DE19719147A1

DE19719147A1 - Verfahren zum Emaillieren eines Metallkörpers und Verfahren zum Herstellen von emaillierten Herdblechteilen

Info

Publication number: DE19719147A1
Application number: DE1997119147
Authority: DE
Inventors: Willi Gebhardt; Richard Wiesinger
Original assignee: AEG Hausgeraete GmbH
Current assignee: AEG Hausgeraete GmbH
Priority date: 1997-05-07
Filing date: 1997-05-07
Publication date: 1998-11-12

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Emaillieren eines Metallkörpers und ein Verfahren zum Herstellen emaillierter Herdblechteile.

Zum Emaillieren von Metalloberflächen, insbesondere den Oberflächen von Stahlblechen, wird auf die Metalloberfläche ein Emailmaterial aufgebracht und anschließend eingebrannt. Zum Aufbringen des Emails auf die Metalloberfläche werden in serienmäßigen Produktionen die folgenden Emailauftrags verfahren eingesetzt:

- Elektrotauchemaillierung (Elektrophorese)
- pulverelektrostatischer Emailauftrag
- naßelektrostatischer Emailauftrag
- Fluten
- Tauchen
- Spritzen.

Beim elektrophoretischen Emaillieren (Elektrotauchemail lierung = ETE) wird der zur emaillierende Metallkörper in ein Tauchbad mit einer Emailsuspension oder Emailaufschläm mung (Emailschlicker) in einer im wesentlichen aus Wasser bestehenden Flüssigkeit eingetaucht und gleichzeitig zwi schen dem zu emaillierenden Metallkörper als Anode und we nigstens einer in dem Tauchbad angeordneten Kathode eine elektrische Gleichspannung von typischerweise zwischen etwa 70 V und etwa 120 V angelegt. Die Emailschlickerteilchen la den sich negativ auf und wandern in dem elektrischen Feld zu dem Metallkörper. Die auf der Metalloberfläche abgela gerte Emailschicht verdichtet sich durch Elektroosmose, durch die das Wasser teilweise von der Anode weg zur Katho de wandert.

Bei einem aus DE-A-37 07 401 bekannten Emaillierverfahren wird auf ein Stahlblech durch ETE ein haftvermittelndes Grundemail einer Dicke zwischen etwa 30 µm und etwa 120 µm aufgetragen und nach Zwischenspülen des Grundemails an schließend auf das Grundemail ein Deckemail ebenfalls mit ETE aufgebracht. Vor dem Auftragen des Grundemails wird das Stahlblech alkalisch entfettet mit Unterstützung durch Ul traschall, gespült, in saurer Lösung ohne Metallabtrag ak tiviert und nochmals gespült. Die beiden durch ETE aufge brachten Emailschichten werden mit einem Brand eingebrannt (Zwei-Schicht/Ein-Brand-Emaillierung). Dieses bekannte Ver fahren ist sowohl zum Weiß- als auch zum Farbemaillieren geeignet. Ein weiteres ETE-Verfahren ist aus der EP-A-0 505 967 bekannt.

Beim naßelektrostatischen Emaillieren wird Emailschlicker in einer Spritzvorrichtung in Schlickertröpfchen zerstäubt und auf die zu emaillierende Metalloberfläche gesprüht (gespritzt). Zugleich wird zwischen der Spritzvorrichtung und der Metalloberfläche eine hohe elektrische Gleichspan nung von beispielsweise etwa 100 kV angelegt. In dem resul tierenden hohen elektrischen Feld werden die Schlicker tröpfchen elektrostatisch (negativ) aufgeladen und von dem Feld auf die entgegengesetzt (positiv) geladene Metallober fläche gezogen. Dort scheiden sich die Schlickertröpfchen elektrostatisch unter Abgabe ihrer elektrischen Ladung ab (DE-A-38 32 367).

Es kann nun, wie beispielsweise in der DE-A-41 24 801 of fenbart, nur eine Emailschicht als Direktemail naßelektro statisch aufgetragen, getrocknet und dann eingebrannt wer den (Ein-Schicht/Ein-Brand-Naßelektrostatikemaillierung. Bei dem aus EP-B-0 106 252 bekannten Verfahren werden dage gen erst eine Grundemailschicht und dann eine Deckemail schicht naßelektrostatisch aufgebracht und beide Schichten dann gemeinsam getrocknet und dann eingebrannt werden (Zwei-Schicht/Ein-Brand-Naßelektrostatische Emaillierung) Die Einbrenntemperaturen liegen üblicherweise zwischen 500°C und 900°C.

Im allgemeinen muß die Metalloberfläche vor einer elektro statischen Naßemaillierung entfettet und mit einer Säure, beispielsweise Salpetersäure oder Schwefelsäure, gebeizt werden, um die Oberfläche für eine bessere Haftung aufzu rauhen. Diese Beizung hat ökologische und ökonomische Nach teile.

Außerdem müssen für eine ausreichende Haftung des Emails auf der Metalloberfläche zusätzliche Haftvermittler einge setzt werden. Solche Haftvermittler können zum einen vor dem Auftragen eines Direktemails oder eines Grundemails auf die Metalloberfläche aufgebracht werden, meist durch Ver nickelung der Metalloberfläche. Eine solche Vernickelung ist aufwendig und teuer. Zum anderen können auch dem Di rektemail bzw. dem Grundemail Haftvermittler wie Kobalt, Nickel und/oder Kupfer jeweils in Form ihrer Oxide zuge setzt werden. Aus DE-A-39 36 284 und DE-A-41 24 801 sind spezielle Emails mit Haftvermittlern bekannt, die als auch auf ungebeiztem und unvernickeltem Stahl gut haftend be schrieben werden. Beim Direktemaillieren haben Haftvermitt ler den Nachteil, daß eine helle Farbe und insbesondere ei ne weiße Farbe des Direktemails nicht mehr möglich ist.

Der Emailschlicker kann beispielsweise durch Vermahlen ei ner Emailfritte gewonnen werden und umfaßt in der Regel Si liciumdioxid (SiO₂) und verschiedene Metalloxide (EP-A-0 556 456, DE-A-39 36 284, DE-A-37 07 401 und DE-A-41 24 801) Üblicherweise wird zum Erzeugen von Weißemails Titandioxid (TiO₂) zugesetzt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Emaillieren eines Metallkörpers und ein Verfahren zum Herstellen emaillierter Herdblechteile anzugeben, bei denen ein Beizen und Vernickeln des Metallkörpers nicht mehr er forderlich ist und zugleich keine Einschränkung hinsicht lich der Farbwahl für das Email hingenommen werden muß.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit den Merk malen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 2.

Das Verfahren zum Emaillieren eines Metallkörpers umfaßt die Verfahrensschritte:

a) Aufbringen einer Grundemailschicht auf eine Oberfläche des Metallkörpers durch eine Elektrotauchemaillierung (ETE, Elektrophorese) und
b) Aufbringen einer Deckemailschicht auf die Grundemail schicht durch einen naßelektrostatischen Emailauftrag (Naß-ESTA).

Bei dem Verfahren zum Herstellen emaillierter Herdblechtei le gemäß Anspruch 2 werden

a) als Herdinnenteile vorgesehene Blechteile in einer elek trophoretischen Tauchemaillieranlage emailliert und
b) weitere, als Herdaußenteile vorgesehene Blechteile in der genannten elektrophoretischen Tauchemaillieranlage mit einer Grundemailschicht und anschließend in einer naßelektrostatischen Emaillieranlage mit einer Deck emailschicht überzogen.

Die besondere Kombination der Emailverfahren gemäß der Er findung, nämlich ETE für das Grundemail und Naß-ESTA für das Deckemail, hat den Vorteil, daß einerseits mit ETE ein sehr gut haftendes, gleichmäßig die gesamte zu emaillieren de Metalloberfläche überdeckendes Grundemail erzeugt werden kann und andererseits mit Naß-ESTA ohne großen Aufwand Deckemails unterschiedlicher Farben erzeugt werden können. Beim ETE treten nämlich keine sogenannten Spritzschatten in unzugänglichen oder elektrisch nach dem Prinzip eines Fera day-Käfigs abgeschirmten Oberflächenbereichen des Metall körpers auf wie bei Naß-ESTA, so daß eine Vorbehandlung von Hand bei ETE nicht notwendig ist. Sobald das gleichmäßige Grundemail mit ETE aufgetragen ist, sind Spritzschatten im Deckemail beim darauffolgenden elektrostatischen Naßauftrag nicht mehr so kritisch, da das Grundemail bereits einen ge wissen Korrosionsschutz der Metalloberfläche gewährleistet. Die Haftung de-s Grundemails bei der ETE ist auch ohne vor heriges Beizen und Vernickeln des Metallkörpers gut und kann durch Haftvermittler im Grundemail unterstützt werden. Auf die Farbe des Grundemails braucht bei der ETE keine Rücksicht genommen werden, da die von außen sichtbare Farbe vom Deckemail bestimmt wird. Gegenüber ETE ist bei Naß-ESTA nun ein Farbwechsel bei nacheinander zu emaillierenden Me tallkörpern einfacher durchzuführen, da nicht der ganze Tauchbadinhalt ersetzt werden muß oder eine zweite Anlage verwendet werden muß, sondern nur nach einer Reinigung der Naß-ESTA-Anlage ein neuer Emailschlicker mit der neuen Far be versprüht wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Ver fahren gemäß der Erfindung ergeben sich aus den vom An spruch 1 bzw. Anspruch 2 jeweils abhängigen Ansprüchen.

Demnach werden oder wird in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Grundemailschicht bei der ETE als Haft vermittler Nickel und/oder Kobalt und/oder Kupfer zuge setzt.

Die Oberfläche des Metallkörpers wird vor dem Aufbringen der Grundemailschicht vorzugsweise gereinigt und gegebenen falls auch in einer sauren Lösung aktiviert.

Die abgeschiedene Grundemailschicht wird in einer vorteil haften Weiterbildung vor dem Aufbringen der Deckemail schicht gespült und/oder getrocknet.

Die Dicke der Grundemailschicht ist vorzugsweise kleiner als die Dicke der Deckemailschicht und beträgt insbesondere zwischen 40 µm und 70 µm. Die Deckemailschicht wird vor zugsweise in einer Dicke zwischen etwa 80 µm und etwa 150 µm erzeugt.

Die aufgebrachte Deckemailschicht wird vorzugsweise vor dem Einbrennen getrocknet.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform werden die Grundemailschicht und die Deckemailschicht gemeinsam einge brannt.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeich nungen Bezug genommen. Es zeigen jeweils in einer schematischen Darstellung:

Fig. 1 eine Prinzipzeichnung einer Elektrotauchemail lier(ETE)-Anlage zum Beschichten eines Metallkör pers mit einem Grundemail,

Fig. 2 eine naßelektrostatische Emaillieranlage zum Be schichten des grundemaillierten Metallkörpers mit einem Deckemail,

Fig. 3 den mit Grundemail und Deckemail versehenen Me tallkörper in einem Einbrennofen in einem Quer schnitt und

Fig. 4 eine Anlage zum Emaillieren von Herdblechteilen. Einander entsprechende Teile sind in den Fig. 1 bis 4 mit denselben Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist ein Tauchbad mit 2 bezeichnet. In das Tauchbad 2 ist ein wäßriger Emailschlicker (Emailaufschlemmung, Emailsuspension) 22 eingefüllt, in den der zu emaillierende Metallkörper (Werkstück) 10 sowie wenigstens eine Gegen elektrode 24 eingetaucht sind. Im Beispiel der Fig. 1 sind zwei Gegenelektroden 24 vorgesehen. Die Gegenelektroden 24 sind mit der Kathode einer Gleichspannungsquelle 26 verbun den und der zu emaillierende Metallkörper 10 ist mit der Anode dieser Gleichspannungsquelle 26 verbunden. Dadurch liegt zwischen den Gegenelektroden 24 und dem Metallkörper 10 während des Emaillierprozesses ein elektrisches Feld an. Die in dem Emailschlicker 22 suspendierten Emailteilchen werden durch die Berührung mit den Wassermolekülen elektro statisch aufgeladen und wandern im elektrischen Feld zum Metallkörper 10. Dort setzen sich die Emailpartikel ab, so daß nach einer vorgegebenen Zeit eine Grundemailschicht ge wünschter Dicke abgeschieden wird. Durch Elektroosmose wird diese Grundemailschicht bereits im Tauchbad 2 vorgetrock net, da die Wasserpartikel aus der Schicht herauswandern. Die Gleichspannung U₁ der Gleichspannungsquelle 26 zwischen dem Metallkörper 10 und den Gegenelektroden 24 beträgt im allgemeinen zwischen etwa 50 Volt und etwa 130 Volt, insbe sondere zwischen etwa 70 Volt und etwa 120 Volt. Die elek trische Leitfähigkeit des Emailschlickers 22 wird im allge meinen zwischen etwa 2000 µS/cm und etwa 3500 µS/cm einge stellt, vorzugsweise zwischen etwa 2500 µS/cm und etwa 3200 µS/cm. Zur Einstellung der Leitfähigkeit wird dem Email schlicker 22 vorzugsweise Natriumaluminat zugesetzt. Die dem Emailschlicker 22 zugesetzte Emailgrundsubstanz, insbe sondere Emailfritte oder Emailpulver, wird so gewählt, daß eine gute Haftung der aufgebrachten Grundemailschicht auf der Metalloberfläche des Metallkörpers 10 gewährleistet ist. Geeignete Emails können insbesondere den in der Be schreibungseinleitung genannten Druckschriften entnommen werden, deren Inhalt in die Offenbarung der vorliegenden Anmeldung mit einbezogen wird, und ferner auch von kommer ziellen Emailanbietern bezogen werden. Der Metallkörper 10 kann insbesondere ein Stahlblech sein.

Vor dem Einbringen des Metallkörpers 10 in das ETE-Tauchbad 2 wird die Oberfläche des Metallkörpers 10 im allgemeinen gereinigt und entfettet, vorzugsweise mittels Ultraschall, und anschließend gespült. Nach dem Spülen kann die Metall oberfläche in saurer Lösung, insbesondere mit Phosphorsäu re, kurz aktiviert werden (ohne Metallabtrag) und danach wieder abgespült werden. Auch nach dem Beschichten des Me tallkörpers 10 mit der Grundemailschicht wird der beschich tete Metallkörper 10 nochmals abgespült, um lose Emailpar tikel von der Oberfläche der Grundemailschicht zu entfer nen.

In einem zweiten Verfahrensschritt wird der in dem ETE-Tauchbad 2 gemäß Fig. 1 mit einer Grundemailschicht 11 ver sehene Metallkörper 10 nun in eine luftgefüllte sowie vor zugsweise auch hinsichtlich der Luftfeuchtigkeit klimati sierte Kabine 3 gemäß Fig. 2 eingebracht und dort mittels eines naßelektrostatischen Emaillierverfahrens mit einer zweiten Emailschicht als Deckemailschicht 12 überzogen. In der Kabine 3 ist eine Sprüheinrichtung (Spritzeinrichtung, Zerstäubungseinrichtung) 16, beispielsweise eine Spritzpi stole, vorgesehen, die Sprühemail 15 versprüht. Das Sprüh email 15 besteht im wesentlichen aus einer zerstäubten wäß rigen Suspension und/oder Aufschlämmung von Emailpulver oder einer vermahlenen Emailfritte (Emailschlicker) und wird von der Sprüheinrichtung 16 in viele kleine Sprüh emailtröpfchen 17 zerstäubt. In der dargestellten Ausfüh rungsform enthält die Sprüheinrichtung 16 einen Mittelkanal 19, aus dem Emailschlicker 21 strömt, und eine den Mit telkanal 19 umgebende Ringdüse 18, durch die Luft 20 mit hoher Strömungsgeschwindigkeit strömt. Durch die hohe Ge schwindigkeitsdifferenz der vor den Öffnungen von Mittelka nal 19 und Ringdüse 18 aufeinander treffenden Strömungen von Emailschlicker 21 und Luft 20 wird der Strahl des Emailschlickers 21 zerrissen und in feine Sprühemailtröpf chen 17 zerstäubt. Zwischen den Metallkörper 10 und die Sprüheinrichtung 16 wird eine elektrische Gleichspannung U₂ einer nicht dargestellten Gleichspannungsquelle angelegt, die im allgemeinen zwischen etwa 50 kV und etwa 120 kV und vorzugsweise bei etwa 100 kV liegt. Dadurch werden die Sprühemailtröpfchen 17 elektrostatisch aufgeladen und durch das elektrische Feld auf die mit der Grundemailschicht 11 versehene Metalloberfläche des Metallkörpers 10 gelenkt. Es sind die Anode (Pluspol) der Gleichspannungsquelle mit dem Metallkörper 10 und die Kathode (Minuspol) mit der Sprü heinrichtung 16 elektrisch verbunden. Die Klimatisierung der Kabine 3 sorgt für eine Befeuchtung der Luft, so daß eine Mindestluftfeuchtigkeit nicht unterschritten wird. Da durch wird die Schichtqualität der Deckemailschicht 12 ver bessert.

Anlagen zum naßelektrostatischen Emaillieren von Metallkör pern, insbesondere Stahlblechen, sind an sich in vielfälti gen Ausführungen bekannt, die prinzipiell alle zum Herstel len der Deckemailschicht 12 geeignet sind. Ferner kann in einem Zwischenschritt der mit der Grundemailschicht 11 ver sehene Metallkörper 10 vorgespritzt werden, um schwer zu gängliche Oberflächenbereiche wie z. B. Abkantungen mit Deckemail zu bedecken.

Fig. 3 zeigt einen fertig emaillierten Metallkörper 10 mit einer durch Elektrophorese aufgebrachten Grundemailschicht 11 der Dicke d1 und einer auf der Grundemailschicht 11 durch elektrostatischen Naßemailauftrag aufgebrachten zwei ten Emailschicht als Deckemailschicht 12 der Dicke d2. Die Dicke d1 der Grundemailschicht 11 ist im allgemeinen klei ner gewählt als die Dicke d2 der Deckemailschicht 12. Vor zugsweise beträgt die Dicke d1 der Grundemailschicht 11 höchstens ein Drittel der Dicke d2 der Deckemailschicht 12. Die Dicke d1 der Grundemailschicht 11 wird im allgemeinen zwischen etwa 40 µm und etwa 7() µm und die Dicke d2 der Deckemailschicht 12 zwischen etwa 80 µm und etwa 150 µm eingestellt.

Eine bevorzugte Anwendung findet das Emaillierverfahren ge mäß der Erfindung beim Erzeugen von emaillierten Blechtei len, insbesondere Stahlblechen, von Haushaltsherden. Bei solchen Herdblechen wird im allgemeinen unterschieden zwi schen von außen im Normalfall nicht zugänglichen Herdinnen teilen und den einer stärkeren Schlag- und sonstigen mecha nischen Belastung ausgesetzten Herdaußenteilen. Die Herdau ßenteile müssen neben einer höheren mechanischen Belastung der Emailschicht zusätzlich auch mit verschiedenen Farben emailliert werden können, insbesondere mit hellen Farben und vorzugsweise mit weiß.

Gemäß Fig. 4 wird nun zum Herstellen von emaillierten Blech teilen für einen Haushaltsherd eine einzige ETE-Anlage 4 verwendet, durch die sowohl die Herdinnenteile 30 als auch die Herdaußenteile 31 jeweils mit einer Emailschicht verse hen werden, die unterschiedlich dick sein und/oder aus un terschiedlichen Emails bestehen können. Die Herdinnenteile 30 werden nach der Emaillierung in der ETE-Anlage 4 einem Trockner 5 zugeführt und anschließend in einem Einbrennofen 6 eingebrannt. Die Herdaußenteile 31 werden dagegen nach der ETE-Anlage 4 einem Trockner 7 zugeführt und dann in ei ner farb-naßelektrostatischen Auftragsanlage 8 oder in ei ner weiß-naßelektrostatischen Auftragsanlage 9 farbemail liert bzw. weißemailliert. Die mit diesem Farbemail oder Weißemail als Deckemail versehenen Herdaußenteile 31 werden dann in einem Trockenofen 13 getrocknet und schließlich in einem Einbrennofen 14 eingebrannt. In einer solchen Email lieranlage gemäß Fig. 4 ist keine Beizerei und auch keine Vernickelungsanlage mehr erforderlich. Dadurch entfallen Schwermetalle bei der Vorbehandlung der Metallbleche und es können Energiekosten eingespart werden.

Bezugszeichenliste

2

Tauchbad

3

Kabine

4

ETE-Anlage

5

Trockner

6

Einbrennofen

7

Trockner

8

Farbe-ESTA-Anlage

9

Weiß-ESTA-Anlage

10

Metallkörper

11

Grundemailschicht

12

Deckemailschicht

13

Trockenofen

14

Einbrennofen

15

Sprühemail

16

Spritzeinrichtung

17

Sprühemailtröpfchen

18

Mittelkanal

19

Ringdüse

20

Luft

22

Emailschlicker

24

Gegenelektrode

30

Herdinnenteile

31

Herdaußenteile
U₁

, U₂

Spannung
E Feld
T_e

Einbrenntemperatur

Claims

1. Verfahren zum Emaillieren eines Metallkörpers (10), bei dem

a) durch einen Elektrotauchemaillierprozeß auf eine Ober fläche des Metallkörpers (10) eine Grundemailschicht (11) aufgebracht wird und
b) auf die Grundemailschicht (11) durch einen naßelektro statischen Emailauftrag eine Deckemailschicht (12) auf gebracht wird.

2. Verfahren zum Herstellen emaillierter Herdblechteile, bei dem

a) als Herdinnenteile (30) vorgesehene Blechteile in einer Elektrotauchemaillieranlage (4) emailliert werden,
b) weitere, als Herdaußenteile (31) vorgesehene Blechteile in der genannten Elektrotauchemaillieranlage (4) mit ei ner Grundemailschicht und anschließend in einer naßelek trostatischen Emailauftragsanlage (8, 9) mit einer Deck emailschicht überzogen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem der Grundemailschicht (11) als Haftvermittler Nickel und/oder Kobalt und/oder Kupfer zugesetzt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Oberfläche des Metallkörpers (10) vor dem Aufbringen der Grundemailschicht (11) gereinigt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Grundemailschicht (11) vor dem Aufbringen der Dec kemailschicht (12) gespült und/oder getrocknet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Grundemailschicht (11) in einer geringeren Schicht dicke (d1) als die Deckemailschicht (d2) aufgetragen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Dicke (d1) der Grundemailschicht (11) zwischen etwa 40 µm und etwa 70 µm eingestellt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Dicke (d2) der Deckemailschicht (12) zwischen etwa 80 µm und etwa 150 µm eingestellt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die aufgebrachte Deckemailschicht (12) getrocknet wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Grundemailschicht (11) und die Deckemailschicht (12) gemeinsam eingebrannt werden.

11. Emaillierter Metallkörper (10) mit

a) einer auf der Metalloberfläche durch eine Elektrotauch emaillierung aufgebrachten Grundemailschicht (11) und
b) einer auf der Grundemailschicht (11) durch einen naß elektrostatischen Emailauftrag aufgebrachten Deckemail schicht (12).