WO2011012434A1 - Verfahren zum auftragen wenigstens eines antikorrosiven, flüssigen, metallpartikel enthaltenden beschichtungsmittels auf ein werkstück sowie eine vorrichtung hierfür - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Auftragen wenigstens eines antikorrosiven, flüssigen, Metallpartikel enthaltenden Beschichtungsmittels auf ein Werkstück (2) mit den Schritten: –Auftragen einer ersten Schicht eines Beschichtungsmittels auf das Werkstück (2) –Auftragen einer zweiten Schicht eines Beschichtungsmittels auf die erste Schicht. Um Maßnahmen vorzuschlagen, die ein zeiteffizientes Auftragen einer zweischichtigen Beschichtung aus antikorrosivem, flüssigen, Metallpartikel enthaltenden Beschichtungsmittel erlauben, ist vorgesehen, dass die zweite Schicht aufgetragen wird, während die erste Schicht noch zu trocknen ist.

Description

Verfahren zum Auftragen wenigstens eines antikorrosiven, flüssigen, Metallpartikel enthaltenden Beschichtungsmittels
auf ein Werkstück sowie eine Vorrichtung hierfür
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftragen wenigstens eines antikorrosiven, flüssigen, Metallpartikel enthaltenden Beschichtungsmittels auf ein Werkstück sowie eine Vor- richtung hierfür.
Ein wirksamer Korrosionsschutz für metallische Oberflächen von Werkstücken stellt eine der wichtigsten Voraussetzungen für eine langfristige Verwendbarkeit derselben dar. Typische Beispiele solcher Werkstücke sind Schrauben, Bolzen, Muttern, Unterlegscheiben, Scharnierteile, Federn, aber auch größere Teile wie Gehäuseteile oder Stahlträger. Eine Oberfläche gilt in diesem Fall als metallisch, wenn sie aus einem Metall bzw. einer Legierung besteht. Mögliche Metalle sind hierbei insbesondere Eisen, Zink, Mangan, Kupfer, Chrom sowie Titan, die alleine oder gemeinsam innerhalb einer Legierung vorliegen können. Wie dem Fachmann bekannt ist, können Legierungen auch Halbmetalle oder Nichtme- talle, wie Kohlenstoff oder Silizium, enthalten.
Eine Möglichkeit, um einen Korrosionsschutz für solche metallischen Oberflächen zu realisieren, die im Stand der Technik weit verbreitet ist, ist das Auftragen eines antikorrosiven, Metallpartikel enthaltenden Beschichtungsmittels auf das Werkstück. Die Metallpartikel stellen hierbei einen anodischen und/oder kathodischen Korrosionsschutz für das darunterliegende Werkstück bereit.
Die enthaltenen Metallpartikel können verschiedenster Art sein. Diese können insbesondere aus Zink, Aluminium, Zinn, Magnesium, Nickel, Kobalt, Mangan, Titan oder Legierungen derselben bestehen. Es ist auch denkbar, Partikel verschiedener Metalle oder Legierungen zu mischen. Die Partikel können in Form von Plättchen, Körnern, Staub oder einer Kombination hieraus vorliegen. Als besonders vorteilhaft haben sich Zinkplättchen oder Zinklegie- rungsplättchen erwiesen. Beschichtungsmittel der genannten Art enthalten typischerweise neben Metallpartikeln wenigstens ein Bindemittel sowie Wasser und/oder organische Lösemittel. Das Bindemittel dient dazu, nach einem Aushärtungsprozess einen festen, widerstandsfähigen Beschich- tungsfilm auszubilden, in den die Metallpartikel eingebunden sind. Das Bindemittel kann anfangs flüssig oder fest vorliegen. Wasser sowie organische Lösemittel (Hierzu zählen z.B. Testbenzin, niedermolekulare Alkohole, Ketone, Aceton, Acetate, Glykole sowie Glykolether) dienen vornehmlich dazu, das Beschichtungsmittel gut verarbeitbar zu machen, so dass eine Applikation durch Streichen, Sprühen oder dergleichen möglich ist. Daneben kommt es mitunter auch zu Reaktionen zwischen dem Bindemittel und Wasser, die für den Aushär- tungsprozess entscheidend sind.
Zu den typischen Bindemitteln zählen Silane, insbesondere organofunktionale Silane, z.B. γ- Glycidoxypropyltrimethoxysilan. Neben Silanen eignen sich auch Siloxane, wie z.B. Methy- loxypolysiloxan oder Silikate, wie z.B. Alkalisilikate oder Alkylsilikate. Des Weiteren kom- men Bindemittel auf Basis von Titanaten oder Zirkonaten in Frage, ebenso wie Chrom-VI- Verbindungen, die z.B. in Form von Salzen wie Ammonium- oder Alkalichromaten zugegeben werden können. Es eignen sich auch Mischungen der genannten Bindemittel, so z. B. von Silanen und Titanaten, die beim Aushärten ein gemeinsames Polymer bilden können. Des Weiteren können organische Bindemittel wie Epoxide, Urethane, Acrylate, (z.B. Me- thylmethacrylat) und/oder Polyester als organische Copolymere in Verbindung mit den oben genannten anorganischen Bindemitteln eingesetzt werden.
Darüber hinaus ist im Stand der Technik eine Vielzahl von Additiven bekannt, mit denen die Eigenschaften des flüssigen Beschichtungsmittels oder des ausgehärteten Beschichtungs- films eingestellt werden. Hierzu zählen Antikorrosionsadditive (z.B. Alkali-, Erdalkali- oder Seltenerdsalze sowie Phosphate), Verdickungsmittel (z.B. Methylzellulose, Magnesiumsilikat oder Xanthangummi), Schmiermittel (z.B. Polytetrafluorethylen, Polyvinylidenfluorid, Molybdänsulfid, Bornitrid, Graphit oder Carnaubawachs), Tenside, Entschäumungsmittel oder Biozide.
Ein solches Beschichtungsmittel wird typischerweise in flüssiger Form auf das Werkstück aufgebracht und nach einem Trocknungsprozess in einem weiteren Verfahrensschritt ausgehärtet. Für viele Anwendungen ist eine einschichtige Beschichtung allerdings unzurei- chend.
Die gleichzeitige Beschichtung von mehreren kleinen Werkstücken (Massenkleinteilen) erfolgt in der Regel in einem Korb, der in ein Bad mit flüssigem Beschichtungsmittel getaucht wird. Dabei können Kontaktstellen zwischen den Werkstücken eine vollständige Beschichtung verhindern. In gleicher Weise können sich bei Werkstücken, die in einem Gestell in ein Beschichtungsbad eingebracht werden (Gestellware) Kontaktstellen mit dem Gestell ergeben. Auch diese nicht beschichteten Kontaktstellen können u. U. eine zweite Schicht eines Beschichtungsmittels erforderlich machen.
In diesen Fällen werden daher zwei Schichten nacheinander aufgetragen. Vor dem Aufbringen der zweiten Schicht wird, wie in der DE io 2006012 103, der DE 10 2004034645 oder der WO 2005/090502 die erste Schicht getrocknet. Bei diesem Trocknungsprozess verdampfen flüssige Komponenten des Beschichtungsmittels, wie z.B. Wasser oder organische Lösemittel mindestens teilweise, oft überwiegend oder vollständig. Auf diese wenigstens überwiegend feste Schicht wird eine zweite Schicht flüssigen Beschichtungsmittels aufgebracht, die anschließend ebenfalls getrocknet wird.
Beim anschließenden Aushärten reagiert im Beschichtungsmittel enthaltenes Bindemittel, oftmals durch Vernetzung bzw. Polymerisation, zu einem harten, widerstandsfähigen Be- schichtungsfilm. Zwar härten bestimmte Beschichtungsmittel auch unter Normalbedingun- gen ohne Weiteres aus. Allerdings kann das Aushärten insbesondere durch hohe Temperaturen zwischen 1200C und 3500C wesentlich beschleunigt werden oder wird sogar hierdurch erst ermöglicht. Auch Strahlung, insbesondere Infrarot- und/oder UV-Strahlung kann zur Beschleunigung des Aushärtens beitragen. Ein thermisches Aushärten kann in einem Ofen, der elektrisch oder mittels Verbrennung beheizt wird, erfolgen. Insbesondere Konvektions- öfen sind geeignet.
In einer weiteren Variante bekannter Verfahren wird erste Schicht vor dem Auftragen der zweiten Schicht getrocknet. Wie bereits dargelegt, werden hierbei flüchtige Bestandteile des Beschichtungsmittels verdampft. Es erfolgt allerdings keine Aushärtung, wie z.B. durch Polymerisation. Eine spätere Aushärtung kann hierbei für beide Schichten gleichzeitig erfolgen. - A -
Der Trocknungsprozess für die erste Schicht wird hierbei bevorzugt sowohl hinsichtlich der Dauer als auch der eingesetzten Temperaturen auf ein notwendiges Minimum beschränkt. Wie dem Fachmann bekannt ist, kann das Trocknen durch einen Luftstrom (z.B. im Kon- vektionsofen) forciert werden. Es wird nicht unter Raumtemperatur durchgeführt.
Bei Verfahren nach dem Stand der Technik wird die erste Schicht getrocknet und ausgehärtet, bevor die zweite Schicht aufgetragen, getrocknet und ausgehärtet wird. In diesem Verfahrensablauf stellen die Trocknungs- bzw. Härtungsvorgänge einen Kapazi- täts-Engpass dar. Es ist Aufgabe der Erfindung, diesen Engpass aufzuheben.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch l sowie durch eine Vorrichtung nach Anspruch 7.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Auftragen wenigstens eines antikorrosiven, flüssigen, Metallpartikel enthaltenden Beschichtungsmittels auf ein Werkstück wird zunächst eine erste Schicht eines Beschichtungsmittels auf das Werkstück aufgetragen. Hier wie auch im Folgenden bezieht sich der Begriff Beschichtungsmittel, falls nicht explizit an- ders angegeben, stets auf antikorrosive, Metallpartikel enthaltende Beschichtungsmittel, die in flüssigem Zustand aufgetragen werden. Für diese Beschichtungsmittel ist auch die Bezeichnung Basecoat verbreitet. Das Beschichtungsmittel kann hierbei sämtliche Komponenten enthalten, die aus dem Stand der Technik bekannt sind. Die obige Aufzählung möglicher Komponenten ist diesbezüglich nicht als abschließend oder beschränkend anzusehen.
Werkstücke, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichtet werden können, weisen in der Regel eine metallische Oberfläche auf, da die oben beschriebenen Beschichtungsmittel hierfür ausgelegt sind. Hierbei ist es möglich, dass das Werkstück nur eine metallische Oberfläche aufweist, oder aber insgesamt metallisch ist. Eine Anwendung des erfindungs- gemäßen Verfahrens auf nichtmetallische Oberflächen ist allerdings grundsätzlich auch möglich. Bevorzugt werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Massenkleinteile wie Schrauben, Bolzen, Muttern etc. beschichtet. Das Verfahren eignet sich aber ebenfalls gut für größere Werkstücke wie Gestellware. Nach dem Auftragen der ersten Schicht erfolgt ein Auftragen einer zweiten Schicht eines Beschichtungsmittels auf die erste Schicht. Hierbei wird die erste Schicht jedoch - entgegen dem Stand der Technik - vor dem Auftragen der zweiten Schicht nicht ausgehärtet. Viel- mehr wird die zweite Schicht aufgetragen, während die erste Schicht noch auszuhärten ist, d.h. sie wird auf die noch nicht ausgehärtete erste Schicht aufgetragen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die erste Schicht auch ohne vorher durchgeführtes Aushärten eine hinreichend gute Kohäsion besitzt und ausreichende Haf- tung am Werkstück zeigt. Auch dieser nicht ausgehärtete Beschichtungsfilm kann als Basis für den Auftrag einer weiteren Schicht dienen.
Wie bereits erwähnt, kann es besonders bei Massenkleinteilen vorkommen, dass durch Anliegen der Werkstücke aneinander Teilbereiche der Oberfläche des Werkstücks beim Auftra- gen der ersten Schicht nicht erreicht werden. An diesen Stellen erfolgt ggf. das Aufbringen der zweiten Schicht unmittelbar auf das Werkstück und nicht auf die erste Schicht. Die Formulierung„auf die erste Schicht" schließt diese Fälle im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung explizit mit ein. Auch ist es möglich, dass die erste Schicht planmäßig nur abschnittsweise auf das Werkstück bzw. die zweite Schicht planmäßig nur abschnittsweise auf die erste Schicht aufgetragen wird.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ergeben sich entscheidende Vorteile. So führt das Verfahren zu wesentlichen Energieeinsparungen. Typischerweise wird das Aushärten, wie weiter bereits oben erläutert wurde, unter Erwärmung des aufgetragenen Beschichtungsmit- tels durchgeführt. Da das Beschichtungsmittel allerdings mit dem Werkstück in thermischem Kontakt steht, ist auch eine - wenigstens teilweise - Erwärmung des Werkstücks unumgänglich. Erfolgt ein thermisch unterstütztes Aushärten der ersten Schicht sowie der zweiten Schicht separat, ist die Energie zur Erwärmung des Werkstücks zweimal aufzuwenden, da das Werkstück in der Zwischenzeit unweigerlich auskühlt, bzw. auskühlen muss, um den zweiten Beschichtungsschritt zu erlauben. Bedenkt man, dass typischerweise Werkstücke aus Metall beschichtet werden, die eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzen und deren Wärmekapazität diejenige der (nur Bruchteile von Millimetern dünnen) Beschichtungen deutlich übersteigt, so wird deutlich, welche Energieersparnis sich ergibt, wenn zwei Aushär- tevorgänge durch einen ersetzt werden. Angesichts steigender Energiepreise ist dies nicht nur ein ökologischer, sondern auch ein wesentlicher ökonomischer Vorteil.
Daneben ergeben sich auch Zeitersparnisse. Da das separate Aushärten der ersten Schicht wegfällt, werden im Beschichtungsprozess mehrere Minuten Zeit eingespart. Bedenkt man, dass die Aushärtung einen wesentlichen zeitlichen Anteil am gesamten Beschichtungsprozess hat, lässt sich u. U. ein Viertel oder mehr der gesamten Prozessdauer einsparen.
Es liegt daher auf der Hand, dass das erfindungsgemäße Verfahren Zeit, Energie und Kosten einspart.
Erfindungsgemäß wird die erste Schicht jedoch vor dem Auftragen der zweiten Schicht nicht getrocknet. Vielmehr werden die erste Schicht und die zweite Schicht nach dem Auftragen der zweiten Schicht getrocknet, d.h. die zweite Schicht wird auf die noch nicht getrocknete erste Schicht aufgetragen. Es hat sich hierbei gezeigt, dass die erste Schicht als flüssiger Film in vielen Fällen bereits eine gute Haftung am Werkstück zeigt, so dass ein Trocknen vor dem Auftragen der zweiten Schicht nicht erforderlich ist.
Hinzu kommt, dass bei zahleichen Beschichtungsmitteln, insbesondere lösungsmittelhalti- gen Beschichtungsmitteln, durch gewissermaßen spontane, also nicht durch aktive Trocknung herbeigeführte, Verflüchtigung flüssiger Bestandteile der Feststoffgehalt des Beschich- tungsmittelfilms ansteigt. Daher kann auch dieser nicht getrocknete Film als Basis für den Auftrag einer weiteren Schicht dienen. Unter die beschriebene erfindungsgemäße Variante fällt auch eine Verfahrensweise, bei der beide Schichten ohne separat vorab durchgeführte Trocknung unmittelbar thermisch ausgehärtet werden. Eine derartige Aushärtung bedingt aufgrund der angewendeten Temperaturen unweigerlich auch ein Verdampfen flüchtiger flüssiger Bestandteile des Beschichtungs- mittels, also eine Trocknung. Daher wird in diesem Zusammenhang auch dieses Verfahren als Trocknen der beiden Schichten bezeichnet, auch wenn hier verfahrenstechnisch nicht zwischen einer Trocknung und einer Aushärtung zu unterscheiden ist.
Bei der genannten Variante ergeben sich weitere Vorteile. So lässt sich der Energieaufwand weiter reduzieren. Typischerweise wird das Trocknen, wie weiter unten noch erläutert wird, unter Erwärmung des aufgetragenen Beschichtungsmittels durchgeführt. Hierbei ist, wie beim Aushärten, eine Erwärmung des Werkstücks unumgänglich. Auch hier ist daher die Energie zur Erwärmung des Werkstücks zweimal aufzuwenden, wenn die beiden Schichten separat getrocknet werden. Demgegenüber ergibt sich eine wesentliche Energieersparnis, wenn zwei Trocknungsvorgänge durch einen ersetzt werden. Wiederum lässt sich der Zeitaufwand gegenüber dem Stand der Technik verkürzen, da das Trocknen der ersten Schicht wegfällt. Bedenkt man, dass Trocknungs- und Aushärtungsdauer mitunter in der gleichen Größenordnung liegen, wird deutlich welcher Zeitvorteil sich hier ergibt.
Bezüglich des aufzutragenden Beschichtungsmittels sind zwei Varianten des Verfahrens denkbar. In einer ersten Variante wird beim ersten und beim zweiten Auftragen das gleiche Beschichtungsmittel aufgetragen. In diesem Fall resultiert eine klassische zweischichtige Beschichtung, die sich im Wesentlichen durch ihre Dicke von einer einschichtigen unter- scheidet, in ihrer Zusammensetzung allerdings homogen ist.
In einer zweiten Variante können allerdings beim ersten und beim zweiten Auftragen unterschiedliche Beschichtungsmittel aufgetragen werden. Die Unterschiedlichkeit kann sich z.B. darauf beziehen, dass die erste Schicht mehr Metallpartikel enthält als die zweite, oder das die zweite Schicht einen höheren Schmiermittelgehalt aufweist als die erste Schicht. Diese zweite Variante eröffnet interessante Möglichkeiten, Beschichtungsmittel mit unterschiedlichen Eigenschaften zu kombinieren.
Das Auftragen von Beschichtungsmittel kann entsprechend dem Stand der Technik auf un- terschiedliche Art erfolgen. Bevorzugt ist ein Auftragen durch Tauchen, Gießen, Sprühen und/oder Spritzen. Eine Auftragen durch Sprühen hat beispielsweise den Vorteil, dass hiermit ggf. eine Dosierung der aufgetragenen Menge Beschichtungsmittel erreicht werden kann, während ein Auftragen durch Tauchen besonders gut geeignet ist, um alle Bereiche eines Werkstücks, einschließlich Vertiefungen und Hohlräume, erreichen. Es ist möglich, dass beide Schichten auf die gleiche Art oder aber auf unterschiedliche Arten aufgetragen werden. Auch eine Anwendung verschiedener Methoden beim Auftragen einer Schicht ist denkbar. Wird die zweite Schicht Beschichtungsmittel durch Tauchen aufgetragen, so kann dies, je nach Beschichtungsmittel, die Gefahr einer Rücklösung von Bestandteilen der ersten Schicht bergen. Daher wird bevorzugt die zweite Schicht durch Gießen, Sprühen und/oder Spritzen aufgetragen. Diese Methoden sind besonders geeignet, die erste Schicht nicht zu beeinträchtigen.
Zwar trocknen viele Beschichtungsmittel mit der Zeit, ohne das hierzu besondere Maßnahmen notwendig sind. Vorteilhaft ist es allerdings, den Trocknungsprozess zu beschleunigen. Daher erfolgt das Trocknen, auch beim gemeinsamen Trocknen der beiden Schichten, be- vorzugt durch Temperatureinwirkung und/oder mittels eines heißen oder kalten Luftstroms. Die Temperatureinwirkung kann hierbei z.B. durch Infrarotbestrahlung oder durch Einbringen in einen Ofen, der elektrisch oder durch Verbrennung beheizt wird, erfolgen. Vorteilhaft beträgt die Dauer hierbei höchstens 5 Minuten, bevorzugt höchstens 1 Minute, besonders bevorzugt höchstens 30 Sekunden. In der Regel beträgt die Mindesttrocknungs- dauer 3 Sekunden. Die Temperatur liegt vorteilhaft bei höchstens 1000C, bevorzugt höchstens 800C, besonders bevorzugt höchstens 500C.
Wie dem Fachmann bekannt ist, kann auch durch einen Luftstrom, der verdampfte Komponenten des Beschichtungsmittels von der Oberfläche des Werkstücks fort trägt, der Trock- nungsprozess beschleunigt werden. In diesem Zusammenhang schließt der Begriff Luftstrom auch jede Art von Strom eines Gases bzw. Gasgemisches ein, auch wenn für die meisten Anwendungen herkömmliche Luft die naheliegendste Wahl darstellt. Besonders effektiv ist die Kombination von Temperatur und Luftstrom, wie beispielsweise in einem Konvekti- onsofen. Das Trocknen kann diskontiniuierlich oder kontinuierlich, z.B. im Durchlaufver- fahren erfolgen. Im ersteren Fall wird wenigstens ein Werkstück in einen Trocknungsbereich eingebracht, verbleibt dort für eine gewisse Zeitspanne zur Trocknung und wird anschließend wieder aus dem Trocknungsbereich entfernt. Im letzteren Fall wird jedes Werkstück, z.B. auf einem Fließband, durch den Trocknungsbereich gefahren und beim Durchgang durch diesen getrocknet.
Wie dem Fachmann bekannt ist, wird bei Auftragsverfahren wie Sprühen, Tauchen etc. fast immer mehr Beschichtungsmittel aufgebracht als zur Ausbildung eines geschlossenen Be- schichtungsfilms notwendig ist. Überschüssiges Beschichtungsmittel führt allerdings zu ei- nem unregelmäßigen Beschichtungsfilm, erschwert Trocknungsvorgänge und kann die Eigenschaften der fertigen Beschichtung stark beeinträchtigen. In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird daher vor dem zweiten Auftragen eines Beschichtungsmittels überschüssiges Beschichtungsmittel entfernt. Dies kann mittels ver- schiedener Methoden, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, durchgeführt werden.
Bevorzugt sind hierbei Abtropfen, Schleudern und/oder Abblasen. Abtropfen bezeichnet hierbei das Entfernen von überschüssiger Flüssigkeit allein durch Einfluss der Schwerkraft, während beim Schleudern zusätzlich Zentrifugalkräfte einwirken. Sowohl beim Abtropfen als auch beim Abschleudern kann das Werkstück einzeln aufgehängt sein oder sich in einem Behälter, z.B. einem Korb, mit durchlässiger Wandung befinden. Letzteres ist besonders bei Massenkleinteilen bevorzugt. Ein Abtropfen kann auch auf einem als Sieb gestalteten Fließband, das ein Ablaufen von Beschichtungsflüssigkeit erlaubt, erfolgen. Ein Abblasen erfolgt mittels eines (normalerweise kalten) Luftstroms, der gegen die Oberfläche des Werkstücks gerichtet wird. Dies kann im Durchlaufbetrieb durchgeführt werden. Es versteht sich, dass ein solcher Luftstrom grundsätzlich bei längerer Einwirkung zur Trocknung des Beschichtungsmittels geeignet ist. Dieser Effekt ist jedoch beim Abblasen gering. Der Luftstrom wirkt hierbei nur eben so lange ein, dass die überschüssige Beschichtungsflüssigkeit entfernt wird. Der Gehalt an flüssigen Komponenten der am Werkstück verbleibenden Beschichtungsflüs- sigkeit wird hierdurch allenfalls unwesentlich verändert. Es erfolgt also keine Trocknung in dem Sinne, wie sie nach dem Auftragen der zweiten Schicht durchgeführt wird. Vorteilhaft können die dargestellten Methoden auch kombiniert werden, so z.B. durch ein Schleudern mit zwischengeschalteten Pausen, in denen auch ein Abtropfen erfolgen kann. Beim Beschichten von Massenkleinteilen sind die Werkstücke typischerweise benachbart angeordnet, überdecken einander teilweise und berühren einander zwangsläufig wenigstens punktweise. Dies sind Faktoren, die das flächendeckende Auftragen der zweiten Schicht erschweren bzw. unmöglich machen. Daher werden in einer Weiterentwicklung des Verfahrens, bei der das Auftragen der ersten Schicht auf mehrere Werkstücke erfolgt, die Werkstü- cke vor dem zweiten Auftragen eines Beschichtungsmittels vereinzelt. Als Vereinzeln werden alle Maßnahmen bezeichnet, die dazu führen, dass jeweils die Werkstücke paarweise voneinander beabstandet sind, also das zwischen jeweils zwei Werkstücken ein Zwischenraum besteht. Dieser Zwischenraum entspricht bevorzugt wenigstens der Hälfte der größten Län- - IO - genausdehnung eines Werkstücks. Durch das Vereinzeln ist ein störungsfreies Auftragen der zweiten Schicht möglich.
Besonders häufig wird zum Vereinzeln ein mechanisches Beschleunigen genutzt, wie z.B. durch die Übergabe von einem langsamen auf ein schnelles Förderband oder das Abschleudern von einem rotierenden Drehteller. Alternativ können Rüttel- oder Streuvorrichtungen oder eine Vereinzelung mittels Magneten eingesetzt werden, bei der z.B. Elektro- oder Permanentmagnete zum einzelnen Herausgreifen von Werkstücken aus einer größeren Menge ausgelegt sind.
Wie aus dem Stand der Technik bekannt, werden auch beim erfindungsgemäßen Verfahren die aufgetragenen Bindemittelschichten in der Regel ausgehärtet, jedoch mit der Maßgabe, dass die erste Schicht und die zweite Schicht gleichzeitig und gemeinsam ausgehärtet werden. Auch ist es beim erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, dass das Werkstück vor dem Aufbringen der Beschichtung vorbehandelt wird. Mögliche Behandlungsmethoden sind hierbei insbesondere Reinigen, Entfetten, Beizen, Sandstrahlen, Druckluftstrahlen und/oder Phosphatieren.
Es ist in einer Weiterentwicklung der Erfindung vorgesehen, dass nach vorherigem Trocknen oder Aushärten der ersten und der zweiten Schicht ein ein- oder mehrschichtiger Topcoat auf die zweischichtige Beschichtung aufgetragen wird. In diesem Zusammenhang wird jede Beschichtung, die ein Bindemittel, aber keine Metallpigmente zum Korrosionsschutz umfasst, als Topcoat bezeichnet, d.h. es wird nicht zwischen„Topcoat" und„Versiegelung" unterschieden. Es besteht auch die Möglichkeit, dass der Topcoat neben Farbpigmenten und anderen Komponenten, die dem Fachmann bekannt sind, gewisse Mengen an Metallpartikeln zu Erzeugung eines„Metallic-Looks" enthält.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mittels einer speziell hierfür ausgelegten Vorrichtung durchgeführt werden. Hierbei handelt es sich um eine Vorrichtung zum Be- schichten von Werkstücken mit wenigstens einem antikorrosiven, flüssigen, Metallpartikel enthaltenden Beschichtungsmittel.
In einer ersten Variante umfasst die Vorrichtung erste Mittel zum Auftragen eines Be- schichtungsmittels, zweite Mittel zum Auftragen eines Beschichtungsmittels sowie Mittel zum Aushärten von aufgetragenem Beschichtungsmittel. Die Mittel zum Auftragen können unterschiedlich ausgebildet sein, z.B. als Tauch-, Gieß-, Sprüh- oder Spritzvorrichtungen. Mittel zum Aushärten sind beispielsweise Öfen, Infrarot- oder UV- Lampen.
Schließlich umfasst die Vorrichtung Mittel zum Fördern von Werkstücken, die einen Förderweg definieren, der die ersten Mittel zum Auftragen mit den zweiten Mitteln zum Auftragen und die zweiten Mittel zum Auftragen mit den Mitteln mit den Mitteln zum Aushärten verbindet. Die Mittel zum Fördern können unterschiedlich ausgebildet sein, z.B. als Ro- boterarm mit Greifer oder Magnet, als stetig-mechanische Förderer (z.B. als Bandförderer, Rollenförderer oder Kettenförderer), als Schwerkraftförderer (z.B. als Rutsche oder Rollenbahn) oder als pneumatische Förderer. Insbesondere ist auch eine Kombination der genannten Mittel denkbar. Als Förderweg wird der Weg bezeichnet, entlang dessen ein Werkstück im Betriebszustand durch die Mittel zum Fördern bewegt wird. Hierbei sind die ersten Mittel zum Auftragen auf dem Förderweg vor den zweiten Mitteln zum Auftragen angeordnet, d.h. im Betriebszustand wird das Werkstück von den ersten Mitteln zum Auftragen zu den zweiten Mitteln zum Auftragen gefördert.
Bei dieser Variante der Vorrichtung sind sämtliche Mittel zum Aushärten auf dem Förderweg hinter den zweiten Mitteln zum Auftragen angeordnet. Dies unterscheidet die vorliegende Vorrichtung von bekannten Vorrichtungen, bei denen auch Mittel zum Aushärten zwischen den ersten und zweiten Mitteln zum Auftragen angeordnet sind, so dass das Werkstück im Betriebszustand von den ersten Mitteln zum Auftragen zu den Mitteln zum Aushärten und anschließend zu den zweiten Mitteln gefördert wird. Diese erste Variante der Vorrichtung ist zur gemeinsamen Aushärtung der zwei Schichten Beschichtungsmittel ausgelegt. In einer zweiten Variante umfasst die Vorrichtung erste Mittel zum Auftragen eines Beschichtungsmittels, zweite Mittel zum Auftragen eines Beschichtungsmittels sowie Mittel zum Trocknen von aufgetragenem Beschichtungsmittel. Verschiedene Mittel zum Trocknen sind dem Fachmann bekannt und wurden in ihrer Wirkungsweise bereits weiter oben erläutert.
Auch in dieser zweiten Variante umfasst die Vorrichtung Mittel zum Fördern von Werkstücken. Diese definieren hier einen Förderweg, der die ersten Mittel zum Auftragen mit den zweiten Mitteln zum Auftragen und die zweiten Mittel zum Auftragen mit den Mitteln mit den Mitteln zum Trocknen verbindet. Die ersten Mittel zum Auftragen sind wiederum auf dem Förderweg vor den zweiten Mitteln zum Auftragen angeordnet, d.h. im Betriebszustand wird das Werkstück von den ersten Mitteln zum Auftragen zu den zweiten Mitteln zum Auftragen gefördert.
Bei dieser Variante der Vorrichtung sind sämtliche Mittel zum Trocknen auf dem Förderweg hinter den zweiten Mitteln zum Auftragen angeordnet. Dies unterscheidet die vorliegende Vorrichtung von bekannten Vorrichtungen, bei denen auch Mittel zum Trocknen zwischen den ersten und zweiten Mitteln zum Auftragen angeordnet sind, so dass das Werkstück im Betriebszustand von den ersten Mitteln zum Auftragen zu den Mitteln zum Trocknen und anschließend zu den zweiten Mitteln gefördert wird. Diese zweite Variante der Vorrichtung ist zur gemeinsamen Trocknung der zwei Beschich- tungsmittelschichten ausgelegt. Die beiden Varianten schließen einander allerdings nicht aus. Bevorzugt umfasst die Vorrichtung sowohl Mittel zum Trocknen als auch Mittel zum Aushärten. Hierbei sind die Mittel zum Aushärten in der Regel hinter den Mitteln zum Trocknen angeordnet. Wie bereits oben erwähnt, können die Mittel zum Aushärten allerdings auch mit den Mitteln zum Trocknen identisch sein.
Umfasst die Vorrichtung neben den Mitteln zum Aushärten gemäß der ersten Variante auch Mittel zum Trocknen, so sind sämtliche Mittel zum Trocknen hinter den zweiten Mitteln zum Auftragen angeordnet (was einer Kombination der ersten und zweiten Variante entspricht).
Zusätzlich zu den genannten Komponenten kann die Vorrichtung Mittel zum Entfernen von überschüssigem Beschichtungsmittel, Mittel zum Vereinzeln der Werkstücke sowie Mittel zum Aushärten von Beschichtungsmittel umfassen. Hierbei sind die Mittel zum Entfernen und die Mittel zum Vereinzeln typischerweise auf dem Förderweg zwischen den ersten Mitteln zum Auftragen und den zweiten Mitteln zum Auftragen angeordnet. Die Wirkungsweise dieser Mittel wurde bereits oben erläutert und ist dem Fachmann geläufig. Details der Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Figuren erläutert. Hierbei zeigt:
Fig. 1: eine schematische Darstellung einer ersten Beschichtungsanlage zur Durchführung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit separater Trock- nung und gemeinsamer Aushärtung zweier Beschichtungsmittelschichten sowie
Fig. 2: eine schematische Darstellung einer zweiten Beschichtungsanlage zur Durchführung Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit gemeinsamer Trocknung und gemeinsamer Aushärtung zweier Beschichtungsmittelschichten. Die in Fig. 1 dargestellte Beschichtungsanlage 1 zur Durchführung eines Verfahrens nach dem Stand der Technik umfasst als Hauptelemente eine erste Beschichtungsstation 10 zum Auftragen einer ersten Schicht Beschichtungsmittel, eine erste Trocknungsstation 23 zum Trocknen der ersten Schicht, eine zweite Beschichtungsstation 20 zum Auftragen einer zweiten Schicht Beschichtungsmittel, eine zweite Trocknungsstation 24 zum Trocknen der zwei- ten Schicht sowie einen Konvektionsofen 50 zum Aushärten von Beschichtungsmittel. Die erste Beschichtungsstation 10 umfasst ein Tauchbecken 11, in dem sich ein Beschichtungs- bad 12 eines Basecoats, also eines antikorrosiven, flüssigen, Metallpartikel enthaltenden Beschichtungsmittels, befindet. Ein erstes Förderband 30, das auf das Tauchbecken 11 hin führt, dient zum Einbringen von Werkstücken 2. Ein zweites Förderband 31 führt aus dem Tauchbecken 11 heraus. Die Förderrichtung des zweiten Förderbandes 31 verläuft zu diesem Zweck nicht waagerecht, sondern schräg nach oben. Um ein Herunterrollen oder -gleiten von Werkstücken 2 zu verhindern, weist das zweite Förderband 31 eine Oberflächenstruktur mit einer Reihe von quer zur Förderrichtung stehenden Stegen (nicht dargestellt) auf. Das zweite Förderband 31 durchläuft im dargestellten Betriebszustand der Anlage 1 in einem unteren Bereich 34 das Be- schichtungsbad 12. Es läuft in einem oberen Bereich 35 unterhalb einer Gebläsestation 13 hindurch und endet oberhalb eines dritten Förderbandes 32, welches wiederum waagerecht ausgerichtet ist.
Das dritte Förderband 32 durchläuft nacheinander die erste Trocknungsstation 23, die zweite Beschichtungsstation 20, die eine oberhalb des dritten Förderbandes 32 angeordnete Gießvorrichtung 21 umfasst, sowie die zweite Trocknungsstation 24. Jede der Trocknungsstationen 23, 24 wird durch eine Reihe von Heißluftgebläsen 25 gebildet, die auf das dritte Förderband 32 hin ausgerichtet sind.
An das dritte Förderband 32 schließt sich ein viertes Förderband 33 an, welches den Kon- vektionsofen 50 durchläuft.
Sowohl das zweite als auch das dritte Förderband 32 sind als Sieb ausgestaltet, wodurch ein Abfließen von flüssigem Beschichtungsmittel ermöglicht wird. Stahlschrauben 2 sind zur Beschichtung in der dargestellten Anlage 1 vorgesehen. Hierzu werden sie vorab in einer Reinigungslösung bestehend aus Wasser, in dem in je 1 Liter Wasser 9 g Kaliumphosphat und 27 g Kaliumhydroxid gelöst wurden, bei 750C entfettet und anschließend mit Leitungswasser gereinigt. Der Entfettungs- und Reinigungsvorgang wird nochmals wiederholt und anschließen werden die Schrauben 2 getrocknet.
Die Schrauben 2 werden auf das erste Förderband 30 gegeben, welches mit einer Geschwindigkeit von 10 cm/s läuft. Am Ende des ersten Förderbandes 30 fallen die Schrauben 2 in das Beschichtungsbad 12, welches im vorliegenden Fall die folgende Zusammensetzung hat: 9,0 Gewichts-% γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilan
0,7 Gewichts-% Borsäure.
4,7 Gewichts-% Azeton
0,8 Gewichts-% l-Nitropropan
25,9 Gewichts-% Metallpartikel
3,4 Gewichts-% nichtionisches, ethoxyliertes Nonylphenol-Netzmittel
0,4 Gewichts-% Natrium-bis-tridecyl-sulfosuccinat anionisches Netzmittel
55,0 Gewichts-% Wasser Die flockenförmigen Metallpartikel haben eine Dicke von ca.0,1 bis 0,5 μm und eine längste Ausdehnung der einzelnen Partikel von ca. 80 μm. Sie bestehen aus einer Legierung von 95% Zink mit 5% Aluminium. Die Anordnung von erstem 30 und zweitem Förderband 31 ist hierbei so, dass die Schrauben 2 auf dem zweiten Förderband 31 landen. Durch das Fallen sowie das Auftreffen auf dem zweiten Förderband 31 erfolgt hierbei bereits eine gewisse Vereinzelung der Schrauben 2. Die Schrauben 2 werden vom zweiten Förderband 31, welches ebenfalls mit 10 cm/s betrieben wird, schräg nach oben aus dem Tauchbecken 11 befördert, wobei durch die durch- brochene Struktur des Förderbandes 31 überschüssiges Beschichtungsmittel von den Schrauben 2 ablaufen kann.
Die Schrauben 2 weisen nun eine erste Schicht Beschichtungsmittel auf. Um das Ablaufen überschüssigen Beschichtungsmittels von den Schrauben 2 zu unterstützen, wird durch die Gebläsestation 13, die einen Kaltluftstrom von ca. 20 m/s erzeugt, Flüssigkeit von den Schrauben 2 abgeblasen.
Am Ende des zweiten Förderbandes 31 fallen die Schrauben 2 auf das dritte Förderband 32, welches mit einer Geschwindigkeit von 30 cm/s betrieben wird. Durch die hiermit verbun- dene Beschleunigung der Schrauben 2 erfolgt ein weiteres Vereinzeln. Die Schrauben 2 durchlaufen nun die erste Trocknungsstation 23. Diese umfasst eine Reihe von Heißluftgebläsen 25, die Luftströme von ca. 5 m/s und 700C erzeugen. Die Trocknung dauert 4-5 Sekunden. Durch die Einwirkung derselben werden flüssige Komponenten des Beschichtungsmittels größtenteils verdampft, wonach die erste Schicht so weit getrocknet ist, dass sie ohne stärkere mechanische Einwirkung nicht mehr abgelöst oder beschädigt wird.
Im weiteren Verlauf werden die Schrauben 2 unter der Gießvorrichtung 21 der zweiten Be- schichtungsstation 20 hindurchtransportiert. Die Gießvorrichtung 21 weist eine Reihe von Austrittsöffnungen (nicht dargestellt) für ein Beschichtungsmittel auf, das im vorliegenden Fall identisch mit dem im Tauchbecken 11 ist. Die Gießvorrichtung 21 erzeugt einen sehr dichten Gießvorhang 22, durch den ein normalerweise lückenloses Auftragen einer zweiten Schicht Beschichtungsmittel auf die erste Schicht Beschichtungsmittel erfolgt. Während die Schrauben 2 weiter transportiert werden, läuft überschüssiges Beschichtungs- mittel aufgrund der Sieb-Struktur des dritten Förderbandes 32 ab. Das ablaufende Be- schichtungsmittel wird in einem Becken 26 aufgefangen und kann wiederverwendet werden. Die Schrauben 2 durchlaufen im Folgenden die zweite Trocknungsstation 24. Auch diese umfasst Heißluftgebläse 25, deren Aufbau und Betriebsparameter denen der ersten Trocknungsstation 23 entsprechen. Nach dem Durchlaufen der zweiten Trocknungsstation 24 ist auch die zweite Schicht getrocknet.
Die Schrauben 2 fallen am Ende des dritten Förderbandes 32 auf das vierte Förderband 33, welches mit 2 cm/s betrieben wird. Hierdurch wird das Vereinzeln der Schrauben 2 wieder rückgängig gemacht, was aber unerheblich ist, da das Beschichtungsmittel getrocknet ist und keine weitere Beschichtung erfolgt. Die Schrauben 2 durchlaufen nun den Konvektions- ofen 50, wo beide Schichten des Beschichtungsmittels bei 3200C ausgehärtet werden. Am
Ende des dritten Förderbandes 33 fallen die Schrauben 2 in einen Behälter 40, mittels des- sen sie abtransportiert werden können.
In Fig. 2 ist eine zweite Beschichtungsanlage 1' zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Diese umfasst ebenfalls eine erste Beschichtungsstation 10 zum Auftragen einer ersten Schicht Beschichtungsmittel sowie eine zweite Beschichtungsstation 20 zum Auftragen einer zweiten Schicht Beschichtungsmittel. Allerdings ist hier eine einzelne Trocknungsstation 27 vorgesehen, die einem Konvektionsofen 50 zum Aushärten von Beschichtungsmittel vorgeschaltet ist.
Der Aufbau dieser Beschichtungsvorrichtung 1' ist in großen Teilen identisch mit dem der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung 1. Daher wird auf eine detaillierte Erläuterung der einzelnen Elemente sowie des Betriebsmodus verzichtet, soweit diese übereinstimmen.
Im Unterschied zur eingangs geschilderten Vorrichtung 1 durchläuft das dritte Förderband 32 nacheinander die zweite Beschichtungsstation 20 sowie die Trocknungsstation 27, der zweiten Beschichtungsstation 20 ist also keine Trocknungsvorrichtung vorgeschaltet. Die Trocknungsstation 27 ist wiederum durch eine Reihe von Heißluftgebläsen 25 gebildet, die auf das dritte Förderband 32 hin ausgerichtet sind erzeugen. - YJ -
Nachdem Schrauben 2 im Tauchbecken 11 mit einer erste Schicht Beschichtungsmittel versehen wurden und überschüssiges Beschichtungsmittel mittels der Gebläsestation 13 abgeblasen wurde, fallen die Schrauben 2 vom zweiten Förderband 31 auf das dritte Förderband 32.
Die Schrauben 2 werden nun auf dem dritten Förderband 32 unter der Gießvorrichtung 21 der zweiten Beschichtungsstation 20 hindurchtransportiert, ohne vorab getrocknet zu werden. Bei dieser Vorrichtung 1' werden vielmehr beide Schichten Beschichtungsmittel gemeinsam getrocknet. Hierzu durchlaufen die Schrauben 2 nach der zweiten Beschichtungs- Station 20 die Trocknungsstation 27. Aufbau und Betriebsparameter der Heißluftgebläse 25 entsprechen denen der Trocknungsstationen 23, 24 des ersten Ausführungsbeispiels. Nach dem Durchlaufen der Trocknungsstation 27 sind beide Schichten so weit getrocknet, dass sie ohne stärkere mechanische Einwirkung nicht mehr abgelöst oder beschädigt werden. Anschließend werden beide Schichten im Konvektionsofen 50 gemeinsam ausgehärtet.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Auftragen wenigstens eines antikorrosiven, flüssigen, Metallpartikel enthaltenden Beschichtungsmittels auf ein Werkstück (2) mit den Schritten
- Auftragen einer ersten Schicht eines Beschichtungsmittels auf das Werkstück (2) - Auftragen einer zweiten Schicht eines Beschichtungsmittels auf die erste Schicht, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht und die zweite Schicht nach dem Auftragen der zweiten Schicht getrocknet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim ersten und beim zweiten Auftragen das gleiche Beschichtungsmittel aufgetragen wird oder unterschiedliche Beschichtungsmittel aufgetragen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem zweiten Auf- tragen eines Beschichtungsmittels überschüssiges Beschichtungsmittel entfernt wird.
4. Verfahren nach wenigstens einem vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragen der ersten Schicht auf mehrere Werkstücke (2) erfolgt und die Werkstücke (2) vor dem zweiten Auftragen eines Beschichtungsmittels vereinzelt wer- den.
5. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht und die zweite Schicht gemeinsam ausgehärtet werden, vorzugsweise durch Einwirkung von Temperatur und/oder Strahlung, insbesondere Infra- rot- und/oder UV-Strahlung.
6. Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach vorherigem Trocknen oder Aushärten der ersten Schicht und der zweiten Schicht ein ein- oder mehrschichtiger Topcoat aufgebracht wird.
7. Vorrichtung (1) zum Beschichten von Werkstücken (2) mit wenigstens einem antikorrosiven, flüssigen, Metallpartikel enthaltenden Beschichtungsmittel, umfassend - erste Mittel (11) zum Auftragen eines Beschichtungsmittels,
- zweite Mittel (21) zum Auftragen eines Beschichtungsmittels,
- Mittel (50) zum Aushärten von aufgetragenem Beschichtungsmittel sowie
- Mittel (30, 31, 32, 33) zum Fördern von Werkstücken (2), die einen Förderweg definieren, der die ersten Mittel (11) zum Auftragen mit den zweiten Mitteln (21) zum Auftragen und die zweiten Mittel (21) zum Auftragen mit den Mitteln (50) zum
Aushärten verbindet,
- wobei die ersten Mittel (11) zum Auftragen auf dem Förderweg vor den zweiten Mitteln (21) zum Auftragen angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Mittel (50) zum Aushärten auf dem Förderweg hinter den zweiten Mitteln (21) zum Auftragen angeordnet sind.
8. Werkstück beschichtet mit einem antikorrosiven, Metallpartikel enthaltenden Beschichtungsmittel, das in einer ersten und in einer zweiten Schicht flüssig aufgetragen wurde, und wobei das Aushärten erfolgt ist, nachdem die zweite Schicht aufge- tragen wurde.
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