DE2929570A1

DE2929570A1 - Verfahren und sonde zum elektrobeschichten von behaelterinnenflaechen

Info

Publication number: DE2929570A1
Application number: DE19792929570
Authority: DE
Inventors: John James Davidson; David Allen Smith
Original assignee: Aluminum Company of America
Current assignee: Howmet Aerospace Inc
Priority date: 1978-09-18
Filing date: 1979-07-19
Publication date: 1980-03-20
Also published as: JPS5541991A; GB2029859A; FR2436197A1; FR2436197B1; GB2029859B; AU4894479A; DE2929570C2; AU525699B2; US4210507A; JPS5727950B2

Description

A 1774

Aluminium Company of America, Pittsburgh, Pennsylvania, V. St. A.

Verfahren und Sonde zum Elektrobeschichten von Behälterinnenflächen

Die vorliegende Erfindung betrifft das elektrische Beschichten eines Behälters; insbesondre betrifft die Erfindung eine Elektrosonde und ein Verfahren zur Verwendung derselben zum Steuern der Strömung eines Elektrobeschichtungsmaterials in den zu beschichtenden Behälter.

Gewöhnlich werden die Innen- und Außenflächen von Metallbehältern wie Dosen und dergl. mit einem Schutzmaterial wie bspw. einer Harzschicht versehen. Die Innenbeschichtung ist zum Schutz des Behälters gegen seinen Inhalt und auch zum Schutz ; des Inhalts gegen eine Reaktion mit dem Behältermetall erforderlich. Eine Außenbeschichtung kann die Behandelbarkeit des Behälters und/oder sein Aussehen verbessern. Zusätzlich kann

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-klAußenbeschichtung Schutz gegen die Umgebung des Behälters bieten, indem sie bspw. das Rosten von Behältern aus Stahl hz:\-j. zinnfreiem Stahl in feuchter Umgebung oder die übermäßige Oxidbildung auf Aluminiumbehältern beim Sterilisieren ("retorting") verhindert. ^ _ ~-

Obgleicn die Beschichtung durch Spritzen, Rollen, Tauchen oder dergl. aufgetragen werden kann, sind die Elektrobeschichtungsverfahren weit verbreitet, da sie auch bei der großmaßstäblichen Produktion gleichmäßige Schichten erbringen. Ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum gleichmäßigen Elektrobeschichten eines Behälters sind in den US-PSn 3 922 213 und 4 o94 76o der Anmelderin offenbart. Diese Verfahren und Vorrichtungen bieten erhebliche Verbesserungen beim Elektrobeschichten von Metallbehältern in mit hohen Geschwindigkeiten aroeitenden Produktionsstraßen, indem sie die langsameren /erfahren nach dem Stand der Technik vermeiden. Die US-PS 3 922 213 betrifft das gleichmäßige Elektrobeschichten der '.innenflächen eines geformten Metal 1 behäl ters , während die Uo-PS 3 o94 76o das vorgenannte Verfahren verbessert, indem sie das Gleichzeitige Beschichten der Innen- und Außenflächen eines Behälters lehrt. Beide Patentschriften offenbaren das gleichmäßige elektrische Beschichten des Metallbehälters, während dieser sich in einer nach unten offenen Lage befindet, mit einer in ihn eingeführten elektrisch leitfähigen Sondendüse, durch die das Beschxchtungsmaterial in das Behälter-

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innere geführt wird, um dieses auszufüllen und in ihm ein strömendes Bad des Beschichtungsmaterials aufrechtzuerhalten. Dabei wird ein elektrisches Potential zwischen den Behälter und die Düse gelegt, infolgedessen die Metallflächen beschichtet werden.

Das Profil eines Behälterbodens kann sehr kompliziert sein und Biegungen und Krümmungen mit verschiedenen Krümmungsradien enthalten. Bspw. haben die Bemühungen der Behälterin— dustrie, im Gewicht leichte Behälter - wie bspw. gezogene und geglättete Dosen - herzustellen, zu sehr dünnen Behälterböden mit einer Vielzahl konkaver und konvexer Flächenteile,geführt, die Vertiefungen und "Ecken" mit kleinen Krümmungsradien bilden und die Wandfestigkeit erhöhen. Auch das Verfahren und die Vorrichtung der beiden oben genannten Patentschriften, bei denen ein Behälter mit einem strömenden Bad aus Elektrobeschichtungsmaterial gefüllt wird, haben zuweilen dazu geführt, das sich in Bereichen kleiner Krümmungsradien eine Schicht des Beschichtungsmittels über einen Hohlraum zieht. Dieses überziehen von Hohlräumen findet statt, wenn die "Ecken" von dem Beschichtungsmaterial nicht benetzt v/erden. Es besteht also die Notiendigkeit, die zum Elektrobeschichten eingesetzte Elektrodensonde so zu verbessern, daß sie das Beschichtungsmaterial auch in die Bereiche kleiner Krümmungsradien der Behälterböden führt, und die "Wurfkraft" ('throwing power¹) der Elektrodensonde so zu verbessern, daß die Behälterinnenflächen gleichmäßig und durchgehend beschichtet werden.

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Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, Düsen in Behälter einzuführen, um diese zu beschichten. Dabei enthalten die Düsen eine Vielzahl von Öffnungen derart, daß das Beschichtungsmaterial in einem bestimmten Strömungsmuster geführt wird. Die US-PS 3 634 727 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrostatischen Ausspritzen des Innenraums eines Behälters aus einem leitfähigen Metallrohr, während dieses Rohr stranggepreßt wird. Eine Sonde hat dabei eine Düse mit koaxial verlaufenden, im Querschnitt ringförmigen Spritzka— nälen, die bezüglich der Sondenachse auswärts winklig liegen. Zusätzliche Öffnungen auf der Umfangsflache der Sonde sind mit Ablaßkanälen verbunden, die überschüssiges Beschichtungsmaterial aus dem Innern des Metalirohrs abfließen lassen. Die US-PS 3 41o 25o schafft eine Sprühdüse zum Auftragen einer gleichmäßigen Beschichtung mit zwei Strömen eines wärmehärten— den Harzes im Innern eines Behälters. Eine venturiartige Öffnung mit einem geschrägten äußeren ringförmigen Abschnitt richtet einen Sprühnebel niedriger Dichte auf das geschlossene Ende des Behälters, während öffnungen auf der Umfangsflache des rohrförmigen Elements der Düse einen Sprühnebel hoher Dichte im wesentlichen radial auswärts vom rohrförmigen Element richten. Eine Düse zum Spritzen eines in einem zerteilten Gasstrom suspendierten feinteiligen Pulvers ist in der US-PS 3 422 795 angegeben. Diese Düse hat eine sich trichterförmig aufweitende Austrittsöffnung mit parabolischen Flächen, die das Beschichtungsmaterial hauptsächlich auf den Behälterboden und dessen Ecken richten. Die Außenflächen dieses Trich-

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ters sollen das Beschickungsmaterial bei minimaler Störung der laminaren Strömung nach außen richten. Es ist weiterhin bekannt, Sprühdüsen zur Erzeugung fächerförmiger Strömungsmuster zur Anpassung an bestimmte Innenflächengestaltungen auszuführen; vergl. die US-PSn 3 737 Io8 und 2 964 248.

Es ist weiterhin bekannt, daß eine durchströmte Elektrode eine Vielzahl von Öffnungen enthalten kann, die gleichmäßig auf ihrer Umfangsflache verteilt sind; vergl. die US-PS 3 399 126, die eine Vorrichtung aam Elektrobeschichten mit einer Vielzahl von Leitungselektroden aufweist, die in ein Bad des Beschichtungsmaterials eingetaucht sind, um einen Strom desselben auf gewählte Oberflächen eines untergetauchten Gegenstandes komplexer Gestalt zu richten.

Derartige Düsen nach dem Stand der Technik für sowohl vernebelte als auch luftlos aufgespritzte Schichten sind aus mehreren Gründen für Verfahren mit einem Strömungsbad des Elektrobeschichtungsmaterials ungeeignet. Zunächst muß der Behälter mit dem strömenden Elektrobeschichtungsmaterial gefüllt bleiben; desgl. muß man Unstetigkeiten in der Strömung vermeiden, wie sie bspw. durch Luftblasen und übermässige Turbulenz entstehen. Derartige Düsen des Standes der Technik, die ein bestimmtes Spritzmuster erzeugen, verursachen nicht nur Unstetigkeiten, sondern sind auch ungeeignet für ein Verfahren mit einem strömenden Bad aus Elektrobeschichtungsmaterial, bei dem der Behälter gefüllt ge-

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halten wird, um die zu beschichtenden Behälterflächen vollständig zu benetzen. Weiterhin sind die in den langsameren Verfahren des Standes der Technik für das Elektrobeschichten von in ein Bad des Beschichtungsmaterials untergetauchte Gegenständen völlig ungeeignet für Hochgeschwindigkeitsverfahren, wie sie in der Dosenindustrie typisch sind. Es besteht also Bedarf an einer Sondenelektrode mit verbesserter Wurfkraft zur Steuerung der Strömung des Elektrobeschichtungsmaterials in die tiefen Vertiefungen und Ecken der Behälter, ohne daß dabei Unstetigkeiten der Strömung entstehen und der Behälter ungleichmäßig beschichtet wird.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum elektrischen Beschichten eines Behälters, indem man eine elektrisch leitfähige hohle Sonde in einen nach unten offenen Behälter einführt, eine Hauptströmung eines Beschichtungsmaterials durch die Sonde schickt, um den Behälter mit einem Strömungsbad aus Elektrobeschichtungsmaterial su fluten, eine Nebenströmung aus Beschichtungsmaterial im Behälter in einer su der der Hauptströmung im wesentlichen entgegengesetzten Richtung erzeugt, um die Strömung des Hauptbeschichtungsmateriais aus dem Behälter heraus zu verlangsamen und die Turbulenz der Strömung zu verstärken, während das Beschichtungsmateriai in stetigen; Kontakt mit der Behälterinnen wand bleibt, um das Elektrobeschichten zu erleichtern, und ein elektrisches Potential zwischen den Behälter und die Sonde legt, um die Innenfläche des Behälters elektrisch zu beschichten.

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Die vorliegende Erfindung schafft weiterhin eine hohle elektrisch leitfähige Sonde, die in einen Behälter einsetzbar und geeignet ist zur Verwendung in einem Verfahren zum Elektrobeschichten desselben, wobei ein elektrisches Potential zwischen den Behälter und die Probe gelegt wird. Dabei ist die Gestalt der Sonde allgemein der des Behälterinnern angepaßt; die Sonde weist Mittel auf, um Elektrobeschichtungsmaterial durch diese in den Behälter unmittelbar am Behälterboden einzuführen, um das Behälterinnere mit einem strömenden Bad des Elektrobeschichtungsmaterials zu füllen. Weiterhin sind Mittel vorgesehen, um die Strömung des Elektrobeschichtungsmaterials aus dem Behälterinneren heraus am Behälterboden zu verlangsamen, indem sie eine Gegenströmung des Beschichtungs materials erzeugen, die die Turbulenz der Strömung verstärkt, während sie das Elektrobeschichtungsmaterial in stetiger Berührung mit den Behälterinnenflächen halten, um den Beschichtungsvorgang zu erleichtern.

Zusätzlich dazu, daß sie das Ziel erfüllt, d.h. eine Steuerung der Strömung des Beschichtungsmaterials im Behälterinnern, um die Ablagerung einer gleichmäßigen Schicht in den Bodenflächenteilen kleiner Krümmungsradien sowie den Vertiefungen und Ecken des Behälters zu erleichtern, bringt die Erfindung einige unerwartete Vorteile. Überraschenderweise erhöht sie die aufgetragene Beschichtungsmenge. Weiterhin ist mit der Erfindung eine Verringerung des Arbeitsstroms und der Arbeitsspannung möglich, um eine Beschichtung gewünschter Dicke auszu-

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bringen, und diese geringere Arbeitsspannung hat auch eine Beschleunigung des Elektrobeschichtungsvorgangs erbracht. Zusätzlich kann man mit einer reduzierten Schichtdicke gewünschte Lackwerte ("enamel ratings") erreichen.

Fig. 1 ist ein Teilschnitt einer bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist eine schematisierte Darstellung der Strömung des Beschichtungsmaterials in einen Behälter aus einer Sonde des Standes der Technik j

Fig. 3 ist eine schematisierte Darstellung der Strömung des Elektrobeschichtungsmaterials aus einer Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 ist ein graphischer Vergleich der von einer Sonde nach dem Stand der Technik und einer Sonde nach der vorliegenden Erfindung aufgebrachten Beschichtungsgewichte; und

Fig. 5 ist ein graphischer Vergleich der Lackv/erte von mit der Sonde nach dem Stand der Technik und mit einer Sonde nach der vorliegenden Erfindung aufgetragenen Beschich— tungen.

Die Sondendüse 2o ist aufwärts in den Behälter 22 vorstehend dargestellt. Die Sonde 2o ist hohl und kann selbst eine Düse sein oder Düsenteile auf v/eisen, um E lek trobeschich tungsmaterial in das Innere des zu beschichtenden Behälters einzuführen. Vorzugsweise ist die Sonde 2o, wie in Fig. 1 gezeigt,

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eine Düse mit einer Düsenbohrung 24, die längs durch sie hindurch verläuft. Vorzugsweise ist die Düsenbohrung 24 an ihrem unteren Ende an eine Quelle bzw. einen Vorrat (nicht gezeigt) des Elektrobeschichtungsmaterials auf herkömmliche Weise angeschlossen, wie bpsw. in den US-PSn 3 922 213 und 4 o94 76o offenbart.

Die Düsenbohrung 24 kann an ihren obersten Bereichen breiter ausgestaltet sein und eine scharfe Kante 28 bilden und kann in ihrem Oberteil auf der Endfläche der Sonde 2o eine allgemein konische bzw. konkave Öffnung 3o aufweisen, um die Strömung des Elektrobeschichtungsmaterials in das Innere des Behälters 22 zu unterstützen. Der Sinn der Maßnahme, die weitere Öffnung 3o konisch, konkav bzw. mit allgemein auseinanderstrebender Oberfläche auszuführen, ist eine verbesserte Richtungssteuerung des strömenden Elektrobeschichtungsmaterials. Eine solche weitere Öffnung unmittelbar am Behälterboden 23 erlaubt ein besseres Beschichten der Innenfläche am Behälterboden, wenn ein elektrisches Potential zwischen Düse und Behälter gelegt v/ird. Die Kante 28 verbessert dabei das Strömungsmuster des Elektrobeschichtungsmaterials in das Behälterinnere hinein und verstärkt die Wurfkraft des Bads im Hinblick auf das Beschichten von Vertiefungen in der Behälterinnenflachet

Die Sondendüse 2o ist eine Elektrode und muß elektrisch leitfähig ausgeführt sein. Vorzugsweise entspricht sie in der Gestalt der Innengestaltung des Behälters und besteht aus einem

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gegenüber Korrosion widerstandsfähigen 'Werkstoff. Dieses "Entsprechen" der Gestalt der verschiedenen Teile der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung soll für die allgemeine Geometrie des Behälters - bspv/. seine Zylinder-oder V/ürfelgestalt gelten; die genauere Ausgestaltung des Behälters mit seinen Rillen, Rippen und dergl. braucht jedoch in der Düsensonde nicht nachvollzogen zu werden. Eine fast identische Relation zwischen dem Behälterinnern und der Düsengestalt erlaubt eine bessere Strömung des Elektrobeschichtungsmaterials zu allen Behälterinnenflächen und einen schnelleren Beschichtungsvorgang. Eine mit einem Behälter fast identisch ausgeführte Sondendüse ist eine solche, die in den meisten Einzelheiten der Innenfläche eines Behälters bei etwa gleichem Abstand zwischen jedem Punkt auf der Außenfläche der Düse und dem entsprechenden Punkt auf der Innenfläche des Behälters entspricht.

Die Sondendüse 2o kann an ihrem Unterteil einen (nicht gezeigten) Drosselkörper ("restrictor") enthalten, wie er in der US-PS 4 o94 76o offenbart ist und dessen Durchmesser größer als der der Sondendüse 2o ist. Ist die Sondendüse 2o vollständig in den Behälter 22 eingeführt, befindet der Drosselkörper sich im oder unter dem Bereich der Sonde 2o an der Kante des offenen Endes des umgekehrten Behälters 22. Der Sinn dieses Drosselkörpers ist, den Bereich zwischen der Sondendüse 2o und der Innenfläche des Behälters 22 am Rand aufrechtzuerhalten oder zu verringern, um die Strömung des Elektrobeschichtungs-

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materials aus dem Raum 34 in das Innere des Behälters 22 zu drosseln. Mit dieser Drosselung der Strömung kann man die Bildung des Strömungsbades im Behälter 22 unterstützen und so ein verbessertes Elektrobeschichten erreichen.

Die Gleichmäßigkeit der auf dem Innern des Behälters 26 abgelagerten Schicht aus Elektrobeschichtungsmaterial kann verbessert v/etden, indem man die Leitfähigkeit der unterschiedlichen Außenflächenberebhe der Sondendüse 2o unter Benutzung von Isoliermitteln 36 vorwählt, wie in der US-PS 4 o94 76o beschrieben ist. Die Leitfähigkeit kann bspw. mit einer Auflage aus Isolierband auf der Oberfläche der Sondendüse 2o eingestellt werden; dieses Band kann auf verschiedene Weise aufgebracht v/erden und kann durchgehend oder perforiert sein. Die jeweils für einen Metallbehälter 22 bestimmter Gestalt erforderlichen Isoliereigenschaften lassen sich durch Versuche ermitteln.

Die Fig. 1 zeigt weiterhin die Kanäle 26, durch die Elektrobeschichtungsmaterial in den Bereich der Bodenwandung 22 des Behälters 22 geführt werden kann, um entgegengesetzte Strömungen aufzubauen, die die tiefen Ausnehmungen im Behälterboden vollständig auszufüllen gestatten. In einer bevorzugten Ausführungsforrn sind die Kanäle 26 mit der Düsenbohrung 24 verbunden und lenken einen Teil des Beschichtungsmaterials durch die Kanäle 26 von der Bohrung 24 ab. Der Kanal 26 kann dabei jeweils eine gradlinige Bohrung zur Düsenbohrung 24 unter einem Winkel A von

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weniger als 9o° zur Längsachse der Sondendüse 2o sein, so daß das Elektrobeschichtungsmaterial allgemein aufwärts (vergl. Fig. 1) zum Boden 23 des Behälters 22 gerichtet wird. Vorzugsweise wird man eine Vielzahl von Kanälen 26 symmetrisch um die Sondendüse 2o herum anordnen und mit der Düsenbohrung in etwa der gleichen waagerechten Ebene verbinden. Obgleich hier nicht gezeigt, kann man alternativ auch separate, mit der Düsenbohrung 24 nicht verbundene Kanäle vorsehen, die das Beschichtungsmaterial an den Boden des Behälters 22 heranführen. Vorzugsweise sind acht Kanäle 26 gleichbeabstandet um den Umfang der Düsensonde 2o herum angeordnet, wobei die Kanäle 26 unter einem Winkel A von etwa 6oo zur Längsachse der Sondendüse verlaufen.

Der Durchmesser der Kanäle 26 läßt sich auf der Grundlage des Durchmessers der Düsenbohrung 24, des Gesamtdrucks und der Strömungsstärke des Beschichtungsmaterials und der Art des zu beschichtenden Behälters festlegen. Typischerweise hat die Düsenbohrung einen Durchmesser von etwa 19 mm (3/4 in.), v/ährend der Kanal 26 einen Durchmesser im Bereich von 1,59 bis 6,35 mm (1/16 bis 1/4 in.) haben kann. Auf der Grundlage des Querschnitts der Düsenbohrung und der Anzahl und des Durchmessers der Kanäle 26 läßt sich ein prozentualer Anteil der Strömungsfläche des Querschnitts der Düsenbohrung errechnen. Bspw. ergeben acht Kanäle 26 von jeweils 3,18 mm (1/8 in.) Durchmesser einen Anteil von etwa 22 % der Querschnittsfläche

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der Düsenbohrung 24 bei 19 mm (3/4 in.) Durchmesser; acht Kanäle 26 von jeweils 4,76 mm (3/16 in.) Durchmesser einen Anteil von etwa 5o Vo der Strömungsdurchtrittsflache der Du— senbohrung und entsprechend acht Löcher von je 6,35 mm (1/4 in.) einen Anteil von etwa 88 % der Strömungsquerschnitts der Du— senbohrung 24. Acht Kanäle 26 mit einem Durchmesser von 3,18 mm (1/0 in.) lenken also theoretisch 22 % der Strömung aus der Düsenbohrung 24 ab und führen zu einer Gegenströmung im Bereich des Behälterbodens.

Weiterhin kann die Sondendüse 2o mit Mitteln versehen werden, um die Strömung des Beschichtungsmaterials durch die Kanäle 26 zu beeinflussen. In Fig. 1 ist der Kopf 38 als abnehmbarer Teil einer Sondendüse 2o gezeigt, durch den eine Fortsetzung der Düsenbohrung 24 verläuft, die in eine konkave öffnung 3o mündet und Kanäle 26 enthält, die mit der Düsenbohrung 24 verbunden sind. Der Kopf 38 kann am oberen Teil der Sondendüse 2o abnehmbar mit einem Befestigungselement - bspw. einer Madenschraube 4o - festgelegt v/erden. Der Kopf 38 kann aus dem gleichen oder einem ähnlichen elektrisch leitfähigen Werkstoff wie der Rest des Körpers der Sondendüse 2o hergestellt sein. Die Austauschbarkeit des Kopfes 38 erlaubt ein Einstellen der durch die -Kanäle 26 in das Behälterinnere eingeführten Menge des Beschichtungsmaterials auf *^Γ Grundlage der Größe und der Gestaltung des Behälters sowie der Strömungsstärke und des Drucks des Beschichtungsmaterials. Man kann also einen

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qeeianeten Kopf 38 .',ixt der gewünschten Gestalt und Größe der Kanäle 26 bei gewünschter Verzögerung der strömung anhängig vom cu oescnicntenden behälter wählen. Alternativ kann der Kopf 3o eine Vielzahl von unterschiedlich oeraessenen Kanälen 26 aufweisen derart, daß man uei einer Drehung des Kopfes in der Sondendüse 2o eine Ausrichtung der Kanäle 25 erhält,, die die gewünschte Verlangsamung der Strömung ergibt.

Die Piq. 2 zeigt schematisiert eine iJondendüse 2o^! nach den Stand der Technik in einem Behälter 22 mit komplexen Boden— profil. Trotz der Verwendung einer diesem in ihrer Gestalt allgemein ancrepaßten Düse 2o' können die Vertiefungen 42 im Boden 23 vom Beschichtunqsmaterial nicht benetzt v/erden,und :.iiese nicht benetzten ο teilen können auch dann auftreten, ■./enη die Strömungssüirke und der Drucl; des einströmenden Be- :;chlchtuncsrnaterials einsteilbar sind. Diese Parameter sind für eine Steuerung wichtig, wie in der US-PS 4 o94 75o erörtert, um die von Turbulenzen, 3läschen usw. auf der Innenfläche des Behälters erzeugten Unstetigkeiten zu verhindern und dem Beschichtungsmaterial zu ermöglichen, jeden Punkt der Behäiterinnenflache zu benetzen und gleichmäßig zu beschichten. Normalerweise bewirkt ein zu hoher Druck eine Geschwindigkeitszunahme des Beschichtungsmitteis und die Siidunr von Bläschen, Turbulenzen und dergi., die unerwünscht sind. In der Bilanz aller dieser Veränderlichen ist es dennoch möglich und häufig bei Behältern mit komplexem Bodenprofil, daß nach beendetem Beschichtungsvorgang Teile der Innenfläche nicht

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mit dem ßeschichtungsmateriul abgedeckt worden sind. Vermutlich werden derartige Flächen l~ei Ie, wie sie bei 42 gezeigt sind und kleine Krüirn.uingsradien aurweisen, von einer laminaren J trommel verursacht, die diesen Bereich nicht füllt, obgleich der Behälter anscheinend von dem durchströmenden ßeschicntungsrnate— rial vollständig ausgefüllt wird.

Die Fig. 3 zeigt schematisiert die Strömung des Beschichtungsmaterials aus der Sondendüse 2o nach der vorliegenden Erfindung in den Behälter 2o. Die Hauptströmung des Beschichtungsmaterials erfolgt durch die Düsenbohrung 24 und aus der konkaven Öffnung 3o heraus zum Kaum 34 des Behälterinnern im Bereich des Bodens 23. '..eiterhin wird Bcschichtungsmaterial durch die Kanüle 26 hindurch ^u einer Nebenströmung in die Nähe der "iJcken" des Bodens 23 mit kleinen Krümmungsradien wie bei 42 geführt. Vermutlich wirkt die Hebenströmung aus den Kanälen 26 der Hauptströmunq des Beschichtungsmaterials entgegen, da sie um die scharfe Kante 28 im Raum 34 zwischen der Kante 28 und der Vertiefung 43 und aus den "Ecken" des Behälterbodens 23 heraus strömt. Diese Nebenströmung zwingt das Beschichtungsmaterial in die kleinen Bereiche und Vertiefungen 42 und gewährleistet so eine vollständige Berührung und Benetzung der gesamten Innenfläche des Behälters 22. Die Strömung aus den Kanälen 25 verlangsamt also die Strömung des Beschichtungsmaterials, die ansonsten vermutlich im wesentlichen frei von Turbulenz ist. Diese verlangsamende Strömung verstärkt die Turbulenz des in der Nähe des Behälterbodens fließenden Beschichtungsmaterials;

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die Turbulenz Ist jedoch gesteuert, so daß in der Strömung keine Bläschen oder Unstetigkei.ten auftreten, die Ihrerseits unbeschichtete Stellen auf der Behälterinnenwand hervorrufen würden.

Die Sondendüse 2o nach der vorliegenden Erfindung ist besonders geeignet für herkömmliche Elektrobeschichtungssysteme, wie sie In den US-i-^n 3 922 213 und 4 o94 76o offenbart sind. In letzterer Patentschrift Ist eine Strömungsstärke von etwa Doo — 5oo Millilitern pro Sekunde des Beschichtungsraaterials bei einem Druck von o,28 - o,42 kg/cm (4-6 psl) angegeben; diese V.erte sind auch für die vorliegende Erfindung geeignet, xiei der Verwendung der Sondendüse 2o kann es jedoch erforderlich sein, den Gesamtdruck geringfügig au erhöhen, um die ■:;ewünschte Strömung in der Düsenbohrung 24 aufrechtzuerhalten, nachdem ein Teil der Strömung durch die Kanäle 26 abgeleitet "./orden Ist. Dieser erhöhte Gesamtdruck gleicht teilweise das Absinken ües Drucks und der Strömung des Beschichtungsmcterials In der Düsenbohrung 24 im oberen Bereich des Behälters 22 aus und erhält die erwünschte Strömungsstärke und Druckhöhe in der Bohrung 24 aufrecht. Wenn also die Düse in der bevorzugten Form eingesetzt wird, in der die Kanäle 26 in Verbindung mit der Düsenbohrung 24 stehen, läßt das Ableiten des BeschichtungsnaterialE aus der Boiirung 24 in die Kanäle 26 sich durch ein Erhöhen des Gesamtdrucks ausgleichen.

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Die Vorrichtung und das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung haben den Wirkungsgrad der Elektrobeschichtungsverfahren, wie sie die US-PSn 3 922 213 und 4 o94 76o offenbaren, mit einer überraschenden Zunahme der abgelagerten Menge des Beschichtungsmaterials verbessert. Die Fig. 4 zeigt graphisch diese Verbesserung des Wirkungsgrads im Zusammenhang des Be-Schichtungsgewichts mit der Gleichspannung, die an eine Sondendüse 2o nach der vorliegenden Erfindung sowie an eine herkömmliche Sondendüse 2o' nach Fig. 2 angelegt wurde. Wie ersichtlich, bewirkt bei gleicher Spannung die vorliegende Erfindung eine stärkere Ablagerung des Beschichtungsmaterials als die Sonde nach dem Stand der Technik. In diesem Beispiel hatte die Sondendüse 2o acht Kanäle 26 mit einem Durchmesser von 6,35 mm (1/4 in.) und eine Düsenbohrung 24 mit einem Durchmesser von 19 mm (3/4 in.). Um die Durchführbarkeit der vorliegenden Erfindung zu zeigen, wurden Nahrungsmitteldosen mit Vertiefungen bzw. "Ecken" eines Durchmessers von etwa 63,5 mm (2-1/2 in.) und einer Tiefe von 63,5 mm (2-1/2 in.) mit einem Durchsatz von etwa 3o Dosen pro Minute und etwa o,5 s Spannungsanlegzeit ("voltage time") mit einer Harzbeschichtung bei einer Temperatur von 43°C (Ho⁰F) versehen.

Das Verfahren und die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung verbessern auch die Verteilung der Beschichtung, so daß die Abdeckung der Behälterflächen gleichmäßiger wird. Die Fig. 5 zeigt graphisch die verbesserte Gleichmäßigkeit an einem Diagramm des Zusammenhangs zwischen dem Beschichtungs-

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gewicht auf der Behäl terinnenf lache und dem Lackwert ("enansi rating") für eine Sondendüse 2o' nach Fig. 2 und für die vorliegende Erfindung. Wie ersichtlich, sind für die vorliegende Erfindung bei gleichem ßeschichtungsgewicht die Lackwerte niedriger. In diesem Beispiel war die Sondendüse 2o die gleiche, wie sie sur Fig. 4 diskutiert wurde. Getränke- und 3ierdosen mit komplexem Bodenprofil, wie in den Fig. 1 und 3 gezeigt, einem Durchmesser von etwa 7o mm (2-3/4 in.), einer Tiefe von 12o7 mm (4-3/4 in.) sowie einer Innenfläche von insgesamt o,o29 m2 (45 sq.in.) wurden mit Spannungen im Bex-eich vor= etwa 5o bis 15o V= und einer Spannungseinschaltzeit von etwa 2 s behandelt. Die gleichmäßigere Abdeckung der Behälter innenfläche erweist sich an der Tatsache, dass sich bessere Lackwerte ("enamal ratings") erreichen lassen, wenn Behälter gleicher Innenflächengröße mit dem gleichen Gewicht beschichtet '.-/erden.

obgleich ein Spannungsbereich von 12o bis 3oo V- für die vorliegende Erfindung bevorzuge ist, hat sien herausgestellt, daß Spannungen bis hinunter zu 35 V= gleichmäßige Beschieb— tungen reduzierter Dicke und Beschichtungsgewichts mit cen gewünschten Lackwerten ergeben» Bsnw. wurden das Verfahren und die Vorrichtung nach der US—PS 4 o94 7öo an Gecränkecoser. der gleichen Art, wie sie im Beispiel der Fig. .'> eincesetct v/urden, zum Auftragen einer ßeschich tunga lewicnts νοί". o,i rrj/'-κ (o,64 ng/in.'") mit einem Lackwerc -."on ο m/-. ver;/o/.cec. Dabei wurde an die Sondendüse 2o n;it aciit Kanal en ~lt einen; Durch—

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messer von jeweils 3,18 mm (i/8 in.) eine Spannung von 3d V= zwei Sekunden lang gelegt. Dieses Ergebnis zeigt, daß die vorliegende Erfindung auch den Vorteil hat, mit geringer Schichtdicke die erwünschten Lackwerte zu erbringen und daß niedrigere Spannungen und Ströme erforderlich sind, um die Beschichtung gleichmäßig auf die Innenflächen eines Behälters mit komplexem Bodenprofil aufzubringen.

Ein weiterer Vorteil ist, daß man dioGeschwindigkeit des Elektrobeschichtungsvorgangs zum Aufbringen einer gewünschten Beschichtungsdicke erhöhen kann. Diese Geschwindigkeitszunahme wird daoei verursacht von der größeren Beschichtungsmenge für vorgegebene Spannungen und der Fähigkeit, gleichmäßige Beschichtungen bei reduzierter -Spannung aufzutragen.

Die Sondendüse nach der vorliegenden Efcfindung erfüllt also ihre Aufgabe, die Strömung des Elektrobeschichtungsmaterials aus dem Doseninnern zu verlangsamen, so daß sämtliche Flächenteile des Behälters - einschließlich der kleinen Krümmungen und tiefen Vertiefungen im Behälterboden — ausreichend benetzt werden. Zusätzlich erbringt sie unerwartete Ergebnisse bei der Benutzung der entgegengesetzten Strömungen, wobei das bei einer gegebenen Gleichspannung abgelagerte Beschichtungsgewicht zunimmt. Schließlich verbessert die vorliegende Erfindung die Verteilung der Beschichtung, so daß sich die Möglichkeit zu einem Beschichten von Behältern mit komplexem Bodenprofil bei sehr hohen Geschwindigkeiten eröffnet.

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Claims

BEALlN MÖNCHEN Dr.-lng. Hans Ruschke &?· RUSCHKE & PARTNER Dipl.-lne. Hana€. Ruschke Diel.-lng.OiafRuschfce PATENTANWÄLTE Oipl.-lng^Jüraen Rost Aiiguste-Vikforia-StraSe 65 PienienaueritraBe 2 1000Beriin33 BERLIN - MÖNCHEN 8000MDnchenSO Telefon: (0 30) β 26 38 95 Telefon: {0 891 98 D3 Ιθ3β 6 3844 81 (089)987258 si 9^800 KsImI: Quadrabir MSndwn A 1774 Patentansprüche

1. Verfahren zum Eiektrobeschichten eines Behälters, dadurch gekennzeichnet, daß man eine elektrisch leitfähige hohle Sonde in einen nach unten offen gehalterten Behälter einführt, eine Hauptströmung eines Beschichtungsmaterials durch die Sonde einführt, um den Behälter mit einem Strömungsbad des Beschichtungsmaterials zu fluten, eine Nebenströmung des Beschichtungsmaterials im Behälter in einer Richtung erzeugt, die der der Hauptströmung im wesentlichen entgegengesetzt ist, um die Hauptströmung des Beschichtungsmaterials aus dem Behälter hinaus zu verlangsamen und die Turbulenzen der Strömung zu verstärken, während man das Beschichtungsmaterial in ste— ciaer Berührung mit dem Behälterinnern hält, um den Beschichtungsvorgang zu erleichtern, und ein elektrisches Potential zwischen den Behälter und die Sonde legt, um das Behälterinnere elektrisch zu beschichten.

2. Elektrisch leitfähige hohle Sonde, die in einen Behälter einführbar und geeignet ist zur Verwendung in einem Verfahren zum Elektrobeschichten des Behälters, bei dem ein elektrisches Potential zwischen den Behälter und die Sonde gelegt wird,

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dadurch gekennzeichnet, daß die Gestalt der Probe angenähert der des Behälterinnern entspricht und Mittel aufweist, um Elek— trobeschichtungsraaterial durch sie hindurch und in den Behälter unmittelbar an die Bodenwandung des Behälters strömen zu lassen, so das Behälterinnere mit einem Strömungsbad des Elektrobeschichtungsmaterials gefüllt wird, wobei weiterhin Mittel vorgesehen sind, um die Strömung des Elektrobeschichtungsbades aus dem Behälterinneren heraus an der Behälterbodenwand zu verlangsamen, indem man eine entgegengesetzte Strömung des tClektrobeschichtungsmaterials erzeugt, die die Strömungstur— bulenzen verstärkt, während sie das Elektrobeschichtungsmaterial in stetiger Berührung mit den Behälterinnenflächen hält, um den Beschichtungsvorgang zu erleichtern.

3. Sonde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine konkave Fläche mit einer Öffnung auf dem Sondenende aufweist, die dicht an die Innenfläche des Behälterbodens herangebracht v/erden kann und aus der eiektrobeschichtungsmaterial strömt.

4. Sonde nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Verlangsamen der Strömung des Elektrobeschichtungsmaterials eine Vielzahl von Öffnungen auf dem Umfang des ■■ Sondenkörpers sind, durch die Elektrobeschichtungsmaterial strömt. ;

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5. Sonde nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsöffnungen gleichbeabstandet um den Sondenkörper herum angeordnet sind und strömendes Elektrobeschichtungsmaterial zum Sondenende dicht an Behälterboden richten können.

6. Sonde nach einem der vorgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einstelleinrichtung, um die Stärke der Gegenströmung einzustellen und so das Ausmaß der Verlangsamung der Strömung zu bestimmen.

7. Sonde nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie vertikal gerichtet werden kann, urrt El.ektrobe— Schichtungsmaterial aufwärts in einen Behälter strömen zu lassen, der nach unten offen gehaltert ist.

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