DE10032558A1

DE10032558A1 - Verfahren zum elektrostatischen Beschichten sowie danach hergestelltes beschichtetes Teil

Info

Publication number: DE10032558A1
Application number: DE2000132558
Authority: DE
Inventors: Manfred Richert; Peter Jattke
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-07-05
Filing date: 2000-07-05
Publication date: 2002-01-17
Anticipated expiration: 2020-07-06
Also published as: DE10032558B4

Abstract

Das Verfahren dient zum elektrostatischen Beschichten von zu beschichtenden Teilen wie Fahrzeuganbauteilen aus Kunststoff mit Beschichtungsmaterial. Vor dem Zuführen in die Beschichtungsanlage wird der zu beschichtende Teil zumindest teilweise mit einem flüssigen Medium zur Erhöhung der Leitfähigkeit angefeuchtet, wobei beim Zuführen eine elektrisch leitende Verbindung zu den weiteren in die Beschichtungsanlage eingebrachten elektrisch leitfähigen und geerdeten Teilen hergestellt wird. Dadurch kann eine elektrostatische Beschichtung ohne Aufbringung einer gesonderten leitfähigen Schicht auch bei elektrisch nicht leitenden Teilen problemlos erfolgen. Damit ergibt sich ein elektrostatisch beschichtetes Teil, das ohne Leitprimerauftrag graphitfrei hergestellt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrostatischen Beschichten nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein nach diesem Verfahren hergestelltes Teil nach dem Oberbegriff des Anspruches 11.

Stand der Technik

Elektrostatisch zu beschichtende Teile, wie insbesondere Kunststoffanbauteile, werden bisher durch zwei unterschiedliche Verfahren mit Lack beschichtet. Das erste Verfahren ist das Beschichten der Teile durch pneumatischen Lackauftrag, wobei es keine Rolle spielt, aus welchem Material das zu beschichtende Teil besteht. Der Lack wird ausschließlich mechanisch (durch Druckluftzerstäubung) auf das Trägermaterial aufgebracht. Der Nachteil bei diesem Verfahren ist der schlechte Wirkungsgrad, da ca. 60% bis 70% des verspritzten Lacks nicht auf dem Werkstück landen, sondern als Overspray verloren gehen.

Das zweite Verfahren ist die Beschichtung durch elektrostatische Anlagen. Bei der elektrostatischen Beschichtung wird der Lack nach Verlassen des Sprühorgans - der Zerstäuber - durch Hochspannung typischerweise im Bereich von 60 bis 80 kV elektrisch negativ aufgeladen. Das zu beschichtende Teil bildet den anderen, geerdeten Teil der Spannungsquelle. Dadurch bildet sich ein elektrisches Feld zwischen ionisiertem Lacknebel und Karosserie aus. Die Lackpartikel werden nun entlang der Feldlinien dieses Felds aufgrund der Coulombschen Kräfte zur Karosserie geführt. Der Wirkungsgrad wird dadurch im Vergleich zur pneumatischen Beschichtung erheblich verbessert.

Das elektrostatische Beschichten kann allerdings nur dann funktionieren, wenn das zu beschichtende Teil elektrisch leitfähig ist. Dies ist bei der Verwendung von Kunststoffanbauteilen nicht der Fall. Daher wird bei der Beschichtung von nicht leitenden Teilen vor der eigentlichen Lackierung durch die elektrostatische Anlage eine zusätzliche, elektrisch leitfähige Schicht pneumatisch aufgebracht. Dies erfolgt bisher z. B. durch Zusatz von z. B. Graphit. Diese leitfähige Schicht, die auch Leitprimer genannt wird, kann sowohl vom Zulieferer als auch vom Fahrzeughersteller aufgetragen werden. Wird diese Schicht vom Zulieferer aufgebracht, erhöht sich der Preis eines jeden Teils unmittelbar. Wird sie vom Fahrzeughersteller aufgebracht, erhöhen sich die Produktionskosten insbesondere durch zusätzliches Personal und/oder zusätzliche Anlagen.

Zusammenfassung der Erfindung

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektrostatische Beschichtung ohne Aufbringung einer zusätzlichen leitfähigen Schicht zu verwirklichen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie durch ein danach beschichtetes Teil mit den Merkmalen des Anspruches 11 gelöst.

Zur Beschichtung selbst von nicht leitenden Teilen ist es jetzt nicht mehr erforderlich, einen zusätzlichen Leitprimer aufzubringen. Stattdessen wird das zu beschichtende Teil vor seinem Zuführen zur Beschichtungsanlage mit einem flüssigen Medium so angefeuchtet, dass die elektrische Leitfähigkeit für das elektrostatische Beschichten genügt.

Nach den Ansprüchen 3 bis 5 wird hierzu je nach Verfahrensschritt ein wasserhaltiger Füller und/oder wasserhaltiger Lack verwendet, der durch pneumatisches Beschichten zumindest teilweise aufgebracht wird. Die dadurch aufgebrachte Feuchtigkeit erhöht die elektrische Leitfähigkeit in einem solchen Umfang, dass durch den Kontakt mit den weiteren leitfähigen geerdeten Teilen eine solche Leitfähigkeit auch auf dem ursprünglich nicht leitenden Teil entsteht, dass eine elektrostatische Beschichtung erfolgreich erfolgen kann. Die pneumatische Beschichtung nimmt dabei nicht das Lackieren vorweg, sondern dient lediglich zur Erzeugung der elektrischen Leitfähigkeit, so dass hier eine geringe Benebelung des flüssigen Mediums genügt.

Nach den Ansprüchen 9 und 10 genügt zur Erzielung der gewünschten elektrischen Leitfähigkeit vor allem bei der Beschichtung mit Grundlackierung und Decklack das ohnehin erforderliche manuelle Lackieren an den Stellen, an denen eine Lackierung durch die Beschichtungsanlage nicht erfolgen kann, wie z. B. Türschwellen, Kotflügelbänke und dergleichen. Dadurch kann das Verfahren in den ohnehin vorhandenen Prozess eingegliedert werden, obwohl auf ein pneumatisches Beschichten der vollständigen Oberflächen verzichtet werden kann.

Kurzbeschreibung der Figuren

Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines an der Fahrzeugkarosserie angeordneten zu beschichtenden Teils,

Fig. 2 das Ablaufdiagramm eines Beschichtungsvorgangs,

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm für die vollständige Beschichtung einer Fahrzeugkarosserie.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt in Seitenansicht die schematische Darstellung einer Fahrzeugkarosserie. 11, an der ein zu beschichtendes Teil 10, im Ausführungsbeispiel ein Kotflügel, angebaut ist. Ferner ist im Übergangsbereich 21 die Auswirkung des manuellen Lackierens durch pneumatisches Beschichten zu erkennen, das vor allem beim Beschichten der Quereinstiege für Innenseiten, Kotflügelbänke und Türschwellen mit Basecoat und Clearcoat erfolgt. Wenngleich hier die Beschichtung für Fahrzeuganbauteile aus Kunststoff wie z. B. Kotflügel, Stoßstangen, Türen, Motorhauben und Kofferraumdeckel oder dergleichen erläutert wird, so versteht sich von selbst, dass das vorliegende Verfahren auch zur elektrostatischen Beschichtung von anderen Teilen auch außerhalb des Kfz-Bereichs eingesetzt werden kann.

Das Verfahren selbst kann am deutlichsten anhand des Verfahrensablaufs gemäß Fig. 2 erläutert werden. Zum elektrostatischen Beschichten von zu beschichtenden Teilen 10 mit Beschichtungsmaterial wird zunächst ein geerdetes, elektrisch leitfähiges Teil vorgesehen, das in eine Beschichtungsanlage eingebracht wird. Bei der Beschichtungsanlage handelt es sich um eine elektrostatische Beschichtungsanlage, die wie eingangs erläutert aufgebaut ist und deren Aufbau dem Fachmann bekannt ist. Um eine elektrostatische Beschichtung auch von Teilen zu bewirken, die nicht elektrisch leitfähig sind, ist es erforderlich, deren elektrische Leitfähigkeit zu erzeugen und/oder zu erhöhen. Dies geschieht im vorliegenden Fall im Schritt S2, in dem das zu beschichtende Teil 10 vor dem Zuführen in die Beschichtungsanlage gemäß Schritt S3 zumindest teilweise mit einem flüssigen Medium so angefeuchtet wird, dass beim Zuführen in die Beschichtungsanlage eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit vorliegt. Vorzugsweise gleichzeitig entsteht eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den geerdeten, elektrisch leitfähigen Teilen und den anderen zu beschichtenden Teile. Die Schaffung dieser leitfähigen Verbindung erfolgt im Schritt S4. Hierzu ist in Fig. 1 die Fahrzeugkarosserie 11 als leitfähiges Teil mit einer Erdung 12 der Spannungsquelle verbunden. Als leitfähiges Teil kann jedoch auch das zu beschichtende Teil lediglich auf einem entsprechend geerdeten Metallgestell angeordnet werden, so dass der Anbau des zu beschichtenden Teils an das Fahrzeug auch erst zu einem späteren Zeitpunkt im Verfahrensablauf erfolgen kann. Ist die leitfähige Verbindung gemäß Schritt S4 geschaffen, kann dann im folgenden Schritt S5 ein elektrostatisches Beschichten erfolgen.

Die Kunststoffanbauteile, also die zu beschichtenden Teile 10, werden im Ausführungsbeispiel durch eine Aufnahme an die Karosserie gebracht. Dies geschieht üblicherweise nachdem die Karosserie die kathodische Tauchlackierung durchlaufen hat und im zugehörigen Ofen getrocknet wurde. Da in diesem Ofen verhältnismäßig hohe Temperaturen von rund 200°C auftreten, können die Kunststoffanbauteile erst nach diesem Schritt der Fahrzeugkarosserie zugeleitet werden. Vor. Einlauf in die elektrostatische Anlage für den Füllerauftrag werden die ohne Leitlack vorliegenden rohen, zu beschichtenden Teile 10 durch pneumatischen Auftrag mit wasserlöslichem Serienfüller leicht beschichtet. Die Schichtdicke dieses ersten Auftrags liegt etwa zwischen 0,5 µm und etwa 15 µm, wobei für die Beschichtung in diesem Schritt als auch in den nachfolgenden Schritten ein wasserhaltiger oder wasserlöslicher Füller und/oder Lack, vorzugsweise der Originallack, verwendet wird. Geeignet sind insbesondere Wasserlacke, da diese eine genügende Leitfähigkeit selbst im noch nicht ganz durchgetrockneten Zustand bewirken. Das durch die pneumatische Beschichtung aufgetragene Beschichtungsmaterial weist jedoch höchstens eine Dicke von 50% der Deckfähigkeit auf, da ansonsten eine weitere Lackierung nicht nötig wäre, oder Farbstandprobleme auftreten, also die Farbe nicht zuverlässig aufgebracht werden kann, ohne dass sie zum Verlaufen neigt. Durch die Beschichtung wird erreicht, dass sich auf dem zu beschichtenden Teil wenigstens noch eine Restfeuchte des zumindest nicht vollständig durchgetrockneten flüssigen Mediums einstellt, die infolge der Verbindung mit den leitfähigen Teilen, also z. B. hier der Fahrzeugkarosserie 11, dafür sorgt, dass auch das nicht leitende Teil infolge der Coulombschen Kräfte mit Füller und/oder Lack beschichtet wird. Das zu beschichtende rohe Teil 10 weist damit selbst im Endzustand keinen Leitprimer mehr auf, so dass das zu beschichtende Teil mit einem graphitfreien Füller als flüssiges Medium zu beschichten ist.

Zumindest im ersten Schritt, also der Füllerbeschichtung gemäß Schritt S10, erfolgt die Beschichtung sowohl auf der nach außen gerichteten Seite, als auch auf der Seite der Auflage bzw. der Seite, die der Karosserie 11 zu gerichtet ist. Da das zu beschichtende Teil 10 zumindest auf einem Metallgestell liegt, das mit der Karosserie metallisch verbunden ist, wird so ein leitfähiger Film gebildet, der einen elektrischen leitenden Kontakt mit der geerdeten Fahrzeugkarosserie 11 erzeugt. Dadurch ist die erste automatische elektrostatische Beschichtung in der elektrostatischen Anlage möglich. Dies erfolgt im Schritt S14, in der der Füller aufgetragen wird.

Danach wird die Karosserie mit den beschichteten Teilen in den Füllertrockner (Schritt S15) gefahren, wo die zuvor aufgebrachte Schicht bei 140°C bis etwa 170°C getrocknet wird.

Anschließend wird die gefüllerte und getrocknete Fahrzeugkarosserie 11 gemeinsam mit dem zu beschichtenden Teil, also dem Kotflügel, in den Bereich "Füller schleifen" befördert. Im Schritt S16 wird dort die Oberfläche leicht angeschliffen, um eine bessere. Oberflächenqualität zu erreichen. Danach durchläuft die Karosserie eine automatische Waschlinie, in der loser Staub, Schleifreste und andere Verschmutzungen beseitigt werden. War zu diesem Zeitpunkt das zu beschichtende Kunststoffteil noch nicht an der Karosserie angebaut, so kann im Schritt S17 jetzt noch der Anbau des Kunststoffteils erfolgen. Grundsätzlich kann dieser Anbau jedoch auch bereits früher erfolgt sein, je nachdem wie die Erdung des zu beschichtenden Teils 10 zu Beginn des Verfahrens hergestellt wurde, also entweder über ein gesondertes Metallgestell oder über die Fahrzeugkarosserie 11. In Fig. 3 sind die Schritte S16 und S17 gestrichelt eingetragen, um zu verdeutlichen, dass auf diese Schritte bedarfsweise auch verzichtet werden kann, wenn z. B. ein Nachschleifen des Füllers verzichtbar ist oder der Anbau der Kunststoffteile bereits früher erfolgt ist.

Nach Trocknung gelangt die Karosserie dann in den Basecoatbereich, mit den Schritten S18 bis S20. Hier werden zunächst die Bereiche lackiert, die mit der elektrostatischen Beschichtungsanlage nicht erreicht werden können, wie z. B. Türeinstiege, Türinnenseiten, Hauben und Heckklappen innen und an den Rändern sowie die Kotflügelbänke. Dieser Auftrag erfolgte wie bisher entweder durch Roboter oder durch Handlackierer; in beiden Fällen jedoch mit pneumatischer Zerstäubung des Lackes. Durch dieses Auslackieren gelangt zwangsläufig auch Basecoat an die Ränder des zu beschichtenden Teils 10, wie dies auch in Fig. 1 durch die Übergangsbereiche 21 dargestellt ist. Wird im folgenden das zu beschichtende Teil im Schritt S19 mit dem Basecoatmaterial insgesamt elektrostatisch beschichtet, stellt man fest, dass eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit zum Aufbringen dieses Basecoats vorliegt. Es ist zu vermuten, dass durch den partiellen Auftrag des Basecoats in den Übergangsbereichen 21 und durch eine Restleitfähigkeit, die wahrscheinlich in der noch nicht zu 100% durchgetrockneten Füllerschicht begründet ist, eine automatische Beschichtung in der elektrostatischen Beschichtungsanlage möglich ist.

Die folgende Station gemäß Schritt S20 ist lediglich eine optionale Station, falls eine Metalliclackierung aufgebracht wird. Dies erfolgt üblicherweise über einen Spritzautomaten, wobei dieser Prozess hier nicht von Bedeutung ist, da hier bisher der Auftrag vollständig pneumatisch erfolgt.

Der nächste Schritt S21 ist eine Zwischentrocknung des aufgebrachten Basecoats, was üblicherweise unter Infrarot und Umlufteinfluss bei einer Wärme von etwa 80° erfolgt. Es ist lediglich erforderlich, den Basecoat so weit anzutrocknen, dass die Oberfläche griffest ist. Auf diese Oberfläche wird dann die letzte Schicht - der Clearcoat - in den Schritten S22 bis S24 aufgebracht. Das Aufbringen dieses Lacks erfolgt genau wie bei der Basecoatapplikation, nämlich zunächst durch Vorlackieren der nicht unmittelbar erreichbaren Stellen der Karosserie im Schritt S22, elektrostatisches Beschichten im Schritt S23 sowie anschließendes Trocknen bei etwa 140°C im Decklacktrockner in Schritt S24.

Gerade in den Übergangsbereichen zwischen den einzelnen Schriften ist auch auf die Griffigkeit und Verarbeitbarkeit der vorausgegangenen Schichten zu achten. Einerseits ist noch eine gewisse Restfeuchtigkeit durchaus erwünscht, andererseits müssen aber die vorausgegangenen Schichten so weit durchgetrocknet sein, dass eine Blasenbildung vermieden wird. Ein entscheidender Vorteil ist allerdings, dass die ohnehin erforderlichen Schritte S18 und S22 zur Lackierung der von der Beschichtungsanlage nicht ohne weiteres erreichbaren Kanten gleichzeitig dazu beiträgt, die Leitfähigkeit auch des zu beschichtenden Teils 10, des Kunststoffteils, zu erhöhen und dadurch zu vermeiden, dass die besser leitende Karosserie ansonsten den Basecoat oder Clearcoat abzieht.

Sollte die bloße Anfeuchtung der zu beschichtenden Teile im zuvor beschriebenen Umfang nicht genügen, so kann hinter dem Kotflügel zusätzlich oder alternativ zur Vorlackierung ein elektrisch leitendes Element angeordnet werden, das der elektrostatischen Beschichtungsanlage vortäuscht, dass es sich bei dem Kunststoffteil, also dem zu beschichtenden Teil 10 um ein metallisches Teil handelt. Hierzu wird auf der von der zu beschichtenden Oberfläche des zu beschichtenden Teils 10 abgewandten Rückseite als elektrisch leitfähiges Element eine Metallfolie aufgebracht oder ein feines Netz angeordnet oder auflackiert. Das elektrostatische Feld geht durch den Kotflügel hindurch und führt damit zur Beschichtung des zu beschichtenden Teils 10. Die Kunststoffanbauteile werden für die elektrostatischen Füller-, Basecoat- und Clearcoat-Lackierung z. B. auf ein Drahtgitter gelegt, das an der Karosserie 11 befestigt ist. Dieses Gitter wird nach der letzten Lackierung wieder entfernt und kann wieder verwendet werden. Von entscheidender Bedeutung für die Wirkungsweise ist die Maschenweite und die prozentuale Hinterlegung dieses Gitters. Es ist zu vermuten, dass das Gitter eine Maschenweite kleiner als 100 mm haben sollte bis hin zu Null mm, d. h. einer vollflächigen Hinterlegung z. B. mit dünnem Blech oder einer Metallfolie, die z. B. auf die Innenseite des zu beschichtenden Teils 10 lackiert oder geklebt sein kann.

Claims

1. Verfahren zum elektrostatischen Beschichten von zu beschichtenden Teilen (10) wie Fahrzeuganbauteilen aus Kunststoff mit Beschichtungsmaterial mit den Schritten:

- Einbringen von geerdeten, elektrisch leitfähigen Teilen in eine Beschichtungsanlage,
- Schaffung und/oder Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit des zu beschichtenden Teils (10),
- Zuführen des zu beschichtenden Teils (10) in die Beschichtungsanlage,
- elektrostatisches Beschichten des zu beschichtenden Teils (11) mit dem Beschichtungsmaterial,

dadurch gekennzeichnet, dass das zu beschichtende Teil (10) vor dem Zuführen in die Beschichtungsanlage zumindest teilweise mit einem insbesondere flüssigen Medium zur Schaffung und/oder Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit beschichtet wird, und dass diese Beschichtung auch auf an das zu beschichtende Teil (10) angrenzende Teile ausgedehnt wird, die eine höhere elektrische Leitfähigkeit haben, als das zu beschichtende Teil (10).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass infolge der Beschichtung mit dem flüssigen Medium wenigstens noch eine Restfeuchte der zumindest nicht vollständig durchgetrockneten Beschichtung durch das flüssige Medium beim elektrostatischen Beschichten vorhanden ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Medium ein vorzugsweise wasserhaltiger Füller und/oder wasserhaltiger Lack, vorzugsweise der Originallack ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zu beschichtende Teil (10) mit dem flüssigen Medium pneumatisch beschichtet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke bei der Anfeuchtung 0,5 µm bis 15 µm beträgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zu beschichtende rohe Teil (10) mit einem vorzugsweise graphitfreien Füller als flüssiges Medium vollflächig beschichtet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zu beschichtende Teil (10) zur Erzeugung der Leitfähigkeit auch auf der der Auflage zugewandten Seite mit dem flüssigen Medium beschichtet wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das leitfähige Teil eine metallische Fahrzeugkarosserie (11) ist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zu beschichtende Teil (10) nach Auftrag und zumindest teilweiser Trocknung der ersten Beschichtung zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit im Übergangsbereich (21) zum leitfähigen Teil pneumatisch beschichtet wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Artsprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zu beschichtende Teil (10) zumindest für weitere Beschichtungen mit der Fahrzeugkarosserie (11) verbunden ist.

11. Elektrostatisch zu beschichtendes Teil (11), insbesondere Fahrzeuganbauteil aus Kunststoff, beschichtet durch ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung graphitfrei ist.

12. Elektrostatisch zu beschichtendes Teil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeuganbauteil ein Kotflügel, eine Stoßstange, eine Motorhaube, ein Kofferraumdeckel und/oder eine Tür des Fahrzeugs ist.