DE2633179A1 - Verfahren und vorrichtung zum elektrophoretischen beschichten - Google Patents

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Ur. KUÖUnW: 06 ΓΑΚΙΙΝΕΚ

Pat.-Arw. Dr. Ing. Ruschke Ur. KUÖUnW: 06 ΓΑΚΙΙΝΕΚ Pat.-Anw. Dipl.-Ing.

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Verfahren und Vorrichtung zum elektrophoretischen Beschichten

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Beschichten eines Werkstücks mit einem elektrophoretischen Beschichtungsmaterial· Die vorliegende Erfindung hat besonderen Nutzen bei der Beschichtung der Innen- und der Außenflächen von Behältern wie Dosen sowie anderen Gegenständen, wie Wärmeaustauschern, Kühlkörpern, Trommeln, Kfz-Rädern, Kfz-Ülfilterdeckeln und dergl. "

Bei der Elektrophorese handelt es sich allgemein um die Bewegung ionischer Teilchen innerhalb eines wässrigen Systems unter dem Einfluß von dem System auferlegten elektrischen Ladungen. Negativ geladene Teilchen bzw. Ionen in einer solchen wässrigen Lösung (d.h. einem anodischen Überzugsmaterial) wandern unter einem elektrischen Potential zu jedem positiv geladenen Leiter, der in die Lösung eingebracht sein kann, damit die teilchen sich auf ihm absetzen. Positiv geladene Teilchen oder Ionen (d.h. von kathodischen Beschichtungsstoffen) wandern entsprechend und setzen sich auf einem negativ geladenen Leiter innerhalb des Beschichtungsbads ab.

Typischerweise setzt man ( für das elektrophoretische Beschichten ) ein elektrisches Potential im Bereich van etwa 100 ... 5QQ W ein. Die Dicke und damit die Dauerhaftigkeit einer elektrophoretisch abgelagerten Beschichtung hängen von einer Anzahl van Faktoren ab - unter anderem der eingesetzten Spannung, dem Abstand zwischen Anode und

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INSPECTED

Kathode, der Beschichtungsdauer, dem pH-Wert der Beschichtungslü sung, den Eigenschaften des eingesetzten Beschichtungspoymerisats und der Leitfähigkeit des zu beschichtenden Materials. Während des Beschichtens nimmt dessen Leitfähigkeit nach dem Ablagern einer ge ringen Menge der Beschichtungsteilchen auf der zu beschichtenden leitenden Oberfläche allmählich ab; das dabei zunehmend beschichtete Werkstück ujird auch zunehmend isoliert. Hat die Dicke der elektro pharetisch aufgebrachten Beschichtung einen für ein bestimmtes System ausreichenden liiert erreicht, ist die zuvor leitende Oberfläche so stark isoliert worden, daß eine weitere Ablagerung nicht mehr statt finden kann. Auch dann, wenn ein Teil der Oberfläche des zu beschich tenden Werkstücks zuvor mit einer Isolierschicht versehen worden ist, läßt sich ein weiterer Beschichtungsauftrag auf dieser bereits be schichteten Oberfläche nur mit höheren Spannungen, einem geringeren Abstand der Elektroden, leitfähigeren Beschichtungsstoffen, längeren Beschichtungszeiten und anderen Änderungen am System erreichen.

Verschiedene der oben angegebenen Techniken zur elektrophüretischen Beschichtung sind aus dem Stand der Technik bekannt. Diese Verfahrens weisen haben eine Anzahl von Nachteilen. In vielen solchen elektro phoretischen Beschichtungsverfahren nach dem Stand der Technik ist es nötig, das Werkstück in ein Beschichtungsbad zu tauchen, was er hebliche Investitionen für die oft großräumigen Tanks erforderte, die die Werkstücke aufnehmen sollen. Weiterhin hat sich herausgestellt, daß diese Tauchverfahren einen erheblichen Zeit- und Anlagenaufwand erfordern,'um diesen Tauchvorgang durchzuführen.

Ein weiterer wesentlicher Nachteil dieser Tauchverfahren nach dem Stand der Technik ist das notwendige Ergebnis, daß sowohl die Innen als auch die Außenflächen des zu beschichtenden Werkstücks gleich zeitig behandelt werden müssen« Dieser Umstand ist besonders uner wünscht, wenn, wie oft der Fall ist, entweder die Außen- oder die Innenfläche nicht beschichtet werden soll oder nicht beschichtet zu werden hraucht oder wenn für die beiden Flächen eine unterschied liehe Beschichtung gefordert wird. Die dabei auftretende Material Verschwendung und die mangelnde Vielseitigkeit ira Einsatz stellen

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in vielen Fällen derart schwerwiegende Faktoren dar, daß auf andere, nach teurere Verfahren zurückgegriffen werden muß.

Ein weiteres bisher eingesetztes Verfahren ist die elektrische AbIa gerung eines Beschichtungsmaterials auf Blech vor dessen Umwandlung in einen bestimmten beschichteten Gegenstand. Dabei treten in der Beschichtung affenliegende und/oder nicht abgedeckte Risse auf, die während der verschiedenen Verarbeitungsschritte wie Stanzen, Schweißen, Erwärmen und dergl. entstehen können. Diese ungeschützten Flächen teile können besonders in der Behälterindustrie oder dort unerwünscht sein, wo das offenliegende Metall ein Sicherheitsrisiko oder einen wirtschaftlichen Verlust darstellt«,

Ein weiteres Verfahren nach dem Stand der Technik, das elektrostatische Spritzen, ist ebenfalls in verschiedenen gewerblichen Beschichtungs anlagen eingesetzt worden. Auch dieses Verfahren hat eine Anzahl weiterer Nachteile. Die Spritzverfahren werfen schwierige Einstellungsund üJartungsprobleme auf. Weiterhin muß beim elektrostatischen Spritzen eine verhältnismäßig dicke Beschichtung aufgebracht werden, um eine vollständige Abdeckung der zu beschichtenden Oberfläche zu gewähr leisten. Lüeiter haben sich die Spritzverfahren dort als besonders schwierig erwiesen, so die zu beschichtenden Oberflächen unregelmäßig und/oder verdeckt angeordnet sind.

Die Umkehrflutung ("inversion flooding") ist als Verfahren zum elek trischen Beschichten der Innenfläche von Behältern mit weiter Öffnung vorgeschlagen worden. Dieses Verfahren ist geeignet für Behälter mit Säulenform, wobei man die Dose umdreht und die Dosenöffnung einen Stempel aufwärts einführt, dessen Durchmesser recht genau dem Innen durchmesser der Dose entspricht. Sodann pumpt man elektrisch abzulagerndes Material vom oberen Ende des Stempels her in die Dose ein und überflutet dabei den Zwischenraum zwischen Stempel und Dose von oben her, an den Stempelseiten herunter und aus dem Boden heraus und beschichtet auf diese LJeise die Innenfläche. Ein solches System ist aus sich heraus auf das Beschichten des Behälterinneren beschränkt. Weiterhin ist wegen der Zwangsflutung in dem engen Zwischenraum die

Beschichtungsdicke ungleichmäßig und streifig, uienn der Zwischenraum selbst gleichmäßig und kontinuierlich ist.

Angesichts der Mangel des Standes der Technik ist es also ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrischen Beschichten anzugeben, bei denen die dem Stand der Technik anhaftenden Schwierigkeiten und Nachteile wesentlich verringert oder vermieden sind.

Entsprechend schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum elektrophoretischen Beschichten einer Oberfläche eines elektrisch leitenden Werkstücks mit gewählter linearer Dimension, indem man dem Werkstück einelektrisches Potential und einem elektrophnretischen Beschichtungsmaterial eine elektrische Ladung erteilt, um das elektro phoretische Beschichtungsmaterial auf der Oberfläche des Werkstücks abzulagern, dadurch gekennzeichnet, daß man das elektrophoretisch^ Beschichtungsmaterial ablagert, indem man das geladene Beschichtungs material in einem der linearen Dimension entsprechenden linearen Strömung und in großer Nähe zu der Oberfläche des Uerkstücks fließen läßt und das Werkstück und den geladenen linearen Strom des elektro phoretischen Beschichtungsmaterials in seitlicher Richtung zu der linearen Dimension relativ zueinander bewegt.

Die vorliegende Erfindung schafft weiterhin eine Vorrichtung zum elektrophoretischen Beschichten einer Oberfläche eines elektrisch leitfähigen Werkstücks mit einer gewählten linearen Dimension, wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch einen Vorratsbehälter für das elektrophoretisch^ Material, einer Einrichtung zur Lagerung des Werkstücks derart, daß die lineare Dimension offenliegt, eine Düsen einrichtung, die eine lineare Strömung des elektrophoretischen Be Schichtungsmaterials auf die lineare Dimension des Werkstücks richten kann, eine Einrichtung, die das elektrophoretisch^ Beschichtungsmaterial aus dem Vorratsbehälter der Düseneinrichtung zuführt, einer Einrich tung, die die lineare Strömung des elektrophoretischen Beschichtungs materials relativ zum Werkstück auflädt, und eine Einrichtung, die die Lagerungseinrichtung und die Düseneinrichtung relativ zueinander in

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einer Richtung seitlich zu der linearen Strömung bewegt, wodurch eine gesamte Oberfläche des Werkstücks auf der Lagerung beschichtet werden kann.

(Mach der vorliegenden Erfindung läßt sich ein Werkstück wahlweise und gleichmäßig auf einer Innen- Dder einer Außenfläche beschichten.

Die Erfindung wird nun unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 ist eine schematisierte Draufsicht einer Vorrichtung zum Be schichten der Außenfläche eines Werkstücks und zeigt einen um Zahn räder laufenden Endlosförderer, der die Werkstücke in Form von Dosen durch Beschichtungs-, Spül- und Härtestationen trägt;

Fig. 2 ist ein geringfügig vergrößerter Teil der Draufsicht der Fig. 1 bei entferntem Dosen- und Werkstückhalter und zeigt die Ritzel-, Zahnungs- und Kettenanordnung zum Drehen der Werkstücke während des Beschichtens, Spülens und Härtens der Außenfläche;

Fig. 3 ist ein vergrößerter Seitenriß der Konstruktion, die den Werkstückhalter entlang dem Entlosförderer bewegt und dreht, wie in Fig. 2 gezeigt;

Fig. k ist ein vergrößerter Seitenriß des Vorgangs des Beschichtens der Außenfläche eines Werkstücks und zeigt eine Einrichtung, die die Konstruktion in einen elektrischen Stromkreis einbringt, wobei eine Düsenelektrode, eine Hilfselektrode sowie eine Drehrichtung zum Drehen des Werkstücks während des Beschichtens gezeigt sind;

Fig. 5 ist eine Draufsicht des in Fig. k gezeigten Konstruktion;

Fig. 6 ist ein schematisierter Seitenriß einer Vorrichtung zum Be schichten des Inneren eines Werkstücks mit einer isolierten Düsen elektrodeneinrichtung, mit der das Werkstück in einen elektrischen Stromkreis mit der Düsenelektrode eingebracht wird, mit einer Ein richtung, die den Behälter oder die Düse während des Beschichtens drehen kann, sowie einem Vorratsbehälter für das Beschichtungsmaterial mit einer zugeordneten Kühl-, Filter- und Pumpanordnung;

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Fig. 7 ist ein vergrößerter Schnitt eines Behälters entsprechend der Fig. 6 auf der Linie 7-7 der Fig_o ß mit elektrisch geladener Be schichtungsdüse und zeigt weiterhin den Ausdehnungsteil einer Düsen ausführung und einen Isolierring, dar einen Kurzschluß, der geladenen Auftragsdüse verhindert;

Fig. Β ist ein vergrößerter Längsschnitt eines Werkstücks mit einer elektrisch geladenen Beschichtungsdüse in dessen Innerem, wobei die spezielle Düse eine Aufuieitung an deren entferntem Ende, um eine voll ständigere Abdeckung des Bodens zu gewährleisten, sowie Schlitze oder Durchbrüche zum gleichmäßigeren Auftrag der Beschichtung, Isolier ringe zum Verhindern versehentlicher elektrischer Kurzschlüsse sowie eine Isoliereinrichtung zwischen der Düse und dem Vorratsbehälter auf weist, wobei die Strömungsrichtung des elektrophoretischen Beschich tungsmaterials mit Pfeilen angezeigt ist;

Fig. 9 ist ein vergrößerter Längsschnitt einer weiteren Form einer Düse zum Beschichten des Inneren eines Werkstücks wie bspw. einer ausgepreßten Bierdose mit gesicktem Bodenteil und zeigt eine keil förmige Düse, die einen gleichmäßigen Auftrag des Beschichtungsmate rials auf diese Stücke im Boden des Behälters gewährleistet, sowie eine Abdeckung der Düsenöffnung in Form eines Maschennetztes aus nichtleitendem Material, die eine laminare Strömung fördert und die Blasenbildung verhindert;

Fig. 10. ist ein vergrößerter Längsschnitt des Vorgangs des Beschich tens einer Außenfläche eines sich drehenden Werkstücks unter Verwen dung einer ortsfesten nicht geladenen Düse mit einem keilförmigen Oberteil und einer separaten Elektrode in Form eines leitfähigen Gitters oder Maschennetzes; weiterhin zeigt die Fig. 10 innerhalb des Werkstücks in einer schematisierten Darstellung einen unterdruck betätigten Werkstückhalter;

Fig. 11 ist eine Endansicht auf der Linie 11-11 der Fig. 10;

Fig. 12 ist ein vergrößerter Längsschnitt, der das Beschichten der Außenfläche eines ortsfesten Werkstücks mittels einer rotierenden Auftragsdüse darstellt;

Fig. 13 ist ein Schnitt auf der Linie 13-13 der Fig. 12;

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Fig. Ik ist ein vergrößerter Längsschnitt und zeigt das Beschichten der Innenfläche eines ortsfesten üJerkstücks mittels einer rotierenden Auftragsdüse sowie einen unterdruckbetätigten Werkstückhalter zum Ergreifen einer Außenfläche;

Fig. 15 ist ein Schnitt auf der Linie 15-15 der Fig_o Ik; und Fig. 16 ist ein vergrößerter schematisierter Seitenriß, der das Beschichten der Außenfläche eines konturierten ÜJerkstücks uiie bspui. eines Kfz-Rades mittels einer ortsfesten Auftragsdüse und/oder -elektrode mit einer der Kontur des lüerkstücks angepaßten Oberflächen gestaltung sowie eine Einrichtung zum Drehen dieses Werkstücks zeigt, lüodurch ein gleichmäßiger Auftrag des Beschichtungsmaterials erreicht lüird.

In der bevorzugten Form uiird das Uerfahren zum elektrophoretischen Beschichten nach der vorliegenden Erfindung durchgeführt mittels der Beschichtungskonstruktion, die in der Fig_o 1 der vorliegenden Zeich nung dargestellt ist_o Die Beschichtungsanlage 1D weist eine Beschich tungskammer 11 auf, die zwei aufeinanderfolgende Spülkammern 12, 13 souiie eine Trockenkammer Ik speistj wobei die Kammern von den Wänden 17 getrennt sind, die jeweils Öffnungen 16 für den Durchgang eines Dosenkörpers aufweisen, der in den entsprechenden Kammern beschichtet, gespült bzw. gehärtet wird.

Die Bewegung der Dose erfolgt auf einer allgemein kreisförmigen Bahn, die an der Eintrittsöffnung 18 in die Beschichtungskammer 11 beginnt und an der Öffnung 20 der Trockenkammer *\k endet. Diese Kreisbahnbe wegung während der Behandlung wird mittels eines Endlosförderer 21 erzeugt, der vorzugsweise um die beabstandeten Zahnräder 22 sowie . ein Paar kleinerer Zwischenrollen 22 gelegt ist, die jeweils nahe dem Eingang 1B bzw. dem Ausgang 20 liegen. Der Endlosförderer 21 kann vorzugsweise in Form einer Gliederkette mit Dornen 19 vorliegen, die an der Kette entlang beabstandet sind und den zu beschichtenden Dosenkörper' aufnehmen und drehen. Eine Hilfselektrode - vergl. Fig. k kann in der Beschichtungskammer 11 an den Dosenkörpern angeordnet sein.

Obgleich der Förderer der Fig. 1 horizontal angeordnet dargestellt ist,

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lassen sich selbstverständlich auch andere Konfigurationen - wie bspuj· eine vertikale Anordnung - mahlen, und derartige Abänderungen sollen im Umfang der Erfindung liegen.

Wie nun in Fig· 2 und 3 dargestellt, sind die Dorne 19 auf einer sich drehenden Welle Zk gelagert, auf der ein Ritzel 26 befestigt ist, das mit einer Zahnung 27 kämmt, um der Welle 2k des Doms 19 und damit dem Dosenkörper Drehung zu erteilen. Diese Drehung der Dosenkörper erfolgt auf Grund des Umstands, daß vor dem Eintritt in die Beschichtungskammer 11 die Dosenkörper in Richtung ihrer Längs achse auf die Dorne 19 aufgesetzt wurden und von diesem getragen werden. Eine Druckplatte 2S kann am Endlosförderer 21 vorgesehen werden, die das Ritzel 26 in die Zahnung 27 drückt. Infolge der Be wegung des Endlosförderers 21 entlang der Zahnung 27 und des Ein griffs des Ritzels in dieselbe wird den auf den Dornen 19 sitzenden Dosenkörpern bei dem Durchlauf durch die Beschichtungskammer 11, die Spülkammern 12 und 13 eine Drehung erteilt. Die Drehgeschwindigkeit der Dorne läßt sich zwar einstellen, um sie auf die physikalischen Eigenschaften des im Einzelfall eingesetzten Beschichtungsmaterials und die angelegte Spannung abzustimmen» Es haben sich jedoch Dreh geschuindigkeiten im Bereich von etwa 6D bis kQQ U/min, als geeignete herausgestellt. Mit dieser Drehgeschwindigkeit kann der Dosenkörper während des Beschichtungsvorgangs mindestens eine oder möglicherweise fast zwei Umdrehungen ausführen· Die Dasenkörper lassen sich auf die Dorne 19 von Hand oder durch weitere, hier nicht gezeigte Uor richtungen aufsetzen· Desgl. können Uorrichtungsteile, die hier nicht besonders gezeigt sind, vorgesehen sein, um die Dosenkörper von den Dornen 19 abzunehmen, nachdem sie durch den Ausgang an der Öffnung 2Q gelaufen sind.

Desgl. kann eine Sternförderermechanik ("star drive conveyor mechanism} einer aus dem Stand der Technik bekannten Art eingesetzt werden, um die Werkstücke durch die Beschichtungs- , Spül- und Härtestationen zu führen.

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Insbesondere ist in den Fig. 4 und 5 eine Ausführungsform der Erfindung zum Beschichten der Außenfläche durch Drehen während des Durchlaufs desselben durch die Beschichtungskammer 11 dargestellt· Während des Beschichtens wird ein Dosenkörper mittels des Doms 19 gedreht. Flüssiges elektrophoretisches Beschichtungsmaterial uiird der Außenfläche 40 eines Dosenkörpers durch die Auftragsdüse 29 zugeführt, die äquidistant zum Dosenkörper angeordnet und an eine Versorgungsleitung 31 angeschlossen ist, die dieses Beschichtungs material aus einem unter ihr liegenden Vorratsbehälter zieht. Dieser Vorratsbehälter (nicht gezeigt) dient auch dazu, überschüssiges, von der Außenfläche 40 des Dosenkörpers abfließendes Beschichtungs material aus Ersparnisgründen wieder aufzufangen.

Diese Düse 29 kann einen Düsenarm 32 aufweisen, der über den Boden der Außenfläche des umgekehrten Dosenkörpers reicht. Uo das einge setzte Beschichtungsmaterial anodisch ist, ist die lüelle 24 zum Drehen des Doms 19 mit einer konzentrischen, elektrisch leitfähigen Anodeneinrichtung 35 versehen, wobei die Düse 29 kathodenseitig in den Anoden-Hathoden-Stram-Kreis eingefügt ist (bei einem hier nicht gezeigtem kathodischen Beschichtungsmaterial wird die Düse zur Anode und der zu beschichtende Gegenstand die Kathode). Weiterhin kann gegenüber der Düse 29 eine Hilfskathode 33 vorgesehen werden, die die Gleichmäßigkeit der Strömung und der Verteilung des elektrophoretischeh Beschichtungsmaterials verbessert. Die Düsen 29 sind mit einer Viel zahl kleiner Öffnungen 30 versehen, um die Gleichmäßigkeit der Strö mungsverteilung des Beschichtungsmaterials zu verbessern. Der Ab stand zwischen diesen Öffnungen 30 und der Außenfläche 40 des Dosen körpers liegt bevorzug" im Bereich von etwa 2 ... 15 mm .

Das Abspülen des überschüssigen elektrophoretischen Materials erfolgt in den SpülkammBrn 12, 13, die jeweils aus der Versorgungsleitung 37 gespeist werden _β die an die Düse 36 angeschlossen ist - vergl· die Beschreibung zur Fig_e 1 « Das überschüssige Material kannso dem Vor ratsbehälter wieder zugeführt werdefa«, Zum Spülen wird entianisiertes Llasser verwendete In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Spül wasser als Permeat aus einer Feinstfilteranlage zugeführt. Das Spül -

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wasser kann im Rahmen eines geschlossenen, umweltfreundlichen Kreis laufs aufbereitet und erneut verwendet werden. Der beschichtete und gespülte Dosenkörper läuft dann durch die Härte- bzw. Trockenkammer 14 an den Heizelementen 39 vorbei, die die gespülte Beschichtung aus härten sollen. Während des Härtens braucht der Dosenkörper nicht ge dreht zu werden. Nach dem Härten kann man die beschichteten Behälter durch automatisierte Einrichtungen (nicht gezeigt) von den Dornen abnehmen.

Die Fig. 6 bis 9 zeigen ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Be schichten der Innenfläche 50 eines Dosenkörpers bzw. Behälters. Die Vorrichtung die allgemein mit dem Bezugszeichen 49 bezeichnet ist, weist eine Beschichtungsdüse 51 auf, die als Zufuhrrohr für das elektrophoretisch^ Beschichtungsmaterial und auch als Kathode in einem Anoden-Kathoden-Kreis mit dem Behälter dient, wenn ein anodisches Beschichtungsmaterial eingesetzt wird. Der Dosenkörper oder Behälter wird auf einer an eine Drehantriebseinheit (nicht gezeigt) angeschlos sene Dorneinrichtung in seiner Längsrichtung gelagert und drehange trieben. Alternativ kann der Düse 51 Drehung erteilt werden, wobei der Dosenkörper ortsfest bleibt. Die Dorneinrichtung 52 kann mittels eines Kragens 53 am Behälter befestigt werden, der über den Baden außenfläche 54 des Behälters sitzt. Alternativ kann man einen durch Unterdruck betätigten Werkstückhalter einsetzen, wie in Fig. 14 gezeigt. Die eingesetzte Spannungsversorgung 69 liefert typischerweise zwischen 5D und 35D V. Die Beschichtungsdüse 51 ist cjegen den Vorratsbehälter mit dem Beschichtungsmaterial mittels eines Isolators 57 isoliert. Das Bsschichtungsmaterial 58 wird der Beechichtungsdüse 51 mittels einer Pumpe 59 aus dem Vorratsbehälter 56 zugeführt, in dem sich die Schnorcheleinrichtung 61 befindet. Nach dem Überfließen der Innen fläche 50 des Behälters fließt überschüssiges Beschichtungsmaterial in den Vorratsbehälter 56 zurück. Die Pfeile in Fig. 6 bis 9 zeigen die Bewegungsbahn des Beschichtungsmaterials 58 aus dem Vorratsbe hälter 56 durch den Schnorchel 61, die vor der Pumpe liegende Leitung 62 zur Pumpe 59, die auf die Pumpe folgende Leitung 63 zur Düse 51 auf die geladene Innenfläche 50 des Behälters und den in den Vor ratsbehälter 56 rückfließenden Überschuss. In einer bevorzugten Aus -

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führungsform können an den Vorratsbehälter 56 ein Kühler 6k und ein Filter 65 angeschlossen sein, die das Beschichtungsmaterial kühlen und filtern.

Fig. 7, 8 und 9 zeigen ueitere Einzelheiten der Gestalt, Anordnung und Bestandteile der Auftragsdüse 51. Bspu. weist nach Fig« 8 die Düse 51 an ihrem entfernten Ende 51a einen aufgeweiteten Teil 66 auf, um eine vollständigere Abdeckung der inneren Bodenfläche 5DA des Behälters zu gewährleisten. Die Isolierringe 67 sind unterein ander beabstandet entlang der Düse vorgesehen, um ein versehent liches Kurzschließen der kathodischen Düse 51 zum anodischen Be halter zu verhindern. Im allgemeinen ist die Auftragsdüse 51 ein stellbar in einem Abstand von etwa 2 _oo. 15 mm zur Behälterinnen fläche 5D angeordneto In Abständen entlang der Auftragsdüse sind Schlitze oder Durchbrüche 68 angeordnet, die den Auftrag des Be Schichtungsmaterials ergänzen, um die Beschichtung gleichmäßiger zu machen_o

Die in der Fig_o 9 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der Fig. 8 in der Form der Düse 51, die keilförmig ist, um einen gleichmäßigen Auftrag des Beschichtungsmaterials 58 in den Sicken 6G am Boden des Dosenkörpers - bspui. einer ausgepreßten Bierdose zuzulassen. Weiterhin ist ein nicht leitfähiges Maschennetz 67a vorgesehen, das die Öffnungen 68 der Düse 51 abdeckt und die Düse 51 gegen den Dosenkörper isoliert, eine laminare Strömung fördert und ein Schäumen des Beschichtungsmaterials verhindert. Vorzugs weise ist die Düse 51' einstellbar in einer Entfernung von 2 ... 15 mm zur Innenfläche 50 des Behälters angeordnet. In der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist das offene Ende vorzugsweise aus der Waagerechten leicht nach unten geneigt, damit überschüssiges Beschichtungsmaterial in das Bad zurückfließen kann, wie mit dem Pfeil A in Fig. 9 gezeigt.

Die in Fig. 6 bis 9 dargestellte Vorrichtung zum Beschichten der Innenfläche 50 eines sich drehenden Behälters mittels einer arts festen Düse läßt sich mit einem Endloskettenantrieb zusammen mit

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dem Ritzel- und Zahnung- Antrieb zum Beschichten einer Außenfläche einsetzen, der zur Fig. 1 beschrieben ist. Die dort ausgeführten Grundsätze gelten auch für eine Anordnung zum Beschichten von Innen flächen.

Die Fig. 1G und 11 zeigen das Beschichten der Außenfläche 70 eines sich drehenden Ulerkstücks mittels einer ortsfesten Düse 71, wobei das Prinzip dem in Fig_o 4 und 5 dargestellten ähnlich ist. Dia¹ arts feste und ungeladene Düse 71 hat einen keilförmigen Oberteil 72 , der der Kontur der Außenfläche 70 des üJerkstücks (bei dem es sich um eine Bierdose handeln kann, iuie dargestellt) entsprechend ausge staltet ist. Die Düse enthält äie Beschichtungsöffnungen 73 an dem Werkstück, durch die das Beschichtungsmaterial zu einem gleichmäßigen Auftrag auf das Werkstück fließt, wie mit den Pfeilen gezeigt. Eine entsprechend gestaltetes Elektrodengitter 74 liegt zwischen der Düse 71 und dem Werkstück, um das Beschichtungsmaterial mit einem elek trischen Strom zu beaufschlagen, während es von der Düse 71 zum Werk stück fließt. Ein nichtleitendes Maschennetz 75 deckt das Gitter 74 ab und verhindert versehentliche Kurzschlüsse zwischen dem Werkstück und dem Gitter 74, fördert eine laminare Strömung und verhindert eine Blasenbildung. Das Gitter 74 weist einen keilförmigen Teil auf, der dicht an der Außenfläche des geschlossenen Endes des zu beschich tenden Behälters angeordnet ist und dazu dient, für eine gegebenen Drehung des Werkstücks die Verweilzeit des Beschichtungsmaterials für jeden Punkt des geschlossenen Endes der Außenfläche 76 und damit eine gleichmäßige Beschichtung zu gewährleisten. Die Fig_o 10 zeigt auch schematisch eine allgemein mit 7ß bezeichnete Dosenhalteein richtung. Ein Saugnapf 80 liegt an der Bodeninnenfläche 81 des Werk Stücks an und wird über eine Unterdruckleitung 82 mit einem Saug druck versorgt. Die Dosenhalteeinrichtung 78 hält das Werkstück auch mittels einer Feder 83, die sich an die Innenseitenfläche 84 anlegt und beiderseits durch die Federauflagär 85,85, die von der Unterdruck leitung 82 her vorstehen, gehalten wird_o

Die Spannungsversorgung (Netzteil) 69 ist als an das Gitter 74 und das Werkstück angeschlossen dargestellt, und zwar über einen Schleif ring 86 mit Bürsten 87, die auf der Unterdruckleitung 82 gleiten und

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elektrischen Strom über die elektrisch leitfähigen Federauflager 85, 85 und die Feder 83 zuführen. Von dort gelangt der elektrische Strom über die Feder 83 zum Werkstück«, Wie vom Pfeil R gezeigt, er teilt der Düsenhalter 78 dem Werkstück Drehung mittels einer nicht gezeigten Dreheinrichtung_o

Die Fig. 12, 13 zeigen eine Vorrichtung zum Beschichten der Außen fläche 9D eines ortsfesten Werkstücks durch Drehen einer elektrisch geladenen Auftragsdüse-Elektrode 91_o Die Düse 91 kann den zu be schichtenden Teil des Werkstücks vollständig umschließen, so daß während der Drehung das auf die Fläche 90 aufströmende Beschichtungs material zentrifugal auf die Außenfläche 90 gedrückt und daher nicht verschwendet wird. Nach dem Beschichten fließt überschüssiges Be — Schichtungsmaterial in das Bad ab, uiie mit dem Pfeil A gezeigt.

Die Strömungsöffnungen 93 sind in der Düse 91 am Ende von Kanälen 9*+ für das Beschichtungsmittel in dieser dargestellt. Obgleich die Öffnungen 93 nur auf einer Seite und dem halben Boden der Düse 72 vorgesehen zu sein brauchen, ist eine symmetrische Anordnung uüe die in Fig. 13 aus Gründen des Gleichgewichts während der Drehung bevorzugt.

Die Kupplung 95, die Beschichtungsmaterial an die Düse 91 liefert, ist drehbar auf einem elektrisch geladenen Versorgungsrohr 96 für das Beschichtungpmaterial angeordnet. Eine Dreheinrichtung (nicht gezeigt) ist an die Kupplung 95 angeschlossen und erteilt dieser sowie der Düse 91 eine Drehung_s wie vom Pfeil R angedeutet. Die Spannungsversorgung in Form eines Gleichrichters 69 liefert der Düse und auch dem Werkstück auf der Unterdruckleitung 82 des Dosen halters 78 elektrischen Strom» Die Einzelheiten des Dosenhalters 78 und der von diesem hergestellten elektrischen Verbindung ent sprechen den oben zur Fig_e 10 beschriebenem«.

Wie ebenfalls oben beschrieben;; hängt die Richtung dss im Einzel fall eingeprägten Stroms davon ab_s ob die Beschichtung kathodisch oder anodisch isto Nach der Drehbesohiohtuhg können die Düse 91

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und das Werkstück durch Entfernen eines von beiden - bspuu mittels einer Hin- und Herbewegung - voneinander getrennt werden.

Die Fig. 1i* und 15 zeigen Ausführungsfarmen der vorliegenden Erfin dung zum Beschichten der Innenfläche 50 eines ortsfesten Werkstücks mittels einer sich drehenden Auftragsdüse-Elektrode. Die sich drehende Auftragsdüse-Elektrode, die allgemein als 101 bezeichnet ist, uieist ein inneres Rohr 102 auf, das in einen ader mehrere Kanäle 103, 103 für das Beschichtungsmittel mündet. Wie durch die Pfeile angezeigt, fließt das Beschichtungsmaterial durch das Gitter 104, das an das Netzteil 69 angeschlossen ist und ebenfalls als Elektrode arbeitet. Vorzugsweise deckt ein nicht leitfähiges Maschennetz 105 das Gitter 104 ab, um eine versehentliche Berührung zwischen der Düse 101 und dem Werkstück zu verhindern. Wie in der in Fig. 9 gezeigten Ausfüh rungsform, kann die Düse 101 keilförmige Abschlußteile 106, 106 auf weisen, um der Kontur eines geschickten Dosenbodens - bspw_o einer Bierdose - näherzukommen und damit einen gleichmäßigeren Auftrag zu erreichenο

Die Fig. 14, 15 zeigen desgleichen schematisch den Aufbau eines elektrisch leitenden Dosenhalters, der allgemein mit 107 bezeichnet ist. Ein Saugnapf 108, der von einer Unterdruckleitung 109 gespeist wird, liegt an einem Teil der Bodenaußenfläche 1tO des Werkstücks an und hält dieses fest. Ein niaht leitfähiger, konzentrisch um die Unterdruckleitung 109 herumgelegter Kragen 111 liegt an einem Teil der Außenwandflache 112 des Werkstücks an und unterstützt die Halte wirkung des Saugnapfes 108. Eine elektrisch leitende Bodenplatte 1qo befindet sich im Halter 107 und führt dem Werkstück elektrischen Strom zu.

Die Fig, 16 zeigt die elektraphoretische Beschichtung eines Werk stücks WP mit einer Oberfläche 113, die eine Symmetrieachse aufueistbspu, ein Kfz-Rad. Elektrischer Strom wird in einer Polung vom Lei stungsgleibhrichter 69 an die Auftragsdüse und/oder Elektrode 114, in der entgegengesetzten Polung an einen leitenden Werkstückhalter

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115 und damit an das Werkstück LdP gelegt. Die Düse 114 verläuft gleichermaßen wie die längsgerichtete lineare Dimension der Ober fläche 113 und ist so gestaltet, daß sie sich jeder Kontur in der Oberfläche 113 des Werkstücks UJP anpaßt, so daß jede Düaenöffnung

116 unmittelbar an der Oberfläche 113 liegt und alle Öffnungen von dieser den gleichen Abstand haben und das Beschichtungsrnaterial gleichmäßig aufgetragen wird.

Die Düse 11 if läßt sich alternativ aus flexiblem leitfähigem Material für Unterschiedlich kcnturierte Flächen einstellbar ausführen und ist vorzugsweise leicht auf eine bestimmte Oberflächenkontur einstellbar, indem man sie zunächst fest auf diese zu beschichtende Oberfläche aufdrückt und dann die angepaßte Düse in einer gewählten geringen Entfernung von der Oberfläche anordnet.

Eine lineare Strömung 117 aus elektrophoretischem Beschichtungsmaterial wird auf die Oberfläche 113 in der gleichen Erstreckung wie deren lineare Längsabmessung aufgebracht und zwischen der linearen Strömung

117 und der Oberfläche des Werkstücks eine Relativbewegung herge stellte Diese Relativbewegung erfolgt seitlich zu der linearen Ab messung sowie in Umfangsrichtung zu der und um die Symmetrieachse der Werkstückoberfläche 113. Obgleich eine solche Relativbewegung sich erreichen läßt, indem man entweder das Werkstück WP oder den linearen Strom bewegt, zeigt die Fig. 16 das Werkstück WP mittels eines Halters 115 gedrehtj der ebenfalls als hin- und herbewegende Verbindungsein richtung dienen kann, die das Werkstück nach beendeten Beschichtungs Vorgang von der Auftragsdüse trennt. Alternativ läßt die Düse 11*f sich mit hier nicht gezeigten Mitteln hin- und herbewegbar lagern.

Obgleich die gewählte lineare Dimension des Werkstücks in den Fig. 1-9 und 11«15 als gradlinig und in anderen hier erläuterten Aus führungsformen als teilweise gradlinig dargestellt ist, liegt es innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung, daß eine solche gewählte lineare Dimension auch teilweise oder vollständig gekrümmt seih kann. Wenn bspw. die gewählte lineare Dimension dee^Werkstücka gradlinig ist, wie bspw. bei zylindrischen Rahrteilen, kann die Düse

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zum Auftragen der Beschichtung in Ring- oder teilweise Ringform relativ zu der zu beschichtenden Oberfläche und entweder die Düse ader das Werkstück axial (seitlich) zur Umfangs- (Linear-) Dimension bewegt werden, um die Oberfläche vollständig zu beschichten. In den beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen kann der Abstand zwischen Kathode und Anode zwischen 2 und 15 mm variieren, wobei der bevor zugte Abstand k ... 5 mm beträgt· Die Drehgeschwindigkeit des Lüerk Stücks oder der Elektrode kann im Bereich von 60 ... *t00 U/min lie gen; bevorzugt setzt man 120 ... Zkü U/min ein.

Die Strömung des Beschichtungsmaterials kann pro Auftragsdüse Q,9if6 ... 18,925 1/min (1A ... 5 gallons/min) betragen. Ein absD lutes Optimum läßt sich hier nicht angeben; vielmehr muß der Durch satz für jedes zu beschichtende Werkstück getrennt ermittelt werden und variiert mit dessen Größe und Form.

Die Beschichtungsspannung kann 50 ... 350 U betragen. Auch die bevor zugte Spannung hängt von der Größe und der Gestalt des LJerkstücks sowie von der Zusammensetzung der Beschichtung ab. Im allgemeinen sind jedoch 150 ... 180 U zufriedenstellend.

Die Beschichtungstemperatur kann 15,55 ... 6D°C (60 .._o 1WD⁰F) be tragen; der praktischste Bereich ist 21 ... 32°G (70 ... 9Q°F). Die l/iskosität des Beschichtungsmaterials ist nicht kritisch, gewöhn lieh jedoch nahe der von Wasser. Der Feststoffanteil der Beschichtung kann zwischen 7 und 15% variieren, beträgt aber vorzugsweise etwa 12%.

Die Beschichtungszeit schwankt erheblich in Abhängigkeit von Faktoren uiie der Spannung, der Temperatur des Beschichtungsmittel, der Art des Substrats sowie der gewünschten Schichtdicke. Es ist jedoch er wünscht, die Beschichtungsdauer so kurz wie möglich zu halten. In der PraxiB wird man mit Q,1 ... 10 see arbeiten, wobei Dauern von 0,3 ... 3 see gewöhnlich am praktischsten sind.

Ein typisches Beispiel für eine Vorrichtung nach der vorliegenden

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Erfindung zürn Beschichten des Inneren van Aluminiumbehältern, wie
in den Fig. 6-9 gezeigt, würde ausgelegt sein für das Beschichten 3QD Dosen/min, bei einer Beschichtungsdauer und einer Spannung

von 180 U. Die Farbtemperatur würde 27^DC ... 32^DC (80 ... 90^DF) be tragen, der Feststoff anteil der Farbe 12 ... 1if%. Die Drehgeschwin digkeit der Dose wäre 2W3 U/min, der Farbdurchsätz 2,839 1/min pro Auftragsdüse und der Abstand der Elektrode zum Behälter wäre k mm. Nach dem Beschichten würde die Dose gespült uerüen,. um überschüs siges Beschichtungsmaterial zu entfernen, und in einem Ofen mit
der gewünschten Temperatur gebrannt werden, um die Beschichtung
auszuhärten.

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Claims (19)

1. PATENTANSPRÜCHE

   1· Verfahren zum elektrophoretischen Beschichten einer Oberfläche eines elektrisch leitfähigen Werkstücks mit einer gewählten linearen Dimension, wobei man das Werkstück auf ein elektrisches Potential bringt und dem elektrophoretischen Material eine elektrische Ladung erteilt, um das Beschichtungsmaterial elektrophoretisch auf der Ober fläche des Werkstücks abzulagern, dadurch gekennzeichnet, daß man das elektrophoretische Beschichtungsmaterial ablagert, indem man das geladene Beschichtungsmaterial in einer linearen, der gewählten linearen Dimension entsprechenden Strömung und in großer Nähe zu der Oberfläche des Werkstücks fließen und das Werkstück und die ge ladenen lineare Strömung des elektrophoretischen Beschichtungsmaterials relativ zueinander in einer Richtung seitlich zu der linearen Abmessung bewegt.
2. 2. V/erfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zu sätzlich das überschüssige elektrophoretische Beschichtungsmaterial von dem beschichteten Werkstück abspült und die auf der beschichteten Werkstück verbleibende elektrophoretische Beschichtung härtet,
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Werkstück relativ zu der linearen Strömung des elektrophoretischen Beschichtungsmaterials bewegt,
4. k. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lineare Strömung des elektrophoretischen Beschichtungsmaterials rela tiv zum Werkstück bewegt wird.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück eine Symmetrieachse aufweist, die lineare Strömung des elektrophoretischen Beschichtungsmaterials sich mit einer längs gerichteten linearen Dimension einer Oberfläche des Werkstücks er streckt und die Relativbewegung seitlich zu der linearen Dimension in Umfangsrichtung zu der um die Symmetrieachse des Werkstücks erfolgt.

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6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das symme trische Werkstück ein an einem Ende geschlossener zylindrischer Hör per ist und das die lineare Strömung des elEktrapharetischen Beschichtungsmaterials auch entlang des Radius geschlossenen Endes zur Längs achse des zylindrischen Körpers verläuft.
7. 7· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis ^₁ dadurch gekennzeichnet, daß die lineare Strömung des elektrophoretischen Beschichtungsmaterials in großer Nähe zur Außenfläche des Werkstücks vorbeigeführt wird, wodurch elektrophoretisches Beschichtungsmaterial sich über die gesamte Außenfläche des Werkstücks ablagert und ein auf der Außenfläche elektrophoretisch beschichtetes Werkstück ergibt.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis ^₁ dadurch gekennzeich net, daß die lineare Strömung aus elektrophoretischem Beschichtungs material in großer Nähe zur Innenfläche des Werkstücks vorbeigeführt wird, wobei elektrophoretisches Beschichtungsmaterial auf der gesamten Innenfläche des Werkstücks abgelagert wird und sich ein auf der Innen fläche elektrophoretisch beschichtetes Werkstück ergibt,
9. 9. Vorrichtung zum elektrophoretischen Beschichten einer Oberfläche eines elektrisch leitfähigen Werkstücks mit einer gewählten linearen Dimension, gekennzeichnet durch einen Vorratsbehälter für elektro phoretisches Beschichtungsmaterial, einer Einrichtung, mit der das Werkstück so gelagert werden kann, daß dessen lineare Abmessung offen —' liegt, durch eine Düseneinrichtung, die einen lineare Strömung elek trophoretischen Beöchichtungsmaterials aus der linearen Dimension des Werkstücks erzeugt, durch eine Einrichtung, die elektrophoretisches Beschichtungsmaterial aus dem Vorratsbehälter der Düsenanordnung zu führt, durch eine Einrichtung, die die lineare Strömung des elektro phoretischen Beschichtungsmaterials relativ zum Werkstück auflädt, und durch eine Einrichtung, die die Lageeinrichtung und die Düsenein richtung relativ zueinander in einer"Richtung seitlich zu der line aren Strömung bewegt, wodurch eine vollständige Oberfläche des Werk stücks auf? der Lagereinrichtung beschichtet werden kann.

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10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Ein richtung zum Abspülen überschüssigen elektrophoretischen Beschich tungsmaterials von dem Werkstück sowie eine Einrichtung zum Härten des elektrophoretischen Beschichtungsmaterials auf dem Werkstück.
11. 11. Vorrichtung nach Ansprüchen 9 oder 10, gekennzeichnet, durch einen mit der Lagereinrichtung verbundenen Förderer, um das gelagerte Werkstück zu transportieren.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 9, 10. oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagereinrichtung eine Saucjeinrichtung aufweist, die sich an die Oberfläche des Werkstücks anlegt und dieses während des elektro phoretischen Beschichtens festhält.
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugeinrichtung außerhalb des Werkstücks angeordnet ist und weiterhin eine Kragenanordnung aufweist, um das Werkstück während des Bh schichtens desselben zusätzlich abzustützen.
14. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekenn zeichnet, daß die Düseneinrichtung dem Werkstück entgegengesetzt geladen ist und eine Vielzahl von Strömungsöffnungen für das ^e Schichtungsmittel enthält, die der gewählten linearen Dimension der Werkstückoberfläche entsprechen.
15. 15o Vorrichtung nach Anspruch 1*+, gekennzeichnet durch eine nicht leitfähige Einrichtung zwischen der Düseneinrichtung und der gela denen Werkstückoberfläche liegt, wodurch elektrische Kurzschlüsse zwischen diesen verhindert werden.
16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht leitfähige Einrichtung ein isolierendes Maschennetz aufweist, das eine laminare Strömung fördert und eine Blasenbildung unter drückt.
17. 17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekenn -

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    zeichnet, daß die Düseneinrichtung ein elektriach leitfähiges Gitter auf der Düseneinrichtung an der Werkstückoberfläche aufweist, so daß das Besch'ichtungsmaterial elektrisch geladen uird, während es von der Düseneinrichtung auf die Werkstückoberfläche strömt.
18. 18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, gekennzeichnet, durch eine dem Vorratsbehälter zugeordnete Einrichtung, um die Temperatur des elektrophoretischen Beschichtungsmaterials einzu stellen.
19. 19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 18, gekennzeichnet durch sine dem Vorratsbehälter zugeordnete Einrichtung zum Filtern des elektrophoretischen Beschichtungsmaterials.

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