DE10032558A1 - Verfahren zum elektrostatischen Beschichten sowie danach hergestelltes beschichtetes Teil - Google Patents
Verfahren zum elektrostatischen Beschichten sowie danach hergestelltes beschichtetes TeilInfo
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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.
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.
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.
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.
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 (12)
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,
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.
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DE10032558B4 DE10032558B4 (de) | 2014-10-23 |
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