DE102019130996A1 - Surface coating method and surface coating device for coating a structural unit and a vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Oberflächenbeschichtungsverfahren zur Beschichtung einer Baueinheit, eine Oberflächenbeschichtungseinrichtung zur Durchführung eines Oberflächenbeschichtungsverfahrens, sowie ein Fahrzeug.Das erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtungsverfahren zur Beschichtung einer Baueinheit, insbesondere einer Baueinheit für ein Kraftfahrzeug, bei dem eine zu beschichtende Baueinheit bereitgestellt wird, auf die Oberfläche der zu beschichtenden Baueinheit zumindest bereichsweise eine Konversionsschicht, insbesondere eine Metallphosphate umfassende Konversionsschicht, aufgebracht wird und wenigstens bereichsweise elektrophoretisch, insbesondere mittels eines kathodischen Tauchlackierverfahrens, ein flüssiges Beschichtungsmaterial auf einer Oberfläche der Baueinheit und/ oder der Konversionsschicht abgeschieden wird. Ferner wird ein Füller zumindest bereichsweise auf das flüssige Beschichtungsmaterial aufgebracht und der die Konversionsschicht, die aus der elektrophoretischen Abscheidung (30) entstandene Schicht sowie die Füllerschicht umfassende Schichtverbund zwecks Aushärtung, insbesondere durch eine Vernetzung nicht-flüchtiger Komponenten des mittels mit der elektrophoretischen Abscheidung (30) aufgebrachten Beschichtungsmaterials und/oder des Füllers, mittels einer Aushärtungseinrichtung (73) erwärmt.The invention relates to a surface coating method for coating a structural unit, a surface coating device for carrying out a surface coating method, and a vehicle. The surface coating method according to the invention for coating a structural unit, in particular a structural unit for a motor vehicle, in which a structural unit to be coated is provided, onto the surface of the to coating structural unit, a conversion layer, in particular a conversion layer comprising metal phosphates, is applied at least in certain areas and a liquid coating material is deposited at least in certain areas electrophoretically, in particular by means of a cathodic dip painting process, on a surface of the structural unit and / or the conversion layer. Furthermore, a filler is applied to the liquid coating material at least in certain areas and the layer composite comprising the conversion layer, the layer resulting from the electrophoretic deposition (30) and the filler layer for the purpose of curing, in particular by crosslinking non-volatile components of the means with the electrophoretic deposition (30 ) applied coating material and / or the filler, heated by means of a curing device (73).
Description
Die Erfindung betrifft ein Oberflächenbeschichtungsverfahren zur Beschichtung einer Baueinheit, eine Oberflächenbeschichtungseinrichtung zur Durchführung des Oberflächenbeschichtungsverfahrens, sowie ein Fahrzeug, welches wenigstens eine gemäß dem Oberflächenbeschichtungsverfahren beschichtete Baueinheit umfasst.The invention relates to a surface coating method for coating a structural unit, a surface coating device for carrying out the surface coating method, and a vehicle which comprises at least one structural unit coated according to the surface coating method.
Typischerweise wird bei der Lackierung von Bauteilen, insbesondere Karosseriebauteilen, in einem ersten Schritt in einer kathodischen Tauchlackierung ein Tauchlack aufgebracht, welcher vor einer weiteren Beschichtung des Bauteils mit einem Füller vollständig ausgehärtet wird. Dieser Vorgang wird auch als Einbrennen bezeichnet. Anschließend wird in einem zweiten Schritt, und nachdem eine Abdichtung des Bauteils erfolgt ist, der Füller aufgebracht, welcher ebenfalls eine Wärmebehandlung erfährt, bevor das Bauteil in weiteren Prozessschritten mit Farb- und Klarlack versehen wird.Typically, when painting components, in particular body parts, in a first step in a cathodic dip painting, a dip paint is applied which is completely cured before the component is further coated with a filler. This process is also known as burn-in. Then, in a second step, and after the component has been sealed, the filler is applied, which also undergoes heat treatment before the component is provided with colored and clear lacquer in further process steps.
Zur Einsparung von Prozesszeiten und Prozesskosten ist es möglich, auf ein Einbrennen der Tauchlacks direkt nach dessen Aufbringung sowie auf das Aufbringen eines Füllers zu verzichten. Der Tauchlack erfährt in diesem Fall seine erste Wärmebehandlung nach dem Aufbringen der Abdichtung in einem sogenannten Geliertrockner.In order to save process times and costs, it is possible to dispense with baking the dipping varnish immediately after its application and without applying a filler. In this case, the dip lacquer undergoes its first heat treatment after the seal has been applied in a so-called gel dryer.
Die
Die
Die
Im Anschluss an die Versiegelungsvortrocknung
Anschließend an die Decklackaufbringung und deren Trocknung findet typischerweise eine Decklackkontrolle
Der Darstellung ist zu entnehmen, dass der Prozess vorsieht, dass die Baueinheit zwischen dem Ausbesserungsplatz
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Oberflächenbeschichtungsverfahren sowie eine Oberflächenbeschichtungseinrichtung zur Verfügung zu stellen, mit denen auf emissionsarme und kostensparende Weise die Aufbringung einer Oberflächenbeschichtung auf eine Baueinheit möglich ist.The present invention is based on the object of providing a surface coating method and a surface coating device with which a surface coating can be applied to a structural unit in a low-emission and cost-saving manner.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Oberflächenbeschichtungsverfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Oberflächenbeschichtungseinrichtung zur Durchführung eines Oberflächenbeschichtungsverfahrens gemäß Anspruch 8. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Oberflächenbeschichtungsverfahrens werden in den Unteransprüchen 2-7 aufgezeigt. Ergänzend wird ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 9 zur Verfügung gestellt.The object is achieved according to the invention by a surface coating method according to claim 1 and by a surface coating device for performing a surface coating method according to claim 8. Advantageous embodiments of the surface coating method are shown in subclaims 2-7. In addition, a motor vehicle according to claim 9 is made available.
Ein erster Aspekt der Erfindung ist ein Oberflächenbeschichtungsverfahren zur Beschichtung einer Baueinheit, insbesondere einer Baueinheit für ein Kraftfahrzeug, bei dem eine zu beschichtende Baueinheit bereitgestellt wird und auf die Oberfläche der zu beschichtenden Baueinheit zumindest bereichsweise eine Konversionsschicht, insbesondere eine Metallphosphate umfassende Konversionsschicht, aufgebracht wird.A first aspect of the invention is a surface coating method for coating a structural unit, in particular a structural unit for a motor vehicle, in which a structural unit to be coated is provided and a conversion layer, in particular a conversion layer comprising metal phosphates, is applied to the surface of the structural unit to be coated at least in some areas.
Weiterhin wird wenigstens bereichsweise elektrophoretisch, insbesondere mittels eines kathodischen Tauchlackierverfahrens, ein flüssiges Beschichtungsmaterial auf einer Oberfläche der Baueinheit und/ oder der Konversionsschicht abgeschieden. Ferner wird ein Füller zumindest bereichsweise auf das flüssige Beschichtungsmaterial aufgebracht und der die Konversionsschicht, die aus der elektrophoretischen Abscheidung entstandene Schicht sowie die Füllerschicht umfassende Schichtverbund zwecks Aushärtung, insbesondere durch eine Vernetzung nicht-flüchtiger Komponenten des mittels der elektrophoretischen Abscheidung aufgebrachten Beschichtungsmaterials und/oder des Füllers, mittels einer Aushärtungseinrichtung erwärmt.Furthermore, a liquid coating material is deposited on a surface of the structural unit and / or the conversion layer at least in some areas electrophoretically, in particular by means of a cathodic dip painting process. In addition, a filler is applied to the liquid coating material at least in certain areas and which the conversion layer, the layer resulting from the electrophoretic deposition and the layer composite comprising the filler layer for the purpose of curing, in particular by crosslinking non-volatile components of the coating material applied by means of the electrophoretic deposition and / or the Filler, heated by means of a curing device.
Die zu beschichtende Baueinheit ist insbesondere eine Karosserie oder ein Karosseriebauteil für ein Kraftfahrzeug.The structural unit to be coated is in particular a body or a body component for a motor vehicle.
Die Baueinheit umfasst wenigstens abschnittweise, bevorzugt im Wesentlichen vollständig, wenigstens einen metallischen Werkstoff, insbesondere einen Stahl und/oder ein Aluminium bzw. eine Aluminiumlegierung.The structural unit comprises at least in sections, preferably essentially completely, at least one metallic material, in particular a steel and / or an aluminum or an aluminum alloy.
Unter einer Konversionsschicht ist typischerweise eine im Wesentlichen anorganische Moleküle umfassende Schicht auf einer Metalloberfläche einer Baueinheit zu verstehen. Die Konversionsschicht wird zeitlich vor der Abscheidung des flüssigen Beschichtungsmaterials auf die Oberfläche der Baueinheit aufgebracht bzw. auf dieser ausgebildet. Bevorzugt wird eine Konversionsschicht durch eine Phosphatierung erzeugt, wobei durch die Reaktion einer metallischen Oberfläche mit einer wässrigen Phosphat-Lösung auf der Oberfläche der Baueinheit Metallphosphate erzeugt werden.A conversion layer is typically to be understood as meaning a layer essentially comprising inorganic molecules on a metal surface of a structural unit. The conversion layer is applied or formed on the surface of the structural unit prior to the deposition of the liquid coating material. A conversion layer is preferably produced by phosphating, metal phosphates being produced on the surface of the structural unit through the reaction of a metallic surface with an aqueous phosphate solution.
Der Vorteil einer Konversionsschicht besteht in einer Verbesserung der Haft- bzw. Adhäsionseigenschaften der Oberfläche der Baueinheit. Dies führt insbesondere zu einer verbesserten Abscheidung im Sinne einer besseren Haftung des flüssigen Beschichtungsmaterials auf der Oberfläche der eine Konversionsschicht umfassenden Baueinheit.The advantage of a conversion layer is an improvement in the adhesive properties of the surface of the structural unit. This leads in particular to improved deposition in the sense of better adhesion of the liquid coating material on the surface of the structural unit comprising a conversion layer.
Zeitlich nach der Aufbringung der Konversionsschicht wird auf der Oberfläche der bereitgestellten Baueinheit wenigstens bereichsweise elektrophoretisch ein flüssiges Beschichtungsmaterial abgeschieden. Die Abscheidung erfolgt typischerweise mittels eines kathodischen Tauchlackierverfahrens, wobei das flüssige Beschichtungsmaterial in diesem Fall auch als Elektrotauchlack bezeichnet werden kann. Andere elektrophoretische Abscheideverfahren zur Abscheidung eines flüssigen Beschichtungsmaterials auf einer Oberfläche, wie beispielsweise eine anodische Tauchlackierung, sind grundsätzlich jedoch nicht ausgeschlossen.After the conversion layer has been applied, a liquid coating material is electrophoretically deposited at least in some areas on the surface of the structural unit provided. The deposition typically takes place by means of a cathodic dip painting process, in which case the liquid coating material can also be referred to as an electrodeposition paint. However, other electrophoretic deposition processes for depositing a liquid coating material on a surface, such as anodic dip painting, are in principle not excluded.
Bei der elektrophoretischen Abscheidung werden die Bereiche der Baueinheit, auf deren Oberfläche das flüssige Beschichtungsmaterial abzuscheiden ist, in ein mit dem flüssigen Beschichtungsmaterial gefülltes Tauchbad eingeführt, so dass die zu beschichtende Oberfläche im Wesentlichen vollständig von dem flüssigen Beschichtungsmaterial umgeben ist und von diesem benetzt ist. Insbesondere wird die gesamte Baueinheit in ein mit dem flüssigen Beschichtungsmaterial gefülltes Tauchbad eingeführt.In the case of electrophoretic deposition, the areas of the structural unit on whose surface the liquid coating material is to be deposited are introduced into an immersion bath filled with the liquid coating material, so that the surface to be coated is essentially completely surrounded by the liquid coating material and is wetted by it. In particular, the entire structural unit is introduced into an immersion bath filled with the liquid coating material.
Das flüssige Beschichtungsmaterial umfasst gegebenenfalls nicht-flüchtige Komponenten, welche beim Aushärten auf der Oberfläche der Baueinheit verbleiben und flüchtige Komponenten, welche wenigstens beim Aushärten, zumindest teilweise aus dem flüssigen Beschichtungsmaterial bzw. der durch das flüssige Beschichtungsmaterial ausgebildeten Schicht entfernt werden.The liquid coating material optionally comprises non-volatile components which, when hardening, on the surface of the structural unit remain and volatile components, which are at least partially removed from the liquid coating material or the layer formed by the liquid coating material at least during curing.
Das Beschichtungsmaterial dient in der abschließend beschichteten Baueinheit bzw. im fertiggestellten Kraftfahrzeug unter anderem dem Korrosionsschutz.The coating material serves, among other things, for corrosion protection in the finally coated structural unit or in the finished motor vehicle.
Durch Anlegen einer Spannung, insbesondere einer Gleichspannung, zwischen der Baueinheit und einer Gegenelektrode wird eine wenigstens teilweise Abscheidung des flüssigen Beschichtungsmaterials auf der Oberfläche der Baueinheit bewirkt.By applying a voltage, in particular a direct voltage, between the structural unit and a counter electrode, an at least partial deposition of the liquid coating material is effected on the surface of the structural unit.
Nach der Abscheidung des flüssigen Beschichtungsmaterials können von der Baueinheit typischerweise überschüssige Anteile des flüssigen Beschichtungsmaterials entfernt werden. Dies geschieht üblicherweise mittels eines Spülprozesses.After the liquid coating material has been deposited, excess portions of the liquid coating material can typically be removed from the structural unit. This is usually done by means of a flushing process.
Insbesondere zeitlich nach der Abscheidung des flüssigen Beschichtungsmaterials wird auf das flüssige Beschichtungsmaterial bzw. wenigstens auf Bereiche der Baueinheit, auf der flüssiges Beschichtungsmaterial abgeschieden wurde, ein Füller aufgebracht. Mit anderen Worten wird auf die aus der elektrophoretischen Beschichtung entstandene Schicht flüssigen Beschichtungsmaterials eine Füllerschicht aufgetragen.In particular after the deposition of the liquid coating material, a filler is applied to the liquid coating material or at least to areas of the structural unit on which the liquid coating material has been deposited. In other words, a filler layer is applied to the layer of liquid coating material resulting from the electrophoretic coating.
Das flüssige Beschichtungsmaterial liegt bei Aufbringung des Füllers im Wesentlichen unausgehärtet bzw. unvernetzt vor. Mit anderen Worten wird das flüssige Beschichtungsmaterial vor Aufbringung des Füllers nicht vollständig ausgehärtet.When the filler is applied, the liquid coating material is essentially uncured or uncrosslinked. In other words, the liquid coating material is not completely cured before the filler is applied.
Der Füller wird auf das im Wesentlichen in flüssiger Phase vorliegende Beschichtungsmaterial aufgetragen. Dabei ist nicht ausgeschlossen, dass die stoffliche Zusammensetzung des Beschichtungsmaterials zwischen der Abscheidung des flüssigen Beschichtungsmaterials und der Aufbringung des Füllers verändert wird, indem beispielsweise Bestandteile des flüssigen Beschichtungsmaterials, insbesondere leicht flüchtige Bestandteile, wenigstens teilweise entfernt werden. Es ist ebenfalls nicht ausgeschlossen, dass Stoffeigenschaften, wie beispielsweise die dynamische Viskosität und/oder die Dicht, des Beschichtungsmaterials zwischen der Abscheidung des flüssigen Beschichtungsmaterials und der Aufbringung des Füllers verändert werden.The filler is applied to the coating material, which is essentially in the liquid phase. It is not excluded that the material composition of the coating material is changed between the deposition of the liquid coating material and the application of the filler, for example by at least partially removing components of the liquid coating material, in particular volatile components. It is also not excluded that material properties, such as the dynamic viscosity and / or the density, of the coating material are changed between the deposition of the liquid coating material and the application of the filler.
Zeitlich vor dem Aufbringen des Füllers wird die Baueinheit optional in der Art vorbereitet, dass Verunreinigungen von der Baueinheit entfernt werden.In time before the filler is applied, the structural unit is optionally prepared in such a way that impurities are removed from the structural unit.
Bei der Aufbringung des Füllers auf das flüssige Beschichtungsmaterial kommt es typischeraber nicht notwendigerweise wenigstens im Kontaktbereich zwischen Füller und Beschichtungsmaterial zu einer wenigstens bereichsweisen Vermischung des Füllers und des flüssigen Beschichtungsmaterials. Mit anderen Worten ist es möglich, dass zwischen einer im Wesentlichen Füller umfassenden Schicht und einer im Wesentlichen Beschichtungsmaterial umfassenden Schicht eine Übergangsschicht ausgebildet wird, welche sowohl Füller als auch Beschichtungsmaterial umfasst.When the filler is applied to the liquid coating material, however, there is typically not necessarily an at least regional mixing of the filler and the liquid coating material at least in the contact area between the filler and the coating material. In other words, it is possible for a transition layer which comprises both filler and coating material to be formed between a layer essentially comprising filler and a layer essentially comprising coating material.
Der Füller dient bei vollständig ausgebildeter Beschichtung der Baueinheit dem Schutz der aus der elektrophoretischen Beschichtung entstandenen Schicht.When the coating of the structural unit is fully developed, the filler serves to protect the layer resulting from the electrophoretic coating.
Die aus der elektrophoretischen Beschichtung entstandene Schicht und die Füllerschicht bilden gemeinsam einen Schichtverbund aus. Zwecks Aushärtung des Schichtverbunds wird der Schichtverbund in einer Aushärtungseinrichtung erwärmt, wobei insbesondere nicht-flüchtige Komponenten bzw. Bestandteile des mittels der elektrophoretischen Abscheidung aufgebrachten Beschichtungsmaterials und/oder des Füllers vernetzt werden. Insbesondere werden bei der Aushärtung flüchtige, insbesondere leicht flüchtige, Komponenten des mittels der elektrophoretischen Abscheidung aufgebrachten Beschichtungsmaterials und/oder des Füllers wenigstens teilweise entfernt.The layer resulting from the electrophoretic coating and the filler layer together form a layer composite. For the purpose of curing the layer composite, the layer composite is heated in a curing device, in particular non-volatile components or constituents of the coating material applied by means of the electrophoretic deposition and / or of the filler being crosslinked. In particular, during the curing process, volatile, in particular highly volatile, components of the coating material and / or the filler applied by means of the electrophoretic deposition are at least partially removed.
Unter einer nicht-flüchtigen Komponente ist im Sinne der Erfindung eine Komponente zu verstehen, deren Verdunstungszahl höher liegt als die Verdunstungszahl von Wasser. In diesem Sinne sind unter nicht-flüchtigen Komponenten auch schwer flüchtige Komponenten zu verstehen.In the context of the invention, a non-volatile component is to be understood as meaning a component whose evaporation number is higher than the evaporation number of water. In this sense, non-volatile components are also to be understood as meaning non-volatile components.
Die Aushärteeinrichtung ist typischerweise ein Ofen. Unter einer Aushärtung ist im Sinne der Erfindung der Übergang von einem im Wesentlichen flüssigen Zustand in einen im Wesentlichen festen Zustand zu verstehen. Typischerweise findet beim Vorgang des Aushärtens auf molekularer Ebene eine Vernetzung von Komponenten bzw. Bestandteilen des auszuhärtenden Materials statt.The curing device is typically an oven. In the context of the invention, curing is to be understood as the transition from an essentially liquid state to an essentially solid state. During the curing process, components or constituents of the material to be cured are typically crosslinked at the molecular level.
Auf den ausgehärteten Schichtverbund, umfassend das Beschichtungsmaterial und den Füller, wird in einer Ausgestaltung des Verfahrens wenigstens ein Decklack, insbesondere ein Farb- und/oder Klarlack, aufgebracht. Zeitlich vor der Decklackaufbringung auf den ausgehärteten Schichtverbund wird die Baueinheit hinsichtlich Schäden und Verschmutzungen kontrolliert und für die Decklackaufbringung vorbereitet. Insbesondere wird die Baueinheit von Rückständen vorangegangener Bearbeitungsschritte, Schmutz und Metallpartikeln befreit. Danach wird wenigstens eine Decklackschicht aufgetragen, welche in einer Decklacktrocknungseinrichtung durch ein Einwirken von Wärme getrocknet und/oder ausgehärtet wird. Der Decklack wird dabei mittels der Decklacktrocknungseinrichtung für eine Dauer tD von wenigstens 1200 s und höchstens 2100 s mit einer Decklacktrocknungstemperatur TD von wenigstens 120°C und höchstens 150°C beaufschlagt. Typischerweise wird sowohl zunächst eine erste Lackschicht, hier eine Farblackschicht, als auch daran zeitlich anschließend eine zweite Lackschicht, hier eine Klarlackschicht, aufgetragen, wobei vor der Auftragung der zweiten Lackschicht eine Zwischentrocknung in einem Zwischentrockner erfolgt. Im Zwischentrockner wird die erste Lackschicht, die Farblackschicht, mit Wärme beaufschlagt. Dabei wird jedoch die erste Lackschicht nicht notwendigerweise vollständig ausgehärtet.In one embodiment of the method, at least one topcoat, in particular a colored and / or clearcoat, is applied to the cured layer composite, comprising the coating material and the filler. Before the topcoat is applied to the cured layer composite, the structural unit is checked for damage and contamination and prepared for the topcoat application. In particular, residues from previous processing steps, dirt and metal particles are removed from the structural unit. After that, will at least one top coat is applied, which is dried and / or cured in a top coat drying device by the action of heat. The top coat is exposed to a top coat drying temperature T D of at least 120 ° C. and at most 150 ° C. for a duration t D of at least 1200 s and at most 2100 s by means of the top coat drying device. Typically, a first lacquer layer, here a colored lacquer layer, and then a second lacquer layer, here a clear lacquer layer, is applied first, with intermediate drying in an intermediate dryer taking place before the application of the second lacquer layer. In the intermediate dryer, heat is applied to the first lacquer layer, the colored lacquer layer. However, the first layer of lacquer is not necessarily completely cured in this case.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtungsverfahrens besteht in der Einsparung von Energie durch einen Verzicht auf ein vollständiges Aushärten des flüssigen Beschichtungsmaterials vor Aufbringung des Füllers und folglich der Reduzierung von Emissionen, insbesondere CO2-Emissionen aus dem Prozess der Bereitstellung der für ein Aushärten erforderlichen Wärme. Ferner wird durch den Verzicht auf ein Aushärten des flüssigen Beschichtungsmaterials vor dem Aufbringen des Füllers die Zeit zur Herstellung einer beschichteten Baueinheit reduziert.The advantage of the surface coating method according to the invention is the saving of energy by dispensing with complete curing of the liquid coating material before application of the filler and consequently the reduction of emissions, in particular CO2 emissions from the process of providing the heat required for curing. Furthermore, because the liquid coating material is not hardened before the filler is applied, the time required to produce a coated structural unit is reduced.
In einer Ausgestaltungsform des Oberflächenbeschichtungsverfahrens wird der Füller in flüssiger Phase aufgebracht.In one embodiment of the surface coating process, the filler is applied in the liquid phase.
Mit anderen Worten wird der Füller dabei als Flüssigkeit auf das flüssige Beschichtungsmaterial aufgetragen. Die Aufbringung des Füllers kann somit auch als nass-in-nass-Auftragung bezeichnet werden.In other words, the filler is applied to the liquid coating material as a liquid. The application of the filler can therefore also be referred to as wet-on-wet application.
Typischerweise vermischen sich bei der Auftragung des Füllers in flüssiger Phase auf das Beschichtungsmaterial, welches ebenfalls in flüssiger Phase vorliegt, die beiden flüssigen Phasen wenigstens teilweise, so dass wenigstens im Kontaktbereich zwischen dem Füller und dem Beschichtungsmaterial ein Gemisch aus Füller und Beschichtungsmaterial ausgebildet wird.Typically, when the filler is applied in the liquid phase to the coating material, which is also in the liquid phase, the two liquid phases mix at least partially, so that a mixture of filler and coating material is formed at least in the contact area between the filler and the coating material.
Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass ein intensiver Kontakt zwischen den Schichten des Schichtverbunds ausgebildet wird.One advantage of this embodiment is that intensive contact is formed between the layers of the layer composite.
In einer Ausgestaltungsform des Oberflächenbeschichtungsverfahrens wird der Schichtverbund mittels der Aushärtungseinrichtung auf eine Aushärtungstemperatur TA erwärmt, wobei TA > 150°C ist.In one embodiment of the surface coating process, the layer composite is heated to a curing temperature T A by means of the curing device, where T A > 150 ° C.
Mit anderen Worten beträgt die Aushärtungstemperatur TA, mit der wenigstens der Schichtverbund, bevorzugt jedoch die gesamte mit dem Beschichtungsmaterial und dem Füller beschichtete Baueinheit, in der Aushärtungseinrichtung beaufschlagt wird, wenigstens 150°C. Dabei ist die Aushärtungstemperatur TA abhängig von den Materialeigenschaften, insbesondere der Wärmeleitfähigkeit, des Materials, aus dem die Baueinheit im Wesentlichen ausgebildet ist. Für eine im Wesentlichen einen für den Karosseriebau typischen Stahl umfassende Baueinheit beträgt die Aushärtungstemperatur TA bevorzugt wenigstens 175°C. Für eine im Wesentlichen Aluminium umfassende Baueinheit beträgt die Aushärtungstemperatur TA bevorzugt wenigstens 185°C.In other words, the curing temperature T A , at which at least the layer composite, but preferably the entire structural unit coated with the coating material and the filler, is acted upon in the curing device, is at least 150.degree. The curing temperature T A is dependent on the material properties, in particular the thermal conductivity, of the material from which the structural unit is essentially formed. The curing temperature T A is preferably at least 175.degree. C. for a structural unit essentially comprising a steel typical for body construction. For a structural unit comprising essentially aluminum, the curing temperature T A is preferably at least 185 ° C.
Durch das Einwirken von Wärme mit der Aushärtungstemperatur TA auf den Schichtverbund wird ein Aushärten des Schichtverbunds bzw. der den Schichtverbund ausbildenden Materialien bewirkt. Typischerweise werden dabei Komponenten bzw. Bestandteile des flüssigen Beschichtungsmaterials und/oder des Füllers mit einer vergleichsweise hohen Flüchtigkeit, also flüchtige bzw. leicht flüchtige Komponenten, durch die Wärmeeinwirkung in die Gasphase überführt und so aus dem Schichtverbund entfernt, während Komponenten mit vergleichsweise geringer Flüchtigkeit, also schwer bzw. nicht-flüchtige Komponenten, im Schichtverbund verbleiben und eine feste Phase ausbilden.The action of heat at the curing temperature T A on the layer composite causes the layer composite or the materials forming the layer composite to harden. Typically, components or constituents of the liquid coating material and / or the filler with a comparatively high volatility, i.e. volatile or easily volatile components, are converted into the gas phase by the action of heat and thus removed from the layer composite, while components with comparatively low volatility, that is, heavy or non-volatile components, remain in the layer composite and form a solid phase.
Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass mittels der Aushärtungstemperatur TA von wenigstens 150°C sowohl das flüssige Beschichtungsmaterial als auch der Füller im Wesentlichen gleichzeitig ausgehärtet werden.The advantage of this embodiment is that, by means of the curing temperature T A of at least 150 ° C., both the liquid coating material and the filler are cured essentially simultaneously.
In einer Ausgestaltungsform des Oberflächenbeschichtungsverfahrens wird der Schichtverbund mittels der Aushärtungseinrichtung mit der Temperatur TA für eine Dauer von tA beaufschlagt, wobei tA > 900 s ist.In one embodiment of the surface coating process, the layer composite is exposed to the temperature T A for a duration of t A by means of the curing device, where t A > 900 s.
Dies bedeutet, beispielsweise bei einer Ausgestaltung der Aushärtungseinrichtung als Durchlaufofen, dass die Verweilzeit der den Schichtverbund umfassenden Baueinheit in der Aushärtungseinrichtung wenigstens 900 s, bevorzugt wenigstens 1200 min beträgt.This means, for example in the case of a configuration of the curing device as a continuous furnace, that the dwell time of the structural unit comprising the layer composite in the curing device is at least 900 s, preferably at least 1200 min.
Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass eine für die Aushärtung ausreichende Wärmemenge auf den Schichtverbund einwirkt.The advantage of this embodiment is that a sufficient amount of heat for curing acts on the layer composite.
Die Aushärtungseinrichtung ist in einer Ausführungsform als Durchlaufofen ausgeführt, wobei die Baueinheit in einem Eingangsbereich in den Durchlaufofen eingeführt wird, diesen durchfährt und in einem Ausgangsbereich aus dem Durchlaufofen herausgeführt wird. Alternativ ist ebenso eine Aushärtungseinrichtung möglich, in welcher der Ofen für einen Batchbetrieb eingerichtet ist.In one embodiment, the curing device is designed as a continuous furnace, the structural unit being introduced into the continuous furnace in an entrance area, traversing it and being led out of the continuous furnace in an exit area. Alternatively, there is also one Curing device possible in which the furnace is set up for batch operation.
Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass eine für die Aushärtung ausreichende Wärmemenge auf den Schichtverbund einwirkt bzw. eine für die Aushärtung ausreichende Einwirkzeit der Wärme gegeben ist.The advantage of this configuration is that a sufficient amount of heat for curing acts on the layer composite or that there is sufficient heat exposure time for curing.
In einer Ausgestaltungsform des Oberflächenbeschichtungsverfahrens wird das flüssige Beschichtungsmaterial zeitlich nach dessen Abscheidung auf der Oberfläche der zu beschichtenden Baueinheit und zeitlich vor Aufbringung des Füllers auf das flüssige Beschichtungsmaterial in einer Vortrocknungseinrichtung erwärmt, zwecks zumindest teilweiser Entfernung wenigstens einer flüchtigen Komponente aus dem flüssigen Beschichtungsmaterial.In one embodiment of the surface coating process, the liquid coating material is heated in a predrying device after it has been deposited on the surface of the structural unit to be coated and before the filler is applied to the liquid coating material, for the purpose of at least partial removal of at least one volatile component from the liquid coating material.
Mit anderen Worten wird das flüssige Beschichtungsmaterial vor der Aufbringung des Füllers in einer Vortrocknungseinrichtung vorgetrocknet.In other words, the liquid coating material is predried in a predrying device before the filler is applied.
Das flüssige Beschichtungsmaterial umfasst wenigstens eine flüchtige, bevorzugt wenigstens leicht oder mittel flüchtige, erste Komponente, bevorzugt Wasser, sowie wenigstens eine im Vergleich zur ersten Komponente schwerer flüchtige zweite Komponenten, welche nach dem Aushärten die ausgehärtete Oberflächenbeschichtung ausbildet.The liquid coating material comprises at least one volatile, preferably at least slightly or moderately volatile, first component, preferably water, and at least one second component which is less volatile than the first component and which forms the cured surface coating after curing.
Unter einer flüchtigen Komponente ist im Sinne der Erfindung eine Komponente mit einer Verdunstungszahl von höchstens 160, bevorzugt höchstens 120, zu verstehen, wobei die Verdunstungszahl sich aus der Verdunstungszeit einer festgesetzten Menge der Komponente im Verhältnis zur Verdunstungszeit der gleichen Menge an Diethylether unter identischen, insbesondere normierten Umgebungsbedingungen, ergibt. Die Ermittlung der Verdunstungszahl erfolgt dabei typischerweise nach DIN 53170. Die Verdunstungszahl von Wasser beträgt 80.For the purposes of the invention, a volatile component is a component with an evaporation number of at most 160, preferably at most 120, the evaporation number being identical, in particular, to the evaporation time of a fixed amount of the component in relation to the evaporation time of the same amount of diethyl ether standardized environmental conditions. The evaporation rate is typically determined in accordance with DIN 53170. The evaporation rate of water is 80.
Mittels der Vortrocknungseinheit wird ein Massenanteil von höchsten 0,8, wenigstens jedoch 0,2 wenigstens einer flüchtigen ersten Komponente, insbesondere Wasser, aus dem flüssigen Beschichtungsmaterial entfernt. Dabei ist es möglich, dass physikalische Eigenschaften des Beschichtungsmaterials, insbesondere Dichte und/oder Viskosität, verändert werden. Es ist ebenfalls nicht ausgeschlossen, dass es bereichsweise zu einer teilweisen Vernetzung der im Vergleich zur ersten Komponente schwerer flüchtigen zweiten Komponenten des Beschichtungsmaterials kommt.A mass fraction of at most 0.8, but at least 0.2 of at least one volatile first component, in particular water, is removed from the liquid coating material by means of the predrying unit. It is possible here for physical properties of the coating material, in particular density and / or viscosity, to be changed. It is also not ruled out that there may be partial crosslinking of the second components of the coating material, which are less volatile than the first component.
Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass bereits vor dem schlussendlichen Aushärten des Schichtverbunds flüchtige Anteile des flüssigen Beschichtungsmaterials entfernt werden.The advantage of this configuration is that volatile fractions of the liquid coating material are removed before the layer composite is finally cured.
In einer weiteren Ausgestaltungsform des Oberflächenbeschichtungs-verfahrens wird das abgeschiedene flüssige Beschichtungsmaterial mittels der Vortrocknungseinrichtung auf eine Vortrocknungstemperatur Tv erwärmt, wobei Tv< 100°C ist.In a further embodiment of the surface coating method, the deposited liquid coating material is heated to a predrying temperature T v by means of the predrying device, where T v <100.degree.
Mit anderen Worten beträgt die Vortrocknungstemperatur Tv, mit der wenigstens die elektrophoretisch abgeschiedene Schicht des flüssigen Beschichtungsmaterials, bevorzugt jedoch die gesamte mit dem Beschichtungsmaterial beschichtete Baueinheit, in der Vortrocknungseinrichtung beaufschlagt wird, höchstens 100°C. Dabei ist die Vortrocknungstemperatur Tv abhängig von der stofflichen Zusammensetzung des flüssigen Beschichtungsmaterials. Die Vortrocknungstemperatur Tv ist so zu wählen, dass sie unterhalb der Vernetzungstemperatur, mit anderen Worten unterhalb der für die Vernetzung erforderlichen Mindesttemperatur, des flüssigen Beschichtungsmaterials, insbesondere unterhalb der Vernetzungstemperatur der schwerer flüchtigen Komponenten des flüssigen Beschichtungsmaterials, liegt, so dass lediglich die leichter flüchtigen Komponenten, insbesondere Wasser, entweichen.In other words, the pre-drying temperature T v , at which at least the electrophoretically deposited layer of the liquid coating material, but preferably the entire structural unit coated with the coating material, is exposed in the pre-drying device, is at most 100 ° C. The predrying temperature T v is dependent on the material composition of the liquid coating material. The predrying temperature T v is to be chosen so that it is below the crosslinking temperature, in other words below the minimum temperature required for crosslinking, of the liquid coating material, in particular below the crosslinking temperature of the less volatile components of the liquid coating material, so that only the more volatile components Components, especially water, escape.
Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass insbesondere lediglich Wasser bei der Vortrocknung als Emission beim Vortrocknungsvorgang entweicht, weswegen eine Reinigung der Prozessabluft, insbesondere eine thermische Abluftreinigung durch Nachverbrennung der Abluft, nicht erforderlich ist. Durch den Verzicht auf eine Nachverbrennung ist eine Einsparung von Energie und CO2-Emissionen realisierbar.The advantage of this embodiment is that, in particular, only water escapes during the pre-drying as an emission during the pre-drying process, which is why cleaning of the process exhaust air, in particular thermal exhaust air purification by post-combustion of the exhaust air, is not necessary. By dispensing with post-combustion, energy and CO 2 emissions can be saved.
In einer weiteren Ausführungsform beträgt die Vortrocknungsdauer tv, bzw. die Verweilzeit der Baueinheit in der Vortrocknungseinrichtung, wenigstens 60 s höchstens jedoch 1800 s, bevorzugt wenigstens 120 s höchstens jedoch 1200 s. Dabei ist die Vortrocknungsdauer tv abhängig von der Masse und/oder dem Volumen der Baueinheit.In a further embodiment, the predrying time t v , or the residence time of the structural unit in the predrying device, is at least 60 s, but not more than 1800 s, preferably at least 120 s, but not more than 1200 s. The predrying time t v is dependent on the mass and / or the volume of the unit.
Die Vortrocknungseinrichtung ist typischerweise ein Ofen, bevorzugt ein Durchlaufofen.The predrying device is typically an oven, preferably a continuous oven.
In einer weiteren Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtungsverfahrens wird zeitlich vor Aufbringen des Füllers wenigstens ein Versiegelungsmaterial bereichsweise auf das flüssige Beschichtungsmaterial aufgebracht, zwecks zumindest abschnittsweiser Versiegelung der Baueinheit.In a further embodiment of the surface coating method according to the invention, at least one sealing material is applied in some areas to the liquid coating material before the filler is applied, for the purpose of sealing the structural unit at least in sections.
Mit anderen Worten wird nach der Abscheidung des ersten flüssigen Beschichtungsmaterials, jedoch vor der Aufbringung des Füllers auf das flüssige Beschichtungsmaterial, wenigstens ein Versiegelungsmaterial aufgebracht. Dabei ist nicht ausgeschlossen, dass das flüssige Beschichtungsmaterial vor dem Aufbringen des Versiegelungsmaterials vorgetrocknet wird.In other words, after the first liquid coating material has been deposited, but before the filler is applied to the liquid coating material, at least one sealing material is applied. It is not excluded that the liquid coating material is predried before applying the sealing material.
Das Versiegelungsmaterial kann auch als Abdichtungsmaterial bezeichnet werden. Insbesondere ist es möglich, dass bereichsweise unterschiedliche und/oder mehrere Versiegelungsmaterialien aufgebracht werden. Im Falle einer Baueinheit für ein Kraftfahrzeug, insbesondere eine Kraftfahrzeugkarosserie, wird typischerweise eine mehrstufige Abdichtung bzw. Versiegelung verschiedener Bereiche der Baueinheit vorgenommen. In einem ersten Versiegelungsvorgang werden die Bereiche, welche im fertiggestellten Fahrzeug den Unterboden ausbilden, versiegelt. In einem zweiten Versiegelungsvorgang werden die Bereiche, welche im fertiggestellten Fahrzeug beispielsweise Fenster- und Türenöffnungen ausbilden, versiegelt.The sealing material can also be referred to as sealing material. In particular, it is possible for different and / or multiple sealing materials to be applied in areas. In the case of a structural unit for a motor vehicle, in particular a motor vehicle body, a multi-stage sealing or sealing of various areas of the structural unit is typically carried out. In a first sealing process, the areas that form the underbody in the finished vehicle are sealed. In a second sealing process, the areas that form window and door openings in the finished vehicle, for example, are sealed.
Versiegelungsmaterialien sind im Sinn der Erfindung Abdichtmaterialien, die dazu geeignet sind, zu verhindern, dass insbesondere Flüssigkeiten, wie beispielsweise Wasser, in den versiegelten Bereichen der Baueinheit von einer Außenseite der Baueinheit auf eine Innenseite der Baueinheit gelangen können. Mit anderen Worten wird durch das Versiegeln eine Schutzschicht aufgebracht.Sealing materials in the sense of the invention are sealing materials which are suitable for preventing liquids in particular, such as water, from getting in the sealed areas of the structural unit from an outside of the structural unit to an inner side of the structural unit. In other words, a protective layer is applied by the sealing.
In einer weiteren Ausführungsform wird das Versiegelungsmaterial nach seiner Aufbringung in einer Wärmebehandlungseinrichtung zwecks Vortrocknung des Versiegelungsmaterials erwärmt. Die Erwärmung in der Wärmebehandlungseinrichtung kann dabei vor Aufbringung des Füllers erfolgen. Eine entsprechende Wärmebehandlungseinrichtung wird auch als Geliertrockner bezeichnet. Typischerweise beträgt die Verweilzeit der Baueinheit in der Wärmebehandlungseinrichtung zwischen 180 s und 1200 s, insbesondere zwischen 300 s und 900 s. Die Wärmebehandlungstemperatur beträgt typischerweise zwischen 90°C und 160°C, insbesondere zwischen 100°C und 150°C.In a further embodiment, after its application, the sealing material is heated in a heat treatment device for the purpose of predrying the sealing material. The heating in the heat treatment device can take place before the filler is applied. A corresponding heat treatment device is also referred to as a gelation dryer. The residence time of the structural unit in the heat treatment device is typically between 180 s and 1200 s, in particular between 300 s and 900 s. The heat treatment temperature is typically between 90 ° C and 160 ° C, in particular between 100 ° C and 150 ° C.
Derart lässt sich zuverlässig eine Versiegelung relevanter Bereiche der Baueinheit realisieren.In this way, relevant areas of the structural unit can be reliably sealed.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist eine Oberflächenbeschichtungseinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtungsverfahrens zur Beschichtung einer Baueinheit, insbesondere zur Beschichtung einer Baueinheit für ein Kraftfahrzeug, welche eine Einrichtung zur Aufbringung einer Konversionsschicht, eine Abscheidungseinrichtung zur elektrophoretischen Abscheidung eines flüssigen Beschichtungsmaterials auf einer Oberfläche der Baueinheit, eine Aufbringungseinrichtung zur zumindest bereichsweisen Aufbringung eines Füllers auf das flüssige Beschichtungsmaterial sowie eine Aushärtungseinrichtung zur Erwärmung des die Konversionsschicht, die aus der elektrophoretischen Beschichtung entstandene Schicht sowie die Füllerschicht umfassenden Schichtverbunds zwecks Aushärtung, insbesondere durch eine Vernetzung nicht-flüchtiger Komponenten des mit der elektrophoretischen Abscheidung aufgebrachten Beschichtungsmaterials und/oder des Füllers, umfasst.A second aspect of the invention is a surface coating device for carrying out the surface coating method according to the invention for coating a structural unit, in particular for coating a structural unit for a motor vehicle, which includes a device for applying a conversion layer, a deposition device for the electrophoretic deposition of a liquid coating material on a surface of the structural unit, a Application device for at least regionally applying a filler to the liquid coating material and a curing device for heating the conversion layer, the layer resulting from the electrophoretic coating and the filler layer for the purpose of curing, in particular by crosslinking non-volatile components of the coating material applied with the electrophoretic deposition and / or the filler.
Die Oberflächenbeschichtungseinrichtung dient der Durchführung des erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtungsverfahrens und damit einer energiesparenden und emissionsarmen Herstellung einer beschichteten Baueinheit. Die Oberflächenbeschichtungseinrichtung kann ferner Einrichtungen zur Vortrocknung des flüssigen Beschichtungsmaterials vor Aufbringung des Füllers, sowie Einrichtungen zur Aufbringung von Versiegelungen und/oder Decklackierungen umfassen.The surface coating device is used to carry out the surface coating method according to the invention and thus an energy-saving and low-emission production of a coated structural unit. The surface coating device can furthermore comprise devices for predrying the liquid coating material before application of the filler, as well as devices for applying seals and / or topcoats.
Ferner kann die Oberflächenbeschichtungseinrichtung eine Transporteinrichtung umfassen, mittels welcher die Baueinheiten zwischen den Einrichtungen und/oder innerhalb der Einrichtungen bewegt werden können.Furthermore, the surface coating device can comprise a transport device, by means of which the structural units can be moved between the devices and / or within the devices.
Ein dritter Aspekt der Erfindung ist ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, welches wenigstens eine gemäß dem erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtungsverfahren beschichtete Baueinheit, die insbesondere eine Karosserie sein kann, umfasst.A third aspect of the invention is a vehicle, in particular a motor vehicle, which comprises at least one structural unit coated according to the surface coating method according to the invention, which can in particular be a body.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.The invention is explained below with reference to the exemplary embodiments shown in the accompanying drawings.
Es zeigen
-
1 : ein exemplarisches Oberflächenbeschichtungsverfahren gemäß dem Stand der Technik ohne Aufbringung eines Füllers als Grundfließschema; -
2 : eine schematische Darstellung einer Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtungsverfahrens als Grundfließschema; sowie -
2 : eine zweite Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtungsverfahrens als Grundfließschema.
-
1 : an exemplary prior art surface coating process without the application of a filler as a basic flow sheet; -
2 : a schematic representation of an embodiment of the surface coating method according to the invention as a basic flow diagram; as -
2 : a second embodiment of the surface coating process according to the invention as a basic flow diagram.
Auf die
Nach der Bereitstellung
Die Baueinheit wird analog zu dem in
Anschließend an die elektrophoretische Abscheidung
Nach der Füllervorbereitung
Zwecks Aushärtung des flüssigen Beschichtungsmaterials und/oder des Füllers wird die Baueinheit anschließend an die Aufbringung des Füllers
Analog zu dem in
Anschließend an die Decklackaufbringung und deren Trocknung findet typischerweise eine Decklackkontrolle
Analog zu
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- BereitstellungProvision
- 2020th
- VorbehandlungPretreatment
- 3030th
- elektrophoretische Abscheidungelectrophoretic deposition
- 3131
- VortrocknungseinrichtungPre-drying device
- 3232
- erste Qualitätskontrollefirst quality control
- 4141
- erste Versiegelungfirst seal
- 4242
- zweite Versiegelungsecond seal
- 5050
- VersiegelungsvortrocknungSealing pre-drying
- 6161
- DecklackvorbereitungTop coat preparation
- 6262
- Reinigungcleaning
- 6363
- VorzonePre-zone
- 6464
- FarblackaufbringungColor lacquer application
- 6565
- ZwischentrocknungIntermediate drying
- 6666
- KlarlackaufbringungClear coat application
- 6767
- DecklacktrocknungTop coat drying
- 6868
- DecklackkontrolleTop coat inspection
- 7171
- FüllervorbereitungFiller preparation
- 7272
- Aufbringung FüllerApplication of filler
- 7373
- AushärtungseinrichtungCuring device
- 7474
- zweite Qualitätskontrollesecond quality control
- 8080
- FinishingFinishing
- 8585
- AusbesserungsplatzMending place
- 8787
- Nachbearbeitungpost processing
- 9090
- HohlraumkonservierungCavity preservation
- 100100
- Zuführung MontageFeed assembly
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 10052438 A1 [0004]DE 10052438 A1 [0004]
- DE 19512017 C1 [0005]DE 19512017 C1 [0005]
- EP 3004257 B1 [0006]EP 3004257 B1 [0006]
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Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102009051899B3 (en) * | 2009-11-04 | 2011-02-10 | Philipp Aichinger | Component, useful as structural component of motor vehicles, preferably e.g. body framework structure, comprises a zinc lamella layer and a coating exhibiting lacquer layer, where the zinc lamella layer is applied on the lacquer layer |
-
2019
- 2019-11-15 DE DE102019130996.4A patent/DE102019130996A1/en active Pending
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