DE4005619A1 - Vorrichtung zum kathodischen elektrolackieren von gegenstaenden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kathodischen Elektrolackieren von Gegenständen, insbesondere des Innenraums von Hohlkörpern wie Getränkedosen, mittels eines mit einer Anode kontaktierten Lacks als Elektrolytflüssigkeit, die sich in einem Becken befindet und durch Umwälz-, Filter-, Kühl-, Spülkreisläufe geleitet, sowie mittels eines Dialysekreislaufs von entstehender Säure befreit wird.

Das Elektrolackieren von Gegenständen, das auf dem physikalischen Prinzip der Elektrophorese beruht, wird üblicherweise als Elektrotauchlackierung angewandt und beruht auf der Lackabscheidung von wasserverdünnbaren Lacken auf metallischen Untergründen durch elektrochemische und chemische Reaktionen. Man verwendet dabei Bindemittel mit ionisierbaren, salzbildenden Gruppen, die in dieser Form wasserunlöslich sind. Enthalten diese Bindemittel Gruppen mit saurem Charakter (Karboxylgruppen), so können sie in einer Neutralisationsreaktion mit basischen Medien, z. B. Aminen, unter Salzbildung wasserlöslich gemacht werden.

Dieses wasserverdünnte System stellt das Elektrotauchbad dar und ist beim Lackiervorgang die Elektrolytflüssigkeit.

Um ein Absetzen der Feststoffteilchen zu vermeiden, müssen die Bäder ständig umgewälzt werden, außerdem werden auf diese Weise die abscheidefähigen Teilchen transportiert. Um eingetragene Verschmutzungen aus dem Becken zu entfernen, wird der Lack über einen oder mehrere Filter geleitet. Je nach Art und Größe der auftretenden Schmutzteilchen werden hierzu Feinfilter, Grobfilter oder Magnetfilter sowie Kombinationen davon eingesetzt.

Für eine qualitativ hochwertige Lackierung ist die Badtemperatur in engen Toleranzen gehalten. Da durch den elektrischen Strom, die Umwälzpumpen und durch die in der Vorbehandlung erwärmten Werkstücke dem Badinhalt erhebliche Wärmemengen zugeführt werden, muß der Lack während des Betriebs gekühlt werden, hierzu verwendet man Wärmetauscher der verschiedensten Bauart.

Mach dem Verlassen des Tauchbades werden die beschichteten Werkstücke mit Hilfe eines Spülsystems von ausgeschleppten Lackresten gereinigt. Dies erfolgt in mehreren Stufen. Die erste Spülung erfolgt mit Filtrat einer Ultrafiltration, die vor allem die Aufgabe hat, genügend Filtrat aus der Badsuspension für die erste Spülstufe und damit zur Rückführung des ausgeschleppten Lacks zu liefern. Die Badsuspension wird hierzu durch die Filtermodule gepumpt, durch deren Membran das Wasser sowie niedermolekulare Bestandteile abgetrennt werden. Das Konzentrat wird dem Becken wieder zugeführt. Neben der Bereitstellung von Spülflüssigkeit können mit Hilfe der Ultrafiltration bestimmte Verunreinigungen aus dem Lackbad entfernt werden.

Beim Anlegen einer Gleichspannung findet das Phänomen der Elektrophorese, d. h. die Wanderung der geladenen Teilchen zur Anode bzw. zur Kathode statt. Beim kathodischen Elektrolackieren enthalten die Bindemittel basische Gruppen, die mit Säuren neutralisiert werden, so daß die Lackteilchen in diesem wäßrigen System eine positive Ladung tragen und im basischen Milieu unter Filmbildung auf der Kathode koagulieren. Das zu lackierende Werkstück stellt in diesem Fall die Kathode dar und man spricht von kathodischer Elektrotauchlackierung.

Dieses Verfahren hat gegenüber dem anodischen Elektrotauch­ lackieren den Vorzug einer besseren Hohlraumbeschichtung und eines besseren Korrosionsschutzes und wird vor allem bei hochwertigen Lackierungen eingesetzt. Die zur Neutralisation notwendigen Säuren werden bei der Beschichtung nicht mit ausgeschieden und würden sich deshalb im Bad anreichern. Deshalb werden die negativ geladenen Säurereste mit Hilfe eines Dialyseverfahrens entfernt. Hierzu werden die Anoden in Dialysezellen gesetzt, die mit einer Flüssigkeit, dem sogenannten Anolyt, durchspült werden. Zum Lackbad hin sind die Zellen durch eine Membran abgetrennt. In Folge des Konzentrationsgefälles zwischen Bad und Anolyt sowie durch elektrische Kräfte werden die Säuremoleküle durch diese Membran in den Anoltykreislauf gezogen. Die Konzentration der Säure im Bad kann damit durch deren Konzentration im Anolyt gesteuert werden.

Die mit dem Elektrotauchlackierungsverfahren zu behandelnden Gegenstände müssen tauchfähig sein und dürfen beim Tauchprozeß nicht aufschwimmen. Es sollen keine Hohlräume vorhanden sein, die als Schöpfstellen wirken, oder in denen sich Luftblasen bilden können. Sollen sehr große Stückzahlen von Gegenständen, z. B. Getränkedosen, insbesondere deren Innenraum, elektrolackiert werden, bildet das Eintauchen der Gegenstände in das Elektrolytbad den Engpaß, da eine schnelle Bewegung der Gegenstände, wie sie beim Lackieren von Getränkedosen, die mit einer Stückzahl von 2000 Dosen/min durch die Anlage laufen, zu einem solchen Flüssigkeitsschwall in dem Elektrolytbad führt, daß der Elektrolyt über die Badränder schwappt und ggf. die Gegenstände von ihrer Trans­ portvorrichtung abgerissen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die das kathodische Elektrolackieren von Gegenständen, insbesondere des Innenraums von Hohlkörpern, wie Getränkedosen, in hoher Stückzahl durchzuführen gestattet, ohne daß besondere Vorkehrungen für das Festhalten der Gegenstände beim Transport und bei der Beschichtung und ohne daß ein Eintauchen der Gegenstände in das Elektrolytbad erforderlich sind.

Ausgehend von dieser Aufgabenstellung wird bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die die Kathode bildenden Gegenstände außerhalb und oberhalb des Elektrolytbeckens angeordnet sind und die Anode durch eine in einem Gehäuse aus Isoliermaterial angeordnete Elektrode gebildet ist, wobei das Gehäuse wenigstens eine einen bis zur Gegenstandsoberfläche reichenden ununterbrochenen Strahl erzeugende Düsenöffnung oder wenigstens einen einen Flüssigkeitsvorhang erzeugenden Schlitz aufweist und über Leitungen mit Elektrolytflüssigkeit beaufschlagt und wenigstens mit dem Dialysekreislauf verbunden ist.

Wesentliches Merkmal der Erfindung ist somit, daß das Elektrolytbecken nicht die Anode bildet, sondern nur als Auffangbecken gestaltet ist, das mit den Umwälz-, Filter-, Kühl- und oder Spülkreisläufen in Verbindung steht. Die Anode wird vielmehr durch eine in einem Gehäuse aus Isoliermaterial angeordnete Elektrode gebildet, wobei das Gehäuse außerhalb des Elektrolytbeckens angeordnet ist. Die Gegenstände können mittels eines üblichen Förderers über das Elektrolytbecken hinweggeführt werden, statt mittels des Förderers in dieses Becken hineingetaucht zu werden.

Die zu beschichtende Oberfläche der Gegenstände wird mit einem Strahl oder einem Flüssigkeitsvorhang der Elektrolytflüssig­ keit so beaufschlagt, daß eine ununterbrochene elektrische Verbindung zwischen der mit der Anode kontaktierten Elektrolytflüssigkeit und der die Kathode bildenden Oberfläche der Gegenstä de aufrechterhalten wird. Dieser ununterbrochene Strahl oder der Flüssigkeitsvorhang werden so geführt, daß die Elektrolytflüssigkeit die beaufschlagte Oberfläche des Gegenstandes in einer ununterbrochenen Schicht bedeckt, so daß in dieser Schicht das Phänomen der Elektrophorese stattfindet, da diese Schicht wie in einem Elektrolytbad unter einer Gleichspannung zwischen der mit der Anode kontaktierten Elektrolytflüssigkeit und der die Kathode bildenden Oberfläche der Gegenstände liegt. Das Gehäuse mit den Düsenöffnungen bzw. dem einen Flüssigkeitsvorhang erzeugenden Schlitz muß nicht notwendigerweise oberhalb des Elektrolytbeckens ange­ ordnet sein, wenn dafür Sorge getragen wird, daß nur von den zu beschichtenden Gegenständen Elektrolytflüssigkeit in das Elektrolytbecken herabtropft.

Die Dialysezellen für den Dialysekreislauf können außerhalb des Gehäuses mit den Düsenöffnungen bzw. dem Schlitz angeordnet sein, jedoch besteht eine bevorzugte Ausführungsform darin, daß das Gehäuse zwei durch eine Membran abgeteilte Innenräume aufweist, wovon der eine Innenraum mindestens mit einer Elektrolytflüssigkeitszuleitung in Verbindung steht und mindestens eine Düsenöffnung oder einen Schlitz und der andere Innenraum eine die Anode bildende großflächige Elektrode aufweist und über eine Anolytzuleitung und eine Anolytableitung mit dem Dialysekreislauf verbunden ist.

Wenn die Gegenstä de auf einem Gitter oder Rost oberhalb des Elektrolytbeckens durch Schieben transportiert werden, läßt sich das Gehäuse unterhalb des Gitters oder Rostes anordnen, wobei die Düsenöffnungen oder der Schlitz auf die Zwischen­ räume zwischen den Rost- bzw. Gitterstäben gerichtet sind. Besonders bevorzugt können die Düsenöffnungen durch mehrere, parallel zueinander angeordnete Düsenrohre gebildet sein, die in die Zwischenräume zwischen den den Rost bildenden Trag­ und Führungsschienen bis etwa in Höhe von deren Oberkanten ragen. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß der Elektrolyt erst mit den Trag- und Führungsschienen in Berührung kommt, wenn er auf die Oberfläche der zu beschichtenden Gegenstände aufgetroffen und von ihnen abgelaufen ist. Das Phänomen der Elektrophorese kann daher in der gleichen Weise ablaufen, als wenn die zu beschichtenden Gegenstände in ein Elektrolytbad eingetaucht würden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert und es zeigen

Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Gehäuses mit den Sprühdüsen und

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III der Fig. 2.

Ein metallischer Hohlkörper, insbesondere eine Getränkedose 1 ist mit seinem Boden 2 nach oben und der offenen Ober­ seite 3 nach unten auf Trag- und Führungsschienen 4 auf­ gesetzt. Diese Trag- und Führungsschienen 4 sind hochkant nebeneinander und mit Abstand parallel zueinander angeordnet und werden mittels Abstandshaltern 6, nicht dargestellten Gewindestiften und Muttern 7 gehalten. Die die Getränke­ dosen 1 unterstützenden Schmalseiten 5 der Trag- und Führungsschienen 4 sind messerartig zugeschärft, so daß zwischen dem Dosenrand im Bereich der offenen Oberseite 3 und den Trag- und Führungsschienen 4 eine praktisch punktförmige Berührung stattfindet, die einen sehr guten elektrischen Kontakt zwischen den Trag- und Führungsschienen 4 und der Getränkedose 1 gewährleistet. Die Getränkedosen 1, von denen nur eine dargestellt ist, werden in Richtung der Trag- und Führungsschienen 4 auf den messerartig zugeschärften Schmalseiten 5 entlanggeschoben, wodurch sich anlagernde Lackreste ständig abgeschabt werden und stets eine metallische Berührung zwischen den messerartig zugeschärften Schmalseiten 5 der Trag- und Führungsschienen 4 und dem Dosenrand gewährleistet ist.

In den Zwischenräumen zwischen den Trag- und Führungsschienen 4 sind Düsenrohre 8 angeordnet, die mit einem unterhalb der Trag- und Führungsschienen 4 angeordneten Gehäuse 9 in Verbindung stehen. Das Gehäuse 9 und die Düsenrohre 8 bestehen aus Isoliermaterial. Das Gehäuse 9 besteht aus einem einen umlaufenden Flansch 13 aufweisenden Oberteil und einem einen umlaufenden Flansch 14 aufweisenden Unterteil, die mittels in Bohrungen 15 der Flansche 13, 14 gesteckte, nicht dargestellte Schrauben miteinander verschraubt sind.

Zwischen den Flanschen 13, 14 ist eine Membran 12 angeordnet, die einen oberen Innenraum 10 im Bereich der oberen Gehäusehälfte und einen unteren Innenraum im Bereich der unteren Gehäusehälfte voneinander trennt. Der obere Innenraum 10 steht mit den Sprühdüsen 8, einer Beschichtungsmittelzuleitung 16 und einer Beschichtungs­ mittelableitung 20 in Verbindung, wänrend der untere Innenraum 11 eine Anolytzuleitung 17 und eine Anolytab­ leitung 18 aufweist. Diese Leitungen 17, 18 stehen mit einem üblichen, nicht dargestellten Dialysekreislauf in Verbindung, der dazu dient, die an der Anode gebildeten Säurereste zu entfernen.

Im unteren Innenraum 11 ist eine großflächige Elektrode 19 angeordnet, die in nicht dargestellter Weise in elektrischer Verbindung mit dem Pluspol einer Gleichspannungsquelle steht.

Die Trag- und Führungsschienen 4 sind entsprechend mit dem Minuspol dieser nicht dargestellten Gleichspannungsquelle verbunden. Unterhalb der Trag- und Führungsschienen und unterhalb des Gehäuses 9 ist ein Elektrolytbecken 21 angeordnet, in das der von den Getränkedosen 1 ablaufende Elektrolyt herabtropft und von dort nicht dargestellten Aufbereitungs- und Behandlungskreisläufen wie Umwälz-, Filter-, Kühl-, Spülkreisläufen zugeleitet wird.

Fig. 1 stellt nur einen Ausschnitt einer Gesamtanlage dar, die eine große Zahl nebeneinander stehend angeordneter Hohlkörper trägt, die aneinander anliegen sowie gegenseitig und gemeinsam in Richtung des Pfeiles K, d. h. in Längs­ richtung der messerartigen Schmalseiten 5 auf diesen bewegt wer­ den. Die Gesamtanlage ist in bekannter Weise aufgebaut und umfaßt eine Förderanlage mittels derer die zu beschichtenden Gegenstände durch eine Vorbehandlungsanlage zum Reinigen, Ent­ fetten, Erzeugen von Konversionsschichten, eine Spülzone, einen Wassertrockner, nach dem Beschichten erneut einer Spülzone sowie einem Trockner und einem Lackeinbrennofen transportiert werden.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum kathodischen Elektrolackieren von Gegen­ ständen, insbesondere des Innenraums von Hohlkörpern, wie Getränkedosen, mittels eines mit einer Anode kontaktierten Lacks als Elektrolytflüssigkeit, die sich in einem Becken befindet und durch Umwälz-, Filter-, Kühl-, Spülkreisläufe geleitet, sowie mittels eines Dialysekreislaufs von entstehender Säure befreit wird, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kathode bildenden Gegenstände (1) außerhalb und oberhalb des Elektrolyt­ beckens (21) angeordnet sind, und die Anode durch eine in einem Gehäuse (9) aus Isoliermaterial angeordnete Elektrode (19) gebildet ist, wobei das Gehäuse wenigstens eine einen bis zur Gegenstandsoberfläche reichenden ununterbrochenen Strahl erzeugende Düsenöffnung (8) oder wenigstens einen einen Flüssigkeitsvorhang erzeugenden Schlitz aufweist und über Leitungen (16, 17, 18, 20) mit Elektrolytflüssigkeit beaufschlagt und wenigstens mit dem Dialysekreislauf verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (9) zwei durch eine Membran (12) abgeteilte Innenräume (10, 11) aufweist, wovon der eine Innenraum (10) mindestens mit einer Elektrolytflüssigkeitszuleitung (16) in Verbindung steht und wenigstens eine Düsenöffnung (8) oder einen Schlitz und der andere Innenraum (11) eine die Anode bildende großflächige Elektrode (19) aufweisen und über eine Anolytzuleitung (17) und eine Anolytableitung (18) mit dem Dialysekreislauf verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenstände (1) auf einem Gitter oder Rost (4) oberhalb des Elektrolytbeckens (21) durch Schieben transportiert werden, das Gehäuse (9) unterhalb des Gitters oder Rost (4) angeordnet und die Düsenöffnungen (8) oder der Schlitz auf die Zwischenräume zwischen den Rost- bzw. Gitterstäben (4) gerichtet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenöffnungen durch mehrere, parallel zueinander angeordnete Düsenrohre (8) gebildet sind, die in die Zwischenräume zwischen den den Rost bildenden Trag- und Führungsschienen (4) bis etwa in Höhe von deren Ober­ kanten (5) ragen.