DE102012218495A1

DE102012218495A1 - Verfahren und Vorrichtung zur kathodischen Tauchlackierung

Info

Publication number: DE102012218495A1
Application number: DE201210218495
Authority: DE
Inventors: Heiko Witschorkäwitsch; Kai Paulusch
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2012-10-11
Filing date: 2012-10-11
Publication date: 2014-04-17

Abstract

Bei einem Verfahren zur kathodischen Tauchlackierung, bei dem – das Lackiergut, das die Kathode bildet, in ein einen kationischen Elektrotauchlack enthaltendes Elektrotauchbecken (1) getaucht wird, in das Anodenzellen (6) mit von dem Elektrotauchlack durch eine semipermeable Membran (8) getrennte Anoden (7) eingesetzt sind, wobei der in den Anodenzellen (6) gebildete Anolyt in einem Anolyt-System (9) geführt wird, aus dem zur Einstellung einer vorgegebenen Ionen-Konzentration ein Teil des Anolyt abgezogen und durch Wasser ersetzt wird, – das Lackiergut im Anschluss an das Elektrotauchbecken (1) in Tauchspülbecken (2 bis 5) getaucht wird und anschließend einer Schlussspülung mit Wasser unterzogen wird, und – eine Ultrafiltration durchgeführt wird, mit der Wasser aus dem Elektrotauchbecken (1) von niedrigmolekularen Bestandteilen abgetrennt wird, wobei das Ultrafiltrat zur Spülung des beschichteten Lackiergutes verwendet wird, wird das Wasser zur Einstellung der Ionen-Konzentration des Anolyt aus dem vom Anolyt-System (9) abgezogenen Anolyt gewonnen und dem Anolyt-System (9) im Kreislauf zugeführt wird, und/oder zumindest von einem Teil des Ultrafiltrats der Ultrafiltration Wasser abgetrennt und zur Schlussspülung verwendet wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anlage zur kathodischen Tauchlackierung (KTL) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 6.
Ein derartiges Verfahren bzw. eine derartige Anlage sind bekannt.
Bei der bekannten KTL-Anlage wird das mit dem Tauchlack beschichtete Lackiergut bei der Schlussspülung mit voll entsalztem VE-Wasser abgereinigt, um anhaftende Lackpartikel zu entfernen. Dazu muss das Spülmedium in einem festgelegten Parameterfenster hinsichtlich elektrischer Leitfähigkeit und Festkörperkonzentration gehalten werden, um den maximalen Reinigungseffekt zu erzielen. Das verbrauchte Spülmedium muss kontrolliert abgelassen werden. Dadurch fällt eine erhebliche Menge Abwasser an.
Um die Investitionskosten bei der Anlagenerrichtung zu reduzieren, wird nach dem Stand der Technik die Schlussspülung meistens durch Abspritzen des Lackiergutes mit einem Sprühkranz durchgeführt, mit dem beispielsweise Hohlräume nicht erreicht werden. Dadurch wird die Wirksamkeit der Schlussspülung erheblich beeinträchtigt.
Wenn sich der kationische Elektrotauchlack an dem Lackiergut, das die Kathode bildet, abscheidet, werden im Anolyt der Anodenzellen Anionen gebildet. Um die Konzentration der Anionen zu begrenzen, ist ein Anolytsystem mit einem Behälter vorgesehen, dem der Anolyt der Anodenzellen im Kreislauf zugeführt wird, wobei ein Teil des Anolyt abgelassen und durch VE-Wasser ersetzt wird. Dadurch fällt eine weitere erhebliche Menge an Abwasser an.
Der Ersatz von Anolyt durch VE-Wasser in dem Behälter des Anolytsystems erfolgt im Allgemeinen in Abhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit des Anolyt. Das heißt, wenn ein vorgegebener Grenzwert der elektrischen Leitfähigkeit erreicht wird, wird Anolyt aus dem Behälter abgelassen und durch VE-Wasser ersetzt. Damit wird die Ionen-Konzentration des Anolyt in den Anolyt-Zellen taktweise geändert, wodurch die Stabilität der Abscheidung des kationischen Tauchlacks auf dem Lackiergut beeinträchtigt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Abwassermenge einer KTL-Anlage deutlich zu reduzieren und zugleich die Qualität der KTL-Beschichtung zu verbessern.
Dies wird erfindungsgemäß durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren und die im Anspruch 6 gekennzeichnete Anlage erreicht. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Anlage wiedergegeben.
Nach der Erfindung sind im Wesentlichen zwei Maßnahmen vorgesehen, die entweder einzeln oder in Kombination angewendet werden können.
Nach der einen Maßnahme wird das Wasser zur Einstellung der Ionen-Konzentration des Anolyt aus dem Anolyt gewonnen, der aus dem Anolyt-System abgezogenen wird, wobei das so gewonnene Wasser dem Anolyt-System zur Einstellung der vorgegebenen Ionen-Konzentration wieder zugeführt wird.
Das heißt, an den Behälter in dem Anolyt-System, in dem der Anolyt auf eine vorgegebene Ionen-Konzentration eingestellt wird, ist eine Leitung angeschlossen, mit der Anolyt aus dem Behälter abgezogen wird, wobei der abgezogene Anolyt einer Einrichtung zur Abtrennung von Wasser aus dem Anolyt zugeführt wird. Das abgetrennte Wasser wird dem Behälter dann über eine Wasserzufuhrleitung wieder zugeführt.
Dadurch kann die durch das Anolyt-System anfallende Wassermenge deutlich reduziert werden. Zugleich läuft dieser Ersatz von Anolyt durch Wasser in den Behälter des Anolyt-Systems kontinuierlich ab. Im Gegensatz zum taktweisen Ersatz von Anolyt durch Wasser nach dem Stand der Technik wird damit die Prozessstabilität wesentlich verbessert.
Nach der zweiten Maßnahme wird zumindest von einem Teil des Ultrafiltrats der Ultrafiltrationsanlage, mit der niedrigmolekulare oder kurzkettige Bestandteile aus dem Elektrotauchlack abgetrennt werden, das Wasser abgetrennt und zur Schlussspülung verwendet.
Dabei wird ein Wasser der Qualität von VE-Wasser erzeugt, welches der Schlussspülung zugeführt wird. Das bei der Schlussspülung anfallende Wasser wird dann vorzugsweise dem der Schlussspülung vorgeschalteten Tauchspülbecken zugeführt.
Dadurch kann die Abwassermenge ebenfalls drastisch verringert werden.
Dazu muss allerdings die Leistung der Ultrafiltrationsanlage einer herkömmlichen KTL-Anlage erhöht werden, um die aus dem Elektrotauchbecken ausgeschleuste Flüssigkeitsmenge zusätzlich an die Ultrafiltratmenge anzupassen, aus der das Wasser zur Schlussspülung abgetrennt wird.
Das Retenat, also Auf-Konzentrat, das bei der Abtrennung des Wassers aus dem Ultrafiltrat entsteht, wird vorzugsweise demjenigen Tauchspülbecken zugeführt, an das sich die Einrichtung zur Schlussspülung anschließt, welche, wie erwähnt, vorzugsweise ebenfalls durch ein Tauchspülbecken gebildet wird.
Die Abtrennung des Wassers aus dem Anolyt und/oder dem Ultrafiltrat erfolgt vorzugsweise durch Umkehrosmose. Es sind jedoch auch andere Verfahren zur Abtrennung des Wassers aus dem Anolyt und/oder dem Ultrafiltrat einsetzbar, beispielsweise die Destillation des Anolyt bzw. Ultrafiltrats oder der Einsatz eines Ionenaustauschers in Kombination mit einem Absorptionsmittel für niedrigmolekulare nichtionische Bestandteile in dem Anolyt bzw. Ultrafiltrat.
Das Retenat oder Auf-Konzentrat, das bei der Abtrennung des Wassers durch Umkehrosmose oder ein anderes Abtrennverfahren gebildet wird, wird vorzugsweise einem Arbeitsbehälter zugeführt, der in der Leitung vorgesehen ist, die den Behälter des Anolyt-Systems mit der Anlage zur Abtrennung des Wassers, also insbesondere der Umkehrosmoseanlage, verbindet.
Nachstehend ist die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnung erläutert, deren einzige Figur eine schematische Darstellung einer Elektrotauchanlage zeigt.
Danach weist die Elektrotauchanlage ein Elektrotauchbecken 1, eine Rezirkulat-Spritzspülung 2, zwei Rezirkulat-Tauchspülbecken 3, 4 und ein viertes VE-Wasser-Tauchspülbecken 5 zur Schlussspülung auf.
Das Elektrotauchbecken 1 enthält den kationischen Elektrotauchlack, der ein kationisches Bindemittel zum Beispiel auf Epoxidharzbasis enthält. Der Festkörpergehalt des Elektrotauchlacks kann zum Beispiel 15 bis 24 Gewichtsprozent betragen. Im Übrigen besteht der Lack im Wesentlichen aus VE-Wasser.
Das nicht dargestellte Lackiergut, das die Kathode bildet, wird in den Elektrotauchlack in dem Elektrotauchbecken 1 getaucht. Ferner sind in das Elektrotauchbecken 1 Anodenzellen 6 eingesetzt, deren zum Beispiel durch ein Blech gebildete Anoden 7 in einer Box mit einer Wandung aus einer semipermeablen Membran 8 von dem Elektrotauchlack getrennt sind.
Da sich beim Lackiervorgang durch Anlegen der Gleichspannung in dem Anolyt der Anodenzellen 6 innerhalb der Membran 8 Anionen anreichern, ist ein Anolyt-System 9 vorgesehen, mit dem der Anolyt in den Anodenzellen 6 über die Leitung 10 entsprechend dem Pfeil 11 einem Behälter 12 zugeführt wird.
Aus dem Behälter 12 wird ein Teil des Anolyt über die Leitung 13 abgezogen, der durch Wasser, das über die Leitung 14 dem Behälter 12 zugeführt wird, ersetzt wird.
Dadurch wird in dem Behälter 12 ein Anolyt mit einer vorgegebenen, herabgesetzten Ionen-Konzentration erhalten. Der so auf die vorgegebene Ionen-Konzentration in dem Behälter 12 eingestellte Anolyt wird durch die Leitung 15 entsprechend dem Pfeil 16 den Anodenzellen 6 zugeführt, die mit einer Pumpe 17 mit nachgeschaltetem Filter 18 versehen ist.
Die Leitung 13, in der eine Pumpe 19 mit vorgeschaltetem Filter 20 angeordnet ist, ist an einen Arbeitsbehälter 21 angeschlossen, der seinerseits mit einer mit einer Pumpe 22 versehenen Leitung 23 an eine Umkehrosmoseanlage 24 angeschlossen ist.
Das mit der Umkehrosmoseanlage 24 abgetrennte Wasser von VE-Qualität wird über die Wasserzufuhrleitung 14 dem Behälter 12 zur Einstellung der Ionen-Konzentration des Anolyt zugeführt.
Das bei der Umkehrosmose gebildete Retenat kann von der Umkehrosmoseanlage 24 über die Leitung 25 zu dem Arbeitsbehälter 21 zurückgeführt werden oder über eine Zirkulationsleitung im Kreislauf gefahren werden. Jedoch muss im zweiten Fall ein Teilstrom abgeführt werden.
Zur Lackumwälzung in dem Elektrotauchbecken 1 sind die Kreisläufe 26 bis 29 vorgesehen, welche, wie anhand des Kreislaufs 27 beschrieben, durch eine an das Elektrotauchbecken 1 angeschlossene Leitung 30 mit Filtern 31 und 32 und einer Pumpe 33 gebildet werden, durch die dem Elektrotauchlack Strömungsdüsen 34 in dem Elektrotauchbecken 1 zugeführt wird.
Zudem ist an dem Elektrotauchbecken 1 über eine mit einer Pumpe 35 versehene Leitung 36 eine Ultrafiltrationsanlage 37 angeschlossen. In der Leitung 36 sind Filter 40, 41 vorgesehen, mit denen Fremdkörper/Verunreinigungen aus dem Lack abgetrennt werden. Mit der Ultrafiltrationsanlage 37 werden die niedrigmolekularen Bestandteile des Lacks abgetrennt.
Das Ultrafiltrat der Ultrafiltrationsanlage 37 wird über die Leitung 42 einem Pufferbehälter 43 zugeführt, an dem die mit einer Pumpe 45 versehene Leitung 44 angeschlossen ist, mit der ein Teil des Ultrafiltrats dem Tauchspülbecken 4 zugeführt wird.
Ein weiterer Teil des Ultrafiltrats aus dem Pufferbehälter 43 wird über eine mit einer Pumpe 48 versehene Leitung 47, die an die Leitung 44 angeschlossen ist, einer Umkehrosmoseanlage 49 zugeführt.
Das mit der Umkehrosmoseanlage 49 gebildete Wasser von VE-Qualität wird über eine Leitung 51 dem Sprühkranz 52 des Tauchspülbeckens 5 zur Schlussspülung zugeführt, und das Retenat der Umkehrosmoseanlage 49 dem Tauchspülbecken 4 über die Leitung 50.
Die Tauchspülbecken 2 bis 5 sind jeweils mit einem Umwälzkreislauf 53 bis 56 versehen, an die jeweils eine Leitung 57 bis 60 angeschlossen ist, mit der das Spülmedium aus dem Tauchspülbecken 5, 4, 3, 2 dem jeweils vorgeordneten Tauchspülbecken 4, 3, 2 bzw. dem Elektrotauchbecken 1 kaskadenartig zugeführt wird.
Das in der Zeichnung dargestellte Tauchspülbecken 3 kann im Übrigen auch weggelassen werden.
Es ist ersichtlich, dass mit der dargestellten KTL-Anlage der Wasserbedarf und damit auch die anfallende Abwassermenge auf das Minimum reduziert werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anlage sind insbesondere zum Lackieren von Fahrzeugkarosserien bestimmt. Jedoch können mit einer solchen Durchlaufanlage auch andere Lackiergüter mit einer KTL-Beschichtung versehen werden.

Claims

Verfahren zur kathodischen Tauchlackierung, bei dem – das Lackiergut, das die Kathode bildet, in ein einen kationischen Elektrotauchlack enthaltendes Elektrotauchbecken (1) getaucht wird, in das Anodenzellen (6) mit von dem Elektrotauchlack durch eine semipermeable Membran (8) getrennte Anoden (7) eingesetzt sind, wobei der in den Anodenzellen (6) gebildete Anolyt in einem Anolyt-System (9) geführt wird, aus dem zur Einstellung einer vorgegebenen Ionen-Konzentration ein Teil des Anolyt abgezogen und durch Wasser ersetzt wird, – das Lackiergut im Anschluss an das Elektrotauchbecken (1) in Tauchspülbecken (2 bis 5) getaucht wird und anschließend einer Schlussspülung mit Wasser unterzogen wird, und – eine Ultrafiltration durchgeführt wird, mit der Wasser, niedrigmolekulare Bestandteile und Säuren aus dem Elektrotauchbecken (1) abgetrennt werden, wobei das Ultrafiltrat zur Spülung des beschichteten Lackiergutes verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser zur Einstellung der Ionen-Konzentration des Anolyt aus dem vom Anolyt-System (9) abgezogenen Anolyt gewonnen und dem Anolyt-System (9) im Kreislauf zugeführt wird, und/oder zumindest von einem Teil des Ultrafiltrats der Ultrafiltration Wasser abgetrennt und zur Schlussspülung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das bei der Schlussspülung anfallende Abwasser einem vorgeschaltetem Tauchspülbecken (3 oder 4) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Gewinnung des Wassers zur Einstellung der Ionen-Konzentration des Anolyt aus einem Teil des im Anolyt-System (9) im Kreislauf geführten Anolyt und/oder zur Abtrennung des Wassers von einem Teil des Ultrafiltrats der Ultrafiltration eine Umkehrosmose durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Einstellung der Ionen-Konzentration des Anolyt aus einem Teil des im Anolyt-System (9) im Kreislauf geführten Anolyt gewonnene Wasser dem Anolyt-System (9) in einem weiteren Kreislauf wieder zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das bei der Umkehrosmose gebildete Retenat dem weiteren Kreislauf stromaufwärts der Umkehrosmose zugeführt wird.
Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche mit – einem Elektrotauchbecken (1), das einen kationischen Tauchlack enthält, in den das Lackiergut, das die Kathode bildet, getaucht wird und in das von dem Elektrotauchlack durch eine semipermeable Membran (8) getrennte Anodenzellen (6) eingesetzt sind, – ein Anolyt-System (9) mit einem Behälter (12), wobei zur Einstellung einer vorgegebenen Ionenkonzentration des Anolyt in dem Behälter (12) über eine Abfuhrleitung (13) aus dem Behälter (12) Anolyt abgezogen wird, der durch Wasser aus einer Wasserzufuhrleitung (14) ersetzt wird, – Tauchspülbecken (3 bis 4) im Anschluss an das Elektrotauchbecken (1), – eine Einrichtung zur Schlussspülung des mit dem Elektrotauchlack beschichteten Lackiergutes mit Wasser, und – eine Ultrafiltrationsanlage (37), mit der Wasser, niedrigmolekulare Bestandteile und Säuren aus dem Elektrotauchbecken (1) als Ultrafiltrat abgetrennt werden und über eine Leitung (44) dem Tauchspülbecken (4) zugeführt werden, an das sich die Einrichtung zur Schlussspülung anschließt, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfuhrleitung (13), mit der Anolyt aus dem Behälter (12) abgezogen wird, an eine Einrichtung zur Abtrennung von Wasser aus dem Anolyt angeschlossen ist, wobei das abgetrennte Wasser über die Wasserzufuhrleitung (14) dem Behälter (12) zugeführt wird, und/oder an die Leitung (44), mit der das Ultrafiltrat dem Tauchspülbecken (4) zugeführt wird, eine Leitung (47) angeschlossen ist, mit der ein Teil des Ultrafiltrats einer Einrichtung zur Abtrennung von Wasser aus dem Ultrafiltrat zugeführt wird, an die eine Leitung (51) angeschlossen ist, mit der das abgetrennte Wasser der Einrichtung zur Schlussspülung zugeführt wird.
Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Abtrennung des Wassers aus dem Anolyt und/oder zur Abtrennung des Wassers aus dem Ultrafiltrat durch eine Umkehrosmoseanlage (24, 49) gebildet wird.
Anlage nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (13) zur Anolyt-Abfuhr aus dem Behälter (12), in dem der Anolyt auf eine vorgegebene Konzentration eingestellt wird, über einen Arbeitsbehälter (21) an die Umkehrosmoseanlage (24) angeschlossen ist, welche zur Zufuhr des mit der Umkehrosmoseanlage (24) gebildete Retenat an den Arbeitsbehälter (21) über eine Leitung (25) angeschlossen ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Schlussspülung durch ein Tauchspülbecken (5) gebildet wird.
Anlage nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Leitung (50), mit der das mit der Umkehrosmoseanlage (49) gebildete Retenat dem Tauchspülbecken (4) zugeführt wird, an das sich die Einrichtung zur Schlussspülung anschließt.