DE4024085A1 - Verfahren zum reinigen und phosphatieren von metallischen werkstuecken, insbesondere von kraftfahrzeugkarosserien, vor deren lackierung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen und Phospha­ tieren von metallischen Werkstücken, insbesondere von Kraft­ fahrzeugkarosserien, vor deren Lackierung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zur Erzielung guter Reinigungs- und Phosphatiereigenschaften werden bei derartigen Anlagen die Sammelbecken für die aufge­ sprühten Reinigungs- und Phosphatierflüssigkeiten häufig im Temperaturbereich zwischen 45 und 65°C, bevorzugt zwischen 50 und 55°C, gehalten. Die dazu notwendige Energie wird diesen Bädern mittels Wärmetauschern oder direkter Beheizung zugeführt.

Zur Ausbildung gleichmäßiger Phosphatschichten ist es nun wün­ schenswert, das Sammelbecken für die Spülflüssigkeit zwischen der Reinigung und der Phosphatierung bei einer niedrigen Tem­ peratur zu fahren. Durch die damit verbundene Abkühlung der Metalloberfläche sind unerwünschte Vorreaktionen, die überwie­ gend im Übergang zwischen dem Spülen und dem Phosphatieren stattfinden, verlangsamt. Diese Vorreaktionen führen zu streifenförmig ungleichmäßig ausgebildeten Phophatschichten bzw. zu Blaupassivierungen. Die in diesem Spülbad gehaltene Temperatur überschreitet im allgemeinen nicht den Wert von 30° bis 35°C.

Durch die bestehende Temperaturdifferenz zwischen dem beheizten Reinigungs- und Phosphatierbad und dem kühlen Spülbad kommt es aber zu erheblichen Wärmeübertragungen. Da sich dadurch das Spülbad ständig aufheizt, muß die Wärmeenergie dort abgeführt werden. Dies geschieht entweder durch den Zulauf einer genü­ genden Menge Frischwasser, z. B. zwischen 15 und 30 m³/h, oder durch Kühlung des Bades mittels eines Kühlsystems, mit der Möglichkeit Wasser einzusparen.

Die durch den Kühlprozeß abgeführten Energiemengen liegen zwi­ schen 200 und 400 KW/h je nach Temperaturdifferenz und dem Tunnelquerschnitt der Anlage. Entsprechende Energiemengen müs­ sen dem Reinigungs- und Phosphatierbad ständig zugeführt wer­ den, so daß in der Stunde ca. 400 bis 800 KW/h benötigt werden. Dies ist ca. 50% des Wärmeenergiebedarfs einer entsprechenden Anlage. Es hat nicht an Versuchen gefehlt, durch Reinigungs- und Phosphatierprozesse, die bei erniedrigter Temperatur ar­ beiten, diesen Energieverbrauch zu reduzieren. Sie haben sich jedoch bis heute nur sehr begrenzt durchgesetzt.

Aus dem Stand der Technik sind Einrichtung und Verfahren zur Behandlung von Metallgegenständen durch einzelne oder zeitlich und örtlich nacheinander angeordnete Reinigungs-, Spül- und Phospatierungsstationen bekannt. So gibt die DE-AS 11 61 739 eine Oberflächenbehandlung von Metallgegenständen mit Flüssig­ keiten, z. B. Phosphatieren im Spritzverfahren an, wobei das Bespritzen der Gegenstände mit ein und derselben Behandlungs­ flüssigkeit intermittierend unter Erhaltung des Flüssigkeitsfilms auf dem Behandlungsgut in den spritzfreien Intervallen vorgenommen wird.

Aus der DE-AS 15 46 111 ist eine Vorrichtung zum Abschirmen von Behandlungsräumen mittels Flüssigkeitsvorhängen aus mehreren, in jeweils gleichem Abstand nebeneinander mittig in je einer Querebene vor und hinter dem Badregister des Behandlungsraumes an einer Flüssigkeitsleitung angeordneten Düsen, vorzugsweise bei elektrophoretischen Beschichtungsanlagen, insbesondere für Aufbauten von Kraftfahrzeugen, bekannt.

Nach der DE-AS 22 14 974 durchlaufen bei einem Verfahren zur Spritzreinigung von Oberflächen aus Metallen, insbesondere aus Stahl und verzinktem Stahl, vor der Phosphatierung, bei dem die Metallgegenstände nacheinander eine oder mehrere mit wäßriger Lösung eines aus anorganischen Gerüststoffen und Netzmitteln zusammengesetzten alkalischen Reinigers betriebene Spritzzonen und danach eine oder mehrere Spritzspülzonen mit Frischwasser­ zufuhr, bevor sie in die Phosphatierzone gelangen.

Die DE-OS 22 63 462 beschreibt eine Sprühvorrichtung zur Be­ handlung einer Metalloberfläche mit einer ein chemisches Rea­ genz enthaltenden wässrigen Lösung, welche eine Sprühkammer umfaßt, die einen Behandlungsort, wo die wässrige Lösung auf die Metalloberfläche gesprüht wird, und einen Spülungsort, wo Spülwasser auf die an dem Behandlungsort behandelte und von dort herbeigeführte Metalloberfläche gesprüht wird, aufweist, und wobei der Spülungsort in eine als letzte Zone vorgesehene Zone sowie mindestens in eine weitere Zone unterteilt ist, wo­ bei Leitungseinrichtungen zwischen diesen Zonen und dem Behand­ lungsort vorgesehen sind, so daß das Wasser nach dem Spülen von der letzten Zone der Reihe nach durch sämtliche anderen Zonen zu dem Behandlungsort fließen kann und wobei eine Zufuhrein­ richtung zur Lieferung von Frischwasser in die letzte Zone vorgesehen und eine Evakuiereinrichtung oberhalb des Behand­ lungsortes angeordnet ist, so daß Wasser von demselben in Dampfform entfernt werden kann.

In der DE-OS 25 27 853 wird ein Verfahren zur Verbesserung des Wasserhaushalts bei der Phosphatierung von Metallen beansprucht, wobei der Verfahrensgang eine oder mehrere wässrige Entfettungs­ stufen, eine oder mehrere nachfolgende Spülstufen, die Phosphatierungsstufe und mindestens zwei nachfolgende Spül­ stufen umfaßt.

Bei einem Verfahren zur Phosphatierung von Eisen und Stahl nach der DE-OS 27 16 709 durch Ausbildung von Phosphatschichten und anschließendes Spülen mit Wasser in mehreren Spülbädern, wird ein Teil des darin verwendeten Spülwassers einer Behandlung durch umgekehrte Osmose unterworfen, die hierbei erhaltene konzentrierte Flüssigkeit in die Phosphatierungszone zurückge­ führt und das Filtrat nach Ionenaustauschbehandlung als Er­ gängzungswasser für die Phosphatierung und/oder die Entfettungs- und Wasserspülzonen verwendet.

Diese bekannten Verfahrensweisen und die angegebenen Vorrich­ tungen sind teilweise sehr aufwendig für die Verfahrensdurch­ führung bzw. kompliziert in ihrem Aufbau. Vor allen Dingen ist es als negativ anzusehen, daß das zum Spülen verwendete neu­ trale Wasser ständig heruntergekühlt werden muß, damit die Fahr­ zeugkarosserien relativ kühl in die Phosphatierzone einlaufen. Durch die Abkühlung der Karosserien wurde jedoch die Phosphatierung am Anfang verlangsamt. Erst wenn die Fahrzeug­ karosserie durch die warme Phosphatierflüssigkeit sich ausrei­ chend angewärmt hatte, konnte der Phosphatierungsvorgang ein­ heitlich und auf der gesamten Karosserieoberfläche in Gang kommen. Unkontrollierte, fleckige Vorreaktionen, die sich u. U. bis in die spätere Lackierung hinein abzeichnen konnten, konnten auf diese Weise vermieden werden. Nachteilig an der Zwischenabkühlung der Fahrzeugkarosserien in der Spülzone bzw. durch das Spülwasser ist vor allem der hohe Energiebedarf durch das ständige Herunterkühlen des Spülwassers.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, welches das Reinigen und anschließende Phosphatieren von me­ tallischen Werkstücken, insbesondere von Kraftfahrzeugkarosse­ rien, vor deren Lackierung beinhaltet, zu schaffen, bei dem die vorher besprochenen Nachteile nicht auftreten, wobei durch eine Erhöhung der Temperatur des Spülbadwassers auch eine Energie­ einsparung erreicht werden soll.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Die Ansprüche 2 bis 10 stellen bevorzugte Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes dar.

Die bevorzugten und zweckmäßigen Ausgestaltungen des erfindungs­ gemäßen Verfahrens bestehen darin, daß das Abtrennen der Spül­ zone gegen die Phosphatierzone und das Benetzen der Werkstücke mit einem geschlossenen Wasserfilm, durch allseitiges Aufsprü­ hen von Wasser in fein vernebelter Form auf einer relativ kurzen Zwischenzone erfolgen kann. Als geeignete Wasserquali­ täten kommen entkarbonisiertes Wasser oder vollentsalztes Was­ ser oder auch weiches Leitungswasser in Frage. Eine mechanische Abschottung der Spülzone gegen die Phosphatierzone kann durch das Wasseraufsprühen vermieden werden.

Dem Spülwasser selbst kann laufend kaltes Frischwasser zuge­ setzt und eine etwa gleich große Menge Spülwasser dem Spülwas­ serkreislauf entzogen und verworfen werden. Und zwar kann das Frischwasser in der genannten Zone über den Werkstücken in feinvernebelter Form zugeführt und das Abtropfwasser in den Spülkreislauf geleitet werden. Dadurch kann das Spülwasser be­ züglich seines p_H-Wertes leicht laufend im neutralen Bereich gehalten werden.

Die feinvernebelte Zufuhr von Frischwasser beträgt etwa 0,1 bis 10% vorzugsweise 0,2 bis 2% des je Zeiteinheit innerhalb der Spülzone insgesamt über die Werkstücke versprühten Spülwassers. Diese Menge an feinvernebeltem Frischwasser reicht aus, um mit Sicherheit Flugtröpfchen aus der Phosphatierzone aufzufangen und auf unschädliche Werte zu verdünnen. Außerdem ist diese Menge in etwa erforderlich um oberflächennah innerhalb des Werkstückes doch noch eine gewisse Abkühlung zu erzielen und eine Phosphatierreaktion zu verlangsamen.

Bei einer Behandlung von Fahrzeugkarosserien werden etwa 1 bis 4 m³/h Frischwasser in über den Werkstücken fein vernebelter Form dem Spülkreislauf zugeführt.

Zusätzlich kann Wasser in fein vernebelter Form auch im Bereich der Phosphatierzone unmittelbar vor der Sprühstrecke der Phos­ phatierflüssigkeit auf die Werkstücke aufgesprüht und das Ab­ tropfwasser aufgefangen und wieder in den Kreislauf der Phos­ phatierflüssigkeit geleitet werden.

Die Menge des innerhalb der Phosphatierzone fein vernebelt zu­ geführten Wassers entspricht in etwa den Verdunstungsverlusten im Kreislauf der Phosphatierflüssigkeit. Das innerhalb der Phosphatierzone zugeführte Wasser kann dabei intermittierend feinversprüht werden und dieses innerhalb der Phosphatierzone zugeführte Wasser ist kalt, d. h., es weist etwa eine Temperatur von 10 bis 20°C auf. Dabei entspricht das innerhalb der Phos­ phatierzone zugeführte Wasser mengenmäßig etwa 5 bis 25% des in der Spülzone zugeführten Frischwassers.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen insbe­ sondere darin, daß es mit einem einfachen, unkomplizierten Ver­ fahrensablauf in der Praxis durchzuführen ist, bei einer ge­ wissen Einsparung von Kühlenergie im Spülbad bzw. von Heiz­ energie in Entfettungs- und Phosphatierbad und einer gleich­ zeitigen Vermeidung der besprochenen unkontrollierten Vorreak­ tionen beim Phosphatierungsvorgang.

Anhand einer Vorrichtungsskizze wird nachfolgend das erfindungs­ gemäße Verfahren noch näher erläutert.

In dieser schematischen Darstellung wird mit 1 die Reinigungs­ station, mit 2 die Spülstation und mit 3 die Phosphatierungs­ station bezeichnet.

In der Reinigungsstation 1 werden die Kraftfahrzeugkarosserien 4 mit einer Reinigungslösung 5, die auf einen alkalischen p_H-Wert eingestellt ist und die in Strahlen von oben auf die Karosserien 4 fließt, gereinigt, wobei der Flüssigkeitsstrahl eine Temperatur von 55°C besitzt. Die Reinigungslösung wird anschließend in einem Becken 6 aufgefangen.

In der Spülstation 2 werden die in der Station 1 gereinigten Karosserien 4 mit einer Spüllösung 7 gespült, die neutral ein­ gestellt ist und in etwa eine Temperatur von 52°C besitzt. Die Spüllösung läuft in leichten Strahlen von oben auf die Karos­ serien 4 und wird nach erfolgtem Spülvorgang in einem Becken 8 gesammelt. Aus diesem Behälter 8 wird ein Teil der gebrauchten Spüllösung über eine Zuleitung 9 dem Behälter 6 der Reinigungs­ station 1 wieder zugeführt und ein Teil über eine Ableitung 10 abgeführt. Die Karosserien 4 werden von der Spülstation 2 in die Phosphatierungsstation 3 befördert, wo sie mit einer sauren Phosphatierflüssigkeit behandelt werden, deren Überschuß in einem Becken 11 gesammelt wird. In dem Übergang zwischen der Spülstation 2 und der Phosphatierungszone 3 wird über eine erste Steigleitung 12 Wasser 13 zugeführt, welches von oben auf die Fahrzeugkarosserie aufgesprüht wird. In einem zweiten Ab­ schnitt der Übergangszone zwischen der Spülstation 2 und der Phosphatierstation 3 werden die Karosserien 4 mittels Vollke­ gelnebeldüsen 14 in einer Steigleitung 15 unmittelbar vor dem Einlauf in die Berieselungsstrecke der Phosphatierungsstation 3 allseitig benetzt. Durch das aus den Sprühköpfen 14 der Steig­ leitung 15 in Richtung der Phosphatierungsstation 3 versprühte Wasser wird ein Eindringen der durch das Berieseln und Besprü­ hen vernebelten Phosphatierflüssigkeit, entgegen der Durchlauf­ richtung der Karosserien 4, aus der Phosphatierungsstation 3 in die Spülstation 2 vermieden; d. h. also es erfolgt gewissermaßen ein Abtrennen der Phosphatierungsstation 3 gegenüber der Spül­ station 2; Flugtröpfchen der Phosphatierflüssigkeit 16 können aus der Phosphatierungsstation 3 nicht in die Spülstation ge­ langen.

Claims (13)

1. Verfahren zum Reinigen und Phosphatieren von metallischen Werkstücken, insbesondere Fahrzeugkarosserien, vor deren Lackierung, wobei die Werkstücke zeitlich und örtlich nachein­ ander in einem Durchlaufvorgang zunächst innerhalb der Reini­ gungszone mit einer, auf eine definierte, oberhalb der Raum­ temperatur liegenden Temperatur gehaltenen, alkalischen Reini­ gungsflüssigkeit, anschließend in einer Spülzone mit wenigstens annähernd neu­ tralem Wasser und schließlich in einer Phosphatierzone mit ei­ ner ebenfalls auf eine definierte, oberhalb der Raumtemperatur liegenden Temperatur gehaltenen, sauren Phosphatierflüssigkeit, jeweils auf einer wenigstens etwa der halben in Durchlaufrich­ tung gemessenen Länge der Werkstücke entsprechenden Strecke intensiv mit der entsprechenden Flüssigkeit berieselt bzw. be­ sprüht werden und dabei die jeweilige ablaufende Behandlungs­ flüssigkeit in jeweils einem gesonderten Auffangbecken aufge­ fangen und zur erneuten Berieselung bzw. Besprühung in die einzelnen Stationen des Durchlaufvorganges zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eindringen der durch das Berieseln und Besprühen ver­ nebelten Phosphatierflüssigkeit, entgegen der Durchlaufrichtung aus der Phosphatierzone in die Spülzone dadurch vermieden wird, indem letztere gegen die Flugtröpfchen aus der Phosphatierzone abgetrennt wird, wobei eine allseitige Benetzung des Werkstük­ kes mit dem geschlossenen Film aus Wasser unmittelbar vor dem Einlauf in die Berieselungsstrecke der Phosphatierzone sicher­ gestellt wird und wobei die Temperatur des Spülwassers sich selber überlassen wird, derart, daß sich die Temperatur auf­ grund der mit den Werkstücken, die von der Reinigungsflüssig­ keit angewärmt sind, in das Spülwasser eingeschleppten Wärme, frei auf einen unterhalb der Temperatur der Reinigungsflüssig­ keit liegenden Temperatur, einstellen kann.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtrennen der Spülzone gegen die Phosphatierzone und das Benetzen der Werkstücke mit einem geschlossenen Wasserfilm durch allseitiges Aufsprühen von Wasser, in feinvernebelter Form auf einer einen Bruchteil der in Durchlaufrichtung gemes­ senen Länge der Werkstücke entsprechenden Strecke, im Bereich zwischen den beiden Zonen erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Spülwasser laufend Frischwasser zugesetzt und eine etwa gleichgroße Menge an Spülwasser dem Spülwasserkreislauf ent­ zogen und verworfen wird, wobei das Frischwasser in einer fein­ vernebelten Form über die Werkstücke zugeführt und das Abtropf­ wasser in den Spülwasserkreislauf zurückgeleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die feinvernebelte Zufuhr an Frischwasser ungef. 0,1 bis 10-Vol.-% vorzugsweise 0,2 bis 2 Vol.-% des je Zeiteinheit innerhalb der Spülzone insgesamt über die Werkstücke versprühten Spülwassers beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Behandlung von Fahrzeugkarosserien ungef. 1 bis 4m³/h an Frischwasser über die Werkstücke dem Spülwasserkreis­ lauf in feinvernebelter Form zugeführt werden.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Wasser in feinvernebelter Form auch im Bereich der Phosphatierzone, unmittelbar vor der Sprühstrecke der Phosphatierflüssigkeit auf die Werkstücke aufgespritzt und das Abtropfwasser aufgefangen und in den Kreislauf der Phosphatier­ flüssigkeit geleitet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das innerhalb der Phosphatierzone feinvernebelt zugeführte Wasser in seiner Menge ungef. den Verdunstungsverlusten im Kreis­ lauf der Phosphatierflüssigkeit entspricht.

8.Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Phosphatierzone zugeführtes Wasser intermit­ tierend fein versprüht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß auch das innerhalb der Phosphatierzone zugeführte Wasser eine niedrige Temperatur, d. h., eine Temperatur von ungefähr 10° bis 20°C besitzt.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das innerhalb der Phosphatierzone zugeführte Wasser in seiner Menge ungefähr 5 bis 25% des in die Spülzone zugeführten Frisch­ wassers ausmacht.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das als frisches Wasser entkarboniertes Wasser verwendet wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als frisches Wasser vollentsalztes Wasser verwendet wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als frisches Wasser weiches Leitungswasser verwendet wird.