DE1771953B2

DE1771953B2 - Vorrichtung zur elektrobeschichtung von hohlkoerpern

Info

Publication number: DE1771953B2
Application number: DE19681771953
Authority: DE
Inventors: Felix Dr.; Aigner Franz Dipl.-Ing. Dr.; Wien Wehrmann
Original assignee: Stolllack AG, Guntramsdorf (Österreich)
Priority date: 1967-09-08
Filing date: 1968-08-06
Publication date: 1977-07-28
Also published as: AT294278B; FR1582692A; GB1235127A; DE1771953C3; US3585120A; CS152459B2; DE1771953A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Elektrobeschichtung von innen und/oder außen zu beschichtenden Hohlkörpern, die zumindest an ihren Oberflächen elektrisch leitend sind, in einem das Beschichtungsmaterial enthaltenden elektrisch leitenden Bad unter Benützung von Gleichstrom und/oder Wechselstrom und/oder Impulsstrom beliebiger Form, wobei der zu beschichtende Hohlkörper als die eine Elektrode wirkt und eine Gegenelektrode vorgesehen ist.

Bei den bekannten derartigen Vorrichtungen treten große Schwierigkeiten bei der Innenbeschichtung von Hohlkörpern auf. Für die folgenden Erläuterungen und Beispiele wird vorausgesetzt, daß mit anodisch abscheidbarem Anstrichmittel gearbeitet wird. In diesem Fall wird der zu beschichtende Gegenstand als Anode geschaltet, die Gegenelektrode ist Kathode.

Die Ursache für die Schwierigkeiten bei der Innenbeschichtung von Hohlkörpern besteht darin, daß eine Mindeststromdichte notwendig ist, um eine Beschichtung zu erzielen. Da der Badwiderstand zwischen Kathode und Außenfläche des zu beschichtenden Hohlkörpers wesentlich geringer als der Badwiderstand zwischen Kathode und Innenfläche des zu

ίο beschichtenden Hohlkörpers ist, sind auch die an den beiden Flächen auftretenden Stromdichten stark verschieden. Praktisch liegt zumindest anfänglich der gesamte Potentialabfall zwischen der Kathode und der Außenfläche des zu beschichtenden Gegenstandes, da der Widerstand des Anstrichmittelbades außerhalb des zu beschichtenden Hohlkörpers und der Widerstand des an der Außenfläche dei Hohlkörpers abgeschiedenen Filmes zunächst wesentlich geringer als der Widerstand der Flüssigkeitssäule in der öffnung des Hohlkörpers,

der Widerstand des Anstrichmiitelbades im Inneren des Hohlkörpers und der Widerstand des an der Innenfläche des Hohlkörpers abgeschiedenen Filmes ist. Es ist leicht einzusehen, daß bei dem anfänglich sehr kleinen äußeren Filmwiderstand praktisch der gesamte Strom zwischen der Kathode und der äußeren Fläche des Hohlkörpers fließt. Insbesondere ist nämlich der Widerstand der Flüssigkeitssäule infolge des kleinen Querschnittes der öffnungen des Hohlkörpers wesentlich größer als der Widerstand des Anstrichmittelbades

außerhalb bzw. innerhalb des Hohlkörpers und damit maßgeblich für den im Inneren fließenden Strom. Mit zunehmender Außenbeschichtung steigt der Widerstand des außen abgeschiedenen Filmes und damit auch der über die inneren Widerstände fließende Strom, da sich im Inneren eine immer größer werdende Potentialdifferenz ausbildet. Je größer und stärker die äußere Beschichtung wird, umso besser erfolgt die Beschichtung im Inneren. Da der Filmwiderstand sich aber nicht beliebig erhöhen läßt, wird die Stromdichte im Inneren des zu beschichtenden Hohlkörpers auf so niedere Werte begrenzt, daß keine ausreichende Innenbeschichtung erfolgen kann.

Bei einigen bekannten Elektrobeschichtungsverfahren wird dieser Mangel dadurch behoben, daß man eine Hilfskathode in den Innenraum des zu beschichtenden Hohlkörpers einführt und diese Hilfselektrode an den negativen Pol der Stromquelle anschließt. Die Innenbeschichtung erfolgt dadurch unabhängig von der Außenbeschichtung. Diese scheinbar sehr elegante Lösung bringt nicht nur bedeutende verfahrenstechnische Nachteile mit sich, sondern verursacht auch hohe Kosten. Da an diesen Hilfselektroden dauernd die volle Betriebsspannung liegt, müssen sie derart ausgeführt sein, daß Kurzschlüsse sicher vermieden werden. Im Falle eines Kurzschlusses ist nicht nur der Gleichrichter gefährdet, sondern es wird auch die Hilfselektrode und teilweise der zu beschichtende Gegenstand zerstört. Die Montage, die sorgfältig ausgeführt werden muß, erfordert zusätzliches Personal und verursacht weitere Kosten, insbesondere bei Gegenständen mit schwer zugänglichen oder kleinen Hohlräumen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der herkömmlichen Ausführungen zu vermeiden. Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Vorrichtung je Hohlraum zumindest ein als Dipol wirkendes Element vorgesehen ist, das teilweise in den zu beschichtenden Hohlraum des Körpers und teilweise

in den Raum außerhalb dieses Hohlraums ragt, so daß sich dieser äußere Teil zwischen dem zu beschichtenden Körper und dessen Gegenelektrode befindet.

Bei der praktischen Ausführung der Erfindung isi es günstig, wenn der Dipol an der Durchführungsstelle durch die Wand des Hohlkörpers gegen drese isoliert ist. Zur Erzielung eines ausreichenden Stromflusses in der innerhalb des zu beschichtenden Hohlraumes befindlichen Badflüssigkeit ist es weiter günstig, wenn beim Dipol der äußere Teil, der beschichtet wird, großflächig, beispielsweise als Drahtgeflecht, ausgebildet ist. Der die Hohlraumwandung durchsetzende innere Teil des Dipols kann z. B. aus Kupferdraht bestehen.

Da der durch den Dipol hindurch fließende Strom sowohl eine Beschichtung der Innenwände des Hohlrau- i.s mes als auch eine Beschichtung des äußeren Teiles des Dipols bewirkt, kann beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Schichtstärke des im Inneren des Hohlkörpers abgeschiedenen Filmes durch d.e Wahl des Verhältnisses der Oberflächengröße des Hohlraumes zur Oberflächengröße des beschichteten Teiles des Dipols geregelt werden.

Die Verwendung von Wechselstrom bzw. Impulsstrom zur Elektrobeschichtung von Gegenständen in Anstrichmittelbädem ist in den österreichischen Patentschriften 2 66 047 und 2 82 032 sowie in der französischen Patentschrift 15 34 494 beschrieben.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die in der Zeichnung schematisch gezeigten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform,

F i g. 2 ein der Vorrichtung nach F1 g. 1 entsprechendes Ersatzschaltbild,

F i g. 3 bis 5 je eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 ist eine Dose 1, die mit einer Stromzuführung 2 versehen in und in der Deck- und Bodenfläche je eine öffnung 3 bzw. 4 aufweist, in einem das Anstrichmittel enthaltenden Behälter 5 eingebracht Die Stromzuführung 2 ist mit dem positiven, der als Gegenelektrode dienende Behälter 5 mit dem negativen Pol einer Gleichstromquelle leitend verbunden. An der Seitenwand der Dose 1 ist ein Dipol 6, 7 isoliert in den Hohlraum der Dose eingeführt. Dieser Dipol besteht aus einem Kupferdraht 6, der an der Durchführungsstelle 8 durch die Wand der Dose 1 gegen diese isoliert ist Außerhalb der Dose 1 ist an dem Kupferdraht 6 ein Drahtgeflecht 7 aus Eisendraht befestigt Der Dipol 6, 7 steht nicht in galvanischem Kontakt mit der Stromquellle. Der äußere Teil 7 des Dipols 6,7 liegt in Kathodennähe und verhält sich daher als Anode, während der Teil 6 im Inneren der Dose 1 dieser gegenüber als Kathode wirkt. Es erfolgt die Beschichtung der gesamten Oberfläche der Dose 1 sowie des äußeren Teiles 7 des Dipols 6,7.

Nach dem Beschichten wird die beschichtete Dose 1 aus dem Bad gehoben und mit Wasser gespült. Der Dipol 6, 7 wird, ohne die Filmschicht zu verletzen, aus der Dose 1 gezogen. Die Qualität der eingebrannten <>o Lackschicht im Inneren der Dose 1 ist von gleicher Qualität wie die Schicht an der äußeren Wand der Dose. Das beschichtete Drahtgeflecht 7 wird verworfen.

F i g. 2 zeigt ein Ersatzschaltbild der Anordnung nach F i g. 1. In F i g. 2 bedeutet der Punkt 9 die Kathode, d. h. den Behälter 5 nach Fig. 1, der Punkt 10 die Berührungsstelle des Anstrichmittelbades mit der Außenseite des zu beschichtenden Hohlkörpers 1, der Punkl U die Berührungsstelle de<i Anstrichmittelbades mit der Innenseite des zu beschichtenden Hohlkörpers und der Punkt 12 die Anode, d. h. den zu beschichtenden Hohlkörper t selbst. Mit 13 ist der Widerstand des Anstrichmittelbades außerhalb des zu beschichtenden Hohlkörpers 1 bezeichnet, mit 14 der Widerstand des an der Außenfläche des Hohlkörpers abgeschiedenen Filmes, mit 15 der Widerstand der Flüssigkeitssäule in den öffnungen 3 und 4 des Hohlkörpers, mit 16 der Widerstand des Anstrichmittelbades im Inneren des Hohlkörpers und mit 17 der Widerstand des an der Innenfläche des Hohlkörpers abgeschiedenen Filmes. Die Werte der Widerstände 14 und 17 steigen entsprechend der Zunahme der Dicke der abgeschiedenen Filmschichten. Mit 18 ist der Widerstand des Dipols 6,7 bezeichnet, dessen Wert wesentlich geringer als der des Widerstandes 15 der Flüssigkeitssäule ist. Da der Widerstand 18 dem Widerstand 15 parallel liegt, weist der Punkt 19 nahezu dasselbe Potential wie der Punkt 10 und, da die Größe des Widerstandes 13 auch sehr gering ist, auch nahezu dasselbe Potential wie die Kathode, d. h. Punkt 9, auf. Für die Beschichtung der Innenseite des Hohlkörpers 1 wirkt dadurch der im Inneren des Hohlkörpers befindliche Abschnitt des Dipols als Kathode, chne daß der Dipol in irgend einer Weise metallisch mit der Kathode in Verbindung steht.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 ist die Dose 1, die mit der Stromzuführung 2 versehen ist und in der Deck- und Bodenfläche je eine öffnung 3 und 4 aufweist, mit einem Dipol 20 aus Kupfer versehen. Dieser Dipol ist an den Durchführungsstellen 8 durch die Flächen der Dose 1 gegen diese isoliert. Die Stromzuführung 2 wird mit dem positiven Pol der Gleichstromquelle verbunden. Mit dem negativen Pol der Gleichstromquelle sind Gegenelektroden 21 und 22 verbunden, die innerhalb des Behälters 5 angeordnet sind. Die Beschichtung der Innen- und Außenflächen der Dose 1 erfolgt analog wie nach Fig. 1.

F i g. 4 zeigt eine Anlage, die zur Elektrobeschichtung mit Hilfe von Wechselstrom vorgesehen ist. Das Becken 5 des Elektrobeschichtungsbades besteht aus innen mit Aluminiumoxyd beschichtetem Aluminium. Dieses Bekken wird an die Wechselstromquelle angeschlossen und wirkt in Verbindung mit dem Anstrichmittelbad als elektrolytischer Gleichrichter bzw. als elektrolytisches Ventil. Der zu beschichtende Hohlkörper 1, der an der Deck- und Bodenfläche je eine Öffnung 3, 4 aufweist, wird mittels der Zuleitung 2 an den anderen Pol der Stromquelle angeschlossen. Infolge des Gleichrichtereffektes wirkt der Hohlkörper 1 bei der Beschichtung als Anode. Die beiden Dipole 6, T weisen jeweils einen stabförrr.igen Teil 6, der an einer der Stellen 8 isoliert durch die Wand des Hohlkörpers 1 hindurchgeführt wird und aus nicht beschichtbarem Material besteht, sowie einen plattenförmigen äußeren Teil T auf. Bei Verwendung eines Bades, das ein anodisch abscheidbares Beschichtungsmaterial enthält, wirkt der innerhalb des Hohlkörpers 1 befindliche Abschnitt des stabförmigen Teiles 6 des Dipols während der für den Bi.schichtungsvorgang wirksamen Wechselstromhalbwelle als Kathode gegenüber dem zu dieser Zeit als Anode wirkenden Hohlkörper, so daß die vollkommene Beschichtung des Innenraumes bewirkt wird.

Nach dem in Fig.5 gezeigten Ausführungsbt.spiJ werden in einem Becken 5, das gleichzeitig als Kathode wirkt, die zu beschichtenden Hohlkörper 1, 1' in Form von Autokarosserien hintereinander an einer Transportschiene 23 hängend so eingefahren, daß sich

gleichzeitig stets zwei Karosserien in dem Anstrichmittelbad befinden. Der in der Zeichnung enthaltene Pfeil 24 gibt die Transportrichtung der Karosserien 1, 1' an. Die Karosserie 1 ist mittels eines Stromabnehmers 25 und einer Stromschiene 26 in galvanischem Kontakt mit der Stromquelle, während die andere Karosserie Γ sich nicht in direktem Stromkreis befindet, da ihr Stromabnehmer 25' die Stromschiene 26 noch nicht berührt. Jede der Karosserien 1,1' ist mit dem inneren Teil 6,6' eines Dipols versehen, der gemeinsam mit einer Leitung 27, 27' aus Kupfer besteht, der isoliert durch die Wand der Karosserie 1 bzw. 1' geführt und mit einer Laufvorrichtung 28, 28' verbunden ist. jede Leitung 27, 27' ist zwischen der Durchführungsstelle 8 und der Laufvorrichtung 28, 28' mit einem Isoliermaterial überzogen. Der in der Karosserie 1 angeordnete Dipolteil 6 steht mittels der Leitung 27, der Laufvorrichtung 28 und einer Schiene 29 mit der Karosserie Γ in galvanischem Kontakt. In dieser Stellung wirkt die Karosserie 1 als Anode gegenüber dem Becken 5. Die Karosserie Γ stellt den wirksamen großflächigen äußeren Teil des Dipolteils 6 dar. Die Karosserie 1' wirkt daher gegenüber dem Becken 5 als Anode, so daß die Beschichtung der äußeren Oberfläche der nicht im direkten Stromfluß stehenden Karosserie 1' beginnt. Der sich im inneren Teil der Karosserie 1 befindliche Dipolteil 6 wirkt gegenüber dieser Karosserie als Kathode, wodurch die gleichmäßige Beschichtung des Innenraumes der Karosserie 1 erfolgt. Sobald die Beschichtung der Karosserie 1 beendet ist, tritt an ihrer Stelle die Karosserie Γ in den direkten Stromkreis. Der Dipolteil 6' seinerseits erhält galvanischen Kontakt mit der folgenden Karosserie. Da die Karosserie Γ außen bereits etwas beschichtet ist, ist der Stromstoß beim Einschalten des Stromflusses für diese Karosserie nicht stark. Bei den herkömmlichen Beschichtungsverfahren mußte hingegen die unbeschichtctc Karosserie unter verminderter Spannung eingefahren werden, um einen zu hohen Stromstoß am Beginn der Beschichtung zu vermeiden.

Als besonders zweckmäßig hat sich die Verwendung eines Dipols 6,7 erwiesen, der einen Kunststoffschlauch aufweist, dessen Mantelfläche mit öffnungen versehen und der mit Drahtwollc gefüllt ist. Die Lunge des so entstandenen flexiblen Stabes wird je nach der Gestalt und Größe des zu beschichtenden Hohlraumes gewählt Ein Teil dieses Dipols ragt wie bei den vorerwähnten Ausführungen in den zu beschichtenden Hohlkörper 1 hinein, der andere Teil in den Raum außerhalb des Hohlkörpers. Die Drahtwolle im äußeren Teil des Dipols wird während des Beschichtungsvorganges beschichtet. Bei dem darauffolgenden Beschichtungsvorgang wird dieser Dipol so angeordnet, daß der bereits beschichtete Teil des Dipols in den zu beschichtenden Hohlraum ragt, während der unbeschichtete Teil nunmehr den äußeren Teil des Dipols bildet. Während dieses Beschichtungsvorganges wird nun der nunmehr äußere Teil des Dipols beschichtet, während der innere Teil des Dipols vom im vorherge-

,j henden Beschichtungsvorgang abgeschiedenen Material befreit wird. Dieser Dipol ist daher praktisch unbegrenzt häufig zu verwenden.

Die angeführten Ausführungsbeispiele und auch andere Anlagen, die der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechen, sind bei entsprechender Umpolung der Stromquellen auch für kathodisch abscheidbare Anstrichmittel geeignet. Als Anstrichmittelbad sind alle für die Elektrobeschichtung üblichen Bäder geeignet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bringt gegenüber

₂<i den herkömmlichen Verfahren zur Beschichtung von Hohlkörpern wesentliche verfahrenstechnische Vorteile. Da die Dipole 6,7 bzw. 20 nicht metallisch leitend mit der Gegenelektrode 5 bzw. 21,22 des zu beschichtenden Hohlkörpers 1 in Verbindung stehen, besteht keine

,ο Kurzschlußgcfahr im Falle eines Kontaktes des Dipols mit dem zu beschichtenden Hohlkörper. Eine Zerstörung des Hohlkörpers 1 und eine Beschädigung des Gleichrichters, Impulsgenerators oder einer anderen Stromquelle ist damit ausgeschlossen. Da die Dipole 6,7

J₅ bzw. 20 kleiner als herkömmliche und im direkten Stromkreis angeschlossenen Hilfsclcktrodcn sind und aus billigerem Materini uls diese hergestellt werden können, sind merkliche Einsparungen möglich. Außerdem können diese Dipole zu dem günstigsten Zeitpunkt

.₍₀ des llerstellungsprozesses des zu beschichtenden Hohlkörpers 1 montiert werden. Mit Hilfe dei erfindungsgemäßcn Vorrichtung können auch kleine bisher nicht oder nur rnaii(!clhaft beschichtete I lohlriUi mc, /. B. einer Autoknrosscric, beschichtet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Elektrobeschichtung von innen und/oder außen zu beschichtenden Hohlkörpern, die zumindest an ihren Oberflächen elektrisch leitend sind, in einem das Beschichtungsmaterial enthaltenden elektrisch leitenden Bad unter Benutzung von Gleichstrom und/oder Wechselstrom und/oder Impulsstrom beliebiger Form, wobei der zu beschichtende Hohlkörper als die eine Elektrode wirkt und eine Gegenelektrode vorgesehen ist, d a durch gekennzeichnet, daß in der Vorrichtung je Hohlraum zumindest ein als Dipol wirkendes Element vorgesehen ist, das teilweise in den zu beschichtenden Hohlraum des Körpers und teilweise in den Raum außerhalb dieses Hohlraumes ragt, so daß sich dieser äußere Teil zwischen dem zu beschichtenden Körper und dessen Gegenelektrode befindet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dipol (6, 7, 20) an der Durchführungsstelle (8) durch die Wand des Hohlkörpers (1) gegen diesen isoliert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Dipol (6, 7) der äußere Teil (7), der beschichtet wird, großflächig, beispielsweise als Drahtgeflecht, ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dipolteil (6), der in den zu beschichtenden Hohlraum eines Körpers (1) ragt, in galvanischem Kontakt mit einem zweiten zu beschichtenden Körper (1') steht, wobei dieser zweite Körper in das Bad eingetaucht ist, aber nicht in galvanischem Kontakt mit der Stromquelle steht, so daß dieser zweite Körper als äußerer Teil des Dipols dient (F i g. 5).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil (27) des Dipols, der die Verbindung zwischen dem inneren Teil (6) desselben und dem zweiten Körper (Y) herstellt, von einer elektrischen Isolierung umgeben ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Teil (6) des Dipols aus Kupfer, beispielsweise einem Kupferstab besteht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dipol aus einem an der Mantelfläche mit öffnungen versehenen Kunststoffschlauch, der mit Drahtwolle gefüllt ist, besteht.