DEP0001532DA - Verfahren und Vorrichtung zum Aufbringen oder Verbessern von Schutzüberzügen - Google Patents

Description

In der Anstrichtechnik wird Wärme bei der Verarbeitung kalt- und heissflüssiger nichtmetallischer Schutzstoffe häufig angewandt. Man braucht Wärme beispielsweise zum Trocknen und Vorwärmen der Streichflächen und um die aufgetragenen Schutzüberzüge in ihren physikalischen oder chemischen Eigenschaften zu verbessern, sie z.B. zur trocknen, zu härten, oder porenfrei zu gestalten. Die Wärme wird den zu behandelnden Flächen üblicherweise entweder durch unmittelbare Flammeneinwirkung zugeführt, z.B. mittels Lötlampe, oder mittelbar durch Heissluftgebläse o.dgl. mehr. Diese gebräuchlichen Arten der Wärmeanwendung bringen manche Nachteile mit sich. Offene Flammen bilden in Gegenwart brennbarer Stoffe eine Feuers- oder sogar Explosionsgefahr und bei ihrer Anwendung bilden sich häufig Niederschläge von Kondenswasser oder Russ, wodurch die Haftung der Schutzüberzüge bzw. deren Güte beeinträchtigt wird. Ein Hauptnachteil der gebräuchlichen Verfahren besteht aber darin, dass dabei die Wärme den Schutzüberzügen von oben her zugeführt wird. Dadurch besteht die Gefahr, dass die Überzüge an der Oberfläche überhitzt werden und dass in die tieferen Schichten nicht genügend Wärme gebracht werden kann, um die Haftung zu verbessern und schädliche Poren sowie Wassereinschlüsse zu beseitigen. Bei schmelzbaren Überzügen lässt sich eine kräftige Erwärmung bis zum Untergrund in der Regel schon deshalb nicht durchführen, weil dann die Masse flüssig und von geneigten Flächen ablaufen würde.

Diese Nachteile der bekannten Verfahren werden erfindungsgemäss dadurch vermieden, dass das zu überziehende Metall vor, während oder nach dem Aufbringen des nichtmetallischen, aber gegebenenfalls metallisch <Nicht lesbar> Schutzüberzugs mit Hilfe eines magnetischen Wechselfeldes vorzugsweise hoher Frequenz erhitzt wird. Die Anwendung eines magnetischen Wechselfeldes ermöglicht es, der Metalloberfläche unmittelbar beträchtliche Energiemengen zuzuführen, die erst im Metall in Wärme verwandelt werden. Die Erwärmung der Metalloberfläche geschieht also unabhängig davon, ob darauf bereits ein nichtmetallischer Überzug angebracht ist oder nicht. Ein auf dem Metall befindlicher Überzug wird somit von der Metallfläche her erwärmt. Es wird dadurch erreicht, dass der Überzug niemals höhere Temperaturen als der Untergrund annehmen kann, und dass ein Wärmegefälle im Überzug gebildet wird, wobei die niedrigsten Temperaturen an dessen Oberfläche auftreten; hierdurch wird eine einwandfreie Verbindung des Überzugs mit dem Untergrund gewährleistet und der Ablauf der Trocknungs- und der Härtungsvorgänge begünstigt. Die Bildung von störenden Krusten oder Häuten, wie sie bei der üblichen Erwärmung von aussen her auftreten kann, wird verhindert. Voraussetzung für das Eintreten eines solchen vorteilhaften Erwärmungsvorganges ist dabei, dass die elektrische Leitfähigkeit des Schutzüberzuges erheblich niedriger liegt als die des zu erhitzenden Untergrundes.

Während bei der bisher üblichen Nachbehandlung von Überzügen aus schmelzbarem nicht metallischem Material eine Erwärmung des metallischen Untergrundes nur langsam und vorsichtig durchgeführt werden konnte, um ein Abtropfen, Verbrennen oder Verkraken der Schutzschicht zu vermeiden, kann bei dem neuen Verfahren die nötige Wärme dem Metall unbehindert durch die Schutzschicht zugeführt werden. Da ausserdem die Wirkung eines magnetischen Wechselfeldes bekanntlich um so mehr auf die Metalloberfläche beschränkt bleibt, je höher die Frequenz ist, so kann durch Wahl einer entsprechenden Frequenz des Magnetfeldes und Anwendung hinreichender Dichte der je Flächen- und Zeiteinheit zugeführten Energie auch im Metall die Ausbildung eines beträchtlichen Wärmegefälles erreicht werden, dergestalt, dass die Berührungsfläche zwischen Metall und Überzug erheblich höhere Temperaturen annimmt als die tieferen Metallschichten. Dadurch wird nicht nur die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens insbesondere bei dickwandigen Werkstücken verbessert, sondern auch vor allem beim Aufschmelzen von Überzügen die Möglichkeit geboten, die Dauer des Aufschmelzvorganges scharf zu begrenzen. Während bei gleichmässig erwärmten dickwandigen Metallen die darin aufgespeicherte Wärme das Erstarren des geschmolzenen Überzugs nach dem Aufhören der Energiezufuhr verzögert, führt bei bevorzugter Erwärmung der Metalloberfläche der Wärmeausgleich im Metall zu einem beschleunigten Temperaturrückgang. Die Gefahr des Abtropfens oder Abschwimmens der aufgeschmolzenen Überzüge wird dadurch beträchtlich herabgesetzt.

Infolge der starken Energiekonzentration, die durch das neue Verfahren gegeben ist, kann es mit Erfolg in manchen Fällen angewandt werden, wo die üblichen Arbeitsweisen versagen. Es ist beispielsweise von grosser Bedeutung für die Aufbringung von nichtmetallischen Schutzüberzügen auf Metallflächen, bei denen ähnliche Verhältnisse vorliegen, wie bei in Betrieb befindlichen Druckleitungen von Wasserkraftwerken, deren Temperatur in vielen Fällen zu fast allen Jahreszeiten unter dem Taupunkt der umgebenden Luft liegt und die deshalb meist mit Schwitzwasser beschlagen sind. Ein Vorwärmen derartiger Flächen mit der Flamme führt deshalb nicht zum Erfolg, weil sich auf der kalten Fläche sofort Verbrennungswasser niederschlägt. Durch Warmstrahlung oder Heissluft kann eine ausreichende Wärmezufuhr nicht herbeigeführt werden. Mit den bisherigen Mitteln konnten deshalb Rostschutzarbeiten an derartigen Objekten nur an wenigen Wochen des Jahres mit Erfolg durchgeführt werden. Durch das neue Verfahren ist es möglich, unmittelbar vor oder während des Aufbringens des Überzugs die Temperatur der Metalloberfläche über den Taupunkt zu heben und sie somit zu trocknen.

Durch die Möglichkeit einer wirkungsvollen nachträglichen Wärmebehandlung ergeben sich besondere Vorteile bei Überzügen aus nichtmetallischen Stoffen, die nach Art des Metallspritzverfahrens hergestellt werden. Dieses durch seine einfache und bequeme Durchführung ausgezeichnete Verfahren hat bekanntlich den Nachteil, dass eine zuverlässige Verschmelzung der durch Heissluft oder Flammengase aufgeschleuderten Massetröpfchen untereinander und mit dem Untergrund nicht gewährleistet ist. Um die Überzugsmasse möglichst warm auf die zu überziehende Fläche zu bringen, muss mit unverhältnismässig hohen Spritztemperaturen gearbeitet werden, wodurch leicht eine Beeinträchtigung des Überzugsmaterials eintritt. Entsprechendes gilt bei allen Verfahren, bei denen ein Überzug durch Aufspritzen, Aufschleudern oder Aufblasen feinverteilten schmelzflüssigen Überzugsmaterials hergestellt wird. Erfindungsgemäss kann bei all diesen Verfahren die Arbeitstemperatur beim Aufbringen des Überzugs soweit herabgesetzt werden, dass die einzelnen Teilchen dere Überzugsmasse beim Auftreffen auf das Metall nur Temperaturen unter oder wenig über dem Schmelzpunkt besitzen und erst in der anschliessenden Wärmebehandlung mittels des magnetischen Wechselfeldes untereinander und mit der Unterlage verschmolzen werden.

In gleicher Weise lässt sich das Verfahren zur Trocknung und Verdichtung von Überzügen anwenden, welche aus Emulsionen, Suspensionen und Dispersionen hergestellt sind. Emulsionsanstriche beispielsweise stellen je nach dem verwendeten Emulgator und Bindemittel selbst in getrocknetem Zustand ein verhältnismässig undichtes Gefüge dar. Durch die erfindungsgemässe Wärmebehandlung kann dieses lockere Gefüge in eine dichte homogene Masse verwandelt und mit der Unterlage verschmolzen werden. Ebenso ist es möglich, eine schmelzbares Überzugsmaterial in Pulverform, mit einer zweckmässig schnelltrocknenden Flüssigkeit und gegebenenfalls einem Bindemittel angeteigt, in kaltem Zustand aufzubringen und dann durch magnetische Erhitzung der Metallunterlage eine Trocknung herbeizuführen und die Teilchen in sich und mit dem Metall zu verschmelzen. Auf diese Weise lassen sich z.B. auch Überzüge aus verhältnismässig hochschmelzenden Stoffen herstellen, wie sie für bestimmte Zwecke, beispielsweise in Behältern für heisses Füllgut, benötigt werden.

Sofern in bestimmten Fällen eine mechanische Verarbeitung auf dem Untergrund ähnlich dem Einreiben mit dem Pinsel verlangt wird, kann das Verfahren gemäss der Erfindung in der Weise durchgeführt werden, dass während der Einwirkung des Magnetfeldes oder in unmittelbarem Anschluss daran das schmelzbare Überzugsmaterial in festem Zustand, z.B. in Stangenform, auf die erhitze Metallfläche aufgerieben und so auf ihr aufgeschmolzen wird.

Besonders dichte Überzüge werden erfindungsgemäss in der Weise erzielt, dass der Werkstoff in Folienform, gegebenenfalls mit Hilfe zusätzlicher schmelzbarer Bindemittel auf die zu überziehende Metallfläche aufgeschmolzen wird. Die Verwendung zusätzlicher schmelzbarer Bindemittel kommt insbesondere dann in Frage, wenn die aufzubringende Folie aus einem Werkstoff besteht, der selbst entweder nicht schmelzbar ist oder sich mit einem Metalluntergrund schlecht verbindet. Das Bindemittel kann dabei auf der Folie angebracht oder als Grundanstrich auf der Metallunterlage aufgetragen werden. Wenn die Folien mit einer metallischen Zwischen- oder Decklage versehen werden, so können sie nach dem neuen Verfahren auch auf nichtmetallischen Untergründen, z.B. Beton, befestigt werden. Nichtmetallische Flächen können zur Anwendung des Verfahrens auch dadurch leitend gemacht werden, dass man sie mit einem geeigneten elektrisch leitenden Überzug, z.B. Blechauflage, Drahtgewebe, Streckmetall o.dgl. versieht.

Bei der Herstellung von nichtmetallischen Schutzüberzügen in bekannter Weise mittels heissflüssiger Massen macht man häufig die Erfahrung, dass der kalte Metalluntergrund eine Abschreckwirkung ausübt, sodass eine ungenügende Haftfestigkeit zwischen Überzugsmasse und Metallfläche erzielt wird. In solchen Fällen kann mit dem neuen Verfahren durch nachträgliche Erhitzung des Überzugs von der Metallfläche her eine Verbesserung der Haftung erzielt werden. Das Verfahren eignet sich auch zur Härtung von durch Wärme härtbaren Kunstharzüberzügen.

Erwähnt sei schliesslich, dass das Verfahren auch erhebliche Vorteile bei der Beseitigung schmelzbarer Überzüge bietet, die nach Erhitzung des Untergrundes in einfacher Weise abgezogen oder abgeschoben werden können.

Für die Durchführung des Verfahrens werden zweckmässig transportable Hochfrequenzerzeuger, vorzugsweise Röhrengeneratoren oder gittergesteuerte Quecksilberdampfwechselrichter benützt, an die eine Induktionsheizspule über ein bewegliches Kabel angeschlossen ist. Die Induktionsheizspule muss dabei weitgehend der Form der zu erwärmenden Werkstücke angepasst werden; sie ist deshalb mit dem Hochfrequenzkabel leicht auswechselbar zu verbinden. Bei der Durchführung des Verfahrens ergeben sich u.U. dadurch Schwierigkeiten, dass die Induktivität der an das zu erhitzende Stück angenäherten Magnetspule je nach Abstand zwischen Spule und Werkstück und nach Form des letzteren verschiedene Werte annimmt. Mit Rücksicht auf günstige Leistungsübertragung muss die Spule durch Zuschaltung entsprechender Kapazitäten auf die Frequenz des Hochfrequenzerzeugers abgestimmt werden. Diese Abstimmung ist dann aber von der Anordnung der Spule am Werkstück abhängig, sodass eine fortlaufende Kontrolle und Nachregulierung erforderlich wird.

Erfindungsgemäss wird diese Schwierigkeit dadurch behoben, dass im Hochfrequenzerzeuger selbständig wirkende Abstimm-Mittel angeordnet werden, die bei Veränderung der Induktivität die Resonanzabstimmung aufrecht erhalten.

Eine besonders einfache Anordnung erhält man erfindungsgemäss unter Verwendung eines selbsterregten Hochfrequenzerzeugers z.B. in Rückkopplungsschaltung durch zwangsläufige Abstimmung durch selbsttätige Beeinflussung der Induktivität der Induktionsspule und der Eigenschwingungszahl Hochfrequenzerzeugers.

Claims (10)

1. Verfahren zum Aufbringen oder Verbessern von nichtmetallischen, besonders organischen Schutzüberzügen auf Metall- und anderen stromleitenden Flächen, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche vor, während oder nach dem Aufbringen des nichtmetallischen Schutzüberzuges mit Hilfe eines magnetischen Wechselfeldes vorzugsweise hoher Frequenz erhitzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bereits aufgebrachte schmelzbare Schutzüberzug mit Hilfe des magnetischen Wechselfeldes vom Untergrund her aufgeschmolzen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des Magnetfeldes und die Dichte der je Flächen- und Zeiteinheit zugeführten Energie so hoch gewählt werden, dass die Berührungsfläche zwischen Metall und Überzug erheblich höhere Temperatur erreicht, als die tieferen Metallschichten.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das aufzuspritzende, aufzuschleudernde oder aufzublasende feinverteilte Überzugsmaterial beim Auftreffen auf das Metall nur Temperaturen unter oder wenig über dem Schmelzpunkt besitzt, und erst in der anschliessenden Hochfrequenz-Wärmebehandlung in sich und mit der Unterlage verschmolzen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff in Form einer Emulsion, Suspension oder Dispersion kalt aufgetragen und dann durch Hochfrequenzerhitzung der metallischen Unterlage in sich und mit dem Metall verschmolzen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass während der Anwendung des Magnetfeldes oder in unmittelbarem Anschluss daran das Überzugsmaterial in festem Zustand auf die Metallfläche aufgerieben und so auf ihr aufgeschmolzen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzüberzug in Form von Folien aufgetragen und gegebenenfalls mit Hilfe zusätzlicher schmelzbarer Bindemittel mit dem Metall verschmolzen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Folien mit einer metallischen Zwischen- oder Decklage versehen sind, sodass diese Folien mit Hilfe des magnetischen Wechselfeldes auch auf nichtmetallischen und nichtleitenden Untergründen aufgeschmolzen werden können.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 u. ff. mit einem Hochfrequenzerzeuger und einer an diesen angeschlossenen Induktionsspule für die Erzeugung des magnetischen Wechselfelds sowie mit Kondensatoren zur Kompensation der Blindleistung der Induktionsspule, gekennzeichnet durch selbsttätig wirkende Abstimm-Mitttel, die bei Veränderung der Induktivität die Resonanzabstimmung aufrecht erhalten.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9 mit einem selbsterregten Hochfrequenzerzeuger z.B. in Rückkopplungsschaltung, gekennzeichnet durch zwangsläufige Abstimmung durch selbsttätige Beeinflussung der Induktivität der Induktionsspule und der Eigenschwingungszahl des Hochfrequenzerzeugers.