[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer gegen chemischen und mechanischen
Angriff widerstandsfähigen Schutzschicht auf einem Stahlrohr gemäß dem Gattungsbegriff
des Hauptanspruches.
[0002] Aus der DE-OS 26 16 292 ist ein gattungsmässiges Verfahren zum Aufbringen einer Schutzschicht
auf einem Rohr aus Stahl, insbesondere eines aus einem Stahl band geschweißten Rohres
bekanntgeworden. Bei diesem Verfahren wird von einer Haspel Stahlband abgewickelt,
in einem Walzgerüst zu einem Schlitzrohr eingeformt und in einer Schweißanlage zu
einem längsnahtgeschweißten Rohr verschweißt. Der so hergestellte endlose Rohrstrang
wird zuerst gereinigt und anschließend auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt eines
Metallbades z.B. Zinkbad erwärmt und beim kontinuierlichen Durchlauf durch das Bad
feuerverzinkt. Danach wird das Rohrmaterial in einem Wasserbad abgeschreckt, um anschließend
eine Kalibrier- und Richtstation zu durchlaufen. Nach dem Richten kann das Rohrmaterial
wahlweise chromatiert oder phosphatiert werden. Falls diese Behandlung vorgesehen
ist ist der Metallbehandlungsstation eine Spül- und Lufttrocknungsstation vorgeschaltet.
Vor dem Einlauf in die Behandlungsstation für die Kunststoffbeschichtung wird der
Rohrstrang durch ein Rollenpaar und beim Auslauf durch eine Abzieh-Hilfsvorrichtung
gestützt, wobei die Stützweite 21 - 24 m beträgt. Im Bereich der Kunststoffbeschichtung
selbst wird der Rohrstrang stützungsfrei mit einer Geschwindigkeit von mindestens
18 - 21 m/min gezogen. Die Behandlungsstation weist in Transportrichtung gesehen zuerst
eine Induktionsheizstation auf, In der das Rohrmaterial auf eine Temperatur im Bereich
zwischen 66 - 204 Grad Celsius vorerwärmt wird, wobei die Vorwärmtemperatur abhängig
ist von der In der Pulverkabine verwendeten Pulverzusammensetzung. Nach der Aufheizstation
folgt die Pulverkabine, in der das verwendete Pulver elektrostatisch auf die Rohroberfläche
aufgebracht wird. Dabei werden z. B. Vinyl-Schichtdicken von mindestens 0,1 mm und
höchstens 0,15 mm aufgebracht. Der Pulverkabine ist eine Heiz- oder Erwärmungseinrichtung
nachgeschaltet, in der ein Einbrennen und/oder Aushärten des Pulverüberzuges erfolgt.
Die Temperatur für dieses Einbrennen liegt in einem Bereich zwischen 93 - 343 Grad
Celsius. Nach dem Einbrennen dient eine Kühlstation vorzugsweise mit Wasserabschreckung
zur schnellen Senkung der Temperatur, damit der Außenüberzug durch die Berührung mit
der unmittelbar nachgeschalteten Abzieh-Hilfsvorrichtung nicht beeinträchtigt wird.
[0003] Dieses bereits bekannte Verfahren ist nicht geeignet für die Beschichtung kleiner
Stahlrohre zur Verwendung als Brems- oder Einspritzleitung, da diese extrem biege-
und stauchfähig sein müssen. Nachteilig bei diesem Verfahren ist die stark schwankende
Dicke der Zinkschicht infolge des Feuerverzinkens und die unvermeidbaren Beschädigungen
der Zinkschicht durch die nachgeschaltete Kalibrier- und Richtstation. Außerdem nimmt
die Anlage wegen ihrer langen Stützweite viel Platz in Anspruch und gestattet nur
die Beschichtung eines endlosen Rohrstranges.
[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Aufbringung einer Schutzschicht
auf einem Stahlrohr anzugeben, mit dem extrem biege- und stauchfähige Schutzschichten
erzeugt und mit dem wahlweise Einzelrohre als auch ein endloser Rohrstrang beschichtet
werden können.
[0005] Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Ansprüches 1 angegebenen Mitteln
gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen sowie eine zur Durchführung
des Verfahrens geeignete Vorrichtung angegeben.
[0006] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird auf das Rohrmaterial auf der Außenoberfläche
die Zink- und Chromatschicht galvanisch aufgebracht, wobei die Chromatierung stromlos
erfolgt. Danach wird ohne vorherige Erwärmung auf das Rohrmaterial elektrostatisch
ein an sich bekannter Pulverlack trocken aufgesprüht. Dieser Pulverlack ist beispielsweise
ein saurer Polyester oder ein Epoxyharz bzw. eine Mischung aus beiden. Zum Einbrennen
der Pulvermischung wird das Stahlrohr in ebenfalls an sich bekannter Weise nach dem
Aufspruhen induktiv mittels einer Spule auf eine Temperatur im Bereich zwischen 250
bis 350 Grad Celsius, vorzugsweise auf 280 Grad Celsius erwärmt. Erfindungswesentlich
ist die separate Aushärtung der aufgeschmolzenen Pulverschicht bei einer gegenüber
der Einbrenntemperatur abgesenkten Temperatur von mindestens 190 Grad Celsius und
einer Mindestverweilzeit von 10 Sekunden. Vorzugsweise erfolgt die Aushärtung in zwei
unterschiedlichen Temperaturstufen, wobei die dem Einbrennen unmittelbar folgende
erste Stufe ein Temperaturniveau von 250 Grad Celsius und die zweite Stufe ein Temperaturniveau
von 200 Grad Celsius aufweist und die Gesamtverweilzeit in beiden Stufen bei etwa
20 Sekunden liegt. Nach dem Aushärten erfolgt in bekannter Weise die rasche Abkühlung
mittels Wasser. Damit die Kunststoffschicht während der Dauer des Verfahrens an keiner
Stelle beschädigt oder verletzt werden kann, ist es bekannt, das Rohrmaterial stützungsfrei
durch die Behandlungsstation zu transportieren. Erst nach dem Abschreckvorgang mit
Wasser ist die Schicht tragfähig genug, um z.B. eine entsprechende Stützrolle anzuordnen,
die vorzugsweise aus Teflon oder aus mit einer Teflonbeschichtung versehene Stahlrolle
gefertigt ist. Im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik (DE-OS 2616292) können
wahlweise einzelne Rohre oder ein endloser Rohrstrang beschichtet werden. Im Falle
einzelner Rohre werden diese vor Einlauf in die Behandlungsstation mittels Doppelkegel
wasserdicht miteinander verbunden und der so gebildete Rohrstrang durch ein Doppeltreiberrollenpaar
durch die Anlage geschoben. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden die Rollenpaare
etwas schräg angestellt, so daß der Rohrstrang während des Durchlaufes durch die Beschichtungsanlage
sich leicht um seine Längsachse dreht. Diese Drehung ist von besonderer Bedeutung
im Bereich der Pulverkabine und der Einbrennstation, da dadurch die aufgebrachte Schutzschicht
verglelchmäßigt wird. Zum gleichen Zweck der Vergleichmäßigung der Schichtdicke wird
außerdem vorgeschlagen, die Pulverteilchen mit einer den Kräften des elektrostatischen
Feldes entgegenwirkenden Luftströmung zu beaufschlagen. Dazu wird an der Unterseite
der Pulverkabine ein Absaugrohr angeordnet, das mit einer Bohrung versehen ist. Durch
Verschieben einer Muffe kann die Bohrung mehr oder weniger veschlossen und damit über
den Anteil der angesaugten Falschluft die Luftströmung in der Pulverkabine geregelt
werden.
[0007] Der Platzbedarf für die in Linie aufgestellten Vorrichtungen zwischen den beiden
Stützrollen und die Durchlaufgeschwindigkeit des Rohrstranges müssen so aufeinander
abgestimmt sein, daß zum einen die für die Vernetzung und Aushärtung erforderliche
Haltezeit in Abhängigkeit von der Temperatur eingehalten und zum anderen die Durchbiegung
des Stahlrohres auf ein Maß begrenzt wird, die einen berührungsfreien Durchgang garantiert.
[0008] Bei einer Erhöhung der Durchlaufgeschwindigkeit im Sinne einer Leistungssteigerung
der Anlage mußte der Abstand zwischen den beiden Stützrollen weiter vergrößert werden,
da bei gleicher Temperatur für die Aushärtung ansonsten die erforderliche Haltezeit
nicht eingehalten wurde. Eine Abstandsvergrößerung bedeutet aber zugleich auch eine
stärkere Durchbiegung, so daß die Gefahr einer Berührung mit der Wandung eines der
Vorrichtungen besteht. Jede Beschädigung oder Verletzung der noch weichen Schicht
bildet aber dann eine Schwachstelle hinsichtlich der korrosiven Beständigkeit des
beschichteten Stahlrohres. Alternativ kann auch in einem bestimmten Maße die Temperatur
für die Aushärtung heraufgesetzt werden, um damit die sich bei einer höheren Durchlaufgeschwindigkeit
ergebende kürzere Haltezeit zu kompensieren. Aus Gründen des Platzbedarfes und eines
akzeptablen Durchsatzes wird für den Abmessungsbereich von Rohren mit einem äußeren
Durchmesser ≦ 36 mm ein stützungsfreier Abstand im Bereich von 3 bis 4 m gewählt.
[0009] Die auf das Stahlrohr aufgetragenen Schichten liegen für die Zinkschicht in einem
Bereich zwischen 12 bis 15µ für die Chromatschicht bei ca. 5µ und für die Kunststoffschicht
bei 25 bis 100µ, vorzugsweise zwischen 40 bis 60µ, so daß sich eine Gesamtschichtdicke
im Bereich von 42µ bis 120µ ergibt. Diese Schichtdicken sind zum einen dick genug,
um die geforderte Widerstandsfähigkeit gegen einen chemischen und/oder mechanischen
Angriff aufzuweisen und zum anderen aber dünner im Vergleich zum bekannten Stand der
Technik und damit günstiger im Hinblick auf die bessere mechanische Belastbarkeit
der Schutzschicht beim Biegen und Stauchen. Außerdem liegen die aufgebrachten Schichtdicken
im üblichen Toleranzbereich für die hier verwendeten Rohraußendurchmesser, so daß
sich für den Weiterverarbeiter keine Veränderungen hinsichtlich der Maschineneinstellungen
und Haltevorrichtungen ergeben.
[0010] In Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann die Zink- und Chromatierungsanlage
mit der Kunststoffbeschichtungsanlage verknüpft werden, wobei die Verbindung der einzelnen
Rohre schon vor dem Einlauf in die Galvanisierungsanlage erfolgt und es erforderlich
ist, daß nach Verlassen der Chromatierungsanlage und vor Einlauf in die Kunststoffbeschichtungsanlage
der Rohrstrang zum Beispiel mit einem Heißluftgebläse getrocknet wird. Bei einer solchen
kombinierten Anlage bestimmt die Durchlaufgeschwindigkeit des Rohrstranges durch das
Zinkbad die Taktzeit der Gesamtanlage, da die galvanische Abscheidung der vorgeschriebenen
Dicke der Zinkschicht der zeitbestimmende Faktor ist. Bei getrennt laufenden Anlagen
ist vorgesehen, die bereits eine Zink- und Chromatschicht aufweisenden Rohre vor Einlauf
in die Kunststoffbeschichtungsanlage zuerst zu entfetten und dann zu trocknen, damit
noch anhaftende Öl- oder Fettreste nicht in die Beschichtungsanlage eingeschleppt
werden. Für das Aufschmelzen bzw. Einbrennen der elektrostatisch aufgebrachten Pulvermischung
wird als Aufheizvorrichtung in bekanter Weise eine Induktionsspule verwendet. Das
Vernetzen und Aushärten erfolgt beispielsweise in einem elektrisch beheizbaren Muffelofen,
dem eine mit Infrarotstrahlern bestückte Anlage nachgeschaltet ist. Auf diese Weise
kann unabhängig voneinander in jeder Erwärmungseinrichtung das vorgegebene Temperaturniveau
eingeregelt werden. Die Abschreckvorrichtung kann in einfacher Weise eine Wasserbrause
sein. Je nach Masse der zu beschichtenden Rohre ist es möglich, daß die für das Einbrennen
des Pulverlackes erforderliche Wärme in einem Umfang im Rohr gespeichert wird, daß
sie für das anschließende Vernetzen und Aushärten des aufgebrachten Kunststoffes ausreichend
ist. In einem solchen Falle können beide Erwärmungseinrichtungen oder auch nur eine
Erwärmungseinrichtung abgeschaltet werden.
[0011] Die so beschichteten Stahlrohre können problemlos gebogen werden mit Biegeradien,
die im Bereich von 3 x Da oder kleiner liegen können, ohne daß eine Beschädigung der
Schutzschicht auftritt. Ebenso sind sie unempfindlich für die Behandlung in automatischen
Transferanlagen, wo sie zerteilt, gebogen und an den Enden gebördelt bzw. aufgeweitet
werden. Hauptanwendungsgebiet dieser so beschichteten Stahlrohre sind frei liegende
Hydraulik-Pneumatikleitungen im Abmessungsbereich von 5 - 36 mm äußerer Durchmesser
und einer Wanddicke zwischen 0,5 bis 3,0 mm, vorzugsweise im Kraftfahrzeugbereich.
Die für den mechanischen Schutz erforderlichen Kunststoffschichten können bei Anwendung
des erfindungsgemäßen Verfahrens problemlos und gleichmäßig aufgebracht werden.
[0012] Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand des nachfolgenden Ausführungsbeispieles
und anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung der für die Durchführung des Verfahrens verwendeten
Vorrichtung
Figur 2 einen Querschnitt durch die Pulverkabine
Figur 3 einen Schnitt entlang der Linie A-A in Figur 2
[0013] Stahlrohre 10, beispielsweise der Abmessung 8 x 1 mm, werden unter Einschluß der
entsprechenden Vorbehandlung in hier nicht gezeigten Anlagen mit einer 15µ dicken
Zinkschicht und anschließend mit einer etwa 5µ dicken Chromatschicht galvanisch überzogen.
Im Falle einer getrennten Kunststoffbeschichtungsanlage werden die so vorbehandelten
Rohre 10 über einen Vorlagerost 1 auf einen Rollgang 2 befördert und die einzelnen
Rohre 10 mittels hier nicht dargestellter Stopfen in Form eines Doppelkegels miteinander
verbunden. Der so gebildete Rohrstrang wird über den Rollgang 2 zunächst einer Reinigungs-
und Trocknungsanlage 3 zugeführt. Damit wird sichergestellt, daß nach der galvanischen
Beschichtung mit Zink und Chrom durch die dazwischenliegenden Handhabungen Fett- oder
Ölreste sowie anhaftende Schmutzteilchen nicht in die Beschichtungsanlage eingeschleppt
werden. Mit einer Geschwindigkeit von beispielsweise 3 m pro Minute werden die Rohre
10 mittels eines Doppeltreibers 4 angetrieben, der auch gleichzeitig die erste Stützstelle
darstellt. Die Rollen des Doppeltreibers 4 können leicht schräg angestellt werden,
so daß der Rohrstrang in Längsrichtung etwas gedreht wird. Nach der ersten Stützstelle
durchlaufen die Rohre 10 frei hängend zunächst die Pulverkabine 5, wo in an sich bekannter
Weise der Pulverlack elektrostatisch auf die Rohroberfläche aufgeblasen wird. Zum
Aufschmelzen des Pulverlackes ist eine Induktionsspule 6 der Pulverkabine 5 unmittelbar
nachgeschaltet. Um das elektrische Feld in der Pulverkabine 5 vor dem magnetischen
Feld der nachgeschalteten Induktionsspule 6 abzuschirmen, ist zwischen Pulverkabine
5 und Induktionsspule 6 ein mit einer Bohrung versehenes Stahlblech 12 angeordnet.
In der Induktionsspule 6 werden die Rohre 10 auf vorzugsweise 280 Grad erwärmt, so
daß der Pulverlack aufschmilzt bzw. einbrennt. Die Dicke der aufgebrachten Kunststoffschicht
beträgt dabei mindestens 25µ vorzugsweise 40 - 60µ . Für das Vernetzen und Aushärten
der Kunststoffschicht ist eine Erwärmungseinrichtung 7 angeordnet. Diese besteht beispielsweise
aus einem elektrisch beheizbaren Muffelofen und einer mit Infrarotstrahlern bestückte
Anlage. Bei Durchlauf dieser Erwärmungseinrichtung 7 werden die Rohre 10 im Muffelofen
auf einer Temperatur von etwa 250 Grad Celsius und im Bereich der Infrarotstrahler
von etwa 200 Grad Celsius bei einer Gesamtverueilzeit von ca. 20 Sekunden gehalten.
Im gewissen Abstand zur Erwärmungseinrichtung 7 folgt dann die Wasserabschreckung
8. Danach hat die abgekühlte Kunststoffschicht eine Härte erreicht, die es erlaubt,
die zweite Stützstelle in Form eines Doppel-Treibers 9 anzuordnen. Dabei beträgt der
Abstand 11 von der ersten Stützstelle 4 bis zur zweiten 9 beispielsweise 3,5 m. Dieser
Abstand 11 ist so gewählt, daß für das kleinste zu beschichtende Rohr die sich ergebende
Durchbiegung einen Wert erreicht, der ein Durchfahren der Rohre 10 durch die verschiedenen
Anlagen ohne Kontaktaufnahme ermöglicht.
[0014] In einem anschließenden hier nicht dargestellten Adjustagebereich wird der Rohrstrang
wieder getrennt, wobei die die einzelnen Rohre 10 verbindenden Stopfen entfernt und
gesammelt werden. Soweit erforderlich werden die Enden abgeschnitten und die fertig
beschichteten Rohre 10 in einer Mulde abgelegt.
[0015] In Figur 2 ist in einem Querschnitt und in Figur 3 in einem Schnitt entlang der Linie
A-A skizzenhaft die Pulverkabine 5 dargestellt. Der Sprühkopf 13 für die Zufuhr des
Pulverlackes ist oben angeordnet, während der Rohrstrang 10 sich horizontal in Pfeilrichtung
14 darunter hinbewegt Der untere Teil der Pulverkabine 5 ist mit einem Zwischenboden
15 fast vollständig abgedeckt, nur an den Seiten sind Schlitze 16,16′,16˝,16‴ vorgesehen.
Der Zwischenboden 15 ist über Stützen 17,17′,17˝,17‴ mit dem Boden 18 der Pulverkabine
verbunden. Unterhalb des Zwischenbodens 15 ist ein Saugrohr 19 angeordnet, das an
einer Seite nach außen geführt ist. In einem Abschnitt außerhalb der Pulverkabine
5 weist das Saugrohr 19 eine querliegende Bohrung 20, die durch eine Muffe 21 verschließbar
ist. Die Verschiebbarkeit der Muffe 21 ist durch einen Pfeil 22 gekennzeichnet. Das
Saugrohr 19 ist in seiner rückwärtigen Verlängerung über eine Rohrleitung 23 mit einer
hier nicht dargestelltn Absaugvorrichtung verbunden. Je nach Stellung der Muffe 21
wird ein mehr oder weniger großer Teil der Querbohrung 20 freigegeben und entsprechend
mehr oder weniger Falschluft angesaugt. Auf diese Weise läßt sich in einfacher Weise
die durch die Absaugung erzeugte Luftströmung in der Pulverkabine 5 in Abhängigkeit
zur Stärke des elektrostatischen Feldes regulieren.
1. Verfahren zum Aufbringen einer gegen chemischen und mechanischen Angriff widerstandsfähigen
Schutzschicht auf einem Stahlrohr, wobei das Rohrmaterial zunächst verzinkt und chromatiert
und anschließend im kontinuierlichen Durch lauf mittels elektrostatischem Pulverbeschichten,
Einbrennen bzw. Aushärten mit einer Kunststoffbeschichtung versehen und danach abgekühlt
wird, wobei das elektrostatische Pulverbeschichten, Einbrennen bzw. Aushärten und
Abkühlen durchgeführt wird, während das Rohrmaterial in diesem Bereich unterstützungsfrei
transportiert wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die über ein galvanisches Verfahren an der Außenoberfläche mit einer Zink- und
Chromatschicht versehenen einzelnen Rohre vor Einlauf in die Behandlungsstation für
die Kunststoffbeschichtung miteinander verbunden werden und der so gebildete Rohrstrang
mit einer auf die Rohrabmessung abgestimmten Durchlaufgeschwindigkeit durch die Anlage
getrieben wird und nach dem Beschichten der Rohre mit einem an sich bekannten Pulverlack
die Schicht bei einer Temperatur im Bereich von 250 bis 350 Grad Celsius aufgeschmolzen
bzw. eingebrannt wird und die unmittelbar anschließende Aushärtung bei einer gegenüber
der Einbrenntemperatur abgesenkten Temperatur mit einer Mindestverweilzeit von 10
Sekunden erfolgt und abschließend in bekannter Weise der Rohrstrang mit Wasser abgeschreckt
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Aushärtung bei einer Temperatur von gleich größer 190 Grad Celsius erfolgt.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Aushärtung temperaturmäßig in zwei Stufen erfolgt, wobei die unmittelbar dem
Einbrennen folgende erste Stufe der Aushärtung ein Temperaturniveau von 250 Grad Celsius
und die zweite Stufe ein Temperaturniveau von 200 Grad Celsius aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die einzelnen Stahlrohre vor Einlauf in die Galvanisierungsanlage miteinander
verbunden werden und der Rohrstrang in einem einzigen Durchlauf verzinkt, chromatiert
und mit einer Kunststoffschicht versehen wird, wobei nach Verlassen der Zink- und
Chromatisierungsanlage und vor Einlauf in die Kunststoffbeschichtungsanlage der Rohrstrang
getrocknet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Pulverteilchen mit einer den Kräften des elektrostatischen Feldes entgegenwirkender
Luftströmung beaufschlagt werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Rohrstrang beim Längstransport durch die Kunststoffbeschichtungsanlage um
seine Längsachse gedreht wird.
7. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, zum Erzeugen einer Schutzschicht
auf Stahlrohre mit einem Durchmesser ≦ 36 mm für frei liegende Hydraulik-Pneumatikleitungen,
die eine gleichmäßige Kunststoffschichtdicke von mindestens 25µ und max. 100µ aufweisen.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß in Transportrichtung gesehen in der Kunststoffbeschichtungsanlage zwischen den
beiden Unterstützungen (4,9) der Pulverkabine (5), die als Spule ausgebildete Einbrenneinrichtung
(6) und direkt anschließend eine regelbare Erwärmungseinrichtung (7) und abschließend
die Abschreckvorrichtung (8) folgen und der Kunststoffbeschichtungsanlage eine Reinigungs-
und Trocknungsanlage (3) vorangestellt ist.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß vor dem Einlauf in die Kunststoffbeschichtungsanlage ein Heißluftgebläse angeordnet
ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Erwärmungseinrichtung (7) einen elektrisch beheizbaren Muffelofen und eine
mit Infrarotstrahlern bestückte Anlage aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der Pulverkabine (5) und der Einbrenneinrichtung (6) ein mit einer Bohrung
versehenes Stahlblech (12) angeordnet ist.