EP1631393A1 - Verfahren zur sinterbeschichtung - Google Patents

Verfahren zur sinterbeschichtung

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EP1631393A1
EP1631393A1 EP04733794A EP04733794A EP1631393A1 EP 1631393 A1 EP1631393 A1 EP 1631393A1 EP 04733794 A EP04733794 A EP 04733794A EP 04733794 A EP04733794 A EP 04733794A EP 1631393 A1 EP1631393 A1 EP 1631393A1
Authority
EP
European Patent Office
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temperature
workpiece
work
heat
piece
Prior art date
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EP04733794A
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English (en)
French (fr)
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EP1631393B1 (de
Inventor
Hermann Stegmaier
Jürgen Eberle
Thomas Schiffer
Dirk Heinrich
Hans-Joachim WÖNICKER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
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Publication date
Application filed by BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Publication of EP1631393A1 publication Critical patent/EP1631393A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1631393B1 publication Critical patent/EP1631393B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/18—Processes for applying liquids or other fluent materials performed by dipping
    • B05D1/22—Processes for applying liquids or other fluent materials performed by dipping using fluidised-bed technique
    • B05D1/24—Applying particulate materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/02—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by baking
    • B05D3/0218—Pretreatment, e.g. heating the substrate
    • B05D3/0236—Pretreatment, e.g. heating the substrate with ovens
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
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    • B05D3/02—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by baking
    • B05D3/0254—After-treatment
    • B05D3/0272—After-treatment with ovens

Definitions

  • the present invention relates to a method for sinter coating a workpiece and to a device suitable for carrying out the method.
  • Plastic powders suitable for carrying out such processes are e.g. offered by DEGUSSA AG, Mari, under the trade name VESTOSI NT.
  • the sinter coating of a workpiece conventionally takes place in such a way that the workpiece is first heated to a temperature above the melting temperature of the material to be sintered and then brought into contact with the - generally powdery - material.
  • the contact takes place at ambient temperatures, which must necessarily be below the melting temperature of the sintered material, so that the workpiece loses heat during contact with the sintered material and ultimately falls below the melting temperature of the sintered material, as a result of which the sintering process comes to a standstill.
  • the thickness of the layer previously deposited on the workpiece is proportional to the time between the beginning of contact with the sintered material and the point in time at which its melting temperature falls below.
  • the cooling takes place faster than with a workpiece with a higher material thickness, so that in order to achieve the same layer thicknesses on workpieces with different material thicknesses, the temperatures to which the workpieces are heated must be different they are brought into contact with the sintered material.
  • sintered coatings with a desired coating thickness can thus be achieved by a suitable choice of the temperature at which workpieces are brought into contact with the sintered material.
  • shock heating methods have been proposed in which the heating of the workpiece is stopped before it has reached a homogeneous temperature distribution. It is thereby achieved that, when brought into contact with the sintered material, sections of the workpiece with a low surface-related heat capacity have a higher temperature than those with a low surface-related heat capacity, so that the time periods until cooling below the melting temperature and thus the resulting layer thicknesses become approximately the same for both sections.
  • the object of the invention is therefore to provide a method and a device which allow the production of sintered layers of high quality and homogeneous thickness on workpieces which have sections with different surface-related heat capacities.
  • this goal can be achieved by adding a step of preheating the workpiece to conventional shock heating, the preheating conditions being selected such that, when the workpiece is continuously acted on, it brings the temperature to a temperature which is between the melting temperature of the workpiece Coating material and the temperature that the workpiece would reach if it were continuously exposed to the conditions of shock heating.
  • Heat capacity is reduced by the preheating step, and that thereby the
  • Cooling of its surface is reduced. While in the case of simple shock heating without preheating, deepened surface regions of the workpiece, in particular at a border between sections of different surface-related heat capacity, absorb comparatively little heat due to their protected location and accordingly cool quickly during coating, such areas in the method according to the invention retain a suitable surface for sintering due to the preheating Temperature at longer, so that a layer of good quality is also created in these problem areas.
  • Both the preheating and the shock heating are preferably carried out by placing the workpiece in a heat bath, in particular in the form of an oven.
  • the dwell time of the workpiece in the second heat bath, ie the preheating step, should preferably last longer than the stay in the first heat bath, ie the shock heating.
  • these different dwell times are preferably realized by expanding the preheating furnace along a conveyor line for workpieces to be coated is larger than that of the furnace for shock heating.
  • a rough surface can result in incomplete melting of the sintered material in a final phase.
  • the sintered material is preferably applied to the workpiece by introducing the heated workpiece into the sintered material in a fluidized state.
  • a polyamide powder such as the VESTOSINT powder mentioned above is suitable as the sintered material. This has a melting point of 176 ° C; therefore a temperature of the second heat bath between 240 and 340 ° C is suitable for preheating; a temperature of the first heat bath between 390 and 420 ° C. is preferred for shock heating.
  • the shock heating is expediently stopped when the section with the higher surface-related heat capacity has reached an average temperature which is selected in a range between 300 and 370 ° C.
  • the specifically selected temperature depends on the ratio of the surface-related heat capacities; the more different these are, the lower the break-off temperature must be selected in order to ensure the same layer thicknesses on the different sections of the workpiece.
  • a preferred application of the method according to the invention is the coating of a heat exchanger, in particular a condenser for a refrigeration device, the section with a high surface-related heat capacity being a pipe for a heat transfer fluid and the section with a low surface-related heat capacity being a wire attached to the pipe.
  • FIG. 1 shows a heat exchanger as an example of a workpiece on which the method can be carried out
  • FIG. 2 shows a block diagram of a system for carrying out the method
  • Fig. 3 surface temperatures of the condenser as a function of time when heated according to the inventive method.
  • Fig. 1 shows a perspective view of a section of a known condenser in wire-tube design for a refrigerator, to which the coating method according to the invention is advantageously applicable.
  • Such an evaporator is essentially constructed from two different types of elements, a zigzag-shaped steel tube 1 and a plurality of wires 2, which are each arranged transversely to straight-line sections of the steel tube 1 and connect them to one another.
  • the wires 2 thus serve at the same time to stiffen the evaporator and to enlarge its heat-exchanging surface.
  • the steel tube 1 typically has an outer diameter of 8 mm and a wall thickness of 1 mm.
  • the wires 2 are solid with a typical diameter of 1.6 mm.
  • the wires 2 are fastened to the steel tube 1 by spot welding, soldering or other suitable techniques, narrow, poorly accessible angles 4 being formed in the contact area 3 between tube 1 and wire 2.
  • the coating device shown in a highly schematic form in FIG. 2 comprises a conveying device 5, to which groups of several heat exchangers 6 can be fastened.
  • the groups of heat exchangers 6 are conveyed through the coating device by stepwise movements of the conveying device 5, the time spans between successive conveying steps being 20 to 40 s, for example.
  • the heat exchangers 6 first pass through a preheating furnace 7, which is kept at a fixed temperature between 200 and 340 ° C., here at 240 ° C., by a preheating burner 8.
  • the length of the preheating furnace 7 is selected such that two groups of heat exchangers fit in or two conveying steps are required in order to convey one group through the preheating furnace 7.
  • a preheating furnace 9 is directly connected to the preheating furnace 7 and is kept at a temperature between 390 and 420 ° C. by another burner 10.
  • the two furnaces 7, 9 can be delimited from one another by a lock 15 indicated as a dashed line in the figure; however, this is not absolutely necessary.
  • the shock heating furnace 9 has space for a group of heat exchangers 6; their residence time in the furnace 9 therefore corresponds to the time span between two conveying steps of the conveying device 5.
  • the conveyor device 5 has actuators (not shown) for lowering a group of heat exchangers 6 into the fluidized bed 11 and for lifting the group again.
  • the fluidized bed 11 offers space for a group of heat exchangers 6, so that the maximum residence time of the heat exchangers therein corresponds to the time interval between two conveying steps of the conveying device 5.
  • the actual dwell time in the fluidized bed 11 can be shortened as desired by lifting the heat exchangers 6 out of the fluidized bed 11 at a point in time that can in principle be chosen as desired between two conveying steps of the conveying device 5.
  • the heat exchangers 6 provided with a polyamide coating in the fluidized bed 11 finally reach a post-heating furnace 12 in which they are heated again to a temperature above the melting temperature of the polyamide powder.
  • the reheating furnace 12 is kept at a temperature of 240 ° C. by a burner 13.
  • This post-heating furnace 12 serves to improve the quality of the polyamide layers deposited on the heat exchangers 6.
  • these may have a certain roughness, which is due to the fact that towards the end of the deposition of the sintered material on the heat exchangers, their temperature may have dropped to such an extent that it is no longer sufficient to completely melt the sintered material grains.
  • the reheating furnace 12 offers space for two groups of heat exchangers 6, so that two steps of the conveying device 3 are required in order to convey the heat exchangers 6 through the reheating furnace 12.
  • Fig. 3 shows the time course of the surface temperatures of wires and tubes of a heat exchanger 6 on its way through the furnaces 7 and 9.
  • the temperature inside is 240 ° C; the temperature of the wires 2, represented by a curve 16, approaches this value faster than the temperature of the pipe 1, represented by a curve 17.
  • neither the wires nor the pipe reach the air temperature of the preheating furnace; after 60 s the temperature of the wires is almost equalized at approx. 220 ° C; at around 170 ° C, that of the pipe is significantly lower.
  • the heat transfer to the fluidized bed is slower due to the protected location of these locations than at exposed surface areas of the tube, so that it can be expected that at these locations a Sufficient temperature for melting the coating material remains longer than at another location, which compensates for the difficult access of the coating material to these locations and a layer of uniform thickness and high quality is obtained even at these problem locations.

Landscapes

  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Description

Verfahren zur Sinterbeschichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sinterbeschichtung eines Werkstücks sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.
Verfahren zum Erzeugen von Schutzschichten auf Metalloberflächen, insbesondere von Drahtwaren und Metallkleinteilen, durch Aufsintern von Kunststoffpulver sind seit langem bekannt und gebräuchlich. Zur Durchführung derartiger Verfahren geeignete Kunststoff pulver werden z.B. von der DEGUSSA AG, Mari, unter dem Handelsnamen VESTOSI NT angeboten.
Die Sinterbeschichtung eines Werkstücks läuft herkömmlicherweise in der Weise ab, dass das Werkstück zunächst auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des aufzusinternden Materials erhitzt wird und dann mit dem - im Allgemeinen pulverförmigen - Material in Kontakt gebracht wird. Der Kontakt findet bei Umgebungstemperaturen statt, die notwendigerweise unter der Schmelztemperatur des Sintermaterials liegen müssen, so dass das Werkstück während des Kontakts mit dem Sintermaterial Wärme verliert und schließlich die Schmelztemperatur des Sintermaterials unterschreitet, wodurch der Sinterprozess zum Erliegen kommt. Die Dicke der bis dahin auf dem Werkstück abgeschiedenen Schicht ist proportional zu der Zeitspanne zwischen dem Beginn des Kontakts mit dem Sintermaterial und dem Zeitpunkt, an dem dessen Schmelztemperatur unterschritten wird. Wenn das zu beschichtende Werkstück eine geringe Materialstärke hat, verläuft die Abkühlung schneller als bei einem Werkstück mit höherer Materialstärke, so dass, um gleiche Schichtdicken auf Werkstücken mit unterschiedlichen Materialstärken zu erzielen, die Temperaturen unterschiedlich sein müssen, auf die die Werkstücke erhitzt werden, bevor sie mit dem Sintermaterial in Kontakt gebracht werden. Bei einfach geformten Werkstücken mit homogener Materialzusammensetzung und gleichbleibender Wandstärke können somit Sinterbeschichtungen mit einer gewünschten Beschichtungsstärke durch geeignete Wahl der Temperatur, mit der Werkstücke mit dem Sintermaterial in Kontakt gebracht werden, erzielt werden. Bei Werkstücken mit ungleichmäßigen Wandstärken oder inhomogener Materialzusammensetzung, allgemeiner gesagt bei Werkstücken, die Abschnitte mit unterschiedlicher oberflächenbezogener Wärmekapazität aufweisen, führt dies zu dem Problem, dass die Sinterschichten, die sich auf einem Abschnitt hoher oberflächenbezogener Wärmekapazität ablagern, bevor dieser unter die Schmelztemperatur des Sintermaterials abkühlt, größer sind als bei einem Abschnitt mit niedriger oberflächenbezogener Wärmekapazität. Es ist daher schwierig, solche Werkstücke mit einer Beschichtung von gleichbleibender Dicke zu versehen. Wenn auf den Abschnitten mit niedriger oberflächenbezogener Wärmekapazität eine Mindestschichtdicke erreicht werden muss, so muss in Kauf genommen werden, dass die entstehende Schicht an anderen Abschnitten dicker wird. Dies führt nicht nur zu unerwünschten Mehrkosten aufgrund unnötigen Verbrauchs an Sintermaterial, sondern die unterschiedlichen Schichtdicken erhöhen auch die Wahrscheinlichkeit von Defekten der Sinterschicht, die deren Schutzwirkung für das darunterliegende Werkstück beeinträchtigen.
Um dieses Problem zu lösen, sind Schockerhitzungsverfahren vorgeschlagen worden, bei denen die Erhitzung des Werkstücks abgebrochen wird, bevor dieses eine homogene Temperaturverteilung erreicht hat. Dadurch wird erreicht, dass beim Inkontaktbringen mit dem Sintermaterial Abschnitte des Werkstücks mit geringer oberflächenbezogener Wärmekapazität eine höhere Temperatur als solche mit niedriger oberflächenbezogener Wärmekapazität haben, so dass die Zeitspannen bis zum Abkühlen unter die Schmelztemperatur und damit die entstehenden Schichtdicken für beide Abschnitte ungefähr gleich werden. Prinzipiell sollte man annehmen, dass mit einem solchen Verfahren durch geeignete Wahl der Erhitzungsbedingungen, d.h. der Endtemperatur, die sich an einem Werkstück einstellen würde, wenn es ständig den Bedingungen der Schockerhitzung ausgesetzt wäre, und der Zeitspanne, in der das Werkstück der Schockerhitzung ausgesetzt ist, innerhalb gewisser Obergrenzen Temperaturunterschiede zwischen Abschnitten unterschiedlicher Wärmekapazität einstellen und auf gleiche Abscheideschichtdicken optimieren lassen. Es hat sich jedoch in Versuchen herausgestellt, dass auf diese Weise keine befriedigenden Schichtqualitäten zu erzielen waren, und dass insbesondere in Übergangsbereichen zwischen Abschnitten mit unterschiedlichen oberflächenbezogenen Wärmekapazitäten die Neigung zu Schichtdefekten groß war. Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die die Erzeugung von Sinterschichten hoher Qualität und homogener Dicke auf Werkstücken erlauben, die Abschnitte mit unterschiedlichen oberflächenbezogenen Wärmekapazitäten aufweisen.
Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass dieses Ziel erreichbar ist, indem dem herkömmlichen Schockerhitzen ein Schritt des Vorwärmens des Werkstücks vorgeschaltet wird, wobei die Vorwärmbedingungen so gewählt sind, dass sie bei fortlaufender Einwirkung auf das Werkstück dieses auf eine Temperatur bringen, die zwischen der Schmelztemperatur des Beschichtungsmaterials und derjenigen Temperatur liegt, die das Werkstück erreichen würde, wenn es den Bedingungen der Schockerhitzung ständig ausgesetzt wäre.
Es wird vermutet, dass die Wirksamkeit des Verfahrens darauf beruht, dass der bei dem herkömmlichen Schockerhitzen vorhandene starke Temperaturgradient zwischen der
Oberfläche und dem Inneren eines Abschnitts mit hoher oberflächenbezogener
Wärmekapazität durch den Vorwärmschritt verringert ist, und dass dadurch die
Bedeutung des internen Temperaturausgleichs innerhalb des Werkstücks für die
Abkühlung von dessen Oberfläche verringert ist. Während bei der einfachen Schockerhitzung ohne Vorwärmen vertiefte Oberflächenregionen des Werkstücks, insbesondere an einer Grenze zwischen Abschnitten unterschiedlicher oberflächenbezogener Wärmekapazität, aufgrund ihrer geschützten Lage vergleichsweise wenig Wärme aufnehmen und dementsprechend beim Beschichten schnell auskühlen, behalten derartige Bereiche beim erfindungsgemäßen Verfahren durch die Vorwärmung eine zum Aufsintern geeignete Temperatur länger bei, so dass auch in diesen Problemzonen eine Schicht guter Qualität entsteht.
Sowohl das Vorwärmen als auch das Schockerhitzen erfolgen vorzugsweise durch Einbringen des Werkstücks in jeweils ein Wärmebad, insbesondere in Form eines Ofens. Dabei sollte die Verweilzeit des Werkstücks im zweiten Wärmebad, d.h. der Vorwärmschritt, vorzugsweise länger dauern als der Aufenthalt im ersten Wärmebad, d.h. die Schockerhitzung. In einer Beschichtungsanlage werden diese unterschiedlichen Verweilzeiten vorzugsweise dadurch realisiert, dass die Ausdehnung des Vorwärmofens entlang einer Förderstrecke für zu beschichtende Werkstücke größer ist als die des Ofens zum Schockerhitzen.
Wenn sich das Werkstück im Laufe des Aufsintems langsam abkühlt, kann in einer Schlussphase durch unvollständiges Schmelzen des Sintermaterials einer raue Oberfläche entstehen. Um die Qualität der Oberfläche zu verbessern, ist es zweckmäßig, nach dem Aufbringen des Sintermaterials das Werkstück wenigstens oberflächlich zumindest bis auf die Schmelztemperatur des Beschichtungsmaterials nachzuerhitzen, um so eine Glättung der Oberfläche zu erreichen.
Das Aufbringen des Sintermaterials auf das Werkstück erfolgt vorzugsweise durch Einführen des erhitzten Werkstücks in das Sintermaterial in fluidisiertem Zustand.
Als Sintermaterial ist ein Polyamid-Pulver wie das bereits erwähnte VESTOSINT-Pulver geeignet. Dieses hat einen Schmelzpunkt von 176 °C; daher ist eine Temperatur des zweiten Wärmebades zwischen 240 und 340 °C zum Vorwärmen geeignet; zum Schockerhitzen ist eine Temperatur des ersten Wärmebades zwischen 390 und 420 °C bevorzugt.
Die Schockerhitzung wird zweckmäßigerweise abgebrochen, wenn der Abschnitt mit der höheren oberflächenbezogenen Wärmekapazität eine mittlere Temperatur erreicht hat-, die in einem Bereich zwischen 300 und 370 °C ausgewählt ist. Die konkret ausgewählte Temperatur ist abhängig vom Verhältnis der oberflächenbezogenen Wärmekapazitäten; je unterschiedlicher diese sind, um so niedriger muss die Abbruchtemperatur gewählt werden, um gleiche Schichtdicken auf den verschiedenen Abschnitten des Werkstücks zu gewährleisten.
Eine bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Beschichtung eines Wärmetauschers, insbesondere eines Verflüssigers für ein Kältegerät, wobei der Abschnitt mit hoher oberflächenbezogener Wärmekapazität eine Rohrleitung für ein Wärmeträgerfluid ist und der Abschnitt mit niedriger oberflächenbezogener Wärmekapazität ein an der Rohrleitung befestigter Draht ist. Weitere Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
Fig. 1 einen Wärmetauscher als Beispiel für ein Werkstück, an dem das Verfahren ausführbar ist;
Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens; und
Fig. 3 Oberflächentemperaturen des Verflüssigers als Funktion der Zeit beim Erhitzen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht einen Ausschnitt eines an sich bekannten Verflüssigers in Draht-Rohr-Bauweise für ein Kältegerät, auf den das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren vorteilhaft anwendbar ist. Ein solcher Verdampfer ist im Wesentlichen aufgebaut aus zwei verschiedenen Typen von Elementen, einem zickzackförmig gebogenen Stahlrohr 1 und einer Vielzahl von Drähten 2, die jeweils quer zu geradlinigen Abschnitten des Stahlrohrs 1 angeordnet sind und diese miteinander verbinden. Die Drähte 2 dienen somit gleichzeitig zur Versteifung des Verdampfers als auch zur Vergrößerung von dessen wärmeaustauschender Oberfläche.
Das Stahlrohr 1 hat typischerweise einen Außendurchmesser von 8 mm und eine Wandstärke von 1 mm. Die Drähte 2 sind massiv mit einem typischen Durchmesser von 1,6 mm. Die Drähte 2 sind an dem Stahlrohr 1 durch Punktschweißen, Löten oder andere geeignete Techniken befestigt, wobei im Kontaktbereich 3 zwischen Rohr 1 und Draht 2 enge, schlecht zugängliche Winkel 4 entstehen.
Wie man leicht sieht, ist die Materialmenge pro Oberflächeneinheit beim Rohr 1 deutlich größer als bei den Drähten 2, und zwar bei den hier gewählten Abmessungen um einen Faktor von ca. 2,5. Dementsprechend ist auch die Wärmekapazität pro Oberflächeneinheit bei den Drähten 2 deutlich geringer als bei dem Rohr 1, so dass erstere sich in einem Wärmebad deutlich schneller erwärmen als letztere. Die in Fig. 2 stark schematisiert dargestellte Beschichtungsvorrichtung umfasst eine Fördereinrichtung 5, an der jeweils Gruppen aus mehreren Wärmetauschern 6 befestigbar sind. Die Gruppen von Wärmetauschern 6 werden durch schrittweise Bewegungen der Fördereinrichtung 5 durch die Beschichtungsvorrichtung gefördert, wobei die Zeitspannen zwischen aufeinanderfolgenden Förderschritten z.B. 20 bis 40 s betragen können.
Die Wärmetauscher 6 durchlaufen auf ihrem Weg durch die Beschichtungsvorrichtung zunächst einen Vorheizofen 7, der durch einen Vorheizbrenner 8 auf einer festen Temperatur zwischen 200 und 340 °C, hier bei 240 °C, gehalten wird. Die Länge des Vorheizofens 7 ist so gewählt, dass zwei Gruppen von Wärmetauschern hineinpassen bzw. zwei Förderschritte erforderlich sind, um eine Gruppe durch den Vorheizofen 7 hindurch zu befördern.
An den Vorheizofen 7 schließt sich unmittelbar ein Schockerhitzungsofen 9 an, der durch einen weiteren Brenner 10 auf einer zwischen 390 und 420 °C festgelegten Temperatur gehalten wird. Die zwei Öfen 7, 9 können durch eine in der Figur als gestrichelte Linie angedeutete Schleuse 15 voneinander abgegrenzt sein; dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Der Schockerhitzungsofen 9 bietet Platz für eine Gruppe von Wärmetauschern 6; ihre Verweildauer in dem Ofen 9 entspricht daher der Zeitspanne zwischen zwei Förderschritten der Fördereinrichtung 5.
Im Anschluss an den Schockerhitzungsofen 9 ist ein Fließbett 11 vorgesehen, das fluidisiertes Polyamid-Pulver enthält. Die Fördereinrichtung 5 weist (nicht dargestellte) Stellglieder zum Absenken einer Gruppe von Wärmetauschern 6 in das Fließbett 11 und zum Wiederanheben der Gruppe auf. Das Fließbett 11 bietet Platz für eine Gruppe von Wärmetauschern 6, so dass die maximale Verweildauer der Wärmetauscher darin dem Zeitabstand zwischen zwei Förderschritten der Fördereinrichtung 5 entspricht. Die tatsächliche Verweildauer im Fließbett 11 kann jedoch demgegenüber beliebig abgekürzt werden, indem die Wärmetauscher 6 zu einem im Prinzip beliebig wählbaren Zeitpunkt zwischen zwei Förderschritten der Fördereinrichtung 5 aus dem Fließbett 11 herausgehoben werden. Die im Fließbett 11 mit einer Polyamid-Beschichtung versehenen Wärmetauscher 6 erreichen schließlich einen Nachheizofen 12, in dem sie erneut auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Polyamid-Pulvers erhitzt werden. Der Nachheizofen 12 ist hierfür durch einen Brenner 13 auf einer Temperatur von 240 °C gehalten. Dieser Nachheizofen 12 dient der Verbesserung der Qualität der auf den Wärmetauschern 6 abgeschiedenen Polyamid-Schichten. Diese können nämlich bei ihrem Austritt aus dem Fließbett 11 eine gewisse Rauigkeit aufweisen, die darauf zurückzuführen ist, dass gegen Ende der Abscheidung des Sintermaterials auf den Wärmetauschern deren Temperatur soweit abgefallen sein kann, dass sie zum vollständigen Aufschmelzen der Sintermaterialkörner nicht mehr reicht. Der Nachheizofen 12 bietet Platz für zwei Gruppen von Wärmetauschern 6, so dass zwei Schritte der Fördereinrichtung 3 erforderlich sind, um die Wärmetauscher 6 durch den Nachheizofen 12 hindurch zu befördern.
Im Anschluss an den Nachheizofen 12 ist noch ein Tauchbecken 14 vorgesehen, in dem die fertig beschichteten Wärmetauscher 6 abgeschreckt werden.
Fig. 3 zeigt den zeitlichen Verlauf der Oberflächentemperaturen von Drähten und Rohr eines Wärmetauschers 6 auf dessen Weg durch die Öfen 7 und 9. Die Erwärmung beginnt zum Zeitpunkt t=0 mit dem Eintritt des Wärmetauschers in den Vorheizofen 7. Die Temperatur in dessen Innerem beträgt 240 °C; die Temperatur der Drähte 2, dargestellt durch eine Kurve 16, nähert sich diesem Wert schneller als die durch eine Kurve 17 dargestellte Temperatur des Rohrs 1. Während der Verweilzeit des Wärmetauschers 6 im Vorheizofen 7 erreichen weder die Drähte noch das Rohr die Lufttemperatur des Vorheizofens; die Temperatur der Drähte ist nach 60 s mit ca. 220 °C nahezu angeglichen; die des Rohrs liegt mit ca. 170 °C deutlich darunter.
Zum Zeitpunkt t=60 s wird der Wärmetauscher 6 in den Schockerhitzungsofen 9 gebracht, wo er einer Temperatur von 420 °C ausgesetzt ist. Wenn zum Zeitpunkt t=90 s der Wärmetauscher aus dem Schockerhitzungsofen 9 entnommen und zum Fließbett 11 weiter transportiert wird, haben die Drähte eine Temperatur von knapp über 400 °C erreicht; die Oberflächentemperatur des Rohrs beträgt ca. 330 °C. Zwischen der Oberfläche des Rohrs und seinem Inneren besteht eine Temperaturdifferenz von 10 bis 15 °C. Dies bedeutet, dass auch Oberflächenbereiche des Rohrs, die unmittelbar einer Verbindungsstelle 3 zu einem Draht 2 benachbart sind, und die deshalb durch Kontakt mit heißem Gas in den Öfen 5 und 7 nur vergleichsweise wenig effizient erhitzt werden, eine Temperatur in gleicher Größenordnung erreicht haben. Sie kühlen daher nicht wie im herkömmlichen Falle des Schockerhitzens in einem einzigen Schritt stark durch Wär eabfluss ins Innere des Rohrs aus, sondern im Wesentlichen nur dadurch, dass das Rohr Wärme an das Fließbett abgibt, in das es eingetaucht ist. Diese Abkühlung läuft an den Berührungsstellen 3 zwischen Draht 2 und Rohr 1 nicht schneller ab als an anderen Bereichen des Rohrs. Vielmehr ist an beim Beschichten problematischen Stellen wie etwa den engen Spalten 4 im Kontaktbereich zwischen Draht und Rohr die Wärmeabgabe an das Fließbett aufgrund der geschützten Lage dieser Stellen langsamer als an freiliegenden Oberflächenbereichen des Rohrs, so dass damit zu rechnen ist, dass an diesen Stellen eine zum Schmelzen des Beschichtungsmaterials ausreichende Temperatur länger bestehen bleibt als anderen Orts, wodurch der schwierige Zugang des Beschichtungsmaterials zu diesen Stellen kompensiert wird und eine Schicht mit gleichmäßiger Dicke und hoher Qualität auch an diesen Problemstellen erhalten wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Sinterbeschichtung eines Werkstücks (6), das aus wenigstens zwei Abschnitten (1 , 2) mit unterschiedlicher oberflächenbezogener Wärmekapazität gebildet ist, mit einem Schritt des Schockerhitzens des Werkstücks (6) unter
Bedingungen, die bei fortdauernder Einwirkung auf das Werkstück (6) dieses auf eine erste Temperatur bringen, und der beendet wird, bevor sich die Temperatur des Abschnitts (1) mit der größeren oberflächenbezogenen Wärmekapazität an diese erste Temperatur angleicht, und dem anschließenden Schritt des Aufbringens des Sintermaterials auf das Werkstück (6), dadurch gekennzeichnet, dass dem Schockerhitzen ein Schritt des Vorwärmens des Werkstücks (6) unter Bedingungen vorangeht, die bei fortlaufender Einwirkung auf das Werkstück (6) dieses auf eine zweite Temperatur zwischen der Schmelztemperatur des Beschichtungsmaterials und der ersten Temperatur bringen.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Schockerhitzens das Einbringen des Werkstücks (6) in ein erstes Wärmebad (9) mit der ersten Temperatur umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Vorwärmens das Einbringen des Werkstücks (6) in ein zweites Wärmebad (7) mit der zweiten Temperatur umfasst.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit des Werkstücks (6) im zweiten Wärmebad (7) länger als im ersten Wärmebad (9) ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Aufbringen des Sintermaterials ein Schritt des Nacherhitzens wenigstens der Oberfläche des Werkstücks (6) auf wenigstens die
Schmelztemperatur des Beschichtungsmaterials folgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen des Sintermaterials durch Einführen des erhitzten Werkstücks (6) in das fluidisierte Sintermaterial erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sintermaterial ein Polyamid-Pulver ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des zweiten Wärmebades (7) zwischen 200 und 340°C beträgt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des ersten Wärmebades (9) zwischen 390 und 420°C liegt.
10. Verfahren nach Anspruch 8 und Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schockerwärmung abgebrochen wird, wenn der Abschnitt (1) mit der höheren oberflächenbezogenen Wärmekapazität eine in einem Bereich zwischen 300 und 370°C ausgewählte mittlere Temperatur erreicht hat.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück ein Wärmetauscher ist, wobei der Abschnitt mit hoher oberflächenbezogener Wärmekapazität eine Rohrleitung (1) ist und der Abschnitt mit niedriger oberflächenbezogener Wärmekapazität ein an der Rohrleitung befestigter Draht (2) ist.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher ein Verflüssiger für ein Kältegerät ist.
13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit jeweils einem Ofen (7, 9) zum Durchführen des Vorwärmens bzw. des Schockerhitzens und einem Fließbett (11) zum Durchführen des
Beschichtens, das an einer Förderstrecke (5) für zu beschichtende Werkstücke (6) nach den Öfen (7, 9) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung des Ofens zum Vorwärmen (7) entlang der Förderstrecke (5) größer ist als die des Ofens zum Schockerhitzen (9).
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