DE3220310A1

DE3220310A1 - Verfahren und vorrichtung zum gleichzeitigen elektrischen beschichten der innen- und aussenflaechen eines metallbehaelters

Info

Publication number: DE3220310A1
Application number: DE19823220310
Authority: DE
Inventors: John James New Kensington Pa. Davidson; Robert Edwin Lower Burrell Pa. Heffner
Original assignee: Aluminum Company of America
Current assignee: Howmet Aerospace Inc
Priority date: 1981-06-05
Filing date: 1982-05-28
Publication date: 1982-12-23
Also published as: FR2507213A1; GB2099853A; AU549225B2; AU8299582A; GB2099853B; JPS58262A; DE3220310C2; US4400251A; FR2507213B1; JPS6139855B2

Description

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Verfahren und Vorrichtung zum gleichzeitigen elektrischen Beschichten der Innen- und Außenflächen eines Metallbehälters

Die vorliegende Erfindung betrifft das elektrische Beschichten von Metallbehältern. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Doppelstromsystern zum gleichzeitigen Beschichten der Innen- und Außenflächen eines Metallbehälters.

Üblicherweise werden die Innen- und Außenflächen von Metallbehältern wie beispielsweise Dosen und dergleichen in separaten Arbeitsgängen beschichtet. Dabei wird die Innenbeschichtung üblicherweise mit höherem Beschichtungsgewicht als die danach aufgebrachte Außenbeschichtung angesetzt. Die dickere Innenschicht ist als Schutz des Behälters vor seinem Inhalt und als Schutz des Behälterinhalts vor einer Reaktion mit dem Behältermetall erforderlich, während die dünnere Außenbeschichtung die Handhabung und/oder das Aussehen des Behälters verbessern kann. Weiterhin kann die Außenbeschichtung einen Schutz gegen die Umwelt bieten, indem sie beispielsweise das Rosten von Stahl und zinnfreien Stahlbehältern in einer feuchten Atmosphäre unter-

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bindet und die Bildung übermäßiger Oxidbeläge auf Aluminiumbehältern während des Sterilisierens ("retort") verhindert.

Die Beschichtungsstoffe können als Sprühnebel, mit Rollen oder dergleichen unter Verwendung üblicher Polymerisatsysteme oder nach elektrischen Beschichtungsverfahren aufgetragen werden. Mit der elektrischen Beschichtung erhält man in sich und von Behälter zu Behälter gleichmäßige Schichten; dieses Verfahren wird bevorzugt angewendet. Der Ausdruck "elektrische Beschichtung", wie er hier verwendet wird, soll das elektrische Aufbringen von - vorzugsweise organischen - Harzbeschichtungsstoffen aus entweder anodischen oder kathodischen Elektrobeschichtungsmedien auf elektrisch leitfähige Oberflächenbereiche bezeichnen. Eine Schicht aus teilchenförmigem Beschichtungsmaterial wird auf einem elektrisch geladenen Metallsubstrat abgeschieden, das in das Beschichtungsmaterial eingetaucht ist oder von ihm umgeben wird, während man ein elektrisches Potential zwischen Substrat und eine entgegengesetzt elektrisch geladene Elektrode legt.

Die US-PS 3 922 213 betrifft das elektrische Aufbringen gleichförmiger Beschichtungen auf die Innenfläche geform*- ter Metallbehälter, während die US-PS 4 094 760 eine Verbesserung dieses Verfahrens lehrt, nach der man die Innen- und die Außenflächen der Metallbehälter gleichzeitig beschichten kann. Beide Patente lehren, die Innenfläche der mit der öffnung nach unten angeordneten Metallbehälter elektrisch mit einer gleichförmigen Beschichtung zu versehen, indem man eine elektrisch leitfähige Sonde/Düse in

sie einführt, durch die Beschichtungsmaterial in das Behälterinnere geführt wird, das es ausfüllt und in dem es ein Strömungsbad bildet. Ein elektrisches Potential wird zwischen Behälter und die Düse gelegt, um die Metalloberflächen zu beschichten. Weiterhin offenbart die US-PS 4 094 760 das Anlegen eines elektrischen Potentials zwischen einen Behälter und ein außen angeordnetes Gehäuse, um gleichzeitig mit der Innen- auch die Außenfläche des Metallbehälters zu beschichten.

Obgleich die Verfahrensweisen und die Vorrichtungen, die in diesen Patentschriften beschrieben zum elektrischen Beschichten von Metallbehältern in schnellen Fertigungsstraßen geeignet sind, besteht doch Bedarf an einem noch schnelleren gleichzeitigen Beschichten der Innen- und Außenflächen von Behältern in einem sehr schnellen Arbeitsgang. Verbesserungen der Geschwindigkeit des Auftragsvorgangs lassen sich mit einem schnelleren Füllen der Elektrobeschichtungszelle, in der der Behälter sich während des Beschichtens befindet, erreichen, als mit den in den bekannten Patentschriften offenbarten Einzelstromsystemen möglich ist. Geschwindigkeitsverbesserungen müßten auch das Aufbringen unterschiedlicher Beschichtungsgewichte auf die Innen- und die Außenflächen bei guter Integrität der Beschichtung erlauben.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum unterschiedlichen elektrischen Beschichten der Innen- und Außenflächen eines Metallbehälters anzugeben.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Metallbehälter elektrisch mit unterschiedlichen Beschichtungen auf der Innen- und der Außenfläche zu versehen.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum gleichzeitigen elektrischen Beschichten der Innen- und Außenflächen eines Metallbehälters anzugeben.

Die Erfindung schafft ein Verfahren zum gleichzeitigen elektrischen Beschichten der Innen- und Außenflächen eines Metallbehälters , indem man

(a) einen offenendigen Metallbehälter in ein elektrisch leitfähiges äußeres Gehäuse einschließt, das vom Behälteräußeren beabstandet und in der Gestalt der des Behälteräußeren allgemein entspricht, um einen ersten Durchlaßkanal zu bilden,

(b) in den Metallbehälter zu dessen Innenfläche beabstandet eine elektrisch leitfähige hohle Elektrode einbringt, die in der Gestalt allgemein der des Behälterinneren entspricht, um einen zweiten Durchlaßkanal zu bilden,

(c) die hohle Elektrode, das äußere Gehäuse und den Metallbehälter gegeneinander elektrisch isoliert,

(d) den ersten Durchlaßkanal gegen den zweiten Durchlaßkanal flüssigkeitsdicht abschließt, um zwei separate und miteinander nicht verbundene Durchlaßkanäle auszubilden,

(e) das elektrische Beschichtungsmaterial in den ersten Durchlaßkanal einbringt und durch ihn strömen läßt, während man gleichzeitig elektrisches Beschichtungsmaterial in den zweiten Durchlaßkanal einbringt und durch ihn strömen läßt, wobei man für jeden Durchlaßkanal separate Ein- und Auslässe verwendet, um die Durchlaßkanäle schnell zu füllen und das Behälteräußere und -innere mit dem Beschichtungsmaterial zu überfluten, und

(f) gleichzeitig mit dem Fluten der Durchlaßkanäle zum elektrischen Beschichten des Behälteräußeren ein erstes elektrisches Potential zwischen das äußere Gehäuse und den Behälter und zum elektrischen Beschichten des Behälterinneren ein zweites elektrisches Potential zwischen die hohle Elektrode und den Behälter legt.

Weiterhin schafft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum gleichzeitigen elektrischen Beschichten des Äußeren und Inneren eines Metallbehälters mit

(a) einer Einrichtung zum Einschließen eines offenendigen Metallbehälters, die elektrisch leitfähig ist, in der Gestalt der des Behälters allgemein entspricht und beabstandet zur Behälteraußenfläche angeordnet werden kann, um einen ersten Durchlaßkanal zwischen Einrichtung und Behälter zu bilden;

(b) einer elektrisch leitfähigen hohlen Elektrode, die in den Behälter beabstandet von dessen Innenfläche eingeführt werden kann, in der Gestalt der des Be-

hälterinneren allgemein entspricht und beabstandet zur Behälterinnenfläche in diesen eingebracht werden kann, um einen zweiten Durchlaßkanal zwischen Elektrode und Behälter zu bilden,

(c) Mitteln zum elektrischen Isolieren der hohlen Elektrode, der einschließenden Einrichtung und des Behälters gegeneinander,

(d) Mitteln zum Herstellen eines flüssigkeitsdichten Abschlusses zwischen dem ersten und dem zweiten Durchlaßkanal zur Bildung zweier separater und nicht miteinander verbundener Durchlaßkanäle,

(e) Mitteln zum Einführen des elektrischen Beschichtungsmaterials in den ersten Durchlaßkanal, um das Behälteräußere mit dem Beschichtungsmaterial zu überfluten, und zum gleichzeitigen Einführen des elektrischen Beschichtungsmaterials in den zweiten Durchlaßkanal, um das Behälterinnere mit dem Beschichtungsmaterial zu überfluten, wobei die Mittel separate Ein- und Auslässe für jeden Durchlaßkanal einschließen, um die Durchlaßkanäle schnell fluten zu können, und

(f) mit Mitteln, um zum elektrischen Beschichten des Behälteräußeren ein erstes elektrisches Potential zwischen die einschließende Einrichtung und den Behälter und gleichzeitig zum elektrischen Beschichten des Behälterinneren ein zweites elektrisches Potential zwischen die hohle Elektrode und den Behälter zu legen.

Die Erfindung wird nun unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 ist eine Teilschnittdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist eine ausführlichere Schnittdarstellung der in Fig. 1 gezeigten Anordnung im Arbeitszustand, und

Fig. 3 ist ein Stromlaufdiagramm einer elektrischen Schaltung für die vorliegende Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Anordnung nach der vorliegenden Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform. Die Vorrichtung bzw. Elektrobeschichtungszelle 10 weist eine Elektrode/Sonde/Düse 20, einen Behälterhalter sowie ein äußeres Gehäuse 24 auf, die vertikal übereinander angeordnet sind, wobei das äußere Gehäuse 24 über dem Behälterhalter 22 und dieser über der Sonde/Düse 20 liegen.

Der Behälter- bzw. Dosenhalter 22 kann den Behälter 26 mit nach unten gewandter Öffnung aufnehmen. Der Behälter 26 braucht nicht am Behälterhalter 22 festgespannt zu sein, sondern kann in einer Aufnahme 28 im Behälterhalter 22 sitzen, die vorzugsweise eine Nut bzw. einen Ansatz auf der Oberseite aufweist, die bzw. der im wesentlichender ümfangsgestalt des offenen Endes des Behälters 26 entspricht. Für Behälter wie Doesen oder dergleichen kann die Behälteraufnahme 28 die Gestalt eines Rings aufweisen; bei Behältern mit einem anderen.als kreisrunden offenen

Ende kann die Aufnahme 28 die Form der Behälteröffnung annehmen. Obgleich der Behälterhalter 22 mit einer Aufnahme zum Halten des Behälters 26 gezeigt und beschrieben ist, liegen auch andere Ausführungsformen im Umfang der Erfindung. Beispielsweise kann ein Teilring mit einer Umfangsausdehnung von weniger als etwa 180° reibschlüssig auf den Behälter aufgesetzt werden, um ihn in der Sollage zu halten. Die Aufnahme 28 kann weiter ein oder mehrere bogenförmig gekrümmte Segmente aufweisen. In allen Ausführungsformen hat der Behälter 22 eine Zentralöffnung 30, durch die eine elektrisch leitfähige Sonde/Düse 20 eingeführt werden kann, aus der das Behälterinnere beschichtet wird. Die Behälteraufnahme 28, die allgemein konzentrisch mit und radial auswärts der öffnung 30 liegt, kann aus unten zu erläuternden Gründen aus elektrisch leitfähigen oder Isolierstoffen hergestellt sein.

Der Behälterhalter 22 enthält eine öffnung bzw. einen Kanal 32, der die Oberseite des Behälterhalters 22, auf der der Behälter 26 sitzt, mit der Unterseite des Behälterhalters verbindet. Der Kanal 32 liegt radial auswärts der Zentralöffnung 30 und kann ein Ringkanal sein, der die Zentralöffnung 30 im wesentlichen vollständig umgreift, um die Oberseite des Behälterhalters 22 mit seiner Unterseite zu verbinden. Alternativ kann es sich beim Kanal 32 um eine Vielzahl von Bohrungen handeln, die durch den Behälterhalter 22 verlaufen und entlang des Rands der Aufnahme 28 des Halters 22 radial auswärts der Zentralöffnung 30 verteilt sind.

Der Behälterhalter 22 weist weiterhin Mittel auf der Ober-, und der Unterseite auf, um Teile des Außengehäuses 24

bzw. des Unterteils 34 der Sonde/Düse 20 trennbar aufzunehmen. Derartige Verbindungsmittel können in der Form von Ringnuten 33, 35 radial außerhalb des Randes des Behälters 26 und der Zentralöffnung 30 vorliegen, wie in der Fig. 1 und 2 gezeigt. Die oberen und unteren Ringnuten 33 bzw. 35 erleichtern das Ausrichten und das Herstellen eines flüssigkeitsdichten Abschlusses zwischen dem Gehäuse 24 und dem Unterteil 34 zum Einschließen des Behälters 26, wie unter Bezug auf die Fig. 2 weiter unten gezeigt und erläutert.

Die Sonde/Düse 20 steht aufwärts von einem Unterteil 34 her vor. Die Sonde 20 ist hohl und kann selbst die Düse bilden oder kann Düsenelemente aufweisen, um Beschichtungsmaterial in das Innere des zu beschichtenden Behälters einzubringen. Alternativ kann die hohle Sonde 20 eine Öffnung und Öffnungsteile aufweisen, um das Beschichtungsmaterial aus dem Inneren eines beschichteten Behälters auszutragen. Vorzugsweise handelt es sich bei der Sonde 20 um eine Düse in der in Fig. 1 gezeigten Art mit einer Bohrung 36, die in Längsrichtung durch sie hindurch verläuft und im Unterteil 34 als öffnung 46 endet. Vorzugsweise ist die Öffnung 46 ein Einlaß, an den eine Leitung angeschlossen ist, mit der Beschichtungsmaterial aus einer Quelle bzw, einem Vorratsbehälter zugeführt wird. Eine Bohrung 36 kann in ihrem obersten Teil breiter ausgebildet sein und eine schmale Kante 37 bilden und kann oben mit einer allgemein konischen oder konkaven öffnung ausgeführt sein, um die Strömung des Beschichtungsmaterials in das Innere des Behälers 26 zu unterstützen. Eine solche aufgeweitete Öffnung bewirkt auch ein verbessertes Beschichten des Behälterinneren nahe dem Behälter-

boden, wenn ein elektrisches Potential zwischen die Sonde 2 0 und den Behälter 26 gelegt wird. Die schmale Kante 37 verbessert den Strömungsverlauf des Beschichtungsmaterials zum Behälterinneren und verstärkt die Wurfkraft des Beschichtungsbades zum Beschichten auch tieferer Vertiefungen in der Behälterinnenfläche.

Insbesondere kann die Sonde/Düse 20 die Gestalt der in der US-PS 4 210 507 offenbarten elektrisch leitfähigen hohlen Sonde annehmen. Die in dieser Patentschrift beschriebene Sonde weist eine Einrichtung zum Verzögern der Strömung des Beschichtungsmaterials aus dem Behälterinneren heraus auf/ indem sei eine entgegengesetzte Strömung des Beschichtungsmaterials aufbaut, die die Turbulenz der Strömung verstärkt, ohne in ihr Diskontinuitäten zu erzeugen, und so das Beschichten von Ecken und Vertiefungen nahe der Innenfläche des Behälterbodens erleichtert.

Die Sonde 20 ist eine Elektrode und muß daher elektrisch leitfähig sein, entspricht in der Gestalt allgemein der des Behälterinneren und ist aus korrosionsbeständigen oder nichtkorrodierenden Werkstoffen hergestellt. Wie hier benutzt, "entspricht" die Gestalt verschiedener Teile der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung "allgemein" der BehältergestaÜt, wenn die geometrischen Formen - beispielsweise Zylinder oder Würfel - sich allgemein entsprechen, obgleich die Einzelheiten der Ausgestaltung - Nuten, Lippen und dergleichen - nicht durchweg vorzuliegen brauchen.

Der Unterteil 34 enthält weiterhin eine Ringkammer 30a und eine Ringkammer 32a. Die Kammer 3 0a verläuft allgemein konzentrisch mit dem unteren Teil der Sonde/Düse 20 innerhalb des Unterteils 34. Die Kammer 32a ist radial auswärts der Kammer 30a und mit dieser konzentrisch. Vorzugsweise ist jede Kammer durchgehend ausgebildet und umgreift die Sonde 20 im Unterteil 34 vollständig. Alternativ kann anstelle einer Kammer ein Ring von miteinander verbundenen Bohrungen oder Öffnungen vorgesehen sein, die um die Sonde 20 herum verteilt sind. Die Ringkammer 30a geht in die öffnung 50 über, die vorzugsweise ein Auslaß und am oder im unteren Teil des Unterteils 34 angeordnet ist, damit Beschichtungsmaterial aus dem Unterteil 34 während eines Beschichtungszyklus erst ausfließen kann, nachdem es durch den zweiten Durchlaßkanal und über die gesamte Behälterinnenfläche geströmt ist. Die Ringkammer 32a geht in die öffnung 48 über, die vorzugsweise ein Auslaß am oder im unteren Teil des Unterteils 34 ist, damit das Beschichtungsmaterial aus dem Unterteil 34 während des Beschichtungszyklus erst ausfließen kann, nachdem es durch den ersten Durchlaßkanal und über die gesamte Außenfläche des Behälters geströmt ist.

Auf der Oberseite des Unterteils 34 ist eine Dichteinrichtung 52 und eine Dichteinrichtung 53 gezeigt, die radial einwärts der aufwärts vorstehenden ringförmigen Aufsätze 38 verlaufen, die lösbar und dicht in die Nut 35 des Behälterhälters 22 eingefahren werden können. Die Dichteinrichtung 52, 53 sind dort beabstandet voneinander angeordnet, wo die Ringkammer 32a in die Oberseite des Unterteils 34 mündet. Dieser Abstand bietet Zugang zur Ringkammer 32a,

so daß Beschichtungsmaterial durchströmen kann. Die äußere ringförmige Dichteinrichtung 52 und die innere ringförmige Dichteinrichtung 53 verlaufen konzentrisch und können zwei separate Dichteinrichtungen oder auch einteilig mit ausreichendem Abstand ausgebildet sein, um Zugang zur Ringkammer 32a herzustellen. Die Dichteinrichtungen 52, 53 bieten einen lösbaren flüssigkeitsdichten Abschluß zwischen dem Unterteil 34 und dem Behälterhalter 22, um das Beschichtungsmaterial während des Beschichtungszyklus einzuschließen und eingeschlossen zu halten.

Das äußere Gehäuse bzw. der Mantel 24 ist eine äußere Elektrode, ist elektrisch leitfähig und entspricht in der Gestalt allgemein der Außengestalt des zu beschichtenden Behälters 26. Das Gehäuse 24 ist größer als der Behälter und vorzugsweise ebenfalls korrosionsbeständig ausgeführt. Das Gehäuse 24 weist äußere, abwärts vorstehende ringförmige Vorsprünge 40 auf, die lösbar in die obere Nut 33 im Behälterhalter 22 einfahren und dort einen dichten Abschluß herstellen können. Von der inneren oberen Wandfläche des Gehäuses 24 steht ein federvorgespannter Andruckstift 4 2 beispielsweise zentral angeordnet abwärts vor, so daß, wenn das Gehäuse 24 den Behälter 26 einschließt, der Andruckstift 42 vom Boden des Behälters 26 aufwärts geschoben wird. Ein Zweck des Andruckstifts 42 im Gehäuse 24 ist, das Festhalten des Behälters 26 in seiner Sollage in der Aufnahme 28 während des Beschichtungszyklus zu unterstützen.

Vorzugsweise befindet sich nahe oder in der inneren oberen Wandfläche des Gehäuses 24 mindestens eine Dosenboden-Aus-

richteinrichtung 56 vorzugsweise aus nicht leitfähigem bzw. Isolierstoff, die auch den Zweck hat, sich an den Behälter 26 anzulegen, wenn das Gehäuse 24 den Behälter 26 umschließt, um das Festhalten des Behälters in einer festen Sollage auf der Behälteraufnahme 28 während des Beschichtungszyklus zu unterstützen. Die Vorrichtung 56 kann sich an den Behälter 26 nahe oder auf der Bodenaußenfläche anlegen. Eine Vielzahl solcher Einrichtungen 56 kann vorgesehen und beispielsweise gleichbeabstandet um den Behälterboden herum verteilt sein.

An oder in der Oberwandung des Gehäuses 24 befindet sich eine öffnung 44 vorzugsweise als Einlaß, mit dem Beschichtungsmaterial in das Gehäuse 24 während des Beschichtungszyklus einströmen und die gesamte oder einen Teil der Behälteraußenfläche überfluten kann, bevor es durch den Kanal 32 und den Auslaß 48 abgeht. Vorzugsweise ist an den Einlaß 44 eine Leitung angeschlossen, .mit der Beschichtungsmaterial aus einer Quelle bzw. einem Vorratsbehälter zugeführt wird.

Auf der Unterseite des Außengehäuses 24 ist radial einwärts der abwärts vorstehenden ringförmigen Vorsprünge 40 eine Dichteinrichtung 54 angeordnet, die einen trennbaren flüssigkeitsdichten Abschluß zwischen dem Gehäuse 24 und dem Behälterhalter 22 herstellt, um das Beschichtungsmaterial während des Beschichtungszyklus einzuschließen.

Die Fig. 2 zeigt im Schnitt weitere Einzelheiten der Vorrichtung nach Fig. 1 im Arbeitszustand. Das Gehäuse 24, der

Behälter 26 und der Unterteil 34 sind vertikal übereinander aus den in Fig. 1 gezeigten Stellungen über-bzw. aufeinandergefahren dargestellt; diese Vertikalbewegung läßt sich mit Druckluftzylindern, Steuerscheiben oder auf andere herkömmliche Weise (nicht gezeigt) bewerkstelligen.

Die abwärts vorstehenden ringförmigen Vorsprünge 40 am Gehäuse 24 sind in die Ringnut 33 auf der Oberseite des Behälterhalters 22 eingefahren. Entsprechend sind die aufwärts vorstehenden ringförmigen Vorsprünge 38 des Unterteils 34 in die Ringnut 35 auf der Unterseite des Behälterhalters 22 eingefahren. Der Behälter 26 wird in der Sollstellung in der Behälteraufnahme 28 so gehalten, daß der Rand der Behältermündung des umgedrehten Behälters in der Aufnahme 28 sitzt. Der Druckstift 42 des Gehäuses 24 liegt auf dem Boden des Behälters 26 auf und ist eingeschoben, so daß die Feder ihn abwärts auf den Behälter drückt, der so in der Aufnahme 28 gehalten wird. Weiterhin sieht man, wie die Dosenboden-Richtvorrichtung 56 am Boden des Behälters 26 an dessen Rand anliegt, um den Behälter 26 auf der Aufnahme 28 zu halten, während sie den Behälter 26 auch über der Zentralöffnung 30 ausrichtet, damit die Sonde 20 durch die Öffnung 3 0 in den Behälter 26 eingeführt werden kann.

Sind das Gehäuse 24, der Behälterhalter 22 und der Unterteil 34 vertikal aufeinander geschlossen, wie in Fig. 2 gezeigt, entstehen zwei separate Durchlaßkanäle, mit denen sich die Innen- und die Außenfläche des Behälters separat

beschichten lassen. In diesem geschlossenen Zustand entstehen die Räume 47, 49; der Raum 47 wird gebildet zwischen der Sonde/Düse 20 und der Innenfläche des Behäldrs 26, der Raum 4 9 zwischen der Außenfläche des Behälters 26 und der Innenfläche des Gehäuses 24. Die in Fig. 2 gezeigte Anordnung schafft einen ersten Durchlaßkanal (einschließlich des Raums 49) vom Einlaß 44 zum Raum 49 und durch den Kanal 32 zur Ringkammer 32a und zum Auslaß 48; ein zweiter Durchlaßkanal (einschließlich des Raums 47) entsteht von der Düsenbohrung oder Öffnung 36 zum Raum 47 und über die Ringkammer 30a zum Auslaß 50. Der erste Durchlaßkanal erlaubt während des Beschichtungszyklus eine Strömung des Beschichtungsmaterials vom Einlaß 44 zum Auslaß 48, wobei der gesamte Durchlaßkanal einschließlich des Raums 49, des Kanals 32 und der Ringkammer 32a sich mit dem Beschichtungsmaterials füllen kann, um die Behälteraußenfläche vollständig mit dem Beschichtungsmaterxal zu überfluten. Der zweite Durchlaßkanal erlaubt während des Beschichtungszyklus eine separate Strömung des Beschichtungsmaterials vom Einlaß zum Auslaß 50, wobei die Bohrung 36, der Raum 47 und die Ringkammer 30a mit Beschichtungsmaterxal gefüllt werden, um die Behälterinnenflachen vollständig mit dem Beschichtungsmaterial zu überfluten.

Zwischen der Oberseite des Behälterhalters und der Unterkante des Gehäuses 24 sind die Dichtungseinrichtung 54, zwischen der Unterseite des Behälterhalters 22 und der Oberseite des Unterteils 34 die Dichteinrichtung 52, 53 gezeigt. Die Dichteinrichtungen stellen einen trennbaren flüssigkeitsdichten Abschluß zwischen dem Gehäuse 24, dem Behälterhalter 22 und dem Unterteil 34 her, um zwei sepa-

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rate Strömungskanäle nahe der Schnittstelle zwischen Unterteil 34 und Behälterhalter 22 aufrechtzuerhalten.

Die Fig. 3 zeigt weiterhin, wie man zwischen die innere Elektrode 2 0 und den Behälter 26 ein anderes Potential als zwischen die äußere Elektrode 24 und den Behälter 26 legen kann, indem man einen Widerstand in einen Zweig der Schaltung einschleift, der als Spannungsteiler wirkt. Vorzugsweise legt man den Widerstand in den Stromkreis zwischen der Gleichspannungsquelle und der Außenelektrode 24. Der Widerstand kann in Form eines Widerstandsfelds oder eines veränderbaren Widerstands wie beispielsweise eines Rheostaten vorliegen; vorzugsweise verwendet man zum Einstellen des elektrischen Stroms einen veränderbaren Widerstand 68. Fügt man beispielsweise einen Widerstand in den Stromkreis zur äußeren Elektrode 24 ein und hält die Arbeitsspannung konstant, fließt durch diesen Schaltungsteil ein schwächerer Strom, so daß die Ladungszufuhr ebenfalls sinkt und auf die Außenfläche des Behälters 26 ein geringeres Beschichtungsgewicht aufgebracht wird. Das Produkt, ein elektrisch beschichteter Behälter 26, hat dann auf der Innenfläche eine dickere Beschichtung als auf der Außenfläche. Diese dickere Innenbeschichtung ist normalerweise erwünscht, um den Behälter vor seinem Inhalt und den Behälterinhalt vor einer Reaktion mit dem Behälterwerkstoff zu schützen.

Die elektrische Schaltung kann weiterhin ein Ampermeter A und ein Voltmeter V enthalten, um den in der Schaltung fließenden Strom sowie die herrschenden Spannungen zu messen,

damit die Bedienungsperson das Beschichtungsgewicht auf der Innen- und der Außenfläche des Behälters 26 einstellen kann, und zwar unabhängig davon, ob beide Flächen gleichzeitig beschichtet werden oder nicht. Ein Teil der Schaltung, der zur Behälterelektrode führt, enthält ein GS-Schütz 70, mit dem sich die Stromflußdauer bestimmen läßt, von der das aufgetragene Beschichtungsgewicht ebenfalls abhängt. Obgleich die Fig. 3 den Behälter mit dem positiven Anschluß der Gleichspannungsquelle verbunden zeigt, kann man die Polung auch umkehren, und zwar abhängig davon, ob das Beschichtungsmaterial anodisch oder kathodisch ist. Im allgemeinen haben die Innen- und die Außenelektrode die gleiche Polarität. Die Gleichspannungsversorgung sollte so ausgelegt sein, daß sie den Arbeitsstrom für ein gleichzeitiges Beschichten der Innen- und der Außenflächen liefern kann. Beim Arbeiten in der bevorzugten Ausführungsform, d.h. einem unterschiedlich starken und gleichzeitigen Beschichten der Innen- und Außenflächen eines Behälters muß die Spannungsversorgung auch in der Lage sein, die auftretenden verschiedenen Spannungen zu liefern.

Die Verwendung und Arbeitsweise der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung läßt sich zunächst unter Bezug auf die Fig. 1 erläutern.Sind das äußere Gehäuse 24, der Behälterhalter 22 und die Sonde/Düse 20 voneinander getrennt, wie gezeigt, wird ein Behälter 26 mit der öffnung nach unten so auf den Behälterhalter 22 aufgesetzt, daß bei in der Behälteraufnahme 28 befindlichem Behälter die Zentralöffnung 30 mit seiner Mündung fluchtet. Das äußere Gehäuse 24 und die Düse/Sonde 20 werden dann vertikal relativ zum Behälterhalter 22 aufeinander geschlossen, um den Behälter 26 vollständig einzuschließen, wie in Fig. 2 gezeigt.

Der Behälter 26 kann mit der öffnung nach unten auf den Behälterhalter 22 auf verschiedene Art und Weise aufgesetzt werden. Da es erwünscht ist, die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung in sehr schnellen Fertigungsstraßen einzusetzen, kann die Dose auf unterschiedlichen Einrichtungen - beispielsweise Armen, Drehtischen - oder dergleichen in die Arbeitslage gebracht werden. Beispielsweise kann man einen Drehtisch vorsehen, der 14 Behälter gleichzeitig handhabt. Jede Zelle 10 befindet sich dann beim Umlauf um den Drehtisch in unterschiedlichen Phasen des Beschichtungsvorgangs. Zur Anpassung an schnelle Fertigungsstraßen ist in Betracht gezogen, daß der Laufzeitunterschied zwischen aufeinanderfolgenden Zellen etwa eine Zehntelsekunde beträgt, so daß jede Dose sich insgesamt etwa 1,4 s auf dem Drehtisch aufhält.

In einer bevorzugten Betriebsart beginnt, nachdem die Vorrichtung geschlossen worden ist, die Strömung des Beschichtungsmaterials durch den Einlaß 46 und die Düsenbohrung 36, bis das Beschichtungsmaterial den Raum 47 im Innern des Behälter 26 ausgefüllt hat. Gleichzeitig beginnt die Strömung des Beschichtungsmaterials vom Einlaß 44 in das äußere Gehäuse 24, bis es den Raum 49 um die Außenfläche des Behälters 26 herum ausgefüllt hat. Gleichzeitig wird ein elektrisches Potential zwischen den Behälter und die Sonde 20 gelegt, um das Behälterinnere zu beschichten, während auch gleichzeitig Potential zwischen den Behälter und das Außengehäuse gelegt wird, um das Behälteräußere zu beschichten. Alternativ kann man eines oder beide elektrische Potentiale anlegen, bevor das Beschichtungsmaterial zu strömen beginnt.

Vorzugsweise beginnen die bieden separaten Strömungen des Beschichtungsmaterials gleichzeitg mit dem Anschalten des elektrischen Potentials. Vom Zeitpunkt des Schließens der Vorrichtung an sollte vorzugsweise die Spannung angeschaltet und die Strömung eingeleitet werden. Man legt das elektrische Potential etwa eine Sekunde an und läßt das Beschichtungsmaterial etwa gleich lange strömen. Dieser Wert ist ein Richtwert; die im Einzelfall angesetzte Behandlungsdauer zum Beschichten eines bestimmten Behälters hängt von mehreren Variablen ab. Bei komplizierteren Behälterform kann es schwieriger sein, das Beschichtungsmaterial durch den gesamten Behälterinnenraum zu führen, so daß sich längere Verweilzeiten ergeben. Nachdem der Behälter beschichtet ist, öffnet man die Vorrichtung bzw. Zelle 10, indem man das Gehäuse 24, den Halter 22 und die Sonde/Düse vertikal voneinander abhebt.

In der bevorzugten Arbeitsweise führt man das Beschichtungsmaterial der Vorrichtung aus einer Quelle bzw. einem Vorratsbehälter (nicht gezeigt) zu. Es können auch zwei Vorratsbehälter benutzt werden, um das Behälterinnere und -äußere aus zwei separaten Quellen zu beschichten. Will man auf das Behälterinnere und -äußere unterschiedliche Beschichtungen aufbringen, sind separate Quellen eine Notwendigkeit.

Zusätzlich zur Verwendung einer in der Gestalt entsprechenden (oder auch nicht entsprechenden) Düse zum Beschichten des Behälterinneren sind die Strömungsgeschwindigkeit und der Strömungsdruck des einströmenden Beschichtungsmaterials wichtige Parameter, die von Variablen wie der Geometrie des Behälters und der Beschichtungsvorrichtung abhängen.

Im allgemeinen ist die Strömungsgeschwindigkeit wichtiger als der Strömungsdruck. Eine steuerbare Strömungsgeschwindigkeit verhindert Turbulenzen und eine Bläschenbildung auf der Innenfläche der Behälter und erlaubt jeden Punkt der Behälterinnenfläche mit Beschichtungsmaterial zu benetzen. Bei zu hohem Druck steigt jedoch u.U. die Geschwindigkeit des Beschichtungsmaterials zu weit an, so daß sich Turbulenzen, Bläschen und dergleichen bilden, die unerwünscht sind. Während also mit Vorteil die Sonde/Düse 20 mindestens allgemein eine der Behälterform angepaßte Gestalt hat, ist eine solche aber zur Funktion der vorliegenden Erfindung nicht unbedingt erforderlich. Mit dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung sind forderungsgerechte Beschichtungsgewichte auf die Innenflächen von Behältern bei einem Druck des Beschichtungsmaterials am Düseneingang im Bereich von 0,55 bis 0,83 bar (8 bis 12 psi) und etwa 0,69 bar (10 psi) aufgebracht worden, wobei der Materialdurchsatz etwa 0,5 bis 2 Liter pro Sekunde betragen kann.

Zum Beschichten der Behälteraußenfläche sind die Strömungsstärke und der Strömungsdruck des einströmenden Beschichtungsmaterials ebenfalls wichtige Parameter. Nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung sind zufriedenstellende Beschichtungsgewichte auf Behälteraußenflächen mit einem Druck am Zelleneingang im Bereich von 0,62 bis 0,83 bar (9 bis 12 psi) und etwa 0,69 bar (10 psi) und mit einer Strömung von 0,5 bis 2 Liter pro Sekunde erreicht worden.

Die Gesamt-Beschichtungsgeschwindigkeit hängt auch von der während des Beschichtungsvorgangs anliegenden Spannung ab.

Je höher die Spannung, desto kurzer die Zeit, die zum Beschichten des Behälters erforderlich ist. Eine zu hohe Spannung kann jedoch zum Aufreißen der Beschichtung oder zur Blasenbildung führen, abhängig von Variablen wie dem jeweils eingesetzten Besehichtungsmaterial und der Art des elektrischen Kontakts zum zu beschichtenden Behälter. Es hat sich erwiesen, daß sich mit der vorliegenden Erfindung zufriedenstellend Behälter über einen breiten Bereich von Gleichspannungen beschichten lassen. Die Spannung kann dabei von 50 bis 250 V betragen; der Vorzugsbereich ist 100 bis 200 V. Zum Aufrechterhalten eines bestimmten Beschichtungsgewichts steuert man den Strom. Wie bei der Spannung hat sich auch ein breiter Bereich von Arbeitsströmen als brauchbar erwiesen; in der Praxis kann man mit Strömen von 4 bis 30 A pro Zelle zufriedenstellend arbeiten. Die Stromstärke ist ein wesentlicher Parameter und sollte überwacht werden, da das Beschichtungsmaterial nach seinem Coulomb-Wirkungsgrad klassiert wird, wobei ein Coulomb einem Ampere pro Sekunde entspricht.

Während des bevorzugten Beschichtungszyklus sind das Gehäuse 24, der Behälter 26 und die Sonde/Düse 20 elektrisch geladen, aber gegeneinander elektrisch isoliert, so daß das Beschichtungsmaterial als Leiter wirkt, um die Ablagerung auf dem Behälter zu beginnen. Sind die Elemente nicht einwandfrei gegeneinander isoliert, tritt ein Kurzschluß zwischen Behälter 26, Sonde/Düse 20 und Gehäuse auf, infolgedessen man keine einwandfreie Beschichtung erhält. Auch die Sonde/Düse 20 und das Gehäuse 24 müssen gegeneinander isoliert sein, um unterschiedliche Beschichtungsgewichte auf die Innen- und Außenfläche aufbringen zu können. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist der Teil 39 des Be-

hälterhalters 22, in dem sich die Ringnut 33 befindet, aus elektrisch nichtleitendem Werkstoff hergestellt. Bei geschlossener Zelle 10 (Fig. 2) ist daher das Gehäuse 24 elektrisch gegen den Behälterhalter 22, den Behälter 26 und auch die Düse 20 des Unterteils 34 isoliert.

Jedes Element der Zelle 10 ist mit einem elektrischen Anschluß versehen, d.h. das Gehäuse 24 mit dem Anschluß 60, die Behälteraufnahme 28 mit dem Anschluß 62 und die Sonde 20 mit dem Anschluß 64.

Vorzugsweise wird der Behälter 26 von der Aufnahme 28 her elektrisch geladen, die aus elektrisch leitfähigem Werkstoff hergestellt und isoliert ist gegen Teile des Behälterhalters 22, die in Berührung geraten mit dem Gehäuse 24 und dem Unterteil 34, um das elektrische Potential anzulegen. Vorzugsweise ist der Durckstift 42, der den Behälter 26 festlegt, gegen das Gehäuse isoliert und aus Isolierstoff gefertigt. Alternativ kann der Stift 42 als elektrischer Anschluß ausgeführt sein; dann stellt man die Behälteraufnahme 28 als Isolierstoff her.

Für das Verfahren der vorliegenden Erfindung sollte das Beschichtungsmaterial vorzugsweise elektrophoretisch sein und einen verhältnismäßig hohen Coulomb-Wirkungsgrad von mindestens 10 mg/C haben. Das Material muß an Aluminium und anderen Metallen haften können und sollte ein System auf Wasserbasis bzw. wäßrig sein. Weiterhin sollte die Beschichtung stabil sein und den Strömungsdrücken und sowie dem Kontakt mit der Luft widerstehen können, die beim Ver-

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fahren nach der vorliegenden Erfindung auftreten. Während des Beschichtungszyklus kann die Temperatur des Beschichtungsbades zwischen 10 und 71⁰C (50 bis 160⁰F), vorzugsweise 21 bis 43°C (70 bis 110⁰F) liegen. . ' ■

Das Verfahren und die. Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ermöglichen ein schnelleres Beschichten eines Behälters mit einem Doppelstromsystem für das Beschichtungsmaterial als mit einem Einzelstromsystem nach dem Stand der Technik möglich ist. Das Verfahren und die Vorrichtung sind besonders geeignet für schnelle Dosen-Fertigungsstraßen, um das Behälterinnere und -äußere gleichzeitig zu beschichten. Eine Drehvorrichtung mit 14 Zellen mit dem Doppelstromsystem nach der vorliegenden Erfindung kann mehr als 450 Dosen pro Minute mit einem Innenbeschichtungsgewicht von mindestens 1 mg/cm² (6,5 mg/in.²) versehen. In einer solchen Drehanlage kann die Zeit zwischen den Zellen in der 14er-Gruppe etwa 0,1 s betragen; eine nach diesen Richtwerten arbeitende Drehmaschine kann etwa 32 Dosen pro Minute und Zelle beschichten.Nach dem Verfahren und in einer Vorrichtung nach der vorliegenden Erfin-'dung beschichtete Dosen haben Beschichtungen mit sehr niedrigen Lackwerten ("enamel ratings") gezeigt, die gewöhnlich gleich null waren. Der Lackwert gibt im wesentlichen die durch die Schicht hindurch gemessene elektrische Leitfähigkeit an. Die auf die Behälteroberflächen aufbringbaren Beschichtungsgewichte liegen zwischen 0 und 1,86 mg/cm² (0 - 12 mg/in.²). Das im Einzelfall erforderliche Beschichtungsgewicht richtet sich nach dem gewünschten Schutz gegen die vorliegenden Einflüsse und hangt von zahlreichen Variablen ab, die oben ausgeführt sind - beispielsweise Spannung, Stromstärke, Art des Beschichtungsmaterials und dergleichen.

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Claims

Alcoa Building, Pittsburgh, Pennsylvania, V.St.A.

Patentansprüche

Verfahren zum gleichzeitigen elektrischen Beschichten der Innen- und Außenflächen eines Metallbehälters, indem man einen offenendigen Metallbehälter in ein elektrisch leitfähiges äußeres Gehäuse einschließt, das vom Behälteräußeren beabstandet liegt und in der Gestalt der des Behälteräußeren allgemein entspricht, um einen ersten Durchlaßkanal zu bilden, in den Metallbehälter zu dessen Innenfläche beabstandet eine elektrisch leitfähige hohle Elektrode einbringt, die in der Gestalt allgemein der des Behälterinneren entspricht,um einen zweiten Durchlaßkanal zu bilden, und die hohle Elektrode, das Gehäuse und den Metallbehälter gegeneinander elektrisch isoliert, dadurch gekennzeichnet, daß man einen flüssigkeitsdichten Abschluß zwischen dem ersten und dem zweiten Durchlaßkanal herstellt, um zwei separate und miteinander nicht verbundene Durchlaßkanäle zu bilden, Beschichtungsmaterial in den ersten Durchlaßkanal einführt und durch ihn strömen läßt, während man gleichzeitig Beschichtungsmaterial in

den zweiten Durchlaßkanal einführt und durch ihn strömen läßt, wobei man für die beiden Durchlaßkanäle jeweils einen separaten Einlaß und Auslaß vorsieht, um die Durchlaßkanäle schnell zu füllen und das Behälterinnere und -äußere mit Beschichtungsmaterial zu überfluten, und gleichzeitig mit dem Fluten der Durchlaßkanäle zum elektrischen Beschichten des Behälteräußeren ein erstes elektrisches Potential zwischen das Gehäuse und den Behälter sowie zum Beschichten des Behälterinneren ein zweites elektrisches Potential zwischen die Elektrode und den Behälter legt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Potential sich in der Größe vom zweiten elektrischen Potential unterscheidet, um auf die Außen- und Innenfläche des Behälters unterschiedliche Beschichtungsgewichte aufzubringen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in den ersten Durchlaßkanal eingeführte Beschichtungsmaterial und das in den zweiten Durchlaßkanal eingeführte Beschichtungsmaterial unterschiedlich zusammengesetzt sind, um auf die Behälterinnen- und außenflächen unterschiedliche Beschichtungen aufzubringen.
4. Vorrichtung zum gleichzeitigen elektrischen Beschichten des Inneren und Äußeren eines Metallbehälters mit einer Einrichtung zum Einschließen eines offenendigen Metallbehälters, die elektrisch leitfähig ist, in der Gestalt der

des Behälters allgemein entspricht und von der Behälteraußenfläche beabstandet angeordnet werden kann, um zwischen der Einrichtung und dem Behälter einen ersten Durchlaß zu bilden, einer elektrisch leitfähigen hohlen Elektrode, die in den Behälter von dessen Innenfläche beabstandet eingeführt werden kann, in der Gestalt der des Behälterinneren allgemein entspricht und beabstandet von der Behälterinnenfläche angeordnet werden kann, um einen zweiten Durchlaßkanal zwischen Behälter und Elektrode zu bilden, und mit Mitteln, um die hohle Elektrode, die einschließende Einrichtung und den Behälter gegeneinander elektrisch zu isolieren, gekennzeichnet durch Mittel zum Herstellen eines flüssigkeitsdichten Abschlusses zwischen dem ersten und dem zweiten Durchlaßkanal zum Bilden zweier separater und miteinander nicht verbundener Durchlaßkanäle, durch Mittel,um Beschichtungsmaterial in den ersten Durchlaßkanal ein- und durch ihn hindurch zuführen, um das Behälteräußere mit dem Beschichtungsmaterial zu überfluten, und um gleichzeitig Beschichtungsmaterial in den zweiten Durchlaßkanal ein- und durch ihn hindurchzuführen, um das Behälterinnere mit dem Beschichtungsmaterial zu überfluten, wobei diese Mittel separate Ein- und Auslässe für jeden Durchlaßkanal einschließen, um die Durchlaßkanäle schnell fluten zu können,und durch Mittel, um zwecks elektrischer Beschichtung des Behälteräußeren ein erstes elektrisches Potential zwischen die einschließende Einrichtung und den Behälter und gleichzeitig zwecks elektrischer Beschichtung des Behälterinneren ein zweites elektrisches Potential zwischen die hohle Elektrode und den Behälter zu legen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Anlegen der elektrischen Potentiale weiterhin eine Einrichtung aufweisen, mit der die Höhe des ersten elektrischen Potentials verändert werden kann, damit sich unterschiedliche Beschichtungsgewichte auf das Behälterinnere und-äußere auftragen lassen.