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DE2620997A1 - Verfahren zum aufbringen und aushaerten eines ueberzugs aus waermehaertbarem kunststoffpulver auf strangfoermigen metallteilen - Google Patents

Verfahren zum aufbringen und aushaerten eines ueberzugs aus waermehaertbarem kunststoffpulver auf strangfoermigen metallteilen

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Publication number
DE2620997A1
DE2620997A1 DE19762620997 DE2620997A DE2620997A1 DE 2620997 A1 DE2620997 A1 DE 2620997A1 DE 19762620997 DE19762620997 DE 19762620997 DE 2620997 A DE2620997 A DE 2620997A DE 2620997 A1 DE2620997 A1 DE 2620997A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
coating
powder
strand
curing
plastic powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19762620997
Other languages
English (en)
Other versions
DE2620997C2 (de
Inventor
Christy Christ
Hart Fisher Graff
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.)
Armco Inc
Original Assignee
Armco Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Priority claimed from US05/679,386 external-priority patent/US4244985A/en
Application filed by Armco Inc filed Critical Armco Inc
Publication of DE2620997A1 publication Critical patent/DE2620997A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2620997C2 publication Critical patent/DE2620997C2/de
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    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/50—Multilayers
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B05D1/24—Applying particulate materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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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
    • B05D3/0281—After-treatment with induction heating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B05D7/14—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials to metal, e.g. car bodies
    • B05D7/148—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials to metal, e.g. car bodies using epoxy-polyolefin systems in mono- or multilayers
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Description

ARMCO STEEL CORPORATION 10. Mai 1976
703 Curtis Street Middletown, Ohio / V.St.A.
Unser Zeichen; A 1766
Verfahren zum Aufbringen und Aushärten eines Überzugs aus wärmehärtbarem Kunstoffpulver auf strangförmigen
Metallteilen
Die Erfindung betrifft strangförmige Metallteile, z.B. Rohr, Draht und dergleichen, und insbesondere das Aushärten eines Überzugs aus wärmehärtbarem Kunststoffpulver, der auf die Oberfläche der strangförmigen Teile zur Verhinderung von deren Korrosion aufgebracht wurde.
In vielen Fällen bietet die Korrosion von Draht und Rohren bei bestimmten Anwendungen derselben Probleme,
Dr.Ha/Ma
609848/0890
weshalb ein überzogenes Endprodukt erwünscht ist. Vom wirtschaftlichen Standpunkt aus ist die Verwendung eines organischen Polymerisats als Überzug für" Rohre und/oder Draht, z.B. eines wärmehärtenden Kunststoffpulverüberzugs, wesentlich teurer als die Galvanisierung. Anders als beim Überziehen eines Materials mit einem thermoplastischen Pulver, wobei lediglich zum Zusammenschmelzen des Überzugs eine bestimmte Temperatur erreicht werden muß und die Schmelztemperatur nicht längere Zeit genau aufrechterhalten zu werden braucht, erfordern wärmehärtende niedermolekulare KunststoffÜberzüge, die jedoch bei Einwirkung von Wärme höhermolekulare, vernetzte chemische Strukturen bilden, für die Polymerisation oder "Aushärtung" ein längeres Halten auf Temperatur. In der Praxis bedeutet dies weitgehende Änderungen der bestehenden Einrichtungen, nämlich die Ausstattung mit öfen zur Aushärtung wärmehärtender Harze unter gleichzeitiger Beibehaltung annehmbarer Durchlaufzeiten von etwa 10 Meter pro Minute. Man war daher bemüht, eine zufriedenstellendere Methode zum Härten wärmehärtender Kunststoffpulverüberzüge und insbesondere strangförmige Metallteile mit solchen Überzügen zu entwickeln.
In der US-Patentschrift 3 560 239 sind die bisherigen Härtungsmethoden beschrieben. In dieser Patentschrift wird die Verwendung einer Induktionsspule zum Erhitzen des strangförmigen Substrats nach Aufbringung eines flüssigen Primärüberzugs oder einer Grundierung beschrieben. Dabei wird der Primärüberzug getrocknet und es wird gleichzeitig das durch eine Wirbelschicht
609848/0890
aus Harzpulver geleitete Substrat erhitzt. Die fühlbare Wärme in dem Substrat liefert die zum Schmelzen und zum Pesthalten der Pulverteilchen an dem Substrat unter Bildung eines Überzugs erforderliche Wärme. Eine auf die Wirbelschicht folgende zweite Induktionsspule dient lediglich dem Verschmelzen der Teilchen auf Draht mit kleinem Durchmesser, wo die fühlbare Wärme oder die Wärmeaufnahme beim Erhitzen durch die erste Induktionsspule zum vollständigen Verschmelzen oder Zusammenfließen der Überzugsteilchen nicht ausreicht. Nach der Lehre dieser Patentschrift ist es jedoch nicht möglich, einen Überzug aus wärmehärtenden Kunststoffteilchen aufzubringen und auszuhärten, wobei das Substrat durch Induktion erhitzt und durch eine Wirbelschicht aus wärmehärtendem Harz geführt wird. Der Grund dafür ist, daß in dem Draht nicht genügend latente Wärme entsteht, um eine Polymerisation des Harzes zu bewirken, da alle verfügbare Wärme in dem Substrat zum Schmelzen des Harzpulvers verbraucht wird. Die Restwärme in dem geschmolzenen Harz reicht für eine Härtung nicht aus. Erhöht man die Wärmezufuhr zu dem Draht vor der Aufbringung des Pulvers, so wird ein schwererer Niederschlag aus geschmolzenem Harz aufgenommen, der ungehärtet bleibt. Große Energiemengen sind in Form von Wärme zur Überführung des Stoffs von einem Zustand in den anderen erforderlich. Das Schmelzen eines Feststoffs in Form eines Pulvers verbraucht alle Wärmeenergie, die in dem·Draht gespeichert ist. Eine Erhöhung des Wärmegehalts ermöglicht nur das Schmelzen von mehr Pulver. Solange eine Phasenänderung von fest zu flüssig auftritt, steht kaum Wärmeenergie zum Härten des verflüssigten Wärmehärtenden Harzes zur Verfügung.
609848/0890
Bei dem eine Induktionserhitzung betreffenden Stand der Technik wird auf eine Spulenanordnung Wert gelegt, welche eine maximale Erhitzungsgeschwindigkeit ergibt. Eine so gebaute Induktionsspule ist jedoch zur Aushärtung eines Überzugs aus wärmehärtendem Kunststoff wegen der Unmöglichkeit, die Wärmezufuhr zu überwachen, ungeeignet. Es tritt dann infolge zu starker Härtung ein Abbau des Überzugs oder ein Haftverlust infolge zu schwacher Härtung ein.
Die Erfindung schafft eine Methode zum Überziehen eines strangförmigen Metallteils mit einem wärmehärtenden Kunststoffpulver, und das Verfahren besteht darin, daß man die Oberfläche des strangförmigen Teils reinigt, einen Überzug aus wärmehärtendem Kunststoffpulver mit einer spezifischen Härtungszeit und Härtungstemperatur aufbringt, den so überzogenen strangförmigen Teil durch mindestens eine Induktionsspule unter rascher Erhitzung des Teils und des Überzugs so weit über die Härtungstemperatur führt, daß die Härtungszeit beträchtlich verkürzt wird, worauf man den strangförmigen Metallteil abkühlt.
Die Erfindung schafft ferner eine Methode zum Überziehen eines strangförmigen Metallteils mit einem Primäroder Grundierüberzug aus einem wärmehärtenden Kunststoffpulver und einem Überzug aus thermoplastischem Pulver, wobei die Oberfläche des strangförmigen Teils gereinigt, darauf die Überzüge aus wärmehärtendem Kunststoffpulver und thermoplastischem Pulver aufgebracht werden, wobei das wärmehärtende Kunststoffpulver eine spezifische Härtungszeit und Härtungstemperatur besitzt und der Überzug aus thermoplastischem Pulver
609848/0390
einen spezifischen Schmelzpunkt hat, worauf man das
so überzogene strangförmige Metallteil durch mindestens eine Induktionsspule unter rascher Erhitzung
des Teils mit den Überzügen so weit über die Härtungstemperatur und den Schmelzpunkt, daß die Härtungszeit beträchtlich verkürzt wird, schickt und dann das
strangförmige Metallteil abkühlt.
Die Induktionsspule hat ein wirksames Verhältnis von
Länge zu Durchmesser von etwa mindestens 9. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Induktionsspule aus einer Reihe von tandemartig angeordneten Spulen zur raschen Erhitzung des überzogenen strangförmigen Metallteils in jeder Spule und Abkühlung zwischen den einzelnen Spulen zur Vermeidung einer
Überhitzung.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1A eine beispielsweise schematische Darstellung der Aufbringung und Aushärtung eines wärmehärtenden Kunststoffpulverüberzugs auf Rohrmaterial und/oder Draht,
Fig. 1B eine beispielsweise schematische Darstellung der Aufbringung und Aushärtung eines Grundierüberzugs aus wärmehärtendem Kunststoffpulver und eines thermoplastischen Pulverüberzugs auf Rohrmaterial und/oder Draht, wobei die Überzüge in tandemartig angeordneten elektrostatischen Wirbelschichten aufgebracht werden,
6 0 9848/0890
Fig. 2 eine graphische Darstellung einer Erhitzungskurve für die Härtung von wärmehärtenden Kunstoffpulverüberzügen gemäß der Erfindung unter Verwendung einer Induktionsspule,
Fig. 3 eine graphische Darstellung von Erhitzungskurven für eine Induktionsspule ohne Anwendung der Erfindung,
Fig. 4a, 4b, 4C, 4D und 4G beispielsweise Ausführungen von Induktionsspulen für die Verwendung in Fig. 1A und 1B,
Fig. 4E und 4F Ausführungen von Induktionsspulen, die sich nicht zum Härten von wärmehärtenden Kunststoff pulvern eignen, und
Fig. 5 und 6 graphische Darstellungen, welche die
Wirkung der Bauart der Induktionsspule, z.B. die Wirkung der Spulenlänge und der Anzahl von Windungen der Spule, auf die für die Induktionshärtung bei einer typischen Produktionsgeschwindigkeit von 0,15 Meter pro Sekunde erforderliche Stromeinstellung zeigen.
In Fig. 1A der Zeichnung ist schematisch ein Beispiel für die Aufbringung und Härtung eines wärmehärtenden Kunststoffpulverüberzugs auf Rohrmaterial und/oder Draht 10 dargestellt. Das zu überziehende rohr- oder drahtförmige Material 10 kann jedes strangförmige Metallteil sein, dessen Oberfläche zur Verhinderung einer Korrosion geschützt werden soll. Ein Beispiel für ein
609848/0890
solches strangförmiges Metallteil ist ein überzogenes Röhrmaterial zur Verwendung in Autobremsleitungen, wo eine Korrosion des Materials ernsthafte Probleme mit sich brachte.
Die erste Stufe beim Überziehen eines strangförmigen Metallteils 10 mit einem wärmehärtenden Kunststoffpulverüberzug gemäß der Erfindung erfordert eine Reinigung der Oberfläche, wie dies in Fig. 1A bei 12 angezeigt ist. Diese Stufe kann auf übliche bekannte Weise durchgeführt werden.
Nach Reinigen des strangförmigen Metallteils 10 wird dieses vor der Erhitzung mit einem wärmehärtenden Kunststoffpulver mit einer spezifischen Härtungszeit und Härtungstemperatur überzogen, wie dies bei 14 angezeigt ist. Die Stärke des fertigen ausgehärteten Kunststoffüberzugs wird durch die elektrostatische Anziehung der Pulverteilchen an der Oberfläche des Rohrmaterials beschränkt; diese Anziehung ist eine Funktion der an das elektrostatische Gitter angelegten Spannung und somit der Ladungsmenge auf einem Pulverteilchen. Nachdem die Oberfläche mit Pulver in einer bestimmten Stärke bedeckt ist, wird die Ladungsstärke durch das Pulver isoliert und weniger Teilchen werden an die Oberfläche angezogen. In der Praxis ist der ausgehärtete Kunststoffüberzug in der Regel bis zu 190 um dick, bei vielen bevorzugten Ausführungsformen werden jedoch sehr dünne Filme von etwa 75/um oder weniger gewünscht. Das Kunststoffpulver kann mittels einer elektrostatischen Wirbelschicht oder einer elektrostatischen Pulverspritzpistole aufgebracht werden.
809848/0890
Nach Reinigung des strangförmigen Metallteils 10 und überziehen mit wärmehärtendem Kunststoffpulver muß dieses Pulver ausgehärtet werden. Wärmehärtende Pulverüberzüge besitzen ein niedriges Molekulargewicht, bilden jedoch durch Vernetzung bei Wärmeeinwirkung höhermolekulare chemische Strukturen. Das umfaßt eine Gelbildung, die nicht sofort eintritt. Infolgedessen ist das Härten von wärmehärtenden Kunststoffen zeit- und temperaturabhängig wegen der für die Vernetzung oder Gelbildung erforderlichen Zeit. Diese Zeit kann durch den Zusatz eines Katalysators verringert werden, mit zunehmendem Katalysatorgehalt verschlechtern sich jedoch die Eigenschaften des ausgehärteten Überzugs.
Gemäß der Erfindung wird das wärmehärtende Kunststoffpulver so gehärtet, daß man das überzogene strangförmige Metallteil durch mindestens eine Induktionsspule schickt, wie dies bei 16 angezeigt ist, wobei das Teil 10 und damit sein Überzug rasch auf die Härtungstemperatur erhitzt werden, auf welcher Temperatur man das Teil während der Härtungszeit hält. Nach dem Härten wird das überzogene strangförmige Metallteil 10 bei 18 auf beliebige bekannte Weise abgekühlt, z.B. durch eine Wasserabschreckung oder mittels eines Gebläses.
Fig. 1B ist eine beispielsweise schematische Darstellung der Aufbringung und Aushärtung eines wärmehärtenden Kunststoffpulver- bzw. danach aufgebrachten thermoplastischen Pulverüberzugs auf Rohrmaterial und/oder Draht 11. Dadurch wird die Zähigkeit, Haftfestigkeit und Abriebbeständigkeit von wärmehärtenden Kunststoffüberzügen, Z9B. Epoxidharzüberzügen, mit dem ein gefälliges
809848/08
Aussehen verleihenden Glanz und der Ultraviolettlichtbeständigkeit von thermoplastischen Überzügen, z.B. Vinylharzüberzügen, kombiniert.
Die erste Stufe bei dem Verfahren von Fig. 1B erfordert die Reinigung der Oberfläche des strangförmigen Teils, wie dies bei 34 gezeigt ist. Diese Reinigung kann auf beliebige übliche Weise erfolgen.
Nach Reinigung der Oberfläche des strangförmigen Metallteils 11 wird dfeses vor dem Erhitzen mit einem wärmehärtenden Grundierüberzug aus Plastikpulver mit einer spezifischen Härtungszeit und Härtungstemperatur überzogen, wie dies bei 36 angezeigt ist. In der Praxis ist der gehärtete Überzug in der Regel 25 bis 75 wm dick, wobei 25 um bevorzugt sind. Das Teil 11 wird dann mit einem thermoplastischen Pulverüberzug versehen, wie bei 38 angezeigt ist. In der Praxis ist dieser Überzug in der Regel 75 bis 650 um dick, wobei 175 /im bevorzugt sind.
Dieser zuvor beschriebene doppelte Überzug kann natürlich auf verschiedene Weise aufgebracht werden. Wie in Fig. 1B angezeigt, können zwei oder mehr elektrostatische Wirbelschichten 36 und 38 tandemartig hintereinander angeordnet sein. Bei einer weiteren Aufbringungsmethode können das wärmehärtende Kunststoffpulver und das thermoplastische Pulver vereinigt und gleichzeitig mittels einer elektrostatischen Spritzpistole aufgebracht werden, wie dies in den US-Patentschriften 3 770 482 und 3 513 012 beschrieben ist, und der zusammengesetzt Überzug kann dann mittels der
609848/0890
Induktionsspule 42 ausgehärtet werden. Natürlich müssen in diesem Fall die Pulverteilchen jeder Komponente eine andere Dielektrizitätskonstante für eine bevorzugte Anziehung an das Teil 11 aufweisen und vorzugsweise ist eines der Pulver stark leitend.
Gemäß der Erfindung werden der Überzug aus wärmehärtendem Kunststoff und der äußere Überzug aus einem thermoplastischen Pulver auf dem Teil 11 ausgehärtet (das wärmehärtende Kunststoffpulver) bzw. wieder fließfähig gemacht (thermoplastischer Pulverüberzug), indem man das doppelt überzogene strangförmige Metallteil 11 durch mindestens eine Induktionsspule, wie bei 42 angezeigt, unter rascher Erhitzung des Teils 11 und der Überzüge auf die Härtungstemperatur des wärmehärtenden Kunststoffpulvers erhitzt und die Temperatur während der Härtungsdauer auf diesem Viert hält. Nach dem Härten wird das doppelt überzogene strangförmige Metallteil 11 bei 44 auf beliebige bekannte Weise, z.B. mittels einer Wasserabschreckung oder eines Gebläses, abgekühlt.
Die Anwendung der Induktionshärtung ermöglicht die Aufbringung und Wärmebehandlung dicker thermoplastischer Pulverüberzüge. Beispielsweise ergibt eine Ofenhärtung eines 25 wm dicken Epoxidharzüberzugs und eines 175 * dicken Vinylharzüberzugs ein Einsinken und Weglaufen des Vinylübetfzugs, da das Zeit/Temperaturverhältnis für die Härtung des Epoxidharzes in dem Ofen für ein einfaches Schmelzen/Wiederfliessfähigmachen von Vinylpulver zu groß ist.
609848/0830
2B20997
Da die Härtung von wärmehärtenden Pulverüberzügen von der Zeit und der Temperatur abhängt, muß nicht nur die Härtungstemperatur erreicht werden, sondern man muß auch eine Verweilzeit einhalten, die eine vollständige Vernetzung der Molekülketten zuläßt. Dies läßt sich am besten aus Fig. 2 und 3 ersehen, die typische Erhitzungskurven wiedergeben. Wie Fig. 2 zeigt, läßt sich das gewünschte Ergebnis gemäß der Erfindung unter Verwendung nur einer einzigen Induktionsspule erzielen. Wie Fig. 3 jedoch zeigt und wie nachstehend näher erläutert wird, läßt sich die Härtungstemperatur während der Verweilperiode am besten bei Verwendung von tandemartig angeordneten Induktionsspulen aufrechterhalten. Wenn beispielsweise keine mehrfache Erhitzung und Abkühlung erfolgt, kann der wärmehärtende Kunststoffüberzug vor Beendigung der Aushärtung zu heiß werden (Kurve y) oder die Verweilzeit kann zur Verhinderung einer Überhitzung zu kurz sein (Kurve x). Obwohl somit die meisten Spulen möglicherweise zufriedenstellend sind, verlangt doch die erforderliche Verweilzeit eine Spulenanordnung, die den wärmehärtenden Pulverüberzug leicht über die Härtungstemperatur für dieses Material erhitzt und dann die Temperatur solange unter der Zersetzungstemperatur hält, bis die Härtung vollständig ist.
Die Konstruktion der Induktionsspule oder der Spulen 16 und 42 hängt von.einer Anzahl von Parametern ab. Jedoch muß der Durchmesser der Spule oder der Spulen einen ausreichenden Abstand ergeben, so daß das zu härtende strangförmige Metallteil ohne Berührung der Windungen hindurchlaufen kann. Das wichtige Merkmal
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ist die Erzeugung eines maximalen Sekundärstroms in dem Material, nicht die Frequenz. Die Anzahl von Spulenwindungen (Windungen /Länge) ist zur Erzielung eines maximalen Sekundärstroms wichtig. Das erweist sich jedoch als Funktion des Kilovolt-(KV) ¥erts der Stromquelle. Je höher die KV, um so geringer ist die erforderliche Anzahl Windungen pro Länge. Die Parameter werden durch empirische Versuche ermittelt. Für eine bestimmte Spannungsquelle kann die richtige Anzahl von Spulen und die Anzahl von Spulenwindungen pro Länge festgestellt werden.
Fig. 4A bis 4G zeigen Beispiele für Induktionsspulen, wovon sich fünf als erfolgreich zum Härten des wärmehärtenden Kunststoffpulverüberzugs auf dem strangförmigen Metallteil 10 sowie zum Härten des doppelt überzogenen strangförmigen Teils 11 (wärmehärtendes Plastikpulver) und zur erneuten Fliessfähigmachung (thermoplastisches Pulver) erwiesen haben; diese Spulen sprechen auf kleinere Änderungen der Produktionsgeschwindigkeit, der Überzugsdicke und der Stromzufuhr zu der Spule an. Es wurde festgestellt, daß eine lange Spule mit einer Anzahl von Windungen für die Induktionsspule 16, 42 bevorzugt ist. Beispielsweise soll die bevorzugte Spule ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser von etwa 9 besitzen.
Die Induktionsspule 20 in Fig. 4A ist 420 mm (16,5 Zoll) lang und besitzt 44 Windungen, deren Durchmesser von 25 bis 100 mm variiert. Die Induktionsspule 22 von Fig. 4B besteht aus vier Gruppen von Windungen 22a, 22b, 22c und 22d mit 8, 6, 4 bzw. 2 Windungen mit einem Durchmesser von 25 ram und einem Abstand von 125 mm zwischen
609843/0890
jeder Windungsgruppe. Die Gesamtlänge der Spule 22 beträgt 600 mm.
Die Induktionsspule 24 von Fig. 4C ist 430 mm lang und besitzt 51 Windungen mit einem Durchmesser von 25 mm. Die Induktionsspule 26 von Fig. 4D ist 350 mm lang und besitzt zwei Windungsgruppen 26a und 26b mit 8 bzw. 6 Windungen mit einem Durchmesser von 25 mm.
In Fig. 4E und 4F sind Induktionsspulen 28 und 30 mit 4 bzw. 8 Windungen mit einem Durchmesser von 25mm und einer Gesamtlänge .von 100 mm bzw. 200 mm gezeigt. Diese Spulen erwiesen sich als unbrauchbar. Die Spule E brachte den Überzug nicht auf die Härtungstemperatur, während die Spule F den Überzug verbrannte. Fig. 4G zeigt schließlich eine Induktionsspule 32 mit 4 Windungsgruppen 32a, 32b, 32c und 32d mit 6 Windungen und einem Durchmesser von 25 mm und jeweils einem Abstand von 125 mm zwischen jeder Windungsgruppe. Die Gesamtlänge der Spule 32 beträgt 600 mm.
Die folgende Tabelle faßt die Stromzufuhr oder Rheostateinstellung einer 30 KW 500 KHz Induktionseinheit für die in Fig. 4A bis 4G dargestellten Konstruktionen von Induktionsspulen zusammen,, wenn die Durchlaufgeschwindigkeit des mit dem zu härtenden wärmehärtbaren Kunststoff pulver überzogenen strangförmigen Metallteils 10 0,15 Meter pro Sekunde betrug.
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262099?
Stromeinstellung bei Produktionsgeschwindigkeit von
0,15 Meter/Sekunde
Spule Rheostat- Anzahl der Effektive
Einstellung Windungen Länge
2A 9,5 44 420 mm
2B 12,5 20 215 mm
2C 10 51 430 mm
2D 14 14 165 mm
2E 70 4 25 mm
2F 42 8 100 mm
2G 11,5 . 22 250 mm
Fig. 5 und 6 zeigen deutlich den Einfluß der Konstruktion der Induktionsspule auf die für die Induktionshärtung des wärmehärtbaren Pulverüberzugs erforderliche Rheostateinstellung bei einer Durchlaufgeschwindigkeit von 0,15 Meter pro Sekunde. In Fig. 5 ist die Stromzufuhr, d.h. die Rheostateinstellung, gegen die wirksame Spulenlänge aufgetragen, während in Fig. 6 die Stromzufuhr, d.h. die Rheostateinstellung, gegen die Anzahl von Windungen der Spule aufgetragen ist. Wie bereits gesagt, ergibt sich, daß eine lange Spule mit vielen Windungen für die Induktionsspule 16, 42 bevorzugt ist und allgemein soll eine solche Spule eine Länge von mindestens 25 cm oder ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser von mindestens etwa 9 besitzen.
Es wurde festgestellt, daß der Überzug aus wärmehärtendem Pulver beim Austritt aus der Induktionsspule 16, 42 eine Höchsttemperatur erreicht und daß die Mindesttemperatur
609848/0 8 90
für eine ausreichende Härtung des wärmehärtenden Pulverüberzugs von dem zu härtenden wärmehärtbaren Kunststoffpulverüberzug abhängt.
Die Verweilzeit des strangförmigen Metallteils 10 in der Induktionsspule 16, 42 variiert natürlich je nach der Durchführungsgeschwindigkeit und der Länge der Induktionsspule 16, 42. Zum Beispiel erwies sich bei einem Durchlauf von 0,15 Meter pro Sekunde eine Verweilzeit von etwa 2,3 Sekunden in einer 350 mm langen Spule für eine richtige Härtung des wärmehärtenden Pulverüberzugs als bevorzugt.
In Bezug auf die Induktionsspulen 22, 26 und 32 von Fig. 4b, 4D und 4G, wo die Induktionsspule eine Reihe von tandemartig angeordneten Spulen oder Windungsgruppen umfaßt, wurde auch festgestellt, daß eine rasche Erhitzung des strangförmigen Metallteils 10 in jeder Spule oder Windungsgruppe und eine Abkühlung zwischen den einzelnen Spulen oder Windungsgruppen zur Verhinderung einer Überhitzung sehr günstig ist, da die Härtungstemperatur während der Halteperiode am besten aufrechterhalten werden kann.
Die folgende Tabelle faßt eine Anzahl spezifischer Beispiele von Überzügen auf strangförmigen Metallelementen mit spezifischen wärmehärtenden Kunststoffpulverüberzügen und die Härtung dieser Überzüge gemäß der Erfindung zusammen. Die mit "Ofenhärtung" überschriebene Spalte gibt die als Stand der Technik empfohlenen Härtungszeiten für die wärmehärtenden Kunststoffpulverüberzüge an. Diese Spalte kann leicht mit der "Gesamtzeit in der Spule" übersehriebenen Spalte verglichen werden, welche die Härtungszeit für die wärmehärtenden Kunststoffpulverüberzüge gemäß der Erfindung anzeigt. 60 9848/0890
Pulverbezeichnung
Ofenhärtung
Geschwindigkeit m/sec.
Stromzufuhr zur Spule; Rheostat-Einstellung
Gesamtzeit
in der Spule*
see.
Temperatur C Vor der Nach der letzten letzten Spyle Spyle
Epoxy -
3M Nr. 1005
232
Min.bei 2040C
Min.bei 2040C
0,15 0,25 0,045
0,060 0,050
0,15
12,5 14,5 8
7,5 7,5
4
2,5
13,5
10
13,5
Polyester -
3M Nr. 3103 cn
ο
co Acrylharz-
°°Celanese
Jj JK701 -3
* Die Hälfte der angegebenen Zeit wird zwischen Spulen verbracht bzw. ist keine Erhitzuhgszeit.
163
177
149
246 246 243
232 218
177
CD KJ CD CD CD
Es sollte vielleicht angemerkt werden, daß der Grund für die so langen Härtungszeiten in einem Ofen für •wärmehärtende Kunststoffpulverüberzuge darin besteht, daß der Überzug selbst als Isolator wirkt und Luft ein schlechtes Wärmeübertragungsmedium ist. Im Gegensatz dazu tritt bei der erfindungsgemäßen Induktionsheizung des strangförmigen Metallteils der Isoliereffekt nicht auf und das Metallteil ist ein gutes Wärmeübertragungsmittel.
609848/0890

Claims (10)

  1. Patentansprüche
    a) die Oberfläche des strangförmigen Teils reinigt,
    b) auf seine Oberfläche einen Überzug aus wärmehärtendem Kunststoffpulver mit einer spezifischen Härtungszeit und Härtungstemperatur aufbringt,
    c) das strangförmige Metallteil durch mindestens eine Induktionsspule unter rascher Erhitzung des Teils und des Überzugs so weit über die Härtungstemperatur führt, daß die Härtungszeit beträchtlich herabgesetzt wird, und
    d) das überzogene strangförmige Metallteil abkühlt.
  2. 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil durch eine Reihe von tandemartig angeordneten Spulen zur raschen Erhitzung des überzogenen Teils in jeder Spule unter Abkühlung zwischen den einzelnen Spulen zur Verhinderung einer Überhitzung geführt wird.
  3. 3) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule ein wirksames Verhältnis von Länge zu Durchmesser von mindestens 9 und eine wirksame Länge von mindestens 250 mm besitzt.
    609848/0890
  4. 4) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus wärmehärtendem Kunststoffpulver in einer elektrostatischen Wirbelschicht aufgebracht wird.
  5. 5) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus wärmehärtendem Kunststoffpulver mittels einer elektrostatischen Pulverspritzpistole aufgebracht wird.
  6. 6) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das überzogene strangförmige Metallteil durch eine Wasserabschreckung abgekühlt wird.
  7. 7) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das überzogene strangförmige Metallteil mittels eines. Gebläses abgekühlt wird.
  8. 8) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Überzug aus wärmehärtendem Kunstoffpulver noch ein Überzug aus thermoplastischem Pulver mit einem spezifischen Schmelzpunkt aufgebracht wird, und daß die Erhitzungstemperatur in der Induktionsspule auch über dem Schmelzpunkt des thermoplastischen Pulvers gehalten wird.
  9. 9) Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein wärmehärtendes Kunststoffpulver und ein thermoplastisches Pulver mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten verwendet, die Pulver vereinigt und gleichzeitig aufgebracht werden, wobei eines der Pulver stark elektrisch leitend ist.
    609848/0890
  10. 10) Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmehärtende Kunststoffpulverüberzug und der thermoplastische Pulverüberzug jeweils getrennt mittels einer elektrostatischen Wirbelschicht aufgebracht werden.
    609848/0890
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