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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse eines Beschichtungsprozesses an einem Gegenstand nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Das elektrophoretische Tauchlackieren ist ein übliches Verfahren zum Beschichten metallischer Gegenstände, welches insbesondere in der Kraftwagenindustrie Anwendung findet. Eine zu lackierende Kraftwagenkarosserie wird hierbei in ein Tauchbecken mit einem Elektrolyten abgesenkt und eine elektrische Spannung zwischen die Karosserie und wenigstens eine ebenfalls im Tauchbecken angeordnete Gegenelektrode angelegt. Zwischen der Gegenelektrode und der Karosserie bildet sich ein entsprechendes elektrisches Feld aus. Die Lackpartikel werden aufgrund eines pH-Wert-Sprungs an der Oberfläche der Karosserie koaguliert; dies führt zu der gewünschten Beschichtung.
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Die Flächenstromdichte auf der zu beschichtenden Oberfläche ist dabei abhängig von der Schichtdicke der bereits abgeschiedenen Beschichtung. Aus der bekannten Oberfläche des beschichteten Gegenstandes, dem pH-Wert und der Temperatur des Tauchbades und dem zwischen Karosserie und Gegenelektrode fließenden Strom kann daher ein Maß für den Beschichtungsfortschritt gewonnen werden. Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der
DE 10 2004 003 456 A1 bekannt.
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Nachteilig hierbei ist, dass durch die unmittelbare Messung des Stromflusses zwischen Karosserie und Gegenelektrode lediglich das Integral der Flächenstromdichte über die gesamte Karosserie bestimmt werden kann. Lokale Effekte, wie sie beispielsweise durch die lokale Depletion an Ladungsträgern im Tauchbad, der Oberflächenzugänglichkeit des zu beschichtenden Gegenstandes, der lokalen Oberflächenkrümmung oder dergleichen entstehen können, werden durch ein derartiges Verfahren nicht erfasst. Lokale Differenzen in der Schichtdicke der bereits abgeschiedenen Beschichtung werden daher nicht erfasst, so dass gegebenenfalls lokal unzureichende Beschichtungsergebnisse erzielt werden. Weiterhin reichen die mit Hilfe eines solchen integralen Ansatzes gemessenen Werte nicht aus, um den Beschichtungsprozess analysieren und charakterisieren zu können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 bereitzustellen, welches detaillierte Informationen über den lokalen Verlauf des Beschichtungsvorgangs zu liefern vermag.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Bei einem derartigen Verfahren zur Analyse des Beschichtungsprozesses an einem Gegenstand durch elektrophoretische Tauchlackierung wird eine durch den Beschichtungsprozess erreichte Schichtdicke ermittelt; weiterhin wird während des Beschichtungsprozesses wenigstens eine Stromdichte gemessen. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die wenigstens eine Stromdichte mittels wenigstens einer im lokalen Nahbereich eines vorgegebenen Oberflächenbereichs des Gegenstandes angeordneten Messelektrode bestimmt wird. Dies kann zusätzlich oder alternativ zur Bestimmung des Gesamtstromflusses erfolgen. Durch die Anordnung der Messelektrode im Nahbereich einer Teiloberfläche des zu beschichtenden Gegenstandes wird an der Messelektrode lediglich der Stromfluss registriert, der diesen Oberflächenbereich des Gegenstandes betrifft. Hierdurch können räumlich aufgelöste Informationen über die Flächenstromdichte über die Oberfläche des zu beschichtenden Gegenstands und damit über den lokal variierenden Beschichtungsfortschritt erhalten werden. Auf diese Weise kann ermittelt werden, in welchen Bereichen der Karosserie ein besonders langsamer bzw. ein besonders schneller Beschichtungsfortschritt erfolgt. Insbesondere ist es so möglich, Einflüsse lokal unterschiedlicher Materialien, lokal unterschiedlicher Geometrien des zu beschichtenden Gegenstandes oder dergleichen als Funktion der Prozessparameter des Beschichtungsprozesses zu erfassen, was eine detaillierte Analyse und Charakterisierung des Beschichtungsprozesses ermöglicht. Die auf diese Weise gewonnenen Messdaten können beispielsweise verwendet werden, um Einflüsse unterschiedlicher Prozessparameter (z. B. der Zusammensetzung der KTL-Werkstoffe, der Geometrie des KTL-Bades, des Eintauchprozesses etc.) systematisch zu untersuchen, den Status Quo einer vorgegebenen Beschichtungsanlage zu dokumentieren, unterschiedliche Beschichtungsanlagen und -prozesse zu vergleichen und eine Vereinheitlichung dieser Anlagen bzw. Prozesse voranzutreiben. Derart erfasste Daten können zudem zur Verfeinerung von Simulationsmodellen für den Beschichtungsverlauf herangezogen werden. Aufgrund der Messdaten können bestehende Annahmen und Theorien zum Verhalten dieser Anlagen bestätigt bzw. widerlegt werden und somit ein besseres Verständnis des Beschichtungsprozesses erreicht werden.
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Vorzugsweise ist die wenigstens eine Messelektrode von dem Gegenstand um einen vorgegebenen Abstand beabstandet. Durch die Kenntnis des Abstandes zwischen Messelektrode und Karosserie kann die Flächenstromdichte im benachbarten Karosseriebereich besonders zuverlässig ermittelt werden.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Mehrzahl von Messelektroden im jeweiligen Nahbereich einer Mehrzahl von Oberflächenbereichen angeordnet. Hierdurch kann eine besonders detaillierte Aussage über den Verlauf der Flächenstromdichte über die gesamte Karosserie hinweg gewonnen werden. Es ist dabei besonders zweckmäßig, solche Elektroden in Problembereichen anzuordnen, so beispielsweise in Bereichen, die aus Materialien bestehen, die besonders schwer beschichtbar sind, oder aber in Bereichen, die bezüglich des Tauchbades besonders strömungsungünstig sind, so dass dort keine nennenswerte Agitation des Tauchbades stattfindet, woraus eine lokale Depletion der Flüssigkeit des Tauchbades an Ladungsträgern resultieren kann.
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Zur Bestimmung der Flächenstromdichte an der Karosserie bzw. weiterer interessierender elektrochemischer Parameter kann ein Stromfluss oder auch ein Potential zwischen der wenigstens einen Messelektrode und dem Gegenstand gemessen werden. Neben der Bestimmung derartiger, unmittelbar den Verlauf des Beschichtungsprozesses repräsentierender Parameter ist es zudem möglich, am Ort der Messelektrode mittels weiterer Sensoren zusätzliche relevante Parameter zu bestimmen. Hierbei kann beispielsweise eine Temperaturmessung oder eine Messung des lokalen pH-Wertes, der lokalen Leitfähigkeit oder dergleichen erfolgen.
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Im Folgenden wird die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt hierbei eine schematische Darstellung einer Kraftwagenkarosserie während der Durchführung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Zum Lackieren einer Kraftwagenkarosserie 10 wird diese in einem Lackierbad 12 untergetaucht und über zumindest einen Anschluss 14 auf ein Referenzpotential gebracht. Durch eine in der Figur nicht dargestellte Gegenelektrode wird ein elektrisches Feld zwischen der Karosserie 10 und der Gegenelektrode aufgebaut. Dieses Feld bewirkt einen Sprung des pH-Werts an der Oberfläche der Karosserie, welcher zu einer Koagulation der im Lackierbad 12 enthaltenen Lackpartikel an der Karosserieoberfläche führt. Der dabei fließende Strom hängt ab von diversen Parametern des Lackierbades 12 und des Beschichtungsprozesses und ist insbesondere ein Maß für die bisher auf der Karosserie abgeschiedene Beschichtung. Um auch lokale Informationen über die bereits abgeschiedene Schichtdicke und lokale Prozessparameter erhalten zu können, sind an mehreren Messstellen 16, 18 Messelektroden 20, 22 vorgesehen. Die Elektroden 20, 22 sind über jeweilige Leitungen 24 mit einer Messeinrichtung 26 verbunden, die ebenfalls über eine Leitung 28 mit dem Bezugspotential gekoppelt ist.
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Die Messelektroden 20, 22 befinden sich in unmittelbarer Nähe der Karosserie 10, berühren diese jedoch nicht. Die Elektroden 20 dienen dabei der Potentialmessung. Im Messgerät 26 wird also die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden 20 und der Karosserie 10 bestmmt. Die Elektroden 22 dienen der Strommessung, so dass Informationen über den lokalen Stromfluss von den Elektroden 22 zur Karosserie 10 erhalten werden. Aus der Größe der Elektroden 22 und deren Abstand zur Karosserie 10 kann damit die Flächenstromdichte an der Karosserie 10 an den Messstellen 16, 18 lokal bestimmt werden. Auf den Elektroden 22 wächst während des Beschichtungsprozesses aufgrund der dort fließenden Ströme eine Lackschicht auf, deren Schichtdicke nach Abschluss des Beschichtungsprozesses (und nach einer anschließenden Trocknung) direkt gemessen werden kann. An den zur Potentialmessung verwendeten Elektroden 20 entsteht nur eine vernachlässigbare Beschichtung, da dort keine Ströme fließen.
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Die Messelektroden 20, 22 werden – wie in 1 gezeigt – in ausgewählten Bereichen der Karosserieoberfläche angebracht; weiterhin können Messelektroden 20, 22 in ausgewählten Bereichen im Karosserieinnenraum, beispielsweise im Innenraum von Hohlträgern, positioniert werden. Auf diese Weise können Informationen über den lokalen Beschichtungsfortschritt an beliebig vielen Stellen der Karosserie gesammelt werden. Einflüsse auf den Beschichtungsvorgang, wie die beispielsweise von unterschiedlichen Karosseriematerialien, von der lokalen Geometrie der Karosserie 10 sowie von lokalen Gegebenheiten des Tauchlackierbads 12 ausgeübt werden können, können so messtechnisch erfasst werden, um ein besonders zuverlässiges Bild über den Lackierungsfortschritt und den Einfluss von Prozessparametern (z. B. Schaltpunkten, angelegter Spannung, Eintauchverhalten etc.) zu erhalten. Über weitere Leitungen 30 können zudem zusätzliche Sensoren mit der Messeinrichtung 26 verbunden werden.
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Beispielsweise kann so eine Temperatur, ein pH-Wert, eine Leitfähigkeit oder dergleichen des Tauchlackierbades 12 erfasst werden. Es kann insbesondere auch zweckmäßig sein, die letztgenannten Informationen ebenfalls lokal aufgelöst an unterschiedlichen Messstellen 16, 18 zu erheben, um so ein besonders detailliertes Bild des Lackierungsfortschrittes zu erhalten.
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Das beschriebene Verfahren ermöglicht es, einen Beschichtungsprozess an einer Karosserie zeit- und ortsaufgelöst im Detail zu analysieren und zu charakterisieren. Auf Basis der auf diese Weise erzeugten Messwerte können die Einflüsse von Prozessparametern (Lackzusammensetzung, Badgeometrie, angelegte Spannung etc.) analysiert und unterschiedliche Prozessabläufe/Lackieranlagen miteinander verglichen werden. Durch regelmäßige Wiederholung eines solchen Messlaufs an einer vorgegebenen Anlage kann – durch die erfindungsgemäße Messung der lokalen Strom- und Spannungswerte und der lokalen Schichtdicken als Funktion der Zeit – die Einhaltung vorgegebener Systemparameter überprüft und der ordnungsgemäße Betrieb der Anlage sichergestellt werden. Weiterhin kann das Verfahren im Testlaufbetrieb verwendet werden, um dort besonders genaue Daten über den Lackierprozess zu gewinnen, die später zur Verfeinerung mathematischer Simulationsmodelle der Lackierung dienen können. Insgesamt ermöglicht das beschriebene Verfahren, eine kathodische Tauchlackierung mit besonders hoher Qualität und zeitaufgelöster Kontrolle des Lackierfortschrittes zu betreiben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004003456 A1 [0003]
