidisierung des Kunststoffpulvers wird dadurch erreicht, daß das Kunst­ stoffpulver in einen Wirbelraum eingeschlossen wird, in den von unten durch eine gasdurchlässige Schicht Gas eingeblasen wird.

Gegenstände, insbesondere Metallteile durch Wirbelsintern mit Korrosionsschutzüberzügen aus Polyolefinen und Polyami­ den 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.

Es ist ferner bekannt, Gegenstände wie flächige Metallteile oder drahtförmige Metallteile mit PVC-Beschichtungen zu versehen. Derartige Beschichtungen werden durch Eintauchen des Metallteils in PVC-Pasten aufgebracht, wobei der Gegen­ stand vor dem Tauchen mittels einer Gasflamme erwärmt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Verfahrens­ ablauf beim Herstellen einer Kunststoffbeschichtung durch Wirbelsintern zu beschleunigen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Erwärmung des Gegenstandes im Tauchbad erfolgt.

Vorzugsweise erfolgt die Erwärmung durch Induktion in einem Hochfrequenzfeld, insbesondere bei Gegenständen aus elek­ trisch leitendem Material. Eine Alternative dazu ist die Erwärmung durch Mikrowellen bei Gegenständen aus mikrowel­ lenabsorbierendem Material.

Die Hochfrequenzspule kann sich innerhalb oder außerhalb des Gefäßes befinden, in dem das Tauchbad mit fluidisiertem Pulver des zur Beschichtung vorgesehenen Kunststoffes er­ zeugt wird. Befindet sich die Spule innerhalb des Tauchba­ des, so bestehen bezüglich des Materials der Gefäßwände keine Beschränkungen, insbesondere dürfen die Gefäßwände auch aus elektrisch leitendem Material bestehen, da außer­ halb der Spule die Feldstärke äußerst gering ist. Allerdings wird sich dann ein Teil des Kunststoffpulvers auf der Spule niederschlagen, was bei einem Wechsel des Kunststoffpulvers z. B., um die Farbe der Beschichtung zu ändern, zu Schwierig­ keiten führt.

Befindet sich die Spule außerhalb des Gefäßes des Tauchba­ des, so müssen die Gefäßwände aus einem für das Hochfre­ quenzfeld durchlässigen Material, insbesondere nichtleiten­ dem Material, bestehen, z. B. einem unpolaren Kunststoff. Vorteilhaft ist hierbei, daß die Hochfrequenzspule nicht mit dem Kunststoffpulver in Berührung kommt, so daß sich bei einem Übergang zu einem anderen Kunststoffpulver keine Schwierigkeiten ergeben. Die Hochfrequenzspule kann dabei auch innerhalb der Gefäßwand verlaufen.

Das Erwärmen des Gegenstandes in dem Tauchbad aus fluidi­ siertem Pulver kann kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen. Es kann beim Eintauchen des Gegenstandes in das Tauchbad, beim Herausziehen und/oder bei Stillstand erfol­ gen. Die Spule des HF-Generators oder der Mikrowellensender können stationär angeordnet sein oder mit dem Gegenstand mitbewegt werden. Die Bewegung dieser Energiequellen kann auch gegenläufig zu der des zu beschichtenden Gegenstandes sein. Der zeitliche und räumliche Verlauf der Erwärmung kann so gesteuert werden, daß einzelne Zonen des Gegenstandes un­ terschiedlich heiß werden. Bei Erwärmung durch Induktion im HF-Feld kann die Erwärmung im Millimeter-Bereich lokalisiert werden. Die Form der Beschichtung hängt auch davon ab, in welcher räumlichen Lage der Gegenstand durch das HF- oder Mikrowellenfeld geführt wird und ob und wie er gegebenen­ falls in ihm bewegt oder gedreht wird und mit welcher Ge­ schwindigkeit. Durch diese Maßnahmen oder eine Kombination davon kann der Bereich und die Dicke der Beschichtung auf dem Gegenstand gesteuert werden.

Die durch die Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbe­ sondere darin, daß das Erwärmen und das Beschichten in einem einzigen Arbeitsgang erfolgen, wodurch die gesamte Verfah­ rensführung wesentlich vereinfacht wird. Dadurch, daß die Erwärmung erst im Tauchbad selbst erfolgt, ist die effektive Temperatur der Gegenstände weitgehend unabhängig von deren Wärmekapazität. Es können auch Gegenstände, z. B. Werkstücke und Bauteile, beschichtet werden, die aus mehreren Werkstof­ fen mit unterschiedlichen Wärmekapazitäten bestehen. Werk­ stücke aus dünnem Blech oder einem anderen dünnen Material können herkömmlicherweise nicht beschichtet werden, da sich insbesondere die Bereiche eines Werkstücks mit geringer Wandstärke auf dem Weg vom Ofen zu dem Tauchbad stärker ab­ kühlen, als die Bereiche mit größerer Wandstärke. Durch den auf der Oberfläche des Werkstückes schmelzenden Kunststoff werden die dünneren Bereiche ebenfalls stärker abgekühlt. Erfindungsgemäß können jedoch auch Werkstücke aus dünnem Blech oder sonstigem dünnen Werkstoff beschichtet werden, da die Erwärmung erst im Tauchbad selbst erfolgt und die durch das Aufschmelzen des Kunststoffes abgeführte Wärme sofort ersetzt werden kann. Die Dicke der Kunststoffbeschichtung kann durch die Aufheizzeit im Tauchbad gesteuert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vor­ richtung eignen sich für nahezu alle Kunststoffe, z. B. Poly­ propylen und Polyethylen. Allenfalls bei Kunststoff mit hohem Dipolmoment können sich Schwierigkeiten ergeben, da unter Umständen diese Kunststoffe unmittelbar durch das Hochfrequenzfeld erwärmt werden und dadurch ihre Rieselfä­ higkeit verlieren.

Zur Herstellung rutschfester Kunststoffüberzüge ist es not­ wendig, einen Kunststoff mit niedrigem E-Modul, niedriger Schmelztemperatur und niedriger Viskosität zu verwenden. Der Kunststoff soll dabei nicht nur rutschhemmend sein, sondern auch sehr weich und elastisch. Ethylen-Vinylacetat-Copoly­ mere und Ionomere erfüllen diese Voraussetzungen. Diese Kunststoffe eignen sich allerdings nicht ohne weiteres zum Wirbelsintern, da sie nicht ausreichend rieselfähig sind. Wie in der DE 43 26 457 vorgeschlagen wird, können aus der­ artigen Kunststoffen rutschhemmende Kunststoffüberzüge her­ gestellt werden, wenn die Fluidisierung des Kunststoffpul­ vers durch mechanische Schwingungen unterstützt wird. Die mechanischen Schwingungen können z. B. durch einen Vibra­ tionsmechanismus erzeugt werden, wobei die dadurch erzeugten Schwingungen der durch den Gas- oder Luftstrom erzeugten Be­ wegung des Pulvers überlagert werden. Der Vibrationsmecha­ nismus ist dabei mechanisch mit dem Gefäß gekoppelt, in dem sich das Tauchbad befindet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an­ hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 Die Beschichtungsvorrichtung in schematischer Form von der Seite und

Fig. 2 die Beschichtungsvorrichtung in schematischer Form von oben.

Die Vorrichtung zur Herstellung der Kunststoffbeschichtung weist ein oben offenes Gefäß 3 auf, das durch eine gasdurch­ lässige Schicht 4 in einen Druckraum 1 und einen Wirbelraum 2 unterteilt ist. Das Gefäß hat eine Breite von 600 mm, eine Tiefe von 600 mm und eine Höhe von 600 mm. Zwischen dem un­ tenliegenden 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 Gefäß 3 ist auf Füßen 7 elastisch gelagert und ist mit einem Vibrator 8 ge­ koppelt, durch den es in Schwingung versetzt werden kann.

Der Druckraum 1 ist über eine Leitung 9 mit einer (nicht dargestellten) Druckerzeugungseinrichtung verbunden, z. B. einem Seitenkanalverdichter. Durch den Überdruck im Druck­ raum 1 wird durch eine gasdurchlässige Schicht 4 hindurch ein aufsteigender Gasstrom im Wirbelraum 2 erzeugt, der das drin befindliche Pulver fluidisiert, d. h. aufwirbelt und in der Schwebe hält.

In den unteren Bereich des Wirbelraumes 2 kann ein nicht dargestelltes Ausgleichsgefäß münden, das eine Niveauregu­ lierung bewirkt. Aus dem Ausgleichsgefäß fließt Kunststoff­ pulver nach, so daß das Niveau in dem Wirbelraum 2 konstant bleibt. Mit dem oberen Bereich des Wirbelraums 2 kann eine ebenfalls nicht dargestellt Feinstaubabsaugung verbunden sein.

In einer Höhe von etwa 400 mm ist das Gefäß 3 außen von einer mehrere Windungen aufweisenden Hochfrequenzspule 5 um­ geben, die von einem nur schematisch dargestellten Hochfre­ quenzgenerator 6 gespeist wird. Die Anzahl der Windungen, die eingespeiste Leistung und die Frequenz werden entspre­ chend dem jeweiligen Anwendungsfall gewählt. Bei der oben­ genannten Größe des Gefäßes 3 besteht die Hochfrequenzspule 5 aus drei Windungen eines wasserdurchflossenen Kupferrohrs von 8 mm Außendurchmesser und beträgt die Leistung 40 Kw und die Frequenz 400 bis 800 kHz, insbesondere 500 Khz.

Beispiel

Zur Herstellung einer rutschhemmenden Kunststoffbeschichtung wird eine Menge von 20 kg eines Ethylen/Vinylacetat-Kunst­ stoffpulvers mit 30% Vinylacetatgehalt, mit einer Korngröße des Pulvers zwischen 80 und 300 Mikrometer und mit im we­ sentlichen 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 wird ein Luft­ durchsatz von 1 m³/min. bei einer Gesamtdruckdifferenz von 50 mbar durch die gasdurchlässige Schicht 4 erzeugt. Um das sehr weiche Kunststoffpulver rieselfähig zu halten, wird das Gefäß 3 in mechanische Schwingungen versetzt, wozu ein Durckluft-Kolbenvibrator 8 verwendet wird, der auf eine Schwingungsfrequenz von 10 Hz und eine Amplitude von 10 mm eingestellt ist. In das auf diese Weise in dem Wirbelraum 2 fluidisierte Pulver wird als zu beschichtender Gegenstand ein Stahldraht von 4 mm Durchmesser und 30 cm Länge waage­ recht eingetaucht. Der Hochfrequenzgenerator 6 wird beim Herausziehen des Stahldrahtes aus dem Tauchbad für eine Zeitdauer von ca. 5 Sekunden eingeschaltet. Der HF-Generator 6 arbeitet bei 500 kHz mit einer Leistung von 40 kW. Der Stahldraht wird dabei auf eine Temperatur von ca. 250° er­ wärmt. Das auf die Oberfläche des Stahldrahtes und dann auf die Schmelzfläche des Kunststoffes auftreffende Pulver bleibt kleben und schmilzt zu einer homogenen Beschichtung von ca. 0,9 mm auf. Die schmelzflüssige Beschichtung ist nach Abkühlung auf Raumtemperatur einsatzfähig.

Claims (8)

1. Verfahren zum Herstellen einer Kunststoffbeschichtung auf einem Gegenstand durch Wirbelsintern, indem
der zu beschichtende Gegenstand auf eine Temperatur über der Schmelztemperatur des zur Beschichtung vorgesehenen Kunst­ stoffes erwärmt wird und
der Gegenstand in ein Tauchbad mit fluidisiertem Pulver des zur Beschichtung vorgesehenen Kunststoffes eingetaucht wird,
dadurch gekennzeichnet daß die Erwärmung des Gegenstandes im Tauchbad erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Erwärmung induktiv in einem Hoch­ frequenzfeld erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Erwärmung durch Mikrowellen erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidisierung des Kunststoffpulvers durch mechanische Schwingungen unterstützt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1,
mit einem Gefäß (3), das durch eine gasdurchlässige Schicht (4) in einen Druckraum (1) und einen Wirbelraum (2) unter­ teilt wird und
mit einer Druckerzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Überdrucks im Druckraum (1),
gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Erwärmen des Gegenstandes, während er sich innerhalb des Tauchbades befindet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeich­ net durch eine das Tauchbad umgebende Hochfrequenzspule (5), die von einem Hochfrequenzgenerator (6) gespeist wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hochfrequenzspule (5) außerhalb des Gefäßes (3) angeordnet ist und die Wände des Gefäßes (3) aus einem für die Hochfrequenzstrahlung durchlässigen Werk­ stoff besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeich­ net durch einen Vibrationsmechanismus (8), der das Gefäß (3) in mechanische Schwingungen versetzt, wobei die Hochfre­ quenzspule (5) nicht mit dem Gefäß (3) verbunden ist und einen größeren Abstand von der Außenseite des Gefäßes (3) hat, als die Schwingungsamplitude beträgt.