CH455436A - Verfahren und Einrichtung zum elektrophoretischen Beschichten eines Gegenstandes - Google Patents

Description

  Verfahren     und        Einrichtung    zum     elektrophoretischen    Beschichten eines Gegenstandes    Die Erfindung betrifft     ein    Verfahren zum     elektro-          phoretischen    Beschichten eines Gegenstandes, bei wel  chem die zu beschichtende Oberfläche in einem elek  trischen Feld einer das     Beschichtungsmaterial    enthal  tenden     Elektrophorese-Flüssigkeit    ausgesetzt     ist    sowie  eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.  



  Um auf metallischen     Gegenständen    garantiert poren  freie Überzüge zu erhalten, werden in letzter Zeit     elek-          trophoretische        Beschichtungs-    bzw. Lackierverfahren  angewendet.  



  Bei den bekannten Verfahren wird das zu beschich  tende Stück als Anode in ein Bad eingehängt, welches  die gewünschten Bindemittel und Pigmente in wässriger  Lösung bzw. Dispersion enthält. Als Kathode werden  üblicherweise die     Badwandungen    benützt. Beim Anlegen  einer Gleichspannung wandert das     anionische    Binde  mittel-Pigment-Gemisch zur Anode, also zum zu be  schichtenden Werkstück, wo es koaguliert und gleich  zeitig durch den elektrischen Strom auf die. Unterlage  gleichsam      aufgepresst     wird.

   Durch das Koagulieren  an der Anode verliert das     Bindemittel-Pigment-Gemisch     seine Wasserlöslichkeit, so dass das beschichtete Werk  stück sofort nach der Beschichtung, also vor der Trock  nung, ohne weiteres mit Wasser abgespült werden     kann.     Hierdurch wird erreicht, dass etwa vorhandene Kationen  sowie noch nicht koagulierte Anionen abgespült wer  den und den fertigen     überzugsfilm    nicht beeinträch  tigen.

   Die angelegte     Spannung    variiert zwischen 30 und  250 Volt und die Stromdichte     bewegt    sich zwischen  20 und 100     A/m2.    Eine     Eintauchzeit    von 2 bis 3 Mi  nuten reicht aus, um eine     Filmdicke    von 20 bis     30,u     zu erhalten. Grössere Schichtdicken zu erreichen, ist  praktisch unmöglich, da der sich abscheidende     Film     als Isolator wirkt. Solange noch eine Pore offen ist,  fliesst ein elektrischer Strom zu dieser Stelle, so dass  auch dort die Ablagerung des     Beschichtungsmaterials     erfolgt.

   Der     Stromfluss    hört     gänzlich    auf, wenn die  ganze zu beschichtende Fläche mit dem     Überzugsmate-          rial        vollständig    und dicht bedeckt ist.    Völlig einwandfreie Überzüge bedürfen     d:r    Einhal  tung verschiedener Massnahmen und Arbeitsbedingungen.  



       Eine    Voraussetzung ist, dass die gesamte zu be  schichtende Oberfläche     in    das Bad eintaucht und mit  der     Badflüssigkeit    auch Kontakt hat. Bei stark geform  ten Gegenständen mit schmalen und tiefen Einbuch  tungen, in welchen sich leicht Luft- oder Gaseinschlüsse  bilden können, ist dies oft nur mit grossen Schwierig  keiten zu erreichen. Es kann deshalb leicht vorkommen,  dass die zum Eintauchen benötigte Zeit wesentlich grö  sser ist als die     B-eschichtungszeit,    was sich insbesondere  bei Fliessbandproduktion unangenehm bemerkbar ma  chen kann.  



  Wichtig ist, dass     in    der     Badflüssigkeit    keine Ent  mischung stattfindet. Da jedoch das in einer Richtung  wirkende elektrische Feld eine Entmischung fördert,  sind zur Vermeidung derselben Vorkehrungen uner  lässlich.  



  Ferner muss die     Badzusammensetzung    erhalten blei  ben. Während der     Abscheidung    entstehen Kationen,  in den meisten Fällen als Ammoniak, und es ist er  forderlich, dass diese anfallenden Kationen so rasch als       möglich    aus dem Bad entfernt werden.  



  Zur Vermeidung einer Entmischung und um die  Kationen aus dem Bad zu entfernen, wird üblicher  weise die     Badflüssigkeit    ständig in Bewegung gehalten.  Die     Durchmischung    kann jedoch nur mit äusserster Vor  sicht erfolgen, da sonst die Wanderung der recht  schweren, bereits makromolekularen      Kunststoff-Anio-          nen     praktisch unterbunden würde. Bei grossen und  sehr grossen Bädern ist deshalb die     Durchmischung    oft  nicht ausreichend, so dass fehlerhafte Beschichtungen  auftreten.  



  Bekanntlich wird bei der Elektrophorese auch  Wärme erzeugt. Für einwandfreie Beschichtungen ist  jedoch     eine        einigermassen    konstante     Badtemperatur    er  forderlich. Da die     Badflüssigkeit    nur sehr vorsichtig       durchmischt    werden kann, ist die     Konstanthaltung    ihrer  Temperatur oft schwierig.      Diese Schwierigkeiten werden natürlich     mit    zuneh  mendem     Badvolumen    grösser und es erweist sich, dass  die bisher erforderlichen grossen Bäder einen der Haupt  nachteile der bekannten     Verfahren    darstellen.

   Zwischen  der Kathode, die in den meisten Fällen gleichzeitig       Wandung    des Tauchbeckens     ist,    und den zu beschich  tenden Stücken     soll    im allgemeinen ein Abstand von  mindestens 30 cm bestehen. Dies bedeutet, dass das  Bad mindestens 60     cm    breiter, 60 cm länger und 30 cm  tiefer sein muss als die Abmessungen der grössten in       ihm        zu    beschichtenden Gegenstände.

   Für Stücke im  Ausmass von 100 X 100 X 200 cm ist demnach bereits  ein     Badvolumen    von über 5000 Liter Inhalt     notwendig.     In der Automobilindustrie arbeitet man aber bereits  heute mit Bädern, die mehr als das Zehnfache     dieses     Volumens enthalten. Bäder mit einem so grossen Lack  inhalt stellen einen beachtlichen Wert dar, und es     ist     offensichtlich, dass sich nur sehr grosse Firmen eine  solche Anlage erlauben können.

   Für kleinere Unter  nehmen und vor allem dort, wo mit mehreren ver  schiedenen Lacken gearbeitet werden muss, kommt da  her     die;    Anwendung der bisher üblichen     elektrophore-          tischen    Verfahren aus     finanziellen    Erwägungen nicht     in     Frage.  



  Zweck der Erfindung ist, ein     elektrophoretisches          Beschichtungsverfahren    anzugeben, bei welchem zur  Beschichtung auch von grossen Gegenständen wesent  lich geringere Lackmengen erforderlich sind als bisher,  bei welchem ein guter Kontakt     zwischen        Badflüssigkeit     und     Gegenstand    gewährleistet und bei welchem     eine     ausreichende     Durchmischung;        Entfernung    der Kationen  aus der     Badflüssigkeit    und     Konstanthaltung    der Rad  temperatur mit     einfachen    Mitteln     möglich    ist.

   Das er  findungsgemässe Verfahren ist dadurch     gekennzeichnet,     dass die zu beschichtende Oberfläche mittels     mindestens     eines über die Gegenelektrode     fliessenden    Strahles der       Elektrophorese-Flüssigkeit    überflutet wird. Die abflie  ssende     Elektrophorese-Flüssigkeit    kann gesammelt und  nach Entzug der angefallenen Kationen, Regeneration  und     Temperaturregulierung    erneut der zu beschichten  den     Oberfläche    zugeführt werden.  



  Zur näheren Erläuterung der Erfindung ist     in    der  Zeichnung schematisch eine     beispielsweise    Vorrichtung  für die Durchführung des     Elektrophoreseverfahrens     dargestellt.  



  Der zu beschichtende Gegenstand, z. B. ein Werk  stück 1, wird wie üblich auf einer Transportschiene 2  zur      Beschichtungsstelle     herangebracht. Das Werk  stück 1     ist    über ihre Aufhängung 4 und die Leitung 5  mit der positiven Klemme eines Gleichstromaggregates  3 verbunden. An der     Beschichtungsstelle    sind mehrere  Düsen, von welchen in der Zeichnung der     übersicht-          lichkeit    wegen nur die beiden Düsen 8a und 8b dar  gestellt sind, so     angeordnet,    dass die aus ihnen aus  tretende     Elektrophorese-Flüssigkeit    mindestens die zu  beschichtende Oberfläche des Werkstückes 1 vollstän  dig überflutet.

   Das Werkstück 1 ist von einem Draht  geflecht 6 umgeben, welches über die Leitung 7 mit  der negativen Klemme des Gleichstromaggregates 3  verbunden ist und zweckmässig     in    groben Zügen die  Form des Werkstückes aufweist. Die aus den Düsen  8a, 8b austretenden Flüssigkeitsstrahlen 9a, 9b passie  ren das Drahtgeflecht 6, bevor sie zum Werkstück 1  gelangen. Auf diese Weise wird nicht nur der für die  Elektrophorese nötige Stromkreis erhalten,     sondern    es  wird     darüber    hinaus erreicht, dass sich     die        Kunststoff-          Anionen    trotz der relativ starken Flüssigkeitsbewegung    zur Anode hin bewegen müssen.

   Die abfliessende Flüs  sigkeit wird in einem Behälter 22 aufgefangen und von  da über eine     Sammelleitung    10 einer Pumpe zugeführt.  In die     Sammelleitung    10 ist zweckmässig     eine        Ent-          gasungsvorrichtung    12 üblicher Bauart und     in    besonde  ren Fällen eine Vorrichtung zur     Entfernung    der     während     der Elektrophorese anfallenden Kationen eingeschaltet.

    Die Vorrichtung zur     Entfernung    der Kationen ist im  allgemeinen nicht erforderlich, wenn die Kationen als  Ammoniak anfallen, da dieser zum grössten Teil wegen  der starken Flüssigkeitsbewegung bereits vor deren Auf  fangen entweicht und der Rest bei der Entgasung der       Elektrophorese-Flüssigkeit    entfernt     wird.     



  Die     gesammelte,    von Kationen freie und entgaste       Elektrophorese-Flüssigkeit    wird von der Pumpe 11 über  eine     Versorgungsleitung    16 den Düsen 8a, 8b     zugeführt,     so dass ein     Flüssigkeitskreislauf    entsteht.  



  Bei diesem Kreislauf werden normalerweise Flüssig  keitsverluste auftreten. Zum Ausgleich dieser Verluste       kann    der     Pumpe    11 aus einem     Reservetank    15 über  eine     Leitung    14 und     ein    gesteuertes Ventil 13     Elektro-          phorese-Flüssigkeit        zugeführt    werden.  



       Hauptsächlich    bei kleineren umgepumpten Flüssig  keitsmengen wird der Gehalt an     Bindemittel    rasch ab  sinken und die     Salzionenkonzentration    zunehmen und  sich damit der     pH-Wert    ändern. Die Regelung des       Bindemittelgehaltes    kann     beispielsweise    über eine Be  stimmung der Viskosität der     Elektrophorese-Flüssigkeit     erfolgen. Hierzu geeignete     Vorrichtungen    sind z. B. die  unter der Bezeichnung     Viskositaten    bekannten Geräte.

    Für die Regelung des     pH-Wertes    kann eine aus der  Vielzahl der     bekannten    und hierzu geeigneten Vor  richtungen ausgewählt werden. Solche Geräte in den  Flüssigkeitskreislauf     einzubauen,    stösst auf keinerlei  Schwierigkeiten. So kann beispielsweise, wie in der  Zeichnung     schematisch    dargestellt, die Versorgungs  leitung 16     einen    solchen     Viscostaten    17 und/oder eine  Vorrichtung 18 zur Steuerung des     pH-Wertes    enthalten.  



       Einerseits        wird    sowohl bei der Elektrophorese     als     auch in der Pumpe Wärme erzeugt, anderseits wird  Wärme über das     Leitungssytem    abgeführt, so dass die  aus den Düsen 8a, 8b austretende Flüssigkeit nicht  die richtige Temperatur aufweisen wird. Zur Regelung  der Flüssigkeitstemperatur ist deshalb im Kreislauf ein  Thermostat 19 vorgesehen.  



  Schliesslich können in den zu den einzelnen Düsen  8a, 8b führenden     Zweigleitungen    20a, 20b noch den  Flüssigkeitsdruck     und    die     Durchflussmenge    regulierende  Ventile 21a, 21b vorgesehen sein, so dass aus den  Düsen 8a, 8b     stets        eine    regenerierte, d. h. den rich  tigen     pH-Wert    und Gehalt an Bindemittel sowie die  vorgeschriebene Temperatur aufweisende und entgaste       Elektrophorese-Flüssigkeit    unter optimalem Druck und  in ausreichender Menge austritt.  



  Die im Prinzip beschriebene Vorrichtung kann den  jeweiligen Bedürfnissen leicht     angepasst    werden. Wichtig  ist z. B. wie bereits     erwähnt,    dass das zu beschichtende  Werkstück von der     Elektrophorese-Flüssigkeit    lückenlos  überspült wird. Dies     ist    durch Anordnung einer Mehr  zahl von Düsen, welche die Flüssigkeit an das Werk  stück aus verschiedenen Richtungen und in verschie  denen     Strahlformen,    wie z. B. dünne Strahlen für tiefe       Einbuchtungen,    breite Flachstrahlen für ebene Flächen  usw., heranbringen auf einfachste Weise sichergestellt.

    Eine universell verwendbare Anlage wird zweckmässig  eine     Vielzahl        einzeln    an die Versorgungsleitung     anschliess-          barer    und in ihrer     Abstrahlrichtung    einstellbarer Düsen      mit auswechselbaren Düsenköpfen aufweisen. Auch die  Form des als Gegenelektrode dienenden     Drahtgeflechtes     6 kann leicht den     jeweiligen    optimalen Bedingungen  angepasst werden. Insbesondere können einige oder alle  Düsen     einzeln    mit einer geeignet geformten Gegen  elektrode ausgestattet sein.  



  Durch das Umpumpen und Überspülen des Werk  stückes ist die     Elektrophorese-Flüssigkeit    stets in relativ  starker Bewegung gehalten, so dass sowohl eine Ent  mischung verhindert     als    auch die     Entfernung    der     meist     als Gas auftretenden Kationen     gewährleistet    wird.  



  Ein besonderer     Vorteil    ist jedoch, dass selbst zur  Beschichtung grösster     Werkstücke    Flüssigkeitsmengen  von nur 50     bis    wenigen Hundert     Litern    ausreichen,  so dass das     elektrophoretische    Beschichten wesentlich  billiger und damit allgemeiner anwendbar wird als bis  her. Auch können beliebige Farbnuancen ohne     grosse     Verluste nach kurzem Spülen des Pumpenkreislaufes  eingesetzt werden.  



  Nicht unbedeutend     ist    ferner noch die Möglichkeit  der vollständigen Automation des     Beschichtungsvorgan-          ges    und die     Anpassungsfähigkeit    des Verfahrens bzw.  der     Einrichtung    an die     jeweils    gegebene Fliessband  produktion.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I Verfahren zum elektrophoretischen Beschichten von Gegenständen, bei welchem die zu beschichtende Ober fläche in einem elektrischen Feld einer das Beschich- tungsmaterial enthaltenden Elektrophorese-Flüssigkeit ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zu be schichtende Oberfläche mittels mindestens eines über die Gegenelektrode fliessenden Strahles der Elektro- phorese-Flüssigkeit überflutet wird. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die abfliessende Elektrophorese-Flüs- sigkeit gesammelt und zur Aufrechterhaltung eines Flüssigkeits-Kreislaufes erneut der zu beschichtenden Oberfläche zugeführt wird. 2. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die im Kreislauf zurückgeführte Elektrophorese-Flüssigkeit entgast, regeneriert und auf die für den Elektrophoresevorgang gewünschte Tempe ratur gebracht wird. 3.

   Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, dass aus der im Kreislauf zurückgeführten Elektrophorese-Flüssigkeit die von der Elektrophorese zurückgebliebenen Kationen entfernt werden. 4. Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, dass der im Kreislauf zurückgeführten Elektrophorese-Flüssigkeit Bindemittel in einer Menge zugesetzt wird, welche der bei der Elektrophorese ent zogenen Bindemittelmenge entspricht. 5.

   Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, dass in der im Kreislauf zurückgeführten Elektrophorese-Flüssigkeit der für die Elektrophorese erwünschte pH-Wert eingestellt wird. PATENTANSPRUCH II Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch Mittel zur Er zeugung eines elektrischen Feldes mit dem zu beschich tenden Gegenstand (1) als Elektrode und einer Gegen elektrode (6), welche im Bereich eines aus einer Düse (8a) in Richtung auf den Gegenstand (1) fliessenden Flüssigkeitsstrahles (9) angeordnet ist. UNTERANSPRÜCHE 6.

   Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch ge kennzeichnet, dass die Gegenelektrode als ein Draht geflecht (6) ausgebildet ist, welches in einem Abstand den Gegenstand (1) umgibt. 7. Einrichtung nach Patentanspruch II und Unter anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl an eine gemeinsame Versorgungsleitung (16) anschliess- barer Düsen (8a, 8b). B. Einrichtung nach Unteranspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, dass die Düsen (8a, 8b) in ihrer Abstrahl- richtung einstellbar und die Form der austretenden Flüs sigkeitsstrahlen (9a, 9b) veränderbar ist. 9.

   Einrichtung nach Unteranspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, dass die Versorgungsleitung (16) über min destens eine Förderpumpe (11) aus einem die abflie ssende Flüssigkeit sammelnden Behälter (22) gespeist ist. 10. Einrichtung nach Unteranspruch 9, dadurch ge kennzeichnet, dass dem Sammelbehälter (22) eine Ent- gasungsvorrichtung (12) nachgeschaltet ist. 11. Einrichtung nach Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Sammelbehälter (22) nach geschaltete Entgasungsvorrichtung (12) mit einer Vor richtung zum Entfernen der bei der Elektrophorese ent standenen Kationen aus der Flüssigkeit kombiniert ist. 12.

   Einrichtung nach Unteranspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Versorgungsleitung (16) zu sätzliche Mittel (17) zum Einstellen eines bestimmten Viskositätswertes der Flüssigkeit sowie Mittel (18) zum Einstellen eines bestimmten pH-Wertes der Flüssigkeit vorgesehen sind. 13. Einrichtung nach Unteranspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, dass die Versorgungsleitung (16) über einen Thermostaten (19) geführt ist.