DE1546930C3 - Vorrichtung zum elektrophoretischen Überziehen von Gegenständen mit einem organischen Filmbildner - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrophoretischen Überziehen von mittels einer kontinuierlichen Fördervorrichtung bewegten Gegenständen mit einem organischen, als wäßrige Dispersion in einem Behälter vorliegenden Filmbildner, mit wenigstens einer Gleichstromquelle, deren einer Pol mit den jeweils eine erste Elektrode bildenden Gegenständen verbunden und deren anderer Pol an wenigstens eine zweite, mit der Dispersion in Kontakt stehende und zu den ersten Elektroden eine Potentialdifferenz aufrecht erhaltende Elektrode angeschlossen ist.

Aus der GB-PS 9 33 175 ist es bekannt, Gegenstände dadurch mit einem organischen Filmbildner elektrophoretisch zu überziehen, daß eine vorgegebene Potentialdifferenz während der Abscheidung des Überzugs allmählich auf einen bestimmten Endwert erhöht und danach über eine vorbestimmte Zeit auf diesem Endwert gehalten wird, um eine gewünschte Schichtstärke des Überzugs zu erhalten. So ist in diesem Zusammenhang beispielsweise eine allmähliche Erhöhung der Potentialdifferenz innerhalb eines Zeitraumes von etwa 20 Sekunden auf einen Endwert von 150VoIt vorgesehen, und danach die Aufrechterhaltung dieses Wertes über weitere 40 Sekunden, um eine nach dem Aushärten gemessene Schichtstärke des Überzugs von etwa 0,254 mm zu erhalten. Oder es ist vorgesehen, die alimähliche Erhöhung der Potentialdifferenz auf einen Endwert von 200 Volt über 30 s vorzunehmen und danach diesen Endwert über 60 s zu halten, damit sich ein Überzug gleicher Schichtstärke ausbilden kann, der dann im einen wie im anderen Fall einen bestimmten elektrischen Widerstandswert besitzt und innerhalb dieses vorbekannten Überzugsverfahrens zur Vermeidung eines sonst üblich gewesenen Spülvorganges einem in der Richtung umgekehrten Potentialfeld unterworfen wird, um damit von den fertig überzogenen Gegenständen allen darauf nicht zur Abscheidung gekommenen Filmbildner zu entfernen. Die Umkehrung des Potentiaifeldes, welche dabei hauptsächlich den Zweck der Verhinderung eines sonst bei einem Spülgang eingetretenen Verlustes an dem Filmbildner erfüllt, wird dabei vorrichtungsmäßig beispielsweise dadurch beherrscht, daß oberhalb des den Filmbildner aufnehmenden Behälters eine Stromschiene mit zwei verschieden gepolten Abschnitten angeordnet ist, mit welchen die zu überziehenden Gegenstände bei einer Vorrichtung der vorgenannten Art während eines Eingetauchtseins in den Filmbildner aufeinanderfolgend in eine elektrische Leitverbindung gebracht werden.

In diesem Zusammenhang wurde nunmehr festgestellt, daß die Qualität eines solchen elektrophoretisch abgeschiedenen Überzuges nicht immer optimal ist und es besonders häufig zu einer Rißbildung des Überzuges kommt. Auch wurde besonders bei komplizierteren Formen der zu überziehenden Gegenstände festgestellt, daß dabei für den Filmbildner weniger zugängliche Oberflächenbereiche nur eine mangelhafte Beschichtung erfahren, besonders dann, wenn die Eintauchzeit der Gegenstände in den Filmbildner mehr oder weniger auf die Rate eingestellt wurde, mit der die für den Filmbildner zugänglicheren Oberflächenbereiche zur Erzielung einer gewünschten Schichtstärke unter der dafür maßgeblichen Potentialdifferenz mit dem Filmbildner überzogen wurden oder in der Form häufig wechselnde Gegenstände mit derselben Vorrichtung unter gleichbleibenden Bedingungen behandelt und dabei dann solche komplizierteren Formen hinsichtlich der unterschiedlichen Überzugsbedingungen nicht entsprechend berücksichtigt wurden.

Mithin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiter zu bilden, daß damit qualitätsmäßig verbesserte Überzüge an den Gegenständen erhalten werden, die in einer mithin kontinuierlichen Bewegungphase durch den Filmbildner hindurchbewegt werden und dabei ihre Beschichtung erfahren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer solchen Vorrichtung der Behälter über seine Länge unterschiedliche Breiten- und Tiefenbereiehe aufweist. Mit dieser Maßnahme wird erreicht, daß folglich allein über eine entsprechende Raumform des den Filmbildner aufnehmenden Behälters eine Änderung der Potentialdifferenz zwischen den verschiedenen Elektroden eintritt, während die Gegenstände in den Filmbildner eingetaucht sind. Wird folglich an der Stelle,

wo die Gegenstände zuerst in den Filmbildner eingetaucht werden, das betreffende Behälterende im Vergleich wesentlich tiefer und auch wesentlich breiter ausgebildet als das andere Behälterende, an welchem die dann mit dem Filmbildner überzogenen Gegenstände wieder herausgeführt werden, dann wird dadurch eine den unterschiedlichen Tiefen und Breiten entsprechende Erhöhung der Potentialdifferenz von einen zum anderen Behälterende hin erreicht, was die gewünschte Qualitätsverbesserung des Überzuges ergibt. Dabei kann ohne besondere Schwierigkeiten empirisch ermittelt werden, welche Abstufung diese unterschiedlichen Tiefen- und Breitenbereiche am zweckmäßigsten erhalten müssen, um bei einer vorausgesetzten gleichbleibenden Eintauchtiefe der Gegenstände in den Filmbildner optimale Qualitäten für den Überzug zu erhalten, wobei diesbezüglich nicht nur die Vermeidung einer Rißbildung sondern auch eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Beschichtung über alle Oberflächenbereiche der zu überziehenden Gegenstände zu berücksichtigen ist.

Zur empirischen Ermittlung solcher optimalen Bedingunge allein über eine entsprechende Anpassung der Raumform des Behälters kann nach einer Ausbildung der Erfindung auch beispielsweise gehören, daß in dem Behälter die erste Elektrode von der zweiten Elektrode abschirmende Wände aus nichtleitendem und gegebenenfalls porösem Material angeordnet werden, die mithin ebenfalls eine örtlich begrenzte Veränderung der für das Überziehen maßgeblichen Potentialdifferenz ergeben. Solche abschirmenden Wände können dabei zu beiden Seiten der Bahn der Gegenstände parallel zu dieser und paarweise mit wechselseitigem Abstand angeordnet sein, deren individuelle Bemessung und Anordnung dann ebenfalls maßgebend ist für die an den Orten ihrer Anordnung erreichbaren Werte der jeweiligen Potentialdifferenz, welche mithin also ohne eine von außen zu überwachende Steuerung entlang der Bewegungsbahn der Gegenstände durch den Filmbildner hindurch eine laufende Veränderung erfährt.

Weitere vorteilhafte und zweckmäßige Ausbildungen der Erfindung sind in den einzelnen Unteransprüchen erfaßt. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum elektrophoretischen Überziehen von Gegenständen, bei welcher die Erfindung verwirklicht ist,

Fig.2 eine Draufsicht auf den den Filmbildner aufnehmenden Behälter der Vorrichtung nach Fig. 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 3 einen Längsschnitt durch diesen Behälter nach der Linie 3-3 in F i g. 2 und

Fig.4 bis 6 der Fig.2 entsprechende Draufsichten auf einen solchen Behälter gemäß weiteren alternativen 55 ' Ausführungsformen der Erfindung.

In Fig. 1 ist mit 11 der einen organischen und als wäßrige Dispersion vorliegenden Filmbildner aufnehmende Behälter bezeichnet, dessen Wanne 12 aus elektrisch leitendem Material besteht und beispielsweise bei einem anodisch geführten Überzugsverfahren als Kathode dient, indem dann diese Wanne über Leitungen 33 und 43 mit dem entsprechenden Pol zweier Gleichstromquellen 31 und 41 elektrisch verbunden ist. Der Behälter 11 bzw. die Wanne 12 ist im übrigen noch mit einer Zuleitung 13 und einer Ableitung 14 versehen, über welche Flüssigkeiten zu- und abgeleitet werden können.

Oberhalb des Behälters 11 ist eine Fördervorrichtung 21 mit einer Förderschiene 22 angeordnet, entlang welcher die zu überziehenden Gegenstände 27 kontinuierlich so befördert werden, daß sie dabei auch kontinuierlich durch den Filmbildner hindurchbewegt werden, sobald sie an einem Behälterende in den Filmbildner eingetaucht worden sind. Jeder mithin durch den Filmbildner elektrophoretisch zu überziehende Gegenstand 27 ist an einem Aufhänger 23 aufgehängt, der durch einen Isolator 24 gegen die geerdete Fördervorrichtung 21 isoliert ist. Weiterhin trägt jeder Aufhänger 23 eine Kontaktplatte oder -Bürste 25, über welche eine elektrische Verbindung mit einer parallel zu der Förderschiene 22 geführten Stromschiene 26 hergestellt wird, deren über einen Isolator 28 voneinander getrennte Abschnitte 26-1 und 26-2 über Leitungen 32 und 42 an den Pluspol der beiden Gleichstromquellen 31 und 41 angeschlossen sind. Mithin erhalten dadurch die Gegenstände 27 eine andere Polarität als die Wanne 12 des Behälters 11, so daß auch sie bei dem Überzugsverfahren entsprechende Elektroden bilden. Dabei sind die Gleichstromquellen 31 und 41 beispielsweise so ausgelegt, daß sie eine Potentialdifferenz in der Größenordnung zwischen etwa 50 Volt und 500 Volt und mehr zwischen den unterschiedlich gepolten Elektroden zu erzeugen vermögen, wobei mit den diesbezüglichen Grenzwerten im wesentlichen die Aufenthaltszeit der zu überziehenden Gegenstände in dem Filmbildner, dessen Beschaffenheit, die für den Überzug gewünschte Schichtstärke sowie die Gesamtgröße der zu beschichtenden Oberflächen und auch die wechselnden Formen der Gegenstände berücksichtigt werden. Der Gleichstrom wird dabei in der Regel aus der Gleichrichtung eines Wechselstroms gewonnen. Weiterhin soll in diesem Zusammenhang auch noch darauf hingewiesen sein, daß die Aufteilung der Stromschiene 26 in die beiden durch den Isolator 28 voneinander getrennten Abschnitte 26-1 und 26-2 noch die Möglichkeit zu einer Umkehrung des Potentialfeldes an der Stelle schafft, wo die Gegenstände nach abgeschlossener Abscheidung des Überzuges wieder aus dem Behälter 11 herausgeführt werden, so daß dann dort aller nicht zur Abscheidung gekommene und noch an der Oberfläche der Gegenstände anhaftende Filmbildner abgestoßen wird, noch bevor die Gegenstände den Aufstellungsort des Behälters 11 wieder verlassen haben.

In der erfindungsgemäßen Ausführungsform gemäß den Fig.2 und 3 ist die Wanne 112 des Behälters auf einem Betonfundament 113 angeordnet und so ausgebildet, daß am einen Ende des Behälters ein weniger breiter und weniger tiefer Bereich 115 besteht im Vergleich zu dem am anderen Behälterende ausgebildeten Bereich 117, welcher mithin breiter und auch tiefer ist als dieser eine Bereich 115, mit welchem er über einen eine allmähliche Anpassung an diesen Unterschied ergebenden Zwischenbereich 116 verbunden ist. Aufgrund dieser unterschiedlichen Breiten- und Tiefenbereiche 115, 116 und 117 ergeben sich bei einer vorausgesetzten gleichbleibenden Eintauchtiefe der Gegenstände 27 in den Filmbildner entsprechend unterschiedliche Abstände zwischen den verschiedenpoligen Elektroden und mithin ein entsprechender Wechsel der betreffenden Potentialdifferenz, während die Gegenstände vom einen zum anderen Behälterende bewegt werden. Wenn folglich die Gegenstände zuerst an dem breiteren und tieferen Behälterende in den Filmbildner eingetauscht werden, so herrscht dort eine

bestimmte Potentialdifferenz zwischen ihnen und der als Gegenelektrode wirksamen Wanne 112 vor, und diese Potentialdifferenz erfährt danach eine allmähliche Erhöhung, während die Gegenstände entlang des Zwischenbereichs 116 bewegt werden. Die allmähliche Erhöhung ist dabei abhängig von dem Steigungswinkel, unter welchem in diesen Zwischenbereich 116 der Wannenboden angeordnet ist, und weiter von der zunehmenden Verkleinerung des gegenseitigen Abstandes der beiden Seitenwände der Wanne 112, so daß beim Erreichen des Bereichs 115 schließlich ein bestimmter Endwert der Potentialdifferenz erreicht wird, der sich danach nicht mehr ändert, weil dann auch diese Einflußgrößen keine Änderung mehr erfahren. In dem Bereich 115 hat der Wannenboden einen gleichbleibenden Abstand von dem über seine Länge bewegten Gegenständen, und auch die Seitenwände der Wanne sind in diesem Bereich 115 auf einen gleichbleibenden Abstand angeordnet. Die allmähliche Steigerung der Potentialdifferenz entlang des Bereichs 116 schafft eine Voraussetzung dafür, daß der Überzug keine Rißbildung erhält, wobei die Steigerung noch den Nebeneffekt hat, daß damit auch bei komplizierteren Formen der zu überziehenden Gegenstände solche Oberflächenbereiche erreicht werden, die sonst nicht beschichtet wurden. Eine zusätzliche Beeinflussung beispielsweise der anfänglichen Höhe der Potentialdifferenz ist dabei im übrigen auch beispielsweise dadurch Tiöglich, daß in den betreffenden Bereich 117 des Behälters eine die dort den Filmbildner eintauchenden Gegenstände 27 gegen einen betreffenden Teilbereich der Behälterwände abschirmende Wand 114 aus einem nichtleitenden Material angeordnet wird, was mithin an dieser Stelle eine entsprechende Erhöhung des Widerstandswertes ergibt und damit sinngemäß eine entsprechende Verkleinerung der maßgeblichen Potentialdifferenz.

Bei der in F i g. 4 gezeigten Ausführungsform ist ebenfalls am Eintauchende der Gegenstände 228 in den Behälter 212 eine ähnliche Schirmwand 214 angeordnet, welcher hier die Gegenstände 228 gegen die umgebenden Wände des Behälters abschirmt und damit einen anderen Wert der maßgeblichen Potentialdifferenz ergibt, als am anderen Ende des Behälters, wo die Gegenstände 227 nicht einer solchen Abschirmwirkung ausgesetzt sind. Die Wand 214 besteht auch hierbei aus einem nichtleitenden und darüberhinaus zweckmäßig porösen Material, so daß es auf den Gegenständen doch noch zu einem gewissen Niederschlag des Filmbildners auch bereits in diesem von der Wand 214 umgrenzten Bereich kommt, der aber wegen der Wand in Abhängigkeit von dem Ausmaß der Porosität mehr oder weniger stark abgebremst wird. Als geeignete Materialien für solche Abschirmwände eignen sich im übrigen insbesondere Polyäthylen, Polypropylen, Polystyrol, Glas und keramische Stoffe.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 5 besteht der gesamte Behälter 312 aus einem nichtleitenden Material, wie Polyäthylen, und die zu den Gegenständen 327 und 328 gegenpoligen Elektroden sind Tauchelektroden 315 und 316, welche nahe der Seitenwände des Behälters 312 in den Filmbildner eingetaucht sind. Zur Erreichbarkeit unterschiedlicher Werte der Potentialdifferenz entlang der Bahn der Gegenstände sind hierbei paarweise angeordnete Wände 313 und 314 vorgesehen, welche unterschiedlich groß bemessene Oberflächen aufweisen und auch in paarweise wechselnden Abständen angeordnet sind. So hat die am Eintauchende der Gegenstände in den Filmbildner angeordnete erste Wand 313-1 der Wände 313 und ihre entsprechende Gegenwand der Wände 314 eine kleinere Oberfläche als die daneben angeordnete Wand 313-2, deren Oberfläche wieder kleiner ist als die Oberfläche der nächsten Wand 313-3, bezüglich welcher im übrigen auch ein größerer Abstand eingehalten ist als bezüglich der Wand 313-1. Mithin werden im Rahmen dieser Ausführungsform des Behälters 312 die Gegenstände 328 während ihrer Bewegung durch den Filmbildner hindurch einer ständig größer werdenden Potentialdifferenz in den Abschnitten zwischen den in der Bewegungsrichtung der Gegenstände benachbarten Wandpaaren ausgesetzt, während an den Orten der Wandpaare eine vorübergehende Herabsetzung der jeweiligen Potentialdifferenz stattfindet, deren Ausmaß abhängig ist von der maßgeblichen Oberflächengröße des betreffenden Wandpaares. Durch diese mithin intervallsmäßige Steigerung kann ebenfalls ein besonders günstiger Einfluß auf die Qualität des Überzugs genommen werden, der sich auf den Gegenständen 328 niederschlägt, während diese mit einer gleichbleibenden Eintauchtiefe in den Filmbildner zum Austrittsende des / I Behälters hin bewegt werden. '

Bei der Ausführungsform gemäß Fig.6 ist der Behälter 412 ebenfalls aus einem nichtleitenden Material gebildet und parallel zu seinen beiden Seitenwänden sind hierbei zwei gegenüber dem Filmbildner im wesentlichen undurchlässige, poröse Wände 413 und 414 angeordnet, welche mit den Behälterwänden sich paarweise gegenüberliegende und voneinander getrennte Zellen 416 und 418 bzw. 417 und 419 zur Aufnahme je einer zu den Gegenständen gegenpoligen Elektrode 421 bis 424 schaffen. Diese Zellen sind jeweils mit einer Zuleitung 436 bis 439 und mit einer Ableitung 441 bis 444 für eine Ersatzflüssigkeit versehen, die mithin über die porösen Wände 413 und 414 mit dem in dem mittleren Raum 415 angeordneten Filmbildner in einem von der Porösität der Wände 413 und 414 abhängigen Flüssigkeitsaustausch stehen. Werden mithin für die einzelnen Zellen unterschiedliche Ersatzflüssigkeiten ausgewählt, dann können hierbei auch mit dieser ergänzenden Maßnahme unterschiedliche Werte für die Potentialdifferenz erhalten werden. | Was die Porosität der Wände 413 und 414 anbetrifft, so ^; Ϊ kann diese Werte zwischen etwa 10 und etwa 1000 nm des Porendurchmessers annehmen, um einen entsprechende Ionendurchlässigkeit für solche Ersatzflüssigkeiten zu erreichen. Diese Werte können wiederum beispielsweise mit Polystyrol oder auch mit einem keramischen Material erhalten werden, das die gewünschte Porosität beispielsweise aufgrund eines entsprechend geführten Sintervorgangs erhalten hat.

Unter Verwendung des Behälters der Ausführungsform gemäß F i g. 5 wurde die Vorrichtung nach F i g. 1 unter folgenden Bedingungen und mit den folgenden Ergebnissen betrieben. Es wurde ein für Fahrzeugkarosserien üblicher Fahrzeuglack mit 5 % Feststoffen als Filmbildner benutzt, um damit aus Weichstahl bestehende Platten mit den Abmessungen 38 χ 108 mm bei einer Eintauchtiefe von 25,4 mm zu überziehen. Die Überzugszeit betrug 1 Minute und es waren zwei Zwischenräume zwischen benachbarten Wandpaaren ausgebildet, die eine Breite von 25,4 mm und 6,35 mm bei einer gleichen Tiefe von 114,3 mm hatten und von denen sowohl die hierbei als Anoden geschalteten, zu überziehenden Gegenstände als auch die in den Fahrzeuglack eingetauchten Kathoden auf verschiede-

nen Seiten der Abschirmwände einen Abstand von 12,7 mm einhielten. Bei einer zuerst eingestellten Potentialdifferenz von 300 V ergab sich an dem größeren Spalt eine Schichtstärke von etwa 0,254 bis 0,305 mm und der Überzug war rauh, während sich an dem kleineren Spalt ein glatter Überzug einer Scjiichtstärke zwischen 0,1524 und 0,1778 mm ergab.

Danach wurde die Potentialdifferenz auf 400 V eingestellt, wobei sich zeigte, daß an dem größeren Spalt eine ziemlich heftige Badbewegung auftrat und sich ein blasenreicher Überzug an den eingetauchten Platten ausbildete, während es an dem kleineren Spalt zur Ausbildung eines glatten Überzugs einer Schichtstärke zwischen etwa 0,127 und 0,2032 mm kam.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

709 510/294

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum elektrophoretischen Überziehen von mittels einer kontinuierlichen Fördervorrichtung bewegten Gegenständen mit einem organisehen, als wäßrige Dispersion in einem Behälter vorliegenden Filmbildner, mit wenigstens einer Gleichstromquelle, deren einer Pol mit den jeweils eine erste Elektrode bildenden Gegenständen verbunden und deren anderer Pol an wenigstens eine zweite, mit der Dispersion in Kontakt stehende und zu den ersten Elektroden eine Potentialdifferenz aufrechterhaltende Elektrode angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (112) über seine Länge unterschiedliche Breiten-und Tiefenbereiche (115,116,117) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Behälter (112,212,312,412) die erste Elektrode von der zweiten Elektrode abschirmende Wände (114, 214, 313, 314, 413, 414) aus nichtleitendem und gegebenenfalls porösem Material angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände (313, 314) zu beiden Seiten der Bahn der Gegenstände (327, 328) parallel zu dieser und paarweise mit wechselseitigem Abstand angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Bahn der Gegenstände (327, 328) benachbarte Wandpaare (313, 314) zunehmend größere Oberflächen aufweisen.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4. dadurch gekennzeichnet, daß der wechselseitige Abstand von entlang der Bahn der Gegenstände (327, 328) benachbarten Wandpaaren (313, 314) zunehmend größer gehalten ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Behälter (412) zwei gegenüber dem Filmbildner im wesentlichen undurchlässige, poröse Wände (413, 414) zu beiden Seiten der Bahn der Gegenstände angeordnet sind, welche mit den Behälterwänden sich paarweise gegenüberliegende und voneinander getrennte Zellen (416 bis 419) zur Aufnahme je einer zweiten Elektrode (421 bis 424) schaffen, die von im Flüssigkeitsaustausch mit dem Filmbildner stehenden Flüssigkeiten durchströmt sind.