DE3048180C2

DE3048180C2 - Verfahren zum Versehen eines Metallgegenstandes mit einer Schutzschicht

Info

Publication number: DE3048180C2
Application number: DE3048180A
Authority: DE
Inventors: Torsten Bara Andersson; Bengt Skanör Jeppsson
Original assignee: PLM AB
Current assignee: Rexam AB
Priority date: 1979-12-28
Filing date: 1980-12-19
Publication date: 1987-02-12
Also published as: DE3048180A1; SE422420B; GB2066296B; BE886824A; JPS57112931A; SE7910703L; ES8203661A1; FR2472515B1; IT8069002A0; ES498550A0; GR72301B; GB2066296A; NL8006797A; IT1129495B; FR2472515A1; US4376024A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Versehen eines Metallgegenstandes mit einer Schutzschicht, wobei ein Zuschnitt durch Ziehen, Pressen und/oder andere nicht spanende Bearbeitung unter Verwendung von Schmiermitteln zu dem Gegenstand umgeformt und anschließend mit der Schutzschicht durch elektrophoretische Abscheidung aus einer Badflüssigkeit versehen wird.
Bei der Herstellung gezogener Behälter geht man in der Regel von einem runden Zuschnitt aus, der zu einem Becher tiefgezogen wird, wobei die Wände des Bechers die Wandstärke des Zuschnittes beibehalten, wonach der geformte Becher zu einem fertigen Behälterkörper weitergezogen wird, wobei sich beim Weiterziehen die Wandstärke vermindert und der Durchmesser des Bechers in der Hauptsache unverändert bleibt. Um die Ziehvorgänge zu ermöglichen, ist irgendeine Form von Schmierung des Materials erforderlich. Hierzu verwendet man entweder ein Schmiermittel, das nach den Ziehvorgängen sorgfältig abgewaschen wird, wonach die Flächen getrocknet werden, um eine anschließende, volldeckende Beschichtung des gezogenen Materials zu ermöglichen, oder der Zuschnitt mit einer Beschichtung aus metallischem Material oder Kunststoff versehen wird, die bei den Ziehvorgängen eine reibungsherabsetzende Funktion hat und in gewissen Fällen auch eine Verbesserung der Formbarkeit beim Grundmaterial bewirkt. Der Normalvorgang bei der Herstellung eines Behälters unter Verwendung von Schmiermittel läßt sich in folgenden Schritten zusammenfassen:

1) Tiefziehen eines runden Zuschnittes zum Formen eines Bechers
2) Weiterziehen des Bechers zum Formen eines Behälterkörpers
3) Nacharbeit am Mündungsteil des Behälterkörpers
4) Sorgfältiges Waschen der Flächen des Behälterkörpers
5) Sorgfältiges Trocknen der Flächen des Behälterkörpers
6) Innere und äußere Beschichtung zur Herstellung einer Grundschicht
7) Trocknen und Härten der Grundschicht
8) Anbringen von Verzierungen
9) Trocknen und Härten der Verzierungen
10) Innere Spritzlackierung des Behälterkörpers
11) Trocknen und Härten der inneren Spritzlackierung
12) Abschließendes Formen des Mündungsteils des Behälterkörpers (Verengung des Mündungsdurchmessers und Aufweiten der Mündungskante)
13) Kontrolle
14) Verpacken

Die Punkte 1-3 und 12 beziehen sich auf Maßnahmen, die erforderlich sind, um aus einem runden Zuschnitt einen gezogenen Behälter herzustellen, während die Punkte 13-14 in sich erforderliche Zusatzarbeitsgänge im Zusammenhang mit der Herstellung der Behälter darstellen. Die Punkte 4-11 beziehen sich auf Maßnahmen, die die gezogenen Behälter zur Aufbewahrung des Füllgutes verwendbar machen sollen und außerdem ermöglichen sollen, die Behälter mit der erwünschten Information und Verzierung zu versehen. Bei der Verwendung von Schmiermittel ist somit gemäß bekannter Technik ein sorgfältiges Waschen erforderlich, und die verbrauchten Wassermengen sind erstaunlich groß. Für eine verhältnismäßig kleine Fertigungsanlage beträgt der Wasserverbrauch ca. 500 m³/Tag. Die Verunreinigungen im Waschwasser bestehen hauptsächlich aus Öl und Sulfat sowie Feststoffen von dem Metall, das für die Herstellung des Behälters verwendet wird. Das Waschwasser kann nicht direkt an das kommunale Kanalisationssystem abgeleitet werden, sondern es ist vorher eine Reinigung des Waschwassers erforderlich.
Wie bereits in der Einleitung genannt, erhalten bei gewissen Anwendungen die Metallflächen der runden Zuschnitte vor dem Ziehvorgang eine Beschichtung, die aus einem Metall oder Kunststoff besteht. Nach dem Ziehen wird die Beschichtung Bestandteil oder Unterlage der Schutzschicht oder Schutzschichten, die die Werkstofflächen des geformten Produktes bedecken. Die Beschichtung des runden Zuschnittes hat in einigen Anwendungsbeispielen die Aufgabe, die Verformbarkeit des runden Zuschnittes bei dessen Ziehen zu verbessern, während bei anderen Anwendungsbeispielen die Beschichtung eine schmierende Aufgabe hat. Die Beschichtung kann nach völlig unterschiedlichen Verfahren aufgebracht werden, z. B. elektrophoretisch, durch Auftragen von Material in flüssiger Form auf vorher gereinigten Flächen und anschließendes Trocknen zwecks Erhalten eines trockenen Films. Beispiele für letztere Alternative enthalten z. B. die Patentschriften US 31 14 725 und 32 06 848.
In der Patentschrift SE 3 26 935 wird ein Verfahren zur Erhöhung der Verformbarkeit bei einem Material mit verhältnismäßig geringer Verformbarkeit durch elektrolytisches Beschichten dieses Materials mit einer dünnen Schicht eines Materials mit höherer Formbarkeit beschrieben. Das Ziehen erfolgt anschließend unter Verwendung von Schmiermittel und ohne vorhergehendes Erwärmen zur Vermeidung einer Legierungsbildung im Übergang zwischen Beschichtung und Grundwerkstoff. Gemäß der Patentschrift erfolgt somit die Beschichtung vor dem Ziehen des Werkstoffes.
Gemäß vorliegender Erfindung werden dementgegen die Materialflächen mit einer Schutzschicht nach den Ziehvorgängen versehen.
Die Patentschrift SE 3 63 130 beschreibt auch diese ein Verfahren zur Vorbehandlung von Material, z. B. einem Band und einem Blech, mit einer Schutzschicht, die aus einem wasserlöslichen, filmbildenden, organischen Polymer besteht, wobei diese Schutzschicht als Schmiermittel vor z. B. einem Walzvorgang, Preßvorgang oder Ziehvorgang dienen kann. Auch diese Patentschrift weist somit auf ein Verfahren hin, bei dem die Beschichtung vor dem Umformen des Materials stattfindet. Dieses Verfahren ist besonders darauf ausgerichtet, eine Fläche zu erbringen, die für anschließendes Emaillieren geeignet ist.
Die Patentschrift GB 15 17 732 beschreibt ein Tiefziehen und Weiterziehen zur Herstellung dünnwandiger Behälter aus Stahl. Hierbei wird zumindest die eine Seite eines Metallbleches mit einem organischen Harz versehen, wonach das Blech mit dem dazugehörigen Harz zwecks Anhaftung des Harzes am Metall und Härten des Harzes erhitzt wird. Danach erfolgt ein Ausstanzen der runden Zuschnitte, aus welchen anschließend der Behälter gezogen wird. Das Harz dient als Schmiermittel sowohl beim Tiefziehen als auch beim Weiterziehen. In vorkommenden Fällen enthält das Harz einen schmierenden Zusatz. Auch diese Patentschrift beschreibt ein Verfahren, bei dem das Material bereits vor dem Ziehen mit einer Schicht versehen wird, die nach dem Ziehvorgang noch auf der Behälterwand vorhanden ist.
In der Patentschrift US 41 08 099 wird eine Herstellung gezogener Behälter beschrieben, bei dem das Schmiermittel außer der Funktion als Schmiermittel und Kühlmittel nach dem Ziehvorgang einen Teil der Schutzschicht des Behälters darstellt. Auch diese Patentschrift beschreibt somit, wie das Ausgangsmaterial vor dem Ziehen mit einem Zusatzmaterial versehen wird, das teils den eigentlichen Ziehvorgang ermöglicht, teils auch einen Teil der Schutzschicht darstellt, mit der der Behälter nach dem Ziehvorgang versehen wird. Es wird besonders darauf hingewiesen, daß man durch geeignete Wahl des Schmiermittels nach dem Ziehvorgang eine Oberflächenbeschaffenheit erhält, die dafür geeignet ist, direkt mit einem Druck oder Lackieren ohne vorgehendes Waschen versehen zu werden. Nach beendetem Ziehvorgang findet jedoch immer ein Trocknen des Behälters in einem Ofen statt. Die Zusatzschicht beim Ausgangsmaterial kann natürlich auf unterschiedliche Weise aufgetragen werden, z. B. durch Zusammenwalzen, Aufschrumpfen usw.
Die Verwendung von Schmier- und Kühlmitteln in Zusammenhang mit Ziehvorgängen, wobei das Schmiermittel nach beendetem Ziehvorgang abgewaschen wird, stellt eine normalerweise verwendete Technik dar. Die Schmiermittel haben zusätzlich zu der schmierenden und kühlenden Funktion keine weitere Aufgabe. Beispiele für Patentschriften bezüglich Vorrichtungen, bei denen Schmiermittel auf genannte Weise verwendet werden, sind GB 14 33 963 und US 40 51 805.
Bei der Herstellung von tief- und weitergezogenen Behältern besteht auch die Schwierigkeit, eine wirksame Beschichtung sämtlicher Flächenabschnitte im Inneren des Behälters zu erzielen. Ein reines Tauchverfahren ist in der Regel nicht ausreichend, sondern häufig kommen Verfahren zur Anwendung, bei denen das Beschichtungsmaterial durch Düsen auf die Innenflächen des Behälters gespritzt wird, wobei die Düsen während des Spritzvorganges vom Behälterkörper umgeben sind. Aus Kostengründen wird der Werkstoff im Behälter möglichst dünn gehalten, so daß Schwierigkeiten bestehen, die Forderungen in bezug auf ausreichend große Standfläche und die Forderungen in bezug auf Verformungswiderstand bei der Aufbewahrung von Füllgut unter Druck z. B. kohlensäurehaltiger Getränke, zu kombinieren. Die Patentschrift US 36 93 828 ist ein Beispiel für eine Erfindung, bei der die Bodenform auf die genannten Forderungen abgestimmt worden ist, wobei die Bodenform gleichzeitig den Bedarf erfüllt, mit Hilfe einer Anzahl von Düsen eine volldeckende Beschichtung über die inneren Flächen des Behälterkörpers zu verteilen.
Aus anderen Zusammenhängen ist die Technik der Herstellung von Schutzschichten durch elektrophoretisches Beschichten leitfähiger Flächen bekannt. Auch die Ausrüstung zur Beschichtung von sowohl Innen- als auch Außenflächen von Behälterkörpern ist bekannt. So beschreibt z. B. die Patentschrift 40 94 760 ein Verfahren und die Vorrichtung hierfür. Bei dieser Patentschrift wird davon ausgegangen, daß die Oberflächen bereits so behandelt sind, daß sie zur Aufnahme einer auf elektrophoretischem Wege aufgebrachten Beschichtung geeignet sind.
Die Anwendung der elektrophoretischen Beschichtung bei Oberflächen von Gegenständen aus Blechmaterial wird auch z. B. in der Patentschrift GB 11 17 831 genannt, in der beschrieben wird, wie Schäden in der Lackschicht z. B. bei Blechgebinden durch elektrophoretische Beschichtung repariert werden können. Aus der Patentschrift geht hervor, daß das Elektrolyt aus einer Wasseremulsion besteht, und daß nach beendeter Beschichtung der Oberflächen mit Hilfe von entionisiertem Wasser gewaschen werden. Weiterhin wird angegeben, daß die elektrophoretische Beschichtung auch andere Formen von Schutzbeschichtungen ersetzen kann. Die Patentschrift befaßt sich mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Herstellung der elektrophoretischen Beschichtung, während sie nicht die Vorbereitung der Oberflächenschichten der Gegenstände behandelt, um diese für die elektrophoretische Beschichtung empfänglich zu machen. Die Patentschrift geht somit davon aus, daß die Oberflächen auf irgendeine Weise gereinigt oder auf andere Art behandelt worden sind, damit sie mit einer elektrophoretisch ausgefällten Schutzschicht bedeckt werden können.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens, das wesentlich weniger Herstellungsschritte aufweist.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß als Schmiermittel ein solches aus Polyäthylen/Polypropylen eingesetzt wird und der verformte Gegenstand ohne einen separaten Waschschritt zur Entfernung des Schmiermittels in das Elektrotauchbad eingetaucht und beschichtet wird.
Die bei dem Verfahren verwendete Badflüssigkeit weist einerseits das Material auf, aus dem die Schutzschicht gebildet werden soll, und das in der Flüssigkeit in Form von Ionen vorliegen muß. Andererseits weist das Bad das Schmiermittel auf, das im allgemeinen nicht ionisch sein wird. Es ist zwar bekannt in einem Bad gleichzeitig ionisches als auch nicht-ionisches Material, nämlich synthetisches Harz vorzusehen. Bei dem Verfahren der DE-OS 22 48 836 sollen dabei aber diese beiden Stoffe (nicht-ionisches Harz und ionisches Harz) gleichzeitig als Schutzschicht aufgebracht werden, indem das nicht-ionische synthetische Harz, das in der Badflüssigkeit in Dispersion vorliegt, vom kationischen Harz zur zu beschichtenden Oberfläche transportiert wird. Dies hat wenig gemeinsam mit dem Anmeldungsgegenstand, wo im Gegenteil dazu einerseits das Schmiermittel von der Oberfläche entfernt werden soll, also von der Oberfläche in das Bad wandern soll, während andererseits die Schutzschicht aus dem Bad auf die Metalloberfläche aufgebracht werden soll.
Ist der Behälter gemäß dem Verfahren der Erfindung mit der elektrophoretischen Beschichtung versehen, so müssen noch die Reste des Elektrolyts entfernt werden, die noch an den Behälterwänden vorhanden sind. Dies ist normalerweise durch einfaches Abspülen mit entionisiertem Wasser möglich.
Gemäß der Erfindung erfolgt die Herstellung eines vollgezogenen Behälters in folgenden Schritten:

1) Tiefziehen eines runden Zuschnittes zum Formen eines Bechers
2) Weiterziehen des Bechers zum Formen eines Behälterkörpers
3) Nacharbeit des Mündungsteils des Behälterkörpers
4) Gleichzeitige innere und äußere elektrophoretische Beschichtung mit einer Schutzschicht 5) Abspülen mit entionisiertem Wasser
6) Teilweises Trocknen
7) Verzierung
8) Trocknen und Härten der Verzierung
9) Abschließendes Umformen des Mündungsteils des Behälterkörpers (Verengung des Mündungsdurchmessers und Aufweitung der Mündungskante)
10) Kontrolle
11) Verpackung

Obige Aufzählung läßt erkennen, daß gemäß der vorher beschriebenen, normalerweise angewandten Technik die Schritte 4-7 und 10-11 bei der bisher angewandten Technik ausgeschaltet und durch die neuen Schritte 4-6 ersetzt worden sind, wodurch sich die Anzahl Fertigungsschritte 14 auf 11 vermindert.
Nach der Nacharbeit des Behälters gem. Pkt. 3 oben wird eine Lackschicht auf den Innen- und Außenflächen des Behälters aufgetragen. Dies erfolgt durch sog. Elektrotauchlackierung, wobei das Elektrolyt aus einer Wasserdispersion besteht, die ionisiertes Bindemittel enthält. Die Elektrotauchlackierung erfolgt ohne vorhergehendes Waschen, was dadurch möglich ist, daß das beim Ziehvorgang verwendete Schmiermittel in dem Elektrolyt löslich ist, in dem sich der Behälter während der Lackierung befindet. Als Schmiermittel wird weiterhin ein Mittel gewählt, das weder in bezug auf Geschmack noch Färbung oder Aussehen eine nachteilige Einwirkung auf das Füllgut hat. Die Elektrotauchlackierung ist nicht an eine besondere Lackierungsausrüstung gebunden, sondern sie kann mit allen Verfahren und Vorrichtungen durchgeführt werden, die gemäß bekannter Technik eine zufriedenstellende Beschichtung der Flächen des Behälterkörpers erbringen. Nach dem Lackieren werden die Flächen mit entionisiertem Wasser abgespült. Es hat sich herausgestellt, daß die Beseitigung der Reste von Elektrolyt, die noch auf den Behälterwänden vorhanden sind, beim Abspülen keinerlei Schwierigkeiten bereitet.
Überraschenderweise wurde festgestellt, daß ein Schmiermittel, das aus Polyäthylen-Polypropylen, in einer Mischung von Äthylglykol und Wasser dispergiert, die erforderlichen Eigenschaften in bezug auf Schmierfähigkeit, Löslichkeit im Elektrolyt und Fehlen nachteiliger Beeinflussung des Füllgutes aufweist.
Bei einer vorzugsweisen Zusammensetzung besteht das Schmiermittel aus

Polyäthylen-Polypropylen 20-30 Gewichts-%, vorzugsweise 25 Gewichts-%
Äthylglykol 30-40 Gewichts-%, vorzugsweise 35 Gewichts-%
Wasser 30-50 Gewichts-%, vorzugsweise 40 Gewichts-%

Der Elektrolyt besteht aus Wasser, in dem gelöstes Schmiermittel enthalten ist und in dem ionisiertes Bindemittel so dispergiert worden ist, so daß der Elektrolyt folgende Bindemittel enthält:

Acrylharz 0-9 Gewichts-%, vorzugsweise 0-3 Gewichts-%
Polyesterharz 0-9 Gewichts-%, vorzugsweise 5-9 Gewichts-%
plastizifiertes Melaminharz 0-4 Gewichts-%, vorzugsweise 1-3 Gewichts-%
monomeres Melaminharz 0-1 Gewichts-%
wasserlösliches Lösungsmittel, wie Alkohole oder Glykoläther 0,5-3,0 Gewichts-%, vorzugsweise 2 Gewichts-%
nichtwasserlösliches Lösungsmittel, wie Isodekanol, Isotridecylalkohol, Do- und Tetradekanol 0,5-2,0 Gewichts-%, vorzugsweise 1 Gewichts-%
und primäre, sekundäre oder tertiäre Amine mit pH-Wert 7,8-8,6 Bei weißer Beschichtung kommt hinzu: Titandioxid 4-5 Gewichts-%

Die Erfindung beschreibt somit ein, verglichen mit der bekannten Technik, vereinfachtes Verfahren zur Beschichtung tiefgezogener Behälter mit einer Schutzschicht. Außer dem bereits genannten Wegfall des Waschschrittes ermöglicht die Erfindung ein ausgesprochen rationelles Anbringen der Schutzschicht bei gleichzeitiger Beseitigung unerwünschter Feststoffe aus der Schutzschicht durch einfaches Abkühlen unter Verwendung entionisierten Wassers.
Gemäß der bekannten und bereits angewandten Technik verwendet man bei der Herstellung von Behältern aus Blechmaterial, z. B. Gebinden, wahlweise eine Beschichtung, die bereits vor dem Ziehen des Behälters auf das Material aufgetragen wird oder ein Schmiermittel, das vor dem Auftragen der Schutzschicht vollständig von den Flächen des Behälters abgewaschen wird. Vorliegende Erfindung unterscheidet sich von der bekannten Technik insofern, daß die Schmiermittel nicht ein Auftragen einer schützenden Schicht auf den Flächen des Behälters verhindern, obwohl die Schmiermittel gemäß der vorliegenden Erfindung nicht vor Auftragen der Schutzschicht von den Flächen des Behälters abgewaschen werden und auch keinen Bestandteil der Beschichtung darstellen. Die technische Wirkung der Erfindung wird dadurch erzielt, daß die Schmiermittel in dem Elektrolyt löslich sind, in dem die Bindemittel dispergiert sind, und aus dem die Bindemittel anschließend auf elektrischem Wege auf den Flächen des Behälters ausgefällt werden. Die Löslichkeit der Schmiermittel im Elektrolyt führt somit dazu, daß die Flächen des Behälters im Zusammenhang mit dem Auftragen der Schutzschicht, die bei den meisten Anwendungen erforderlich ist, von anhaftendem Schmiermittel befreit werden.
Soll eine Schutzschicht von weißer Farbe ausgefällt werden, so kann zweckmäßigerweise das Elektrolyt Titandioxid mit einem Anteil von ca. 4-5 Gewichts-% enthalten.
In den Figuren ist schematisch und im Schnitt die Herstellung eines Behälters gezeigt. Es zeigt
Fig. 1 den Materialzuschnitt, aus dem der Behälter hergestellt wird;
Fig. 2 und 3 das Aussehen des Behälters nach Tiefziehen zu einem Behälter, wobei die Wände des Bechers die Wandstärke des Zuschnittes beibehalten;
Fig. 4 und 5 weitere Ansichten des Behälters nach Weiterziehen, bei dem die Wandstärke vermindert worden ist;
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Verfahrensschrittes, bei dem sich der Behälter im Elektrolyten befindet.
Gemäß der Darstellung der Fig. 6 befindet sich der Behälter 1 in einem Gefäß 2 mit einem Elektrolyten 3. Der Behälter 1 ist dabei an einem Pol einer Batterie 4 angeschlossen, deren anderer Pol über einen Schalter 5 und einen regelbaren Widerstand 6 an eine Elektrode 7 angeschlossen ist, die sich innerhalb des Behälters 1 im Elektrolytbad 3 befindet. Die Polarität der Batterie kann auch umgekehrt zur Polarität sein, die in der Figur gezeigt ist. Die Ionen des Elektrolyten können entweder positiv oder negativ sein.

Claims

1. Verfahren zum Versehen eines Metallgegenstandes mit einer Schutzschicht, wobei ein Zuschnitt durch Ziehen, Pressen und/oder andere nicht spanende Bearbeitung unter Verwendung von Schmiermitteln zu dem Gegenstand umgeformt und anschließend mit der Schutzschicht durch elektrophoretische Abscheidung aus einer Badflüssigkeit versehen wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Schmiermittel ein solches aus Polyäthylen/Polypropylen eingesetzt wird und der verformte Gegenstand ohne einen separaten Waschschritt zur Entfernung des Schmiermittels in das Elektrotauchbad eingetaucht und beschichtet wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schmiermittel aus Polyäthylen/Polypropylen, in einer Mischung aus Äthylglykol und Wasser dispergiert, verwendet wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schmiermittel folgender Zusammensetzung verwendet wird:

Polyäthylen/Polypropylen 20-30 Gewichts-%
Äthylglykol 30-40 Gewichts-%
Wasser 30-50 Gewichts-%

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Badflüssigkeit eingesetzt wird, die aus Wasser besteht, in dem gelöstes Schmiermittel enthalten ist und in der folgende Bindemittel dispergiersind:

Akrylharz 0-9 Gewichts-%
Polyesterharz 0-9 Gewichts-%
plastifiziertes Melaminharz 0-4 Gewichts-%
monomeres Melaminharz 0-1 Gewichts-%
wasserlösliches Lösemittel, wie Alkohole oder Glykoläther 0,5-3 Gewichts-%
nichtwasserlösliches Lösungsmittel, wie Isodekanol, Isotridecylalkohol, Do- und Tetradekanol 0,5-2 Gewichts-%
und primäre, sekundäre oder tertiäre Amine mit ph-Wert 7,8-8,6