DE102013224748B4

DE102013224748B4 - Verfahren zur Ermittlung der maximalen Abscheidespannung oder Abscheidestromstärke bei einem Elektrotauchlackierverfahren

Info

Publication number: DE102013224748B4
Application number: DE102013224748.6A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Dikmann; Rolf Schulte
Original assignee: BASF Coatings GmbH
Current assignee: BASF Coatings GmbH
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2033-12-04
Also published as: DE102013224748A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der maximalen Abscheidespannung oder Abscheidestromstärke, die bei einem Elektrotauchlackierverfahren eine von Pieken freie Beschichtung liefern, wobei die Abscheidespannung und Abscheidestromstärke gemessen werden. Die Kennlinien für Ist-Spannung und Ist-Strom werden gemessen und der Gradient der jeweiligen Kennlinien wird bestimmt. Innerhalb einer Konstant-U-Phase wird die Abscheidespannung gesenkt, wenn der Gradient der Ist-Strom-Kennlinie in einem Beschichtungsintervall von 2 bis 30 Sekunden einen Vorzeichenwechsel und eine Betragsänderung größer einem Schwellenwert τ aufweist, oder es wird die Abscheidespannung erhöht, wenn der Gradient der Ist-Strom-Kennlinie in einem Beschichtungsintervall von 2 bis 30 Sekunden keinen Vorzeichenwechsel und keine Betragsänderung größer einem Schwellenwert τ aufweist. Oder es wird innerhalb einer Konstant-I-Phase die Abscheidestromstärke gesenkt, wenn der Gradient der Ist-Spannung-Kennlinie in einem Beschichtungsintervall von 2 bis 30 Sekunden einen Vorzeichenwechsel und eine Betragsänderung größer einem Schwellenwert τ aufweist, oder die Abscheidestromstärke wird erhöht, wenn der Gradient der Ist-Spannung-Kennlinie in einem Beschichtungsintervall von 2 bis 30 Sekunden keinen Vorzeichenwechsel und keine Betragsänderung größer einem Schwellenwert τ aufweist, und wobei diese Schritte solange durchgeführt werden, bis es einmal zu einer Senkung der Abscheidespannung oder Abscheidestromstärke gekommen ist und im folgenden Beschichtungsintervall von 2 bis 30 Sekunden beim Gradienten keine Vorzeichenwechsel und keine Betragsänderung größer einem Schwellenwert τ mehr auftreten,

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der maximalen Abscheidespannung oder Abscheidestromstärke, die bei einem Elektrotauchlackierverfahren eine von Lackstörungen freie Elektrotauchlackierung liefern.
Stand der Technik
Die Elektrotauchlackierung (ETL) ist ein Verfahren zur Applikation wasserverdünnbarer Lacke (Elektrotauchlacke) auf elektrisch leitfähigen Substraten. Das elektrisch leitfähige Substrat, auch Werkstück genannt, wird in ein Lackbad eingetaucht, zwischen dem Werkstück und einer Gegenelektrode wird ein elektrisches Gleichspannungsfeld angelegt, der ionisierte Lack entlädt sich und koaguliert dabei auf dem Werkstück, wodurch die Beschichtung des Werkstückes aufgebaut wird. Der abgeschiedene Nassfilm hat häufig einen Festkörpergehalt von 80–90 % und ist nicht mehr wasserverdünnbar, so dass die anhaftende Badflüssigkeit mit Wasser abgewaschen werden kann. Er wird durch Einbrennen gehärtet.
Unter dem Einfluss des elektrischen Feldes laufen einige Vorgänge nacheinander und nebeneinander ab: Elektrophorese, Elektrolyse und Elektroosmose (Elektrokoagulation). An dem Werkstück, das in Abhängigkeit von der Badzusammensetzung als Anode oder Kathode geschaltet ist, scheidet sich dann der Nassfilm ab. Der abgeschiedene Film hat eine geringe elektrische Leitfähigkeit, also hohen elektrischen Widerstand. Dadurch wird im Laufe der Abscheidung seine Schichtdicke in Abhängigkeit zur angelegten Spannung begrenzt. Das elektrische Feld verschiebt sich zu Stellen geringeren Widerstandes, so dass mit dem Verfahren der Elektrotauchlackierung normalerweise auch eine Beschichtung von zunächst elektrisch abgeschirmten Bereichen in Ecken und Hohlräumen möglich ist. Dieses Phänomen wird auch als Umgriff oder Umgriffverhalten bezeichnet.
Ist das Werkstück als Anode geschaltet, spricht man von anodischer Elektrotauchlackierung (ATL), ist es als Kathode geschaltet, von kathodischer Elektrotauchlackierung (KTL). Sowohl bei der anodischen als auch der kathodischen Elektrotauchlackierung ist für das Ergebnis der Lackierung wichtig, wie der Prozess der Elektrotauchlackierung durchgeführt wird. Das heißt, dass die Güte und Qualität der resultierenden Lackierung stark davon abhängt, wie der Stromfluss während des elektrophoretischen Beschichtungsprozess geregelt wird. Standardmäßig wird dabei ein Konstant-U-Modus verwendet, wie es zum Beispiel in EP 0 255 268 A2 beschrieben wird. Bei einem Konstant-U-Verfahren wird mit einer festen Beschichtungsspannung bis zur gewünschten Schichtdicke beschichtet. Aufgrund der zunächst hohen Leitfähigkeit können starke Ströme fließen, die in einem Anfangsbereich der Beschichtung vorwiegend durch eine lineare, nichtlineare, rampenförmige oder stufenweise Erhöhung der Spannung bis zur gewünschten Beschichtungsspannung reguliert werden können.
Um ein optimales Verhältnis zwischen Außen- und Innenschichtdicke (Umgriff) bei einem Konstant-U-Verfahren zu erreichen, sollte möglichst mit maximalen Applikationsspannungen gearbeitet werden, da sich der Umgriff mit Erhöhung der Spannung verbessert. Dies ist aber in vielen Fällen nicht möglich, da bei zu hohen Spannungen, gerade am Anfang der Beschichtung, ETL-typische Lackstörungen (z. B. lokale Spannungsdurchbrüche, die meist als kleine Pieken (pinholes) sichtbar sind) auftreten können. Ab einer kritischen Abscheidespannung U_c treten in Abhängigkeit von verschieden Faktoren, wie der Beschichtungsanordnung, dem Material des Werkstückes oder dem Beschichtungsmittel, die Beschichtungsstörungen auf. Um die optimale Abscheidespannung herauszufinden, müssen Testreihen durchgeführt werden. Diese Testreihen werden manuell durchgeführt, indem ein Werkstück mit einem entsprechenden Spannungsprogramm (Abscheideprogramm) mit anschließender Aushärtung der Beschichtung beschichtet wird. An der resultierenden Beschichtung kann dann festgestellt werden, ob bei den gewählten Abscheideparametern für das untersuchte Beschichtungssystem Beschichtungsstörungen auftreten. Durch Veränderung der Abscheideparameter, wie Senken der Abscheidespannung, kann das Ergebnis bezüglich der Beschichtungsstörungen optimiert werden, jedoch ist dieses Verfahren aufwändig hinsichtlich Zeit, Material und Personal. Außerdem werden bei diesem Verfahren nicht alle Pieken erkannt, da die kleinen Oberflächenstörungen während des Einbrennens teilweise verlaufen und eine optische Identifizierung erschweren. Es treten daher gegebenenfalls Beschichtungsmängel auf, obwohl das beschichtete Werkstück einwandfrei aussieht. Zudem ist möglicherweise, z.B. durch einen Kompromiss aus Anzahl der Oberflächenstörungen (Beschichtungsspannung minimal) und Umgriffverhalten (Beschichtungsspannung maximal), die resultierende Schichtdickenverteilung nicht optimal.
Dieselben Probleme treten bei einem Konstant-I-Verfahren auf. In der DE 10 2006 044 050 A1 wird beispielsweise ein Verfahren zur Beschichtung von Werkstücken offenbart, bei dem die Beschichtungsstromdichte während nahezu der gesamten Beschichtungszeit konstant gehalten wird. Dadurch dass die Beschichtungsstromdichte während der Beschichtungsdauer konstant gehalten wird, ist die Spannung anfangs gering und erhöht sich im Laufe der Beschichtung. Durch eine unpassende Wahl der Abscheidestromstärke können ebenfalls Beschichtungsstörungen, wie lokale massive Überbeschichtungen (Abriss) oder Pieken, auftreten, indem die Abscheidestromstärke generell zu hoch gewählt worden ist oder im Laufe des Verfahrens zu hohe Spannungen auftreten. Somit müssen auch für ein Konstant-I-Verfahren bzw. für jedes Verfahren zur Elektrotauchlackierbeschichtung die optimalen Abscheideparameter für ein Beschichtungssystem durch eine Testreihe bestimmt werden.
Durch eine entsprechende Optimierung ist es bei der industriellen Elektrotauchlackierung das Ziel, ein optimales Verhältnis der Lackschichtdicke zwischen Außenflächen und innen liegenden Flächen zu erreichen (optimales Umgriffverhalten), um den Lackverbrauch zu minimieren. Diese Schichtdickenwerte sind in der Regel spezifiziert und sollten aus Qualitätsgründen nicht unterschritten werden sowie aus ökologischen Gründen nicht überschritten werden. Idealerweise sollten hierfür maximale Applikationsspannungen bei minimalen Badtemperaturen eingestellt werden. Leider wird dieses optimale Verhältnis insbesondere bei galvanisierten Substraten selten erreicht, ohne dass Beschichtungsstörungen auftreten. Grund dafür ist, dass es aufgrund zu hoher Abscheidespannungen oberhalb der kritischen Abscheidespannung lokal zu Spannungsdurchbrüchen kommen kann. In einem solchen Fall ist die Applikationsspannung zu senken und gegebenenfalls die Badtemperatur anzuheben.
Zu jedem Zeitpunkt im Beschichtungsverlauf wird die maximale Applikationsspannung zum Erhalt einer störungsfreien Beschichtung durch das Auftreten von elektrischen Entladungen (Spannungsdurchbrüchen) begrenzt. Diese verursachen während der Abscheidung örtliche Durchbrüche in der bereits abgeschiedenen Beschichtung. Durch die starke lokale Wärmeentwicklung bei auftretenden Spannungsdurchbrüchen wird die Beschichtung an dieser Stelle „verbrannt“. Dadurch tritt an diesen Stellen eine Vorvernetzung der Beschichtung ein. Beim späteren Härten der Beschichtung können diese vorvernetzten Bereiche nicht mehr verlaufen wie der übrige Teil der Beschichtung, weshalb diese Bereiche auf dem Substrat als Beschichtungsstörungen in Form von sogenannten Pieken (pinholes) sichtbar sind. Diese Entstehung der Pieken wird ebenfalls in der Veröffentlichung Hart, R. und Townsend, H., „Mechanism of Cathodic Electrocoat Primer Cratering“, SAE Technical Paper 831818, 1983 beschrieben.
Je nach Größe der Pieken kommt es vor, dass die vorvernetzten Bereiche während des Einbrennvorgangs im Ofen dennoch ganz oder teilweise verlaufen und nicht oder nur schlecht in der resultierenden Beschichtung sichtbar sind. Jedoch sind diese Beschichtungen nicht optimal, da sie die angesprochenen Fehler aufweisen, auch wenn die Fehler nicht unmittelbar sichtbar sind. Diese Fehler können vor allem in Hinblick auf Haftung und Korrosionsschutz negative Auswirkungen haben.
Die optimalen Verfahrensparameter hängen bei der Elektrotauchlackierung unter anderem von dem verwendeten Elektrotauchlack und auch von der Form und der Größe des Werkstücks ab. Daher müssen die Verfahrensbedingungen beispielsweise bei der Automobillackierung für jedes Beschichtungssystem und jede Karosserieform ermittelt werden.
Aufgabe
Bei der Elektrotauchlackierung ist es von großer Bedeutung, dass hochwertige und störungsfreie Beschichtungen aufgetragen werden. Die Qualität der Beschichtung wird maßgeblich durch die Auswahl der Parameter für ein gewähltes Abscheideprogramm beeinflusst. Daher besteht die Aufgabe darin, ein Verfahren zur Ermittlung der maximalen Abscheidespannung oder Abscheidestromstärke bereitzustellen, die bei einer Elektrotauchlackierung eine von Pieken nahezu freie, vorzugsweise vollständig freie Beschichtung liefern. Das Verfahren soll mit weniger Aufwand an Material, Zeit und Personal auskommen und zuverlässigere Ergebnisse liefern als das bisher übliche Verfahren. Bei den bisher üblichen Verfahren werden die Probewerkstücke erst mit verschiedenen Spannungen bzw. Stromstärken beschichtet, dann werden die Nassfilme eingebrannt werden und anschließend werden die resultierenden Beschichtungen visuell auf Fehler beurteilt werden. Dieser Vorgang wird solange wiederholt bis die optimalen Bedingungen gefunden worden sind, die zu fehlerfreien Beschichtungen führen. Das herkömmliche Verfahren ist somit Zeit, Material und Kosten aufwendig. Durch das erfindungsgemäße Verfahren soll es möglich sein, anhand weniger Probewerkstücke oder gar nur an einen Probewerkstück die gesuchten Parameter für die Beschichtung von gleichartigen Werkstücken zu ermitteln. Das Verfahren sollte auch gut automatisierbar sein.
Lösung
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Ermittlung der maximalen Abscheidespannung oder Abscheidestromstärke, die bei einem Elektrotauchlackierverfahren eine von Pieken freie Beschichtung liefern, wobei während eines Verfahrens zur Beschichtung von Werkstücken mit einem Elektrotauchlack, bei der das in den Elektrotauchlack eingetauchte Werkstück als eine Elektrode eines gleichgerichteten Stromkreises fungiert, die Abscheidespannung und Abscheidestromstärke gemessen werden, wobei die Kennlinien für Ist-Spannung und Ist-Strom gemessen (abgetastet) werden und der Gradient der jeweiligen Kennlinien bestimmt wird, wobei das Abscheideprogramm in beliebig viele Phasen, wie Konstant-U-Phasen oder Konstant-I-Phasen, von vorzugsweise 2 bis 300 Sekunden unterteilt wird, wobei innerhalb einer Konstant-U-Phase

– die Abscheidespannung gesenkt wird, wenn der Gradient der Ist-Strom-Kennlinie in einem Beschichtungsintervall von 2 bis 30 Sekunden einen Vorzeichenwechsel und eine Betragsänderung größer einem Schwellenwert τ [Ampere pro Sekunde] aufweist, oder
– die Abscheidespannung erhöht wird, wenn der Gradient der Ist-Strom-Kennlinie in einem Beschichtungsintervall von 2 bis 30 Sekunden keinen Vorzeichenwechsel und keine Betragsänderung größer einem Schwellenwert τ [A/s] aufweist,

– die Abscheidestromstärke gesenkt wird, wenn der Gradient der Ist-Spannung-Kennlinie in einem Beschichtungsintervall von 2 bis 30 Sekunden einen Vorzeichenwechsel und eine Betragsänderung größer einem Schwellenwert τ [Volt pro Sekunde] aufweist, oder
– die Abscheidestromstärke erhöht wird, wenn der Gradient der Ist-Spannung-Kennlinie in einem Beschichtungsintervall von 2 bis 30 Sekunden keinen Vorzeichenwechsel und keine Betragsänderung größer einem Schwellenwert τ [V/s] aufweist,

Mit diesem Verfahren können die zu wählende Abscheidespannung bzw. Abscheidestromstärke in einem Abscheideprogramm schnell und zuverlässig optimiert werden. So kann bereits nach dem ersten Werkstück die optimale Abscheidespannung bzw. Abscheidestromstärke eingestellt sein. Dabei bietet dieses Verfahren den Vorteil schon während des Beschichtungsvorganges die Qualität der resultierenden Beschichtung zu kontrollieren. Es ist nicht nötig, die Härtung der Beschichtung abzuwarten, um feststellen zu können, ob eine störungsfreie Beschichtung mit den gewählten Parametern erzielt werden konnte. Somit ist das beschriebene Optimierungsverfahren sehr zeitsparend und vorteilhaft hinsichtlich des Material- und Kostenaufwandes.
Zudem ermöglicht dieses Verfahren auch die Reduzierung bzw. vorzugsweise den Ausschluss von Beschichtungsstörungen, die eventuell an der resultierenden Beschichtung nicht mehr festzustellen sind, da infolge der Größe der Störung diese eventuell durch den Verlauf der Beschichtung bei der Endhärtung teilweise ausgeglichen werden. Somit werden durch diese Verfahren auch Beschichtungsstörungen vermieden, die beispielsweise einen negativen Einfluss auf Korrosionsschutz und Haftung der Beschichtung haben können. Des Weiteren ermöglicht dieses Verfahren eine ständige Kontrolle des laufenden Beschichtungsverfahrens.
Bei mehrmaliger Anwendung des Verfahrens auf hintereinander folgende Werkstücke lässt sich die maximal mögliche Abscheidespannung bzw. der maximal mögliche Abscheidestrom für eine nahezu piekenfreie, vorzugsweise vollständig piekenfreie Oberfläche erzielen. Somit kann durch das Verfahren eine signifikante Reduzierung der Beschichtungsstörungen in den resultierenden Beschichtungen erreicht werden, wobei vorzugsweise die Beschichtungsstörungen vollständig ausgeschlossen werden können.
Bei dem Abscheideprogramm kann es sich um alle bekannten Abscheideprogramme zur Beschichtung von Werkstücken handeln. Ein Abscheideprogramm besteht dabei üblicherweise aus mehreren Phasen, die vorzugsweise eine Dauer von 2 bis 300 Sekunden aufweisen. Gängige Bespiele für Abscheideprogramme sind die erwähnten Konstant-U-Verfahren oder Konstant-I-Verfahren. Ein Abscheideprogramm für ein Konstant-U-Verfahren kann zum Beispiel zwei Phasen aufweisen. In einer ersten Phase wird die Spannung linear bis zu einer gewünschten Abscheidespannung erhöht. In der zweiten Phase wird die Abscheidespannung konstant bei dem gewünschten Wert gehalten. In diesem Abscheideprogramm nach einem einfachen Konstant-U-Verfahren kann die zweite Phase, welche eine Konstant-U-Phase ist, durch das erfindungsgemäße Verfahren hinsichtlich der optimalen Abscheidespannung optimiert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist allerdings auch geeignet für kombinierte Verfahren, wie kombinierte Konstant-U/ Konstant-I-Verfahren, Verfahren mit zwei oder mehreren verschiedenen Konstant-U-Phasen und Verfahren mit variabel eingestellter Spannung. Mit Hilfe dieses Verfahrens können die einzelnen Bereiche in den Abscheideprogrammen einzeln optimiert werden. Dabei werden die nach dem Verfahren ermittelten Werte jeweils nur für einen Bereich verwendet und der darauffolgende Bereich wird im Anschluss an die Optimierung des ersten Bereiches nach demselben Verfahren weiter optimiert. Somit können auch komplexe Abscheideprogramme optimiert werden.
Ein komplexeres Abscheideprogramm ist zum Beispiel ein Konstant-U-Verfahren in dem drei Konstant-U-Phasen Anwendung finden (siehe ). Ein solches Abscheideprogramm kann eine erste Phase I enthalten, in der die Spannung linear erhöht wird. Die anschließende Phase II kann eine Konstant-U-Phase sein, auf der wiederum eine dritte Phase III mit einer linearen Erhöhung der Spannung folgt. In der vierten Phase IV wird die Spannung wieder konstant gehalten und in der Phase V wird nach einer sprunghaften Erhöhung der Spannung die Spannung wieder konstant gehalten. In diesem Abscheideprogramm können die drei Konstant-U-Phasen II, IV und V nacheinander optimiert werden. Dabei erfolgt die Optimierung vorzugsweise in der Art, dass zuerst die Phase II optimiert wird und anschließend die Phase IV und danach die Phase V optimiert werden. Vorzugsweise erfolgt somit die Optimierung der einzelnen Phasen nacheinander, wobei mit der zeitlich ersten zu optimierenden Phase angefangen wird und erst anschließend die darauf folgenden Phasen optimiert werden. Bei der Optimierung werden die einzelnen zu optimierenden Konstant-Phasen dann in Beschichtungsintervallen von 2 bis 30 Sekunden durchlaufen, wobei in jedem Beschichtungsintervall die Kennlinien auf Piekenbildung untersucht werden.
Die Optimierung von kombinierten Verfahren aus Konstant-U- und Konstant-I-Bereichen ist ebenfalls möglich. Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren für Konstant-U-Verfahren angewendet.
Bei der Beschichtung mit einer konstanten Abscheidespannung (Konstant-U-Verfahren) äußert sich der Spannungsdurchbruch durch einen kurzzeitigen Anstieg in der Stromlinie (Stromspitze in der Größenordnung einer Millisekunde). Das bedeutet, dass bei einem Durchschlag bei gleicher Spannung kurzeitig eine größere Menge Strommenge transportiert werden kann (s. ).
Bei einer Beschichtung mit konstantem Strom (Konstant-I-Verfahren) äußert sind eine Pieke durch einen kurzzeitigen Einbruch der Spannung. Das bedeutet, dass bei einem Durchbruch für die Aufrechterhaltung der Stromstärke kurzzeitig weniger Spannung notwendig ist (s. ).
Während des Beschichtungsvorgangs werden die Ist-Strom- und Ist-Spannungskennlinie abgetastet. Da sich die Piekenbildung im Bereich einiger Millisekunden abspielt, ist eine ausreichend große Abtastfrequenz zu benutzen, um die Genauigkeit und die Beobachtung von Durchbrüchen sicherzustellen (siehe Nyquist-Theorem). Vorzugsweise wird eine Abtastfrequenz von größer 1 kHz, besonders bevorzugt größer 25 kHz, ganz besonders bevorzugt von 25 bis 100 kHz verwendet.
Je nachdem, ob der Strom oder die Spannung vorgegeben ist oder von der Strom-/Spannungsversorgung konstant gehalten wird, wird die jeweils andere, nicht vorgegebene Kennlinie betrachtet. Nach Eintreffen eines neuen Messwertes wird der Gradient der Kurve gebildet (s. ). Der Gradient entspricht der lokalen Steigung der jeweiligen Kennlinie in einem betrachteten Bereich. Vorzugsweise kann der Gradient über die letzten n Messwerte mit der Methode der kleinsten Quadrate für eine Ausgleichsgerade gebildet werden. Die Variable n ist in Abhängigkeit der Abtastfrequenz so zu wählen, dass geringe Schwankungen aufgrund der Mittelwertbildung keine signifikanten Änderungen des Gradienten zur Folge haben. Gleichzeitig muss der Wert hinreichend klein gewählt werden, um bei Auftreten eines Durchbruchs diesen durch eine deutliche Änderung des Gradienten als Betragsänderung und Vorzeichenwechsels zu identifizieren. Um die Bildung einzelner Pieken identifizieren zu können, wird n bevorzugt so gewählt, dass der Gradient über einen Bereich von 0,25 bis 2 Millisekunden gebildet wird.
Der Messverlauf wird analysiert, vorzugsweise mit Hilfe eines Messprogramms. Wird ein Vorzeichenwechsel festgestellt, vorzugsweise innerhalb der letzten m Gradienten, und übersteigt die Betragsänderung einen Schwellenwert τ kann die Entstehung eines Durchschlags nachgewiesen werden. Der Parameter m wird vorzugsweise so gewählt, dass die Gradienten der Kennlinien von Ist-Spannung oder Ist-Strom in einem Zeitraum von 2 bis 50 Millisekunden betrachtet werden. Der Schwellenwert τ ist dabei durch die Veränderung in der jeweiligen Kennlinie von Ist-Spannung oder Ist-Strom bei einem Durchbruch vorgegeben. Für den Nachweis der Bildung einer Pieke auf einem Substrat mit einer Oberfläche von 1 dm² wird vorzugsweise der Schwellwert τ ≥ 0,15 A/ms bei Konstant-U-Phasen bzw. τ ≥ 1 V/ms bei Konstant-I-Phasen gewählt.
Die zeitliche Dauer und der Betrag der auftretenden Stromspitzen bzw. die Dauer und der Betrag der auftretenden Spannungseinbrüche sind Indikatoren für die Größe einer Pieke. Bei der Beschichtung tritt die Bildung mehrerer Pieken mitunter zeitlich eng beieinander, überlappend- oder bei geringerer Abtastrate im Rahmen der Messgenauigkeit praktisch gleichzeitig auf, was messtechnisch zu einer Betragserhöhung der Stromspitzen und Spannungseinbrüche führt.
Nicht für die Messung des Gradienten zu berücksichtigen bzw. herauszurechen sind vom Abscheideprogramm vorgegebene Wechsel oder Gradienten, wie einen vorgegebenen Sprung in der Abscheidespannung oder eine schnelle Erhöhung derselben.
Eine bei Konstant-U-Abscheideprogrammen bevorzugte rampenförmige Anstellspannung (siehe auch rampenförmige Phase I aus ) zu Beginn der Beschichtung von 15 Sekunden für einen Bereich von 0–250V führt häufig zu Betragsänderung der Spannung von ca. 0,02 V/ms. Die bei Konstant-U-Verfahren üblicherweise auftretende Stromspitze zu Beginn einer Beschichtung liegt bei ca. 0,01 A/ms für eine beschichtete Fläche von ca. 1 dm². Diese Werte liegen deutlich unter den zuvor gewählten Schwellenwerten τ. Eine Fehlinterpretation dieser Vorgänge als Piekenbildung kann folglich ausgeschlossen werden.
Beim Verfahren zur Beschichtung wird dann die Abscheidespannung und Abscheidestromstärke gemessen, die Kennlinien für Ist-Spannung und Ist-Strom abgetastet und der Gradient der Kennlinien bestimmt. Dabei wird innerhalb einer Konstant-U-Phase

– die Abscheidespannung gesenkt, wenn der Gradient der Ist-Strom-Kennlinie in einem Beschichtungsintervall von 2 bis 30 Sekunden einen Vorzeichenwechsel und eine Betragsänderung größer einem Schwellenwert τ aufweist, oder
– die Abscheidespannung erhöht, wenn der Gradient der Ist-Strom-Kennlinie in einem Beschichtungsintervall von 2 bis 30 Sekunden keinen Vorzeichenwechsel und keine Betragsänderung größer einem Schwellenwert τ aufweist,

– die Abscheidestromstärke gesenkt, wenn der Gradient der Ist-Spannung-Kennlinie in einem Beschichtungsintervall von 2 bis 30 Sekunden einen Vorzeichenwechsel und eine Betragsänderung größer einem Schwellenwert τ aufweist, oder
– die Abscheidestromstärke erhöht, wenn der Gradient der Ist-Spannung-Kennlinie in einem Beschichtungsintervall von 2 bis 30 Sekunden keinen Vorzeichenwechsel und keine Betragsänderung größer einem Schwellenwert τ aufweist,

diese beiden Schritte werden für die jeweilige Phase solange durchgeführt, bis es einmal zu einer Senkung der Abscheidespannung oder Abscheidestromstärke gekommen ist und im folgenden Beschichtungsintervall von 2 bis 30 Sekunden beim Gradienten keine Vorzeichenwechsel und keine Betragsänderung größer einem Schwellenwert τ mehr auftreten. Dabei ist es wichtig, dass es mindestens einmal zu einer Senkung der Abscheidespannung oder Abscheidestromstärke gekommen ist, wobei es unerheblich ist, ob die Senkung am ersten oder erst an einem folgenden Werkstück auftritt. Falls nämlich bei der Beschichtung des ersten Werkstückes keine Senkung aufgetreten ist, wird bei der Beschichtung mit dem letzten Wert für die Abscheidespannung oder Abscheidestromstärke des vorheriges Werkstücks fortgefahren, bis es einmal zu einer Senkung gekommen ist.
Die Werte für Abscheidespannung oder Abscheidestromstärke, die nach der ersten Senkung der Abscheidespannung oder Abscheidestromstärke vorliegen, ohne dass im folgenden Beschichtungsintervall von 2 bis 30 Sekunden beim Gradienten eine Vorzeichenwechsel und eine Betragsänderung größer einem Schwellenwert τ auftreten ist, werden dann für die darauffolgende Beschichtung von Werkstücken in diesem Teil des Abscheideprogramms verwendet. Dadurch können die einzelnen Abschnitte bzw. Teile eines Abscheideprogramms einzeln und nacheinander optimiert werden.
Nachdem es einmal zu einer Senkung der Abscheidespannung oder Abscheidestromstärke gekommen ist, wird bei der folgenden Beschichtung von einem Werkstück die Abscheidespannung oder Abscheidestromstärke nur noch gesenkt, falls der Gradient in einem Beschichtungsintervall von 2 bis 30 Sekunden bei der Beschichtung des folgenden Werkstückes einen Vorzeichenwechsel und eine Betragsänderung größer einem Schwellenwert τ aufweist. Die Abscheidespannung oder Abscheidestromstärke wird hingegen bei der folgenden Beschichtung nicht mehr erhöht, da nach einer Senkung der Abscheidespannung oder Abscheidestromstärke und einem darauffolgendem Ausbleiben von Durchbrüchen die optimalen Werte (maximalen Werte) für Abscheidespannung oder Abscheidestromstärke nahezu gefunden sein sollten. Falls die erste Senkung jedoch gegen Ende der Beschichtungszeit erfolgt, kann es jedoch sein, dass der Wert noch über dem maximalen Wert liegt, weshalb die Abscheidespannung oder Abscheidestromstärke noch gesenkt werden muss.
Dabei ist die Senkung oder die Erhöhung der Abscheidespannung bzw. Abscheidestromstärke dem Betrag nach variabel und kann für ein System oder Abscheideprogramm oder Abschnitt eines Abscheideprogramms gesondert ausgewählt werden. Bevorzugt erfolgt die Senkung oder die Erhöhung der Abscheidespannung bzw. Abscheidestromstärke in Schritten von 10 V bzw. pro 1dm² beschichteter Oberfläche 0,02 A.
Vorzugsweise kann ein Beschichtungsintervall von 3 bis 10 Sekunden gewählt werden.
Durch dieses Optimierungsverfahren wird schnell und zuverlässig gewährleistet, dass bei der Elektrotauchlackierung Beschichtungen auf Werkstücken erzielt werden können, die hochwertig und störungsfrei sind und außerdem einen hervorragenden Umgriff aufweisen.
Die Beschichtungszeit für die Elektrotauchlackierung ist diejenige Zeit, in der aufgrund des Verfahrens Beschichtungsmittel auf dem Werkstück abgeschieden wird, bzw. die Zeit, in der Strom an das eingetauchte Werkstück angelegt ist. Bevorzugt beträgt die Beschichtungszeit für ein zu optimierendes Verfahren zwischen 150 Sekunden und 300 Sekunden. Eingetaucht bedeutet in diesem Zusammenhang, dass mindestens ein Teil des Werkstückes in das Bad eingetaucht ist und daher ein Stromkreis geschlossen werden kann. Bevorzugt ist das eingetauchte Werkstück während der Beschichtungszeit vollständig in das Bad eingetaucht.
Bei dem zu optimierenden Verfahren kann das eingetauchte Werkstück sowohl als Anode, dann anodische Elektrotauchlackierung (ATL), oder auch als Katode, dann kathodische Elektrotauchlackierung (KTL), fungieren. Bevorzugt wird das Verfahren als kathodische Elektrotauchlackierung (KTL) durchgeführt.
Vorzugsweise kann das Verfahren unter Verwendung einer Datenverarbeitungsanlage automatisiert durchgeführt werden. Dabei werden die einzelnen Schritte des Verfahrens unter Angabe der zu berücksichtigen Parameter automatisch durch die Datenverarbeitungsanlage ausgeführt.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren auf Elektrotauchlackierungen angewandt, die als Abscheideprogramm ein Konstant-U-Verfahren verwenden. In diesem Konstant-U-Verfahren wird die Spannung vorzugsweise nach Eintauchen eines zu beschichteten Werkstückes in ein Elektrotauchbad in einem ersten Bereich von 0 Volt linear, nichtlinear, rampenförmig oder stufenweise auf die gewünschte Abscheidespannung erhöht. Bevorzugt wird ein linearer Anstieg verwendet (Rampe), wobei die Rampenzeit, in der die Spannung linear erhöht wird, 10 bis 60 Sekunden beträgt. Nach der Rampe wird die Abscheidespannung in der Konstant-U-Phase bei der ermitteln maximalen Spannung bis zum Ende der Beschichtungszeit konstant gehalten oder im Beschichtungsverlauf einmal oder mehrmals stufenförmig, rampenförmig, linear oder nichtlinear verändert, vorzugsweise erhöht.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann für alle Beschichtungsmittelzusammensetzungen eingesetzt werden, die elektrophoretisch abgeschieden werden können. Somit eignet sich das Verfahren sowohl für die Abscheidung von anodisch, als auch kathodisch abscheidbaren Beschichtungsmittelzusammensetzungen. Bevorzugt wird das Verfahren zur Abscheidung von kathodisch abscheidbaren Beschichtungsmittelzusammensetzungen verwendet. Ganz besonders bevorzugt wird eine Beschichtungsmittelzusammensetzung verwendet, die ein aminmodifiziertes Epoxidharz und vorzugsweise zusätzlich ein blockiertes Polyisocyanat enthält. Die kathodisch abscheidbare Beschichtungsmittelzusammensetzung, enthaltend ein aminmodifiziertes Epoxidharz und vorzugsweise zusätzlich ein blockiertes Polyisocyanat, eigenen sich in Verbindung mit beschriebenen Verfahren durch einen optimalen Umgriff besonders für einen hervorragenden Korrosionsschutz und eine sehr gute Haftung der Beschichtung am Werkstück.
Als Werkstücke können alle leitenden Substrate verwendet werden, die für eine Elektrotauchlackierung geeignet sind. Vorzugsweise werden Substrate aus Eisen, oder Aluminium verwendet. Besonders bevorzugt sind unvorbehandelte oder vorbehandelte, vorzugsweise verzinkte Stahlbleche. Bei dem Werkstück handelt es sich vorzugsweise um Autokarosserien oder Teilen davon.
Angewendet werden kann das Verfahren zur Optimierung der Werte in einem Abscheideprogramm in sämtlichen Taktanlagen und Durchlaufbeschichtungsanlagen. Vorteilhaft ist die Verwendung des Verfahrens in einer Durchlaufbeschichtungsanlage (s. ). Gerade in einer Durchlaufbeschichtungsanlage kommt es auf eine schnelle Optimierung der Abscheidespannung bzw. Abscheidestromstärke an. Besonders bevorzugt wird das Verfahren für kathodengesteuerte Anlagen angewendet, bei denen das elektrisches Potential am zu beschichtenden Objekt angelegt wird und für jedes Werkstück im Becken ein separat steuerbarer Gleichrichter zur Verfügung steht. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand der Abbildungen und Beispiele näher erläutert.
: Die Abbildung zeigt eine schematische Darstellung des Auftretens einer Stromspitze aufgrund des Spannungsdurchbruchs einer Zinkpieke bei konstanter Abscheidespannung. Die Abscheidespannung wird von der Spannungsquelle konstant gehalten und zeigt je nach Güte und Reaktionsgeschwindigkeit ihres Regelkreises im Idealfall keine Veränderung. Die Bildung einer Pieke zeichnet sich durch eine temporäre Stromspitze aus.
: Die Abbildung zeigt eine schematische Darstellung des Auftretens eines kurzzeitigen Spannungseinbruchs aufgrund des Durchschlags einer Pieke bei konstantem Abscheidestrom. In Analogie zu bleibt nun je nach Güte und Reaktionsgeschwindigkeit der Stromquelle die Stromkurve idealerweise konstant.
: Die Abbildung zeigt eine schematische Darstellung des Gradienten einer Kennlinie. Im gezeigten Fall steigt die Kennlinie an und der Gradient ist entsprechend positiv. Mittig ist ein Einbruch in der Kennlinie zu erkennen, der zu einer Vorzeichenänderung des Gradienten führt.
: Beispielhaftes Abscheideprogramm für ein Konstant-U-Verfahren, in dem drei Konstant-U-Phasen durchlaufen werden. Das Abscheideprogramm beginnt mit einer linearen Erhöhung der Spannung in der rampenförmigen Phase I. Danach folgt die Konstant-U-Phase II, nach der die Spannung wiederum rampenförmig in Phase III erhöht wird. Mit der Phase IV folgt die zweite Phase mit konstanter Spannung. Vor der dritten Phase mit konstanter Spannung (Phase V) wird die Spannung sprunghaft erhöht. Nach der Phase V ist das Abscheideprogramm beendet.
: Verlauf einer Vergleichsmessung (Messung I). Dargestellt sind Strom-und Spannungskurve eines Beschichtungsvorgangs im Konstant-Spannungs-Verfahren. Nach einer kurzen Anstellzeit von t = 30 Sekunden wird die Beschichtungsspannung zunächst bei U = 240V gehalten. Der Kurvenverlauf bei der gering gewählten Beschichtungsspannung ist nahezu glatt, Stromspitzen lassen sich im Rahmen der Messgenauigkeit nicht ausmachen. Pieken waren auf dem Blech nicht sichtbar – allerdings lässt die geringe Beschichtungsspannung keine Optimierung des Verhältnisses von Außen- zu Innenschichtdicke zu.
: Verlauf einer Messung (Messung II) zur Verdeutlichung der Piekendetektion. Dargestellt sind Strom- und Spannungskurve eines Beschichtungsvorgangs im Konstant-Spannungs-Verfahren mit mehreren Phasen. Nach einer kurzen Anstellzeit von t = 15 Sekunden wird die Beschichtungsspannung zunächst bei U = 260V gehalten. Um das Verhältnis zwischen Außen- und Innenschichtdicke zu verbessern, wird die Spannung in diesem Versuch anschließend in einer weiteren Phase (hier rampenförmig auf U = 325V) erhöht. Ab einer Spannung von ca. 320V ist eine Vielzahl von Stromspitzen erkennbar, die auf Piekenbildung hindeuten. Hieraus kann geschlossen werden, dass die Beschichtungsspannung für die weitere Konstant-U-Phase (signifikant) zu hoch eingestellt ist. Noch während des Versuchs konnte die Spannung sprunghaft in einem Optimierungsschritt auf U = 280V gesenkt und ein Abriss gänzlich verhindert werden. Aufgrund der nicht deutlich erkennbaren Stromspitzen im weiteren Beschichtungsverlauf kann eine Piekenbildung bei der „optimierten“ Abscheidespannung minimiert werden. Anmerkung: Im Versuch wird exemplarisch mit mehreren Phasen gearbeitet. Eine Erweiterung auf eine beliebige Anzahl an Phasen mit Erhöhung und Absenkung der Beschichtungsspannung ist – insbesondere bei maschineller Erfassung der Kennlinien mit einer Datenverarbeitungsanlage, maschineller Detektion der Pieken nach dem beschriebenen Verfahren und maschineller Steuerung der Strom-/Spannungsquelle – möglich.
Für die Kennlinien in wurde ebenfalls mit 30Hz direkt von der Spannungsquelle abgetastet. In den folgenden Abbildungen wird anhand von immer detaillierteren Ausschnitten zwischen Sekunde 65 und Sekunde 66 mit höher aufgelöster Abtastung (grau hinterlegter Bereich in ) exemplarisch aufgezeigt, dass eine Vielzahl an Pieken bei U = 325V entsteht.
: Detailansicht von (Messung II). Abgetastet mit separatem Voltmeter und Amperemeter mit jeweils 50kHz. Es sind bereits zahlreiche kurzzeitige Spannungsdurchschläge vorhanden, die sich in den folgenden Abbildungen immer deutlicher abzeichnen. Der grau hinterlegte Bereich wird wiederum in detailliert dargestellt.
: Detailansicht von (Messung II). Der grau hinterlegte Bereich wird wiederum in detailliert dargestellt.
: Detailansicht von (Messung II). Der grau hinterlegte Bereich wird wiederum in detailliert dargestellt.
: Detailansicht von (Messung II). In dieser Abbildung ist ein Spannungsdurchschlag detailliert aufgezeigt. Die Abbildung zeigt die Kennlinien nach 65,2 Sekunden. Die Stromspitze erstreckt sich über ca. 2,5ms. Die kurzzeitige Stromerhöhung beträgt im Maximum ca. 0,3A. Mit der durch den Spannungsdurchschlag auftretenden Stromspitze geht ein kurzzeitiger Einbruch der Beschichtungsspannung einher. Die Dauer des Einbruchs ist durch die Güte und Trägheit des Regelkreises der Spannungsquelle gegeben. Die Spannungsquelle stabilisiert die Spannung nach dem Durchschlag innerhalb weniger Millisekunden auf den vorgegebenen Wert. Anhand solcher einzelnen Pieken lässt sich das Verfahren zur Detektion von Pieken illustrieren. Die Gradienten der Stromstärke (gestrichelte Geraden, gebildet über einen Bereich von 0,75ms), d.h. ihre Steigung der Kurve, beträgt zwischen 41,5 und 42,25ms näherungsweise 0. Mit Beginn der Stromspitze ab ca. 42,4ms steigt der Gradient signifikant an und bekommt eine positive Steigung von 0,244 +/– 0,014 A/ms. Beim Abklingen der Stromspitze ändert sich das Vorzeichen der Gradienten. Dieser beträgt nun –0,331 +/– 0,030 A/ms zwischen 43,1 und 43,85 ms. Während der Gradient vor und nach der Stromspitze näherungsweise 0 beträgt, so erfährt er während der Stromspitze eine Betragsänderung um 0,575 +/– 0,017 A/ms. Diese Betragsänderung lässt sich vorzugsweise maschinell detektieren und die Beschichtungsspannung reduzieren.
: Verlauf der erfindungsgemäßen Messung: Optimierung eines Konstant-U-Verfahren mit einer Konstant-U-Phase. Dargestellt sind Strom- und Spannungskurve des Beschichtungsvorgangs. Anstatt einer Beschichtung mit konstanten 240V über den gesamten Beschichtungsverlauf (wie in dargestellt) soll die Spannung optimiert werden, d.h. maximiert, ohne dass es zur Piekenbildung kommt. Das Abscheideprogramm beginnt mit einer linearen Erhöhung der Spannung in der rampenförmigen Phase I. Danach folgt die Konstant-U-Phase (hier in den Schritten II bis VII). Nachdem im Optimierungsschritt II keine Stromspitzen feststellbar sind, wird die Spannung sprunghaft erhöht und anschließend in Schritt III wiederrum konstant gehalten wird. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis in Schritt VI die Entstehung von Pieken beobachtet werden kann. Die Spannung wird heruntergeregelt und die so erniedrigte Spannung in Schritt VII anschließend erneut konstant gehalten. Da in Schritt VII keine Stromspitzen feststellbar sind, wurde die optimale Abscheidespannung erreicht. Nach dem Schritt VII bei optimaler Abscheidespannung ist das Abscheideprogramm beendet. Die Optimierungsschritte III–VI sind in diesem Abscheideprogramm jeweils 3s lang, wobei beim Übergang eine Erhöhung um 10V vorgenommen wird. Nach Auftreten der Pieken wird die Spannung um 20V erniedrigt. In Schritt VII ist keine Piekenbildung zu beobachten.
: Detailausschnitt von . Das eingezeichnete Rechteck hebt die Stromspitzen bei der Bildung von Pieken in Schritt VI hervor. Nach diesem Schritt muss offenbar die Spannung angepasst bzw. gesenkt werden.
: Durchlaufbeschichtungsanlage, bei denen das elektrische Potential am zu beschichtenden Objekt angelegt wird und für jedes Werkstück im Becken ein separat steuerbarer Gleichrichter zur Verfügung steht
Beispiele:
Herstellung des Elektrotauchlacks I:
Als Bindemittel für den kathodischen Elektrotauchlack wurde ein Reaktionsprodukt aus einem Bisphenol-A-basierten Epoxydharz, Phenol, Bisphenol-A, Diethanolamin und N,N-Dimethylaminopropylamin verwendet. Das Bindemittel wird mit einem blockiertem Polyisocyanat auf Basis von Methylendiphenyldiisocyanat (MDI) gemischt und in Gegenwart von Ameisensäure in VE-Wasser dispergiert. Die entstandene Bindemittel-Dispersion wird mit einer Pigmentpaste aus einem Epoxid-Reibharz, einem Aluminiumsilikat Füllstoff (ASP 200), Russ, Titandioxid (TI-PURE R900) und Bismuthsubnitrat gemischt. Der entstandene Tauchlack hat einen Festkörpergehalt von 18 Gew.-% und einen Aschegehalt vom Festkörper von 14,5 Gew.-%.
Die Bestimmung des Festkörpergehaltserfolgt, indem ca. 1g Probe in einem Weißblechdeckel eingewogen wird. Nach Zugabe von ca. 3ml Butylacetat wird die Probe im Trockenschrank für 30 Minuten bei 180°C getrocknet, im Exsikkator abgekühlt, und dann zurückgewogen. Der Rückstand entspricht dem Festkörperanteil.
Die Bestimmung des Aschegehalts erfolgt, indem ca. 2g Probe in einen Porzellantiegel eingewogen wird. Bei 180 °C für 30 Minuten im Trockenschrank wird die Probe zunächst getrocknet wird und anschließend erfolgt die Veraschung der Probe bei 900 °C für 30 Minuten im Muffelofen. Nach dem Erkalten im Exsikkator wird der Rückstand der Probe zurückgewogen. Der Rückstand entspricht dem Aschegehalt.
Messung I (Konstant-U-Verfahren ohne Durchbrüche; Vergleich)
Bei einer Badtemperatur von 28 °C wird ein Blech (Gardobond 26S 6800 OG, ca. 105 × 100mm beschichtet Fläche) in einem Konstant-U-Verfahren mit Elektrotauchlack I gemäß der beschichtet, wobei die konstante Abscheidespannung nach 30 Sekunden eingestellt wird. Es wird mit einer Abtastfrequenz von 30Hz gearbeitet.
Bei einer Abscheidespannung von 240V zeigt die Ist-Strom-Kennlinie einen normalen ruhigen Verlauf. Auf dem resultierenden Blech sind keine Pieken erkennbar. Die gewählte Beschichtungsspannung ist jedoch für ein optimales Umgriffverhalten (wie sich z.B. durch Messungen nach der FORD-Methode oder VDA 621-180 ermitteln lässt) zu gering.
Messung II (Konstant-U-Verfahren mit Durchbrüchen)
Ziel dieser Messung ist es, eine Anwendung des Verfahrens auf einen Beschichtungsvorgang exemplarisch aufzuzeigen. Bei einer Badtemperatur von 28 °C wird ein Blech (Gardobond 26S 6800 OG, ca. 105 × 100mm beschichtet Fläche) in einem Konstant-U-Verfahren mit Elektrotauchlack I gemäß der beschichtet, wobei die konstante Abscheidespannung nach 15 Sekunden eingestellt wird. Es wird mit einer Abtastfrequenz von 30Hz ( ) sowie jeweils 50kHz über ein separates Voltmeter und Amperemeter zur Aufnahme der Strom und Spannungskennlinie ( – ) gearbeitet. Die Auswertung der Kennlinien und Anpassung der Abscheidespannung erfolgte manuell ohne Datenverarbeitungsanlage. Die Spannung wird zunächst rampenförmig innerhalb von 15s auf 260V erhöht. Die Strom-Kennlinie zeigt im Abschluss an den Wasserstoffdurchbruch (nach ca. t = 20s) für eine Dauer von t = 10s keine signifikanten Ausschläge (Phase I). Die Spannung wird zur Verbesserung des Umgriffverhaltens rampenförmig in – exemplarisch – einer weiteren Phase II in 15s auf 325V erhöht.
Bei einer Abscheidespannung von 325V zeigt die Ist-Strom-Kennlinie in dieser Phase bereits bei geringer Messauflösung einzelne Ausschläge ( , Phase III). In den Detailansichten ( – ) sind einzelne Stromspitzen von größer als τ = 0,1A zu identifizieren. Diese Stromspitzen lassen sich auf die lokalen Durchbrüche zurückführen und führen zu sichtbaren Pieken in der resultierenden Beschichtung. Die Beschichtungsspannung wird deshalb auf 280V gesenkt (Optimierungsschritt IV).
Bei dieser Spannung sind während der Beschichtung keine weiteren Pieken erkennbar. Für das nächste Werkstück kann somit die Spannung in dieser Phase anstatt auf 325V auf 280V eingestellt und das Beschichtungsergebnis verbessert werden.
Messung III (Optimierung eines Konstant-U-Verfahren in mehreren Schritten) Bei einer Badtemperatur von 28 °C wird ein Blech (Gardobond 26S 6800 OG, ca. 105 × 100mm beschichtet Fläche) in einem Konstant-U-Verfahren mit Elektrotauchlack I gemäß der beschichtet, wobei die konstante Abscheidespannung nach 10 Sekunden eingestellt wird. Es wird mit einer Abtastfrequenz von 30Hz gearbeitet. Zur Optimierung des Beschichtungsergebnisses wird die Spannung nach den Schritten II–V, jeweils nach 3 Sekunden lang, um 10V erhöht. Die Schritte II bis V weisen dabei keine signifikanten Stromspitzen auf. Im Anschluss an Schritt VI wird die Spannung wiederum auf 260V gesenkt und bis zum Beschichtungsende konstant gehalten. In Schritt VI zeigt die Strom-Kennlinie deutliche Ausschläge größer als τ = 0,1A, die auf lokale Durchbrüche schließen lassen ( ) und bei einer optischen Prüfung eine Piekenbildung erkennen lassen. Das nächste Werkstück könnte mit der optimierten Spannung von 260 V in einem Konstant-U-Verfahren beschichtet werden.

Claims

Verfahren zur Ermittlung der maximalen Abscheidespannung oder Abscheidestromstärke, die bei einem Elektrotauchlackierverfahren eine von Pieken freie Beschichtung liefern, wobei während eines Verfahrens zur Beschichtung von Werkstücken mit einem Elektrotauchlack, wobei das in den Elektrotauchlack eingetauchte Werkstück als eine Elektrode eines gleichgerichteten Stromkreises fungiert, die Abscheidespannung und Abscheidestromstärke gemessen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennlinien für Ist-Spannung und Ist-Strom gemessen werden und der Gradient der jeweiligen Kennlinien bestimmt wird, wobei innerhalb einer Konstant-U-Phase – die Abscheidespannung gesenkt wird, wenn der Gradient der Ist-Strom-Kennlinie in einem Beschichtungsintervall von 2 bis 30 Sekunden einen Vorzeichenwechsel und eine Betragsänderung größer einem Schwellenwert τ aufweist, oder – die Abscheidespannung erhöht wird, wenn der Gradient der Ist-Strom-Kennlinie in einem Beschichtungsintervall von 2 bis 30 Sekunden keinen Vorzeichenwechsel und keine Betragsänderung größer einem Schwellenwert τ aufweist, oder innerhalb einer Konstant-I-Phase – die Abscheidestromstärke gesenkt wird, wenn der Gradient der Ist-Spannung-Kennlinie in einem Beschichtungsintervall von 2 bis 30 Sekunden einen Vorzeichenwechsel und eine Betragsänderung größer einem Schwellenwert τ aufweist, oder – die Abscheidestromstärke erhöht wird, wenn der Gradient der Ist-Spannung-Kennlinie in einem Beschichtungsintervall von 2 bis 30 Sekunden keinen Vorzeichenwechsel und keine Betragsänderung größer einem Schwellenwert τ aufweist, und wobei diese Schritte solange durchgeführt werden, bis es einmal zu einer Senkung der Abscheidespannung oder Abscheidestromstärke gekommen ist und im folgenden Beschichtungsintervall von 2 bis 30 Sekunden beim Gradienten keine Vorzeichenwechsel und keine Betragsänderung größer einem Schwellenwert τ mehr auftreten, wobei diese Werte für Abscheidespannung oder Abscheidestromstärke für die darauffolgende Beschichtung von Werkstücken in dieser Phase des Abscheideprogramms verwendet werden, wobei bei der folgenden Beschichtung nur noch eine Senkung der Abscheidespannung oder Abscheidestromstärke erfolgt, falls der Gradient in einem Beschichtungsintervall von 2 bis 30 Sekunden bei der Beschichtung des folgenden Werkstückes einen Vorzeichenwechsel und eine Betragsänderung größer einem Schwellenwert τ aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abscheideprogramm einem Konstant-U-Verfahren entspricht.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastung der Kennlinien für Ist-Spannung und Ist-Strom mit einer Abtastfrequenz größer 1kHz erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsintervall 3 bis 10 Sekunden ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert τ ≥ 0,15 A/ms bei Konstant-U-Phasen pro 1dm² beschichteter Oberfläche bzw. τ ≥ 1 V/ms bei Konstant-I-Phasen gewählt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Senkung oder die Erhöhung der Abscheidespannung bzw. Abscheidestromstärke in Schritten von 10 V bzw. pro 1dm² beschichteter Oberfläche 0,02 A erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verfahren zur kathodischen Elektrotauchlackierung optimiert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren unter Verwendung einer Datenverarbeitungsanlage automatisiert durchgeführt wird.