DE10105806A1

DE10105806A1 - Verfahren und Anlage zur elektrophoretischen, insbesondere kataphoretischen, Tauchlackierung von Gegenständen

Info

Publication number: DE10105806A1
Application number: DE10105806A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Kleist; Guenter Eberhard
Original assignee: Eisenmann Anlagenbau GmbH and Co KG
Current assignee: EISENMANN MASCHINENBAU GMBH & CO. KG, 71032 BOEBLINGEN
Priority date: 2001-02-08
Filing date: 2001-02-08
Publication date: 2002-09-05

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Anlage zur elektrophoretischen tauchlackierung von Gegenständen, insbesondere von Fahrzeugkarosserien (4), beschrieben, bei dem die sich während des Beschichtungsvorganges bildende Säure durch eine Elektrodialysezelle (19) wieder abgebaut wird, sodass der Säuregehalt innerhalb eines zulässigen Bereichs bleibt. Anders als beim Stande der Technik, wo dieser Dialysevorgang im Lacktauchbecken (1) selbst stattfindet, ist erfindungsgemäß die Elektrodialysezelle (19) aus dem Lacktauchbecken (1) ausgelagert und besitzt eine eigenständige Dialysestromquelle (24) und eigenständige Elektroden (22, 23). Vorzugsweise wird der Elektrodialysezelle (19) nicht die Lackflüssigkeit selbst, sondern das Permeat einer Ultrafiltrationsstufe (10) zugeführt, welches in einer Spüleinrichtung (2, 3) als Spülflüssigkeit genutzt und von dort in die Lackflüssigkeit zurückgeleitet wird. Hauptvorteile dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Anlage sind, dass die Dialysespannung zur Regelung des Elektrodialysevorganges als freier Parameter zur Verfügung steht und dass bei Verarbeitung des Permeats durch die Elektrodialysezelle (16) deren Austauscheremembranen (21) nicht den in der Lackflüssigkeit enthaltenen Festkörpern ausgesetzt sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrophoreti schen, insbesondere kataphoretischen, Tauchlackierung von Gegenständen, insbesondere von Fahrzeugkarosserien, bei dem

a) die Gegenständen in ein Lackflüssigkeit enthaltendes Lacktauchbecken eingetaucht und als Elektroden, insbe sondere Kathoden, geschaltet im elektrischen Feld zu einer Gegenelektrode, insbesondere Anode, die ebenfalls in die Lackflüssigkeit eintaucht, mit Lack beschichtet werden;
b) die sich bei dem Beschichtungsvorgang bildende Säure durch einen Elektrodialysevorgang entfernt wird, so daß der Säuregehalt in der Lackflüssigkeit innerhalb eines zulässigen Bereiches bleibt;

sowie
eine Anlage zur elektrophoretischen, insbesondere katapho retischen, Tauchlackierung von Gegenständen, insbesondere von Fahrzeugkarosserien, mit

a) einem Lacktauchbecken, das mit einer Lackflüssigkeit angefüllt ist, in welche die Gegenstände eingetaucht werden können;
b) einer Beschichtungsspannungsquelle, mit deren einem Pol, insbesondere Minuspol, die eingetauchten Gegen stände verbindbar sind und deren anderer Pol, insbeson dere Pluspol, mit mindestens einer in die im Lacktauch becken befindliche Lackflüssigkeit eintauchenden Gegenelektrode, insbesondere Anode, verbunden ist;
c) einer Elektrodialyseeinrichtung, mit deren Hilfe die sich bei dem Beschichtungsvorgang bildende Säure aus der Lackflüssigkeit entfernt werden kann, so daß der Säuregehalt in der Lackflüssigkeit innerhalb eines zulässigen Bereiches bleibt.

Es ist bekannt, daß beim elektrophoretischen Tauchlackie ren Säure frei wird, wenn sich die Lackfestkörper am als Elektrode geschalteten Werkstück entladen. Diese Säure verändert den pH-Wert der Lackflüssigkeit und muß daher kontinuierlich aus dieser entfernt werden.

Bei den derzeit bekannten kataphoretisch arbeitenden Verfahren und Anlagen der eingangs genannten Art sind deshalb in das Lacktauchbekken selbst Dialysezellen eingebaut, die innen ständig mit einem Anolyten durchströmt werden. Diese Dialysezellen bestehen aus einem Gehäuse, das eine Austauschermembrane trägt, die Anionen permeieren läßt, jedoch für Kationen und Lackfestkörper undurchlässig ist. Die Austauschermembran umgibt dabei die Anoden, die für den kataphoretischen Beschichtungsvorgang verantwort lich sind. Durch den Eintrag von Säure in den die Dialyse zellen im Kreislauf durchströmenden Anolyt steigt die Leitfähigkeit des Anolyts an. Der Leitwert des Dialyse kreislaufs wird je nach verwendetem Lack mit einem Sollwert zwischen 500 und 6000 µS eingestellt. Wenn der ständig überwachte Leitwert einen vorgegebenen Sollwert übersteigt, wird über ein Magnetventil so viel neues voll entsalztes Wasser zugegeben, bis der vorgegebene Sollwert wieder erreicht ist. Überschüssiger Anolyt läuft dabei der Abwasseraufbereitung zu.

Durch die die Anoden umgebende Austauschermembran wird außerdem verhindert, daß Korrosionsprodukte der Anoden, bei denen es sich um Kationen handelt, in die Lack flüssigkeit eingetragen werden können; vielmehr werden derartige Korrosionsprodukte mit dem Anolyt aus dem System entfernt.

Dieses bekannte Verfahren bzw. diese bekannte Anlage weist verschiedene Nachteile auf:
Da die Austauschermembranen direkt der Lackflüssigkeit ausgesetzt sind, verschmutzen sie und werden im Laufe der Zeit undurchlässig. Bei Betriebsstörungen ist eine me chanische Beschädigung der Austauschermembranen, die sich im Lacktauchbecken selbst befinden, wahrscheinlich. Wird eine dieser Austauschermembranen beschädigt, dringt Lack in das gesamte System ein und belegt bei den nicht beschä digten Elektrodialysezellen die Austauschermembran von innen. Die verschiedenen Dialysezellen müssen einzeln mit Einstellventilen und Durchflußmessern angeschlossen werden; die Rücklaufleitungen müssen in freiem Gefälle verlegt werden. Besonders nachteilig ist, daß die Menge des Säureaustrages ausschließlich von der Membranfläche abhängig ist und keine zusätzliche physikalische Größe zur Verfügung steht, mit der diese Menge veränderbar ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bzw. eine Anlage der eingangs genannten Art so auszuge stalten, daß die Menge an Säure, die pro Zeiteinheit aus der Lackflüssigkeit entfernt wird, leicht veränder bar ist.

Diese Aufgabe wird, was das Verfahren angeht, dadurch gelöst, daß
der Elektrodialysevorgang außerhalb des Lacktauchbeckens mit einer Spannungsquelle erfolgt, die unabhängig von der die elektrophoretische Lackabscheidung im Lacktauchbec ken bewirkenden Spannungsquelle ist.

Erfindungsgemäß wird also die Elektrodialysezelle aus dem Lacktauchbecken "ausgelagert" und erhält eine eigene Spannungsquelle. Nun ist es möglich, durch Veränderung der Spannung der Spannungsquelle den Elektrodialysevor gang in seiner Geschwindigkeit zu verändern und auf diese Weise die Leistung der Elektrodialysezelle an den jeweiligen Bedarf anzupassen. Die Regelvorgänge, die zur Einhaltung des zulässigen "Fensters" der Säurekonzentration durchgeführt werden müssen, lassen sich so sehr einfach gestalten.

Fast jedes elektrophoretische Tauchlackierverfahren verwendet einen Ultrafiltrationsvorgang, wobei das klare Permeat dieser Ultrafiltration den dem Lacktauchbecken nachgeschalteten Spüleinrichtungen als Spülflüssigkeit zugeführt wird, die danach in Kaskade wieder dem Lacktauch becken zufließt. Eine besonders vorteilhafte Ausgestal tung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß die Elektrodialyse am Permeat der Ultra filtration durchgeführt wird. In diesem Permeat steht etwa die gleiche Säurekonzentration zur Verfügung wie im Lackbad selbst. Die Membranen der "ausgelagerten" Elektrodialysezellen, denen das Permeat zugeführt wird, kommen aber nur mit klarem Medium und nicht mit Lack festkörpern in Berührung. Die Austauschermembranen sind zudem mechanisch außerhalb des Lacktauchbeckens wenig gefährdet. Die Verrohrung der Gesamtanlage wird deutlich einfacher und kostengünstiger.

Die oben genannte Aufgabe wird, was die Anlage angeht, dadurch gelöst, daß

a) die Elektrodialyseeinrichtung außerhalb des Lacktauch beckens angeordnet ist, eine von der Beschichtungs stromquelle unabhängige Dialysestromquelle und von der in dem Lacktauchbecken angeordneten Gegenelektrode, insbesondere Anode, unabhängige Elektroden aufweist.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Anlage stimmen sinn gemäß mit den oben geschilderten Vorteilen des erfindungs gemäßen Verfahrens überein.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage zeichnet sich dadurch aus, daß die Elektrodialyse einrichtung an den Permeat-Strömungsweg zwischen einer Ultrafiltrationseinheit und einer Spüleinrichtung ange schlossen ist. Auch die Vorteile, die sich erzielen lassen, wenn die Elektrodialyseeinrichtung nicht die Feststoffanteile enthaltende Lackflüssigkeit sondern das klare Permeat einer Ultrafiltrationseinrichtung verarbeitet, wurden oben schon erläutert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; die einzige Figur zeigt schematisch eine Anlage zur kataphoretischen Tauch lackierung von Fahrzeugkarosserien.

Die Anlage umfaßt ein Lacktauchbecken 1, das bis zu einem bestimmten Spiegel mit Lackflüssigkeit angefüllt ist, eine Spritzspülstation 2 sowie eine Spültauchbecken 3. Die zu lackierenden Fahrzeugkarosserien 4 werden mit Hilfe eines nicht dargestellten Fördersystemes in der Zeichnung von links nach rechts geführt und dabei zuerst in das Lacktauchbecken 1 eingetaucht, dort in noch zu beschrei bender Weise beschichtet, sodann durch die Spritzspülsta tion 2 geführt, dort in noch zu beschreibender Weise abgesprüht, schließlich in das Spültauchbecken 3 einge taucht und dann der weiteren Bearbeitung zugeführt.

Die kataphoretische Beschichtung im Lacktauchbecken 1 wird mit Hilfe einer Beschichtungsstromquelle 5 durch geführt, mit deren Minuspol die Fahrzeugkarosserien 4 während der Passage durch die Lackflüssigkeit verbunden sind. Außerdem tauchen in die Lackflüssigkeit des Lack tauchbeckens 1 mehrere Anoden 6 ein, die mit dem Pluspol der Beschichtungsstromquelle 5 verbunden sind. Die Anoden 6 bestehen aus iridiumbeschichtetem Titan. Sie sind auf diese Weise gegenüber der Lackflüssigkeit inert, erleiden also keinen meßbaren Materialverlust, durch den die Lackflüssigkeit verunreinigt werden könnte.

Ein Teil der Lackflüssigkeit tritt aus dem Lacktauch becken 1 in einen Überlaufbehälter 7 über, aus dem sie über eine Leitung 8 mit Hilfe einer Pumpe 9 einer Ultrafiltra tionseinheit 10 zugeführt wird. Das in der Ultrafiltra tionseinheit 10 gewonnene Retentat wird über eine Leitung 11 wieder direkt dem Lacktauchbecken 1 zugeführt, während das Permeat über eine weitere Leitung 12 in einen Arbeits behälter 13 gebracht wird. Das sich hier sammelnde Permeat stimmt in seiner ionischen Zusammensetzung, also auch in seinem pH-Wert, mit derjenigen der Lackflüssigkeit im Lacktauchbecken 1 überein, enthält jedoch keine Lackfest körper.

Das Permeat wird dem Arbeitsbehälter 13 mit Hilfe einer Pumpe 14 entnommen und über eine Leitung 15 als Spülflüs sigkeit in das Spültauchbecken 3 eingebracht. Von dort fließt die Spülflüssigkeit im Überlauf in einen Auffang behälter 16, der sich innerhalb der Spritzsprühzone 2 unterhalb des Bewegungsweges der Fahrzeugkarosserien 4 befindet. Diesem Auffangbehälter 16 wird mit Hilfe einer Pumpe 17 Spülflüssigkeit entnommen und Spritzdüsen 18 zugeführt, die sich oberhalb des Bewegungsweges der Fahrzeugkarosserien 4 befinden und aus denen die vorbei wandernden Fahrzeugkarosserien 4 mit Spülflüssigkeit besprüht werden. Erneut im Überlauf fließt die sich im Auffangbehälter 16 sammelnde Spülflüssigkeit in den Überlaufbehälter 7 zurück, wodurch der Kreislauf geschlos sen ist.

Die Spritzspülzone 2 und das Spültauchbecken 3 bilden somit in bekannter Weise eine Spülkaskade, die gegen sinnig zur Bewegung der Fahrzeugkarosserien 4 von der Spülflüssigkeit durchströmt ist.

Das sich im Arbeitsbehälter 13 sammelnde Permeat der Ultrafiltrationseinheit 10 wird zusätzlich einer Elektro dialysebehandlung unterzogen mit dem Ziel, die Säurekon zentration abzureichern und so den pH-Wert des Permeates und damit letztendlich der Lackflüssigkeit in vorbestimmten Grenzen zu halten. Hierzu ist eine Elektrodialysezelle 19 vorgesehen, welcher mit Hilfe einer Pumpe 20 das sich im Arbeitsbehälter 13 sammelnde Permeat der Ultrafiltrations einheit 10 zugeführt wird. Der innere Aufbau der Elektro dialysezelle 19 ist in der Zeichnung nur sehr schematisch dargestellt. Sie enthält mindestens eine ionenspezifische Austauschermembran 21 sowie auf gegenüberliegenden Seiten der Austauschermembran 21 angeordnet eine Kathode 22 und eine Anode 23, die an eine Dialysespannungsquelle 24 angeschlossen sind. Das der Elektrodialysezelle 19 durch die Pumpe 20 zugeführte Permeat durchfließt im Inneren der Elektrodialysezelle 19 einen Raum, der zumindest auf einer Seite von der Austauschermembran 21 begrenzt ist. Dem auf der gegenüberliegenden Seite der Austauschermembran 21 liegenden Raum der Elektrodialysezelle 19 wird über eine Leitung 15 voll entsalztes Wasser zugeführt. Dieses wird beim Durchgang durch die Elektrodialysezelle 19 in bekann ter Weise mit Anionen angereichert, die über die Austau schermembran 21 aus dem Permeat übergetreten sind.

Das so angereicherte Wasser wird über eine Leitung 26 der Abwasserzubereitung zugeführt. Das an Säure abgereicherte Permeat dagegen wird über eine weitere Leitung 27 wieder in den Arbeitsbehälter 13 eingebracht.

Die oben beschriebene Lackieranlage arbeitet wie folgt:
Die Fahrzeugkarosserien 4 werden in die im Lacktauch becken 1 befindliche Lackflüssigkeit eingetaucht und dort im elektrischen Feld zwischen ihnen und den Anoden 6 kataphoretisch beschichtet. Sie werden sodann aus dem Lacktauchbad 1 wieder ausgehoben und unter den Spritz düsen 2 der Spritzspülzone 2 hindurchgeführt, wobei anhaftende Lackflüssigkeit abgespült und im Auffangbe hälter 16 gesammelt wird. Die Fahrzeugkarosserie 4 wird dann weiter zum Spültauchbecken 3 befördert, dort einge taucht und so von noch verbliebener Lackflüssigkeit befreit. Nach dem Austritt aus dem Spültauchbecken 3 wird sie, wie schon eingangs erwähnt, der weiteren Bearbeitung zugeführt.

Der Austrag an Pigmenten aus der Lackflüssigkeit, die sich im Lacktauchbecken 1 befindet, wird durch Zugabe entsprechender Pigmente kompensiert.

Die in der Spülkaskade, welcher die Spritzspülzone 2 und das Spültauchbecken 3 umfaßt, verwendete Spülflüssigkeit wird in der Ultrafiltrationseinheit 10 gewonnen, durch die ständig mit Hilfe der Pumpe 9 Lackflüssigkeit umgewälzt wird. Das so erhaltene Permeat wird über die Leitung 12 dem Arbeitsbehälter 13 und von dort über die Pumpe 14 und die Leitung 15 dem Spültauchbecken 3 zugeführt.

Wie ebenfalls weiter oben schon erwähnt, stimmt die Ionenzusammensetzung des in den Arbeitsbehälter 13 ein gebrachten Permeats mit der Ionenzusammensetzung der Lackflüssigkeit innerhalb des Lacktauchbeckens 1 überein. Während der kataphoretischen Beschichtung der Fahrzeug karosserien 4 im Lacktauchbad 1 steigt der Säuregehalt in der Lackflüssigkeit und damit auch in dem die Ultra filtrationseinheit 10 verlassenden Permeat an. Wird ein vorgegebener Sollwert überstiegen, wird mit Hilfe der Pumpe 20 Permeat über die Elektroidialysezelle 19 umgewälzt. Dabei wird dem Permeat Säure entzogen, der pH-Wert also wieder in den zulässigen Bereich gebracht. Der Grad der Abreicherung kann sowohl durch die Betriebsdauer der Pumpe 20, also die Zeiten der Umwälzung durch die Elektrodialy sezelle 19, als auch durch die Ausgangsspannung der Dialysespannungsquelle 24 beeinflußt werden. Das Permeat, welches auf diese Weise in seiner Säurekonzentration reduziert wurde, gelangt über das Spültauchbecken 3 und die Spritzspülzone 2 wieder in das Lacktauchbecken 1 zurück, so daß sich auch dort die in der Elektrodialyse zelle 19 vorgenommene Säureabreicherung auswirkt.

Die Austauschermembranen 21, die sich in der Elektodialyse zelle 19 befinden, sind keinen Lackfestkörpern ausge setzt. Auch mechanische Beschädigungen der Austauscher membranen 21 innerhalb der Elektrodialysezelle 19 sind nicht zu befürchten.

Claims

1. Verfahren zur elektrophoretischen, insbesondere kataphoretischen, Tauchlackierung von Gegenständen, insbesondere von Fahrzeugkarosserien, bei dem

a) die Gegenstände in ein Lackflüssigkeit enthaltendes Lacktauchbecken eingetaucht und als Elektroden, insbesondere Kathoden, geschaltet im elektrischen Feld zu einer Gegenelektrode, insbesondere Anode, die ebenfalls in die Lackflüssigkeit eintaucht, mit Lack beschichtet werden;
b) die sich bei dem Beschichtungsvorgang bildende Säure durch einen Elektrodialysevorgang entfernt wird, sodass der Säuregehalt in der Lackflüssigkeit innerhalb eines zulässigen Bereiches bleibt,

dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodialysevorgang außerhalb des Lacktauchbeckens (1) mit einer Spannungs quelle (24) erfolgt, die unabhängig von der die elektro phoretische Lackabscheidung im Lacktauchbecken (1) bewir kenden Spannungsquelle (5) ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Teil der Lack flüssigkeit dem Lacktauchbecken entnommen und einer Ultrafiltration unterzogen wird, wobei das Retentat der Ultrafiltration direkt zum Lacktauchbecken zurückge führt wird, während das Permeat der Ultrafiltration zu nächst als Spülflüssigkeit für die beschichteten Gegenstände genutzt und sodann in das Lacktauchbecken zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodialyse am Permeat der Ultrafiltration durchge führt wird.

3. Anlage zur elektrophoretischen, insbesondere katapho retischen, Tauchlackierung von Gegenständen, insbeson dere von Fahrzeugkarosserien, mit

a) einem Lacktauchbecken, das mit einer Lackflüssigkeit angefüllt ist, in welche die Gegenstände eingetaucht werden;
b) einer Beschichtungsspannungsquelle, mit deren einem Pol, insbesondere Minuspol, die eingetauchten Gegen stände verbindbar sind und deren anderer Pol, insbe sondere Pluspol, mit mindestens einer in die im Lack tauchbecken befindliche Lackflüssigkeit eintauchenden Gegenelektrode, insbesondere Anode, verbunden ist;
c) einer Elektrodialyseeinrichtung, mit deren Hilfe die sich bei dem Beschichtungsvorgang bildende Säure aus der Lackflüssigkeit entfernt werden kann, sodass der Säuregehalt in der Lackflüssigkeit innerhalb eines zulässigen Bereichs bleibt,

dadurch gekennzeichnet, dass

a) die Elektrodialyseeinrichtung (1) außerhalb des Lacktauchbeckens (1) angeordnet ist, eine von der Beschichtungsstromquelle (5) unabhängige Dialysestrom quelle (24) und von der in das Lacktauchbecken (1) angeordneten Gegenelektrode, insbesondere Anode (6), unabhängige Elektroden (22, 23) aufweist.

4. Anlage nach Anspruch 3 mit einer Ultrafiltrationsein heit, der Lackflüssigkeit aus dem Lacktauchbecken zuge führt wird, deren Retentat direkt in das Lacktauchbecken zurückleitet wird, und mit mindestens einer Spüleinrich tung, welcher das Permeat der Ultrafiltraionseinheit als Spülflüssigkeit zugeführt wird, die nach dem Spülvorgang in das Lacktauchbecken zurückgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodialyseeinrichtung (14) an den Permeat-Strömungs weg (12, 13, 15) zwischen der Ultrafiltrationseinheit (10) und der Spüleinrichtung (2, 3) angeschlossen ist.