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Verfahren und Vorrichtung zur Elektrobeschichtung
Eine rationelle Lackierung von Kleingegenständen und Massenartikeln erfolgt derzeit insbesondere nach dem Trommellackierverfahren. Dieses besteht darin, dass die zu lackierenden kleinen Gegenstände in eine rotierende Trommel gegeben werden, die in das Lackbad eingetaucht und in Rotation versetzt wird. Dadurch ist gewährleistet, dass alle zu lackierenden Gegenstände intensiv mit dem Lack in Berth- rung kommen. Anschliessend wird die Trommel aus dem Lackbad genommen und wie eine Zentrifuge in rasche Drehung versetzt, wodurch der überschüssige Lack abzentrifugiert wird. Danach werden die Ge- genstände auf ein Förderband gebracht, um ein Zusammenkleben der Gegenstände zu verhindern. Dort werden sie getrocknet.
Ziel der Erfindung ist es, ein dem geschilderten Trommellackierverfahren ähnliches Verfahren zur
Elektrobeschichtung, vorzugsweise von Massenartikeln, aufzuzeigen.
Will man aber das eingangs erwähnte Prinzip auf die Elektrobeschichtung übertragen, so stösst man auf die nachstehenden grundsätzlichen Schwierigkeiten. Für die Elektrobeschichtung ist es unumgänglich notwendig, dass die zu beschichtenden kleinen Metallgegenstände, welche sich in einer solchen Trommel befinden, stets in elektrischer Verbindung mit der Stromquelle sind. Je nach der Abscheidungsart des verwendeten Harzes müssen die Gegenstände mit Anode oder Kathode in Kontakt stehen. Die folgenden Ausführungen gelten für anodisch abscheidbare Harze, für kathodisch abscheidbare Harze gelten analoge Massnahmen.
Nun könnte man meinen, dass diese elektrische Verbindung, ähnlich wie bei den Trommelapparaten zum Galvanisieren von kleinen Massenartikeln durch die Wandung einer Trommel selbst hergestellt werden und die Kathode im Innern der Trommel liegend etwa als isolierte Achse der Trommel ausgebildet sein könnte. Bei einer solchen Anordnung tritt jedoch nicht die angestrebte Elektrobeschichtung der sich im Innern einer solchen Trommel befindlichen kleinen Metallgegenstände ein, sondern eine Beschichtung der Trommelinnenwand. Dadurch aber verlieren die kleinen Metallgegenstände den notwendigen elektrischen Kontakt mit der Anode, weil der durch die Beschichtung der Trommelinnenwand gebildete Film isolierend wirkt.
Auch darf der elektrische Strom nur zwischen den zu beschichtenden Metallgegenständen und der Kathode fliessen und nicht zwischen Kathode und der den elektrischen Kontakt gebenden Trommelinnenwand, da bei einer solchen Stromverzweigung die angestrebte Beschichtung der kleinen Metallgegenstände nur in einem geringen Ausmass erfolgt und ein gro- sser Energieverlust auftritt.
Ein elektrochemisches Trommellackierverfahren hat daher zur Voraussetzung, dass die Innenwand der Trommel nicht beschichtbar sein darf, da ansonsten zunächst eine unerwünschte Stromverzweigung auftritt, die die angestrebte Beschichtung der kleinen Gegenstände beeinträchtigt, und später die Beschichtung der kleinen Gegenstände überhaupt unterbindet, weil nach Beschichtung der Trommelinnenwand die kleinen Metallgegenstände in keinen elektrischen Kontakt mit dem positiven Pol der Stromquelle gebracht werden können, da die isolierende Beschichtung der Anode dies verhindert, Hier Abhilfe zu schaffen, ist die Aufgabe der Erfindung.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Elektrobeschichtung von Gegenständen mit elektrisch leitender Oberfläche mit Kunstharz enthaltenden Filmen in einem elektrisch leitenden Bad, welches das filmbildende Kunstharz enthält, unter Verwendung von Gleichstrom, Wechselstrom, Sinusstrom, Mischstrom, moduliertem Strom, Pulsstrom, moduliertem Pulsstrom oder kombiniertem Pulsstrom und we-
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nigstens zwei Elektroden, von denen wenigstens eine als Gegenelektrode dient, und als zur Aufnahme des Bades dienendes Becken ausgebildet sein kann, während wenigstens eine andere Elektrode als Ab- scheidungselektrode der Beschichtung dient.
Die Aufgabe der Erfindung wird bei diesem Verfahren erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass man als
Abscheidungselektrode ein Material mit elektrolytischer Ventilwirkung, bei anodisch abscheidbarem Beschichtungsmaterial, vorzugsweise allseitig mit Aluminiumoxyd beschichtetes Aluminium, verwendet, dass man jedem zu beschichtenden Gegenstand innerhalb des Bades mit der Abscheidungselektrode in galvanischen Kontakt bringt, wobei man durch Rotation und bzw.
oder Vibration bewirkt, dass sich der
Kontaktpunkt zwischen der Abscheidungselektrode und jedem Gegenstand während des Beschichtungsvorganges laufend ändert, und wobei man beim Arbeiten mit Wechselstrom, Sinusstrom, kombiniertem Pulsstrom oder negative Momentanwerte aufweisendem Mischstrom eine Gegenelektrode verwendet, die gleichfalls aus einem Material mit elektrolytischer Ventilwirkung, bei anodisch abscheidbarem Beschichtungsmaterial vorzugsweise aus allseitig mit Aluminiumoxyd beschichtetem Aluminium besteht.
Eine bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens unter Verwendung von Gleichstrom, Mischstrom oder Pulsstrom mit einer vorzugsweise als Becken ausgebildeten Gegenelektrode und wenigstens einer im Becken angeordneten Abscheidungselektrode ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidungselektrode aus einem Material mit elektrolytischer Ventilwirkung, vorzugsweise aus allseitig mit Aluminiumoxyd beschichtetem Aluminium, besteht und als rotierender und bzw. oder vibrierender trommel-, sieb-, wannen-, rost- oder tellerförmiger Behälter oder in Form eines Riittelförderers oder als Rührwerk ausgebildet ist.
Bei einer bevorzugten Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens unter Verwendung von Wechselstrom, Sinusstrom, kombiniertem Pulsstrom oder negative Momentanwerte aufweisendem Mischstrom besteht dagegen auch die Gegenelektrode ebenso wie die Abscheidungselektrode aus einem Material mit elektrolytischer Ventilwirkung.
Die verwendeten Stromarten werden nachfolgend definiert :
1. Gleichstrom (definiert nach DIN 40113)
Ein Strom, dessen Augenblickswerte zeitlich konstant sind. Der Gleichstrom wird als zeitlich unveränderlicher Strom definiert.
2. Wechselstrom (nach DIN 40113)
Ein Strom, dessen Augenblickswerte einer periodischen Funktion der Zeit gehorchen und den zeitlichen Mittelwert Null haben.
3. Sinusstrom (nach DIN 40 113)
Ein Strom, dessen Augenblickswerte einer einfachen Sinusfunktion der Zeit gehorchen.
4. Mischstrom (nach DIN 40113)
Ein Gleichstrom, dem ein Wechselstrom überlagert ist, also ein Strom, dessen Augenblickswerte ein periodisches Zeitgesetz befolge, aber ein von Null verschiedenes arithmetisches Mittel haben. Ein derartiger Mischstrom kann z. B. sowohl positive als auch negative Momentanwerte haben.
5. Modulierter Strom (nach DIN 40113)
Ein Strom, bei dem entweder die Amplitude oder die Frequenz oder der Nullphasenwinkel zeitlich schwankt.
6. Pulsstrom
Ein Strom, dessen Funktion dem nach DIN 5488 definierten impulsförmigen Vorgang entspricht.
Dabei handelt es sich um einen Strom mit beliebigem Zeitverlauf, dessen Augenblickswert nur innerhalb einer beschränkten Zeitspanne Werte aufweist, die von Null merklich abweichen. Der Impuls, dessen Augenblickswerte während der gesamten Dauer keinen Richtungswechsel erfährt, einseitiger Impuls genannt, wird nach seiner Kurvenform benannt : Rechteckimpuls, Dreieckimpuls, Trapezimpuls, Sinusimpuls, Sinusquadratimpuls, ungleich an- und abklingender Impuls, Exponentialimpuls, Gaussimpuls, Nadelimpuls.
Pulsstrom stellt eine Folge von gleichen Strom-bzw. Spannungsimpulsen dar, es ist ein periodischer Vorgang mit bestimmter Periodendauer. Der Pulsstrom kann sowohl aus einseitigen Impulsen als auch aus zweiseitigen Impulsen (Wechselimpulsen) gebildet werden. Unter zweiseitigem Impuls wird ein Im-
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Sinusschwingungsimpulsen möglich.
7. Modulierter Pulsstrom (nach DIN 5488)
Ein Strom, dessen Funktion dem nach DIN 5488 definierten modulierten Puls entspricht :
Ein dem Pulsstrom verwandter Strom, bei dem sich der Höchstwert (die Amplitude = Spannung oder
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Stromstärke) der Impulse oder die Zeit ihres Auftretens oder ihre Dauer oder einige dieser Grössen zu- gleich gegenüber dem unmodulierten Pulsstrom zeitlich ändern, in eindeutiger Abhängigkeit von einem modulierten Vorgang. Man nennt die entsprechenden Modulationsarten : Pulsamplituden-Pulszeit-und
Pulsdauer-Modulation. Die Pulszeit-Modulation umfasst die Pulsfrequenz-, die Pulsphasen- und die Pulslagen-Modulation.
8. Kombinierter Pulsstrom
Dieser Pulsstrom ist in der österr. Patentschrift Nr. 266 047 genauer beschrieben und bedeutet einen
Pulsstrom bzw. einen modulierten Pulsstrom, der sich aus einer Folge von entgegengesetzten Impulsen zusammensetzt, wobei die Gesamtfläche zwischen Kurve und Zeitachse verschieden von Null ist.
Beim erfindungsgemässen Verfahren wirdwenigstens eine Elektrode als die zu beschichtenden Gegen- stände aufnehmender Behälter ausgebildet. Wird das Verfahren mit Gleichstrom ausgeführt, so ist nur diese Elektrode, wird das Verfahren mit Wechselstrom ausgeführt, so werden beide Elektroden oder Elek- trodengruppen aus einem Material gefertigt, welches zusammen mit dem leitenden Bad eine elektroly- tische Ventilwirkung ergibt. Jede derartige Elektrode für sich stellt also in Verbindung mit dem Bad ein
Ventil mit einer Durchlass- und einer Sperrichtung dar.
Wird die Elektrodenanordnung in der Weise ge- troffen, dass die Sperr- bzw. Durchlassrichtung für die beiden Elektroden im Stromkreis entgegengesetzt ist, dann tritt bei Anlegen einer Gleich-und bzw. oder Wechselspannung überhaupt kein Stromfluss auf und ist somit einer Beschichtung der Elektroden vorgebeugt. Wird auf eine derartige Elektrode ein elek- trisch leitender Gegenstand aufgebracht, so wird für den Berührungspunkt die Ventilwirkung aufgehoben und der elektrische Strom fliesst nun über den Gegenstand, das Bad und die Elektroden, wodurch der Ge- gestand, die Kontaktstelle ausgenommen, beschichtet wird. Gleiches gilt dann auch für eine Kette von sich kontaktgebend berührenden Gegenständen, von denen ein Glied an der Elektrode anliegt.
Um eine allseitige Beschichtung der Gegenstände zu erreichen, müssen die zu beschichtenden Gegenstände in ihrer relativen Lage zueinander und zur Elektrode ständig verändert werden.
Durch Verwendung eines Lackbades, welches bei der Elektrobeschichtung einen sehr trockenen Film ergibt, wird ein Zusammenkleben der beschichteten Kleingegenstände vermieden. In einem anschlie- ssenden Spülungsprozess werden die Gegenstände vom überschüssigen Lack gereinigt, anschliessend in einer Blaszone, wenn notwendig, noch getrocknet und der Lack wird erforderlichenfalls, beispielsweise durch Wärmeeinwirkung, ausgehärtet. Da die beschichteten Gegenstände nicht kleben, ist es nicht nö- tig, sie auf ein Förderband zu bringen. Spülen und Trocknen kann im gleichen Behälter ausgeführt werden.
Da der Übergangswiderstand mit zunehmender Dicke der Beschichtung zunimmt, wird es zweckmä- ssig sein, die Elektrodenspannung am Ende des Beschichtungsvorganges zu erhöhen. Die höchste Span- nung muss auf jeden Fall unter der Durchschlagspannung gewählt werden.
Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens sind beispielsweise folgende Badzusammenset- zungen geeignet :
1. Ein Konzentrat, das
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<tb>
<tb> 35 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Lithopone <SEP> (Gemisch <SEP> von <SEP> Bariumsulfat
<tb> und <SEP> Zinksulfid)
<tb> 3 <SEP> Gew. <SEP> -Teile <SEP> Ta1cum <SEP>
<tb> 34 <SEP> Gew.-Teile <SEP> wasserlösliches, <SEP> plastifiziertes, <SEP> ofentrocknendes <SEP> Melaminharz
<tb> 9 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Butyldiglykol
<tb> 3 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Äthylenglykol <SEP> und
<tb> 9 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Wasser
<tb>
enthält, wird mit Wasser auf einen Festkörpergehalt von 101o verdünnt.
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<tb>
<tb>
2. <SEP> 20, <SEP> 0 <SEP> g <SEP> Titandioxyd <SEP> (Rutyl)
<tb> 0, <SEP> 5 <SEP> g <SEP> selbstvernetzende <SEP> Acrylharzdispersion
<tb> 0, <SEP> 3 <SEP> g <SEP> Russ
<tb> 57, <SEP> 3 <SEP> g <SEP> Alkyd-Melaminharz <SEP> (70%ig)
<tb> 14,2 <SEP> g <SEP> Wasser
<tb> 92, <SEP> 3 <SEP> g <SEP>
<tb>
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<tb>
<tb> verdünnt,3.
<SEP> 5, <SEP> 0 <SEP> g <SEP> Russ
<tb> 70, <SEP> 0 <SEP> g <SEP> Zinksulfid <SEP>
<tb> 10,0 <SEP> g <SEP> Titandioxyd
<tb> 15, <SEP> 0 <SEP> g <SEP> Bariumchromat
<tb> 150,0 <SEP> g <SEP> Melaminharz <SEP> (60going)
<tb> 100,0 <SEP> g <SEP> Phenolharz <SEP> (650/oig) <SEP>
<tb> 350, <SEP> 0 <SEP> g
<tb>
550 g dieser Paste werden mit Wasser auf 41 verdünnt,
Für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens bevorzugte Vorrichtungen werden im folgenden an Hand der Zeichnungen erläutert.
Die Vorrichtung nach Fig. 1 weist als Abscheidungselektrode eine zylinderförmige Trommel --1-- aus gelochtem Aluminiumblech auf, die allseitig mit Aluminiumoxyd beschichtet ist. Diese Trommel - ist in einem Becken --2-- so angeordnet, dass ihre kreisförmige Fläche lotrecht steht und die
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möglichen Ein- und Austritt der Badflüssigkeit. Die Rotation bewirkt eine Bewegung der in der Trom- mel --1-- befindlichen kleinen Gegenstände, wodurch eine vollständige Beschichtung dieser Gegenstände erreicht wird. Das Beschichtungsbecken --2-- ist als Eisenwanne ausgebildet. Bei dieser Ausfüh- rung wird anodisch abscheidbares Beschichtungsmaterial und Gleichstrom verwendet, wobei die Trom- met --1-- ales Anode und das Becken --2-- als Kathode geschaltet wird.
Die Stromquelle --3-- liefert Gleichstrom. Die Stromzufuhr erfolgt mittels einer Stromschiene --4--. Die Trommel --1-- wird auf einer Tragschiene --5-- gelagert und wird durch die Badflüssigkeit hindurchbewegt. Bei einer andem Ausführung kann als Gegenelektrode (Kathode) z. B. eine Eisenplatte, die parallel der Grundfläche des
Beckens --2-- angeordnet ist, verwendet werden, wobei jedoch die Innenwand des Beckens elektrisch isoliert sein muss.
Die Vorrichtung nach Fig. 2 ist zur Verwendung von Wechselstrom bestimmt. Dabei ist die Trom- mel-l-wie bei der Ausführung nach Fig. 1 ausgebildet und angeordnet, während das als Gegenelektrode dienende Becken --2-- aus einer mit Aluminiumoxyd beschichteten Aluminiumwanne besteht.
Selbstverständlich könnte z. B. an Stelle dieser Wanne als Gegenelektrode eine mit Aluminiumoxyd beschichtete Aluminiumplatte verwendet werden, die in einem elektrisch isolierten Becken --2-- angeordnet sein müsste.
Das erfindungsgemässe Verfahren soll nicht auf diese Beispiele beschränkt sein. So sind sowohl wässerige als auch nicht wässerige Bäder geeignet und die Elektroden können auch in andern Formen ausgebildet sein. Die Oberfläche der nicht zu beschichtenden Elektroden kann aus Aluminiumoxyd oder anderem Material entsprechender Eigenschaften bestehen.
PATENT ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Elektrobeschichtung von Gegenständen mit elektrisch leitender Oberfläche mit Kunstharz enthaltenden Filmen in einem elektrisch leitenden Bad, welches das filmbildende Kunstharz enthält, unter Verwendung von Gleichstrom. Wechselstrom, Sinusstrom, Mischstrom, moduliertem Strom, Pulsstrom, moduliertem Pulsstrom oder kombiniertem Pulsstrom und wenigstens zwei Elektroden, von denen wenigstens eine als Gegenelektrode dient, und als zur Aufnahme des Bades dienendes Becken ausgebildet sein kann, während wenigstens eine andere Elektrode als Abscheidungselektrode der Beschichtung dient, dadurch gekennzeichnet, dass man als Abscheidungselektrode ein Material mit elektrolytischer Ventilwirkung, bei anodisch abscheidbarem Beschichtungsmaterial, vorzugsweise allseitig mit Aluminiumoxyd beschichtetes Aluminium,
verwendet, dass man jeden zu beschichtenden Ge- gestand innerhalb des Bades mit der Abscheidungselektrode in galvanischen Kontakt bringt, wobei man durch Rotation und bzw. oder Vibration bewirkt, dass sich der Kontaktpunkt zwischen der Abscheidungelektrode und jedem Gegenstand während des Beschichtungsvorganges laufend ändert, und wobei man beim Arbeiten mit Wechselstrom, Sinusstrom, kombiniertem Pulsstrom oder negative Momentanwerte aufweisendem Mischstrom eine Gegenelektrode verwendet, die gleichfalls aus einem Material mit elektrolytischer Ventilwirkung, bei anodisch abscheidbarem Beschichtungsmaterial vorzugsweise aus allseitig mit Aluminiumoxyd beschichtetem Aluminium besteht.