DE4116643C2

DE4116643C2 - Verfahren zum anodischen oder kathodischen Elektrolackieren von Band- oder Profilmaterial

Info

Publication number: DE4116643C2
Application number: DE4116643A
Authority: DE
Inventors: Klaus Joergens
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-05-22
Filing date: 1991-05-22
Publication date: 1994-06-09
Anticipated expiration: 2011-05-23
Also published as: EP0514796A1; US5264096A; DE4116643A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum anodischen oder kathodischen Elektrolackieren von Band- oder Profilmaterial.

Ein derartiges Verfahren ist mit Bezug auf das Elektrolackieren von Bandmaterial in den US-Patentschriften 4 007 102 und 4 175 018 beschrieben.

Das Bandmaterial wird von einer Rolle abgewickelt, läuft über Umlenkwalzen durch aufeinanderfolgende Reinigungs- und Spültanks und wird dann über weitere Umlenkrollen in einen Tank, wo das Elektrolackieren stattfindet, geleitet. Das Elektrolackieren mittels eines wasserlöslichen Lacks als Elektrolytflüssigkeit beruht auf dem physikalischen Prinzip der Elektrophorese. Das elektrisch leitende Bandmaterial, z. B. Aluminium- oder Stahlband wird durch das Elektrolackierbad geleitet, wobei sich der Lack auf dem metallischen Untergrund im Tauchverfahren durch elektrochemische und chemische Reaktionen abscheidet. Der wasserlösliche Lack als Elektrolytflüssigkeit enthält als Bindemittel ionisierbare, salzbildende Gruppen, die zwar in dieser Form wasserunlöslich sind, jedoch in einer Neutralisationsreaktion mit basischen Medien, z. B. Aminen unter Salzbildung wasserlöslich gemacht werden, wenn diese Bindemittel Gruppen mit saurem Charakter (Carboxylgruppen) enthalten.

Um ein Absetzen der Feststoffteilchen zu vermeiden, müssen die Bäder ständig umgewälzt werden, außerdem werden auf diese Weise die abscheidefähigen Teilchen transportiert.

Beim Anlegen einer Gleichspannung findet das Phänomen der Elektrophorese, d. h. die Wanderung der geladenen Teilchen zur Anode bzw. zur Kathode statt. Wenn die Lackteilchen im wäßrigen System eine positive Ladung tragen, d. h. wenn die Bindemittel basische Gruppen enthalten und mit Säuren neutralisiert wurden, koagulieren sie im basischen Milieu unter Filmbildung auf der Kathode. Das zu lackierende Bandmaterial stellt in diesem Fall die Kathode dar und man spricht von kathodischer Elektrotauchlackierung. Ihm gegenüber koagulieren die Lackteilchen unter Filmbildung auf der Anode, wenn sie mit Aminen neutralisiert wurden und im wäßrigen System eine negative Ladung aufweisen. In diesem Fall stellt das Werkstück die Anode dar und man spricht von anodischer Elektrotauchlackierung.

Mit den in den vorgenannten US-Patentschriften beschriebenen Durchlaufverfahren läßt sich Bandmaterial mit hoher Geschwindigkeit und sehr gleichmäßig beschichten. Nach dem Verlassen des Elektrolytbades wird überflüssiger, nicht koagulierter Elektrolyt in einem weiteren Bad abgespült, wonach die Beschichtung in einer Trockenvorrichtung getrocknet wird.

Mit dem bekannten Verfahren im Durchlauf durch ein Tauchbad lassen sich beide Oberflächen des Materials nur gleichzeitig und mit gleicher Schichtdicke lackieren. Des weiteren läßt sich bei diesem Verfahren nur Bandmaterial, lassen sich nicht aber profilierte Stäbe beschichten.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 32 33 517 ist des weiteren ein Verfahren zum kontinuierlichen elektrophoretischen Beschichten von Drähten durch Abscheiden von Feststoffpartikeln aus einer Dispersion bekannt, bei dem der Draht in horizontaler Richtung durch eine Öffnung in einem senkrecht stehenden Blech geführt wird, auf wenigstens eine Seite des Blechs in einem Bereich oberhalb der Öffnung die die Feststoffpartikel enthaltende Dispersion aufgebracht wird und zwischen Draht und Blech eine Gleichspannung angelegt wird. Die Dispersion verteilt sich auf dem Blech zu einem dünnen Film mit konstanter Schichtdicke, der auch im Bereich der im Blech vorhandenen Öffnung erhalten bleiben soll, so daß der Draht von der Dispersion nur auf einer Länge von weniger als einem Millimeter umspült wird.

Mittels zwei hintereinander angeordneter Beschichtungsanlagen ist es möglich, Drähte mit unterschiedlichen Lacken zu beschichten.

Zum Beschichten von Band- oder Profilmaterial ist dieses Verfahren nicht geeignet.

In der deutschen Offenlegungsschrift 25 48 414 sind des weiteren ein Verfahren und eine Vorrichtung zur elektrophoretischen Beschichtung von Gegenständen wie Dosen, Wärmeaustauschern, Radiatoren, Trommeln und dergleichen beschrieben. Zu diesem Zweck werden die Gegenstände, insbesondere Dosen an einer Transportvorrichtung einzeln befestigt und sowohl von außen als auch danach von innen beschichtet, indem ein ununterbrochener Strahl oder Flüssigkeitsvorhang aus wasserlöslichem Lack als Elektrolytflüssigkeit von Sprühdüsen direkt auf eine Oberfläche der Dose geleitet wird. Die dazu benötigte Vorrichtung ist kompliziert aufgebaut, da die zu beschichtenden Blechdosen in besonderer Weise bewegt werden und die Sprühdosen in die Blechdosen eingeführt werden müssen, um die Außen- und Innenoberfläche mit der Elektrolytflüssigkeit zu überfluten und auf diese Weise die elektrisch leitende Verbindung zwischen der Elektrolytflüssigkeit und den Blechdosen herzustellen.

In der deutschen Offenlegungsschrift 31 08 358 ist des weiteren eine Vorrichtung zum partiellen Galvanisieren von zu leitenden Bändern oder dergleichen zusammengefaßten Teilen im Durchlaufverfahren beschrieben, bei der das kathodisch geschaltete Band an einer Mehrzahl von anodisch geschalteten Sprühdüsen aus Edelmetall entlang geführt wird, welche in Bewegungsrichtung des Bandes gesehen, hintereinander derart angeordnet und gegen das Band gerichtet sind, daß der aus jeder einzelnen Sprühdüsen austretende Elektrolytstrahl frei und unbehindert auf den zu galvanisierenden Bereich auf dem Band trifft. Das Band wird senkrecht geführt und läßt sich je nach Anordnung der Sprühdüsen einseitig oder beidseitig beschichten. Eine unterschiedliche Beschichtung der beiden Seiten ist nicht möglich und die Beschichtung kann aufgrund der durch die Schwerkraft bedingten Schichtdickenzunahme zum unteren Rand des Bandes hin nicht ausreichend gleichmäßig erfolgen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum anodischen oder kathodischen Elektrolackieren zu schaffen, mit dem sich Band- oder Profilmaterial in einem Durchlauf beidseitig mit demselben oder unterschiedlichen Lacken gleichmäßig mit gleicher oder unterschiedlicher Dicke beschichten läßt.

Ausgehend von dieser Aufgabenstellung wird ein Verfahren mit den folgenden Verfahrensschritten vorgeschlagen:

a) Herstellen eines elektrischen Kontaktes mit dem waagerecht liegenden Band- oder Profilmaterial, um eine Anode oder Kathode zu bilden,
b) Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung mit einer ersten Elektrolytflüssigkeit im Bereich zwischen einer ersten Auffangwanne für die Elektrolytflüssigkeit und von ersten Sprühdüsen für die Elektrolytflüssigkeit,
c) Leiten eines ununterbrochenen Strahls oder Flüssigkeitsvorhangs aus dem wasserlöslichen Lack als Elektrolytflüssigkeit von den ersten Sprühdüsen direkt auf eine erste Oberfläche des Band- oder Profilmaterials,
d) Herstellen einer sich über die gesamte Breite des Band- oder Profilmaterials erstreckenden, ununterbrochenen Schicht auf der ersten Oberfläche des Band- oder Profilmaterials,
e) waagerecht liegendes Bewegen des Band- oder Profilmaterials zum durchlaufenden Beaufschlagen der ersten Oberfläche mit der ersten Elektrolytflüssigkeit,
f) Koagulieren der Lackteilchen unter Filmbildung der ersten Oberfläche des Band- oder Profilmaterials durch Anlegen einer Gleichspannung zwischen Kathode und Anode,
g) nach dem Beschichten der ersten Oberfläche Wenden des Band- oder Profilmaterials um 180°,
h) Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung mit einer zweiten Elektrolytflüssigkeit im Bereich zwischen einer zweiten Auffangwanne für die Elektrolytflüssigkeit und von zweiten Sprühdüsen für die Elektrolytflüssigkeit,
i) Leiten eines ununterbrochenen Strahls oder Flüssigkeitsvorhangs aus dem wasserlöslichen Lack als Elektrolytflüssigkeit von den zweiten Sprühdüsen direkt auf eine zweite Oberfläche des Band- oder Profilmaterials,
j) Herstellen einer sich über die gesamte Breite des Band- oder Profilmaterials erstreckenden, ununterbrochenen Schicht auf der zweiten Oberfläche des Band- oder Profilmaterials,
k) waagerecht liegendes Bewegen des Band- oder Profilmaterials zum durchlaufenden Beaufschlagen der zweiten Oberfläche mit der zweiten Elektrolytflüssigkeit und
l) Koagulieren der Lackteilchen unter Filmbildung der zweiten Oberfläche des Band- oder Profilmaterials durch Anlegen einer Gleichspannung zwischen Kathode und Anode.

Dadurch, daß die elektrische Verbindung zwischen dem Band- oder Profilmaterial als Anode oder Kathode und einer mit der Elektrolytflüssigkeit in Verbindung stehenden Anode oder Kathode über den ununterbrochenen Strahl bzw. den Flüssigkeitsvorhang erreicht wird, braucht das Band- oder Profilmaterial für das Benetzen mit der Elektrolytflüssigkeit nicht in ein Bad umgelenkt und eingetaucht zu werden, sondern läßt sich ohne Umlenkung waagerecht führen. Da keine Umlenkung erforderlich ist, läßt sich Profilmaterial, das eigensteif ist, im Durchlaufverfahren elektrolackieren, was bisher nur durch stückweises Eintauchen in ein Elektrolytbad möglich war.

Die auf die beiden Oberflächen gerichteten Elektrolytflüssigkeiten können eine unterschiedliche Zusammensetzung und/oder unterschiedliche Farben aufweisen.

Durch Einstellen der Strahlquerschnitte, der Strahlgeschwindigkeiten, der Durchlaufgeschwindigkeit des Band- oder Profilmaterials, der Höhe der angelegten Gleichspannung und/oder der Elektrolytzusammensetzung läßt sich erreichen, daß eine vorgebbare, auf den beiden Oberflächen ggf. unterschiedliche Schichtdicke des koagulierten Films entsteht.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es somit möglich, Band- oder Profilmaterial im Durchlauf auf vorgebbare Weise mit unterschiedlichen Schichten und/oder unterschiedlichen Lacken zu beschichten, was ganz erhebliche Vorteile bietet, denn häufig ist gerade dies für besondere Anwendungsfälle gefordert.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert.

Das dargestellte Beispiel bezieht sich auf das Beschichten von Bandmaterial 5, läßt sich jedoch in analoger Weise für Profilmaterial einsetzen. Während Bandmaterial 5 von einer Rolle auf einer Abhaspel 1 abgewickelt und durch die Anlage geführt wird, bis es auf einer Aufhaspel 21 wieder aufgerollt wird, kann Profilmaterial gerade durch die Anlage hindurchgeführt werden, wobei dieses Profilmaterial als Stangenmaterial in die Anlage eingeführt und aus dieser entnommen werden kann oder aber als Bandmaterial von einer auf einer Abhaspel 1 angeordneten Rolle abgewickelt, durch eine nicht dargestellte Profilieranlage hindurchgeführt und als Profil durch die Anlage hindurchgeführt werden kann. Beim Elektrolackieren von Profilmaterial entfällt die Aufhaspel 21 am Ende der Anlage und wird ersetzt durch eine nicht dargestellte Ablängvorrichtung, so daß auf Länge geschnittenes Profilmaterial gewonnen wird.

Mit Bezug auf die Beschichtung von Bandmaterial 5 stellt sich die Anlage wie folgt dar: Das von der Abhaspel 1 abgewickelte Bandmaterial 5 wird waagerecht liegend durch ein erstes Förderwalzenpaar 2, eine Reinigungsvorrichtung 3, ein weiteres Förderwalzenpaar 2, eine Spülvorrichtung 4 geführt, bis das flachliegende Bandmaterial 5 zu einem weiteren Walzenpaar 6 gelangt, das unmittelbar vor einer Beschichtungsvorrichtung angeordnet ist. Dieses Walzenpaar 6 steht über eine Leitung 14 mit dem positiven Pol einer Gleichstromquelle 13 in Verbindung und beaufschlagt auf diese Weise das Bandmaterial 5 mit dem positiven Pol der Gleichstromquelle 13, so daß das Bandmaterial 5 zur Anode wird. Der positive Pol der Gleichstromquelle 13 ist geerdet, so daß es nicht notwendig ist, die gesamte Anlage zu isolieren. Die Beschichtungsanlage besteht aus einer unterhalb des Bandmaterials 5 angeordneten Auffangwanne 7 für Elektrolytflüssigkeit 8 und einer oberhalb des Bandmaterials 5 angeordneten Abdeckhaube 7a. Eine Pumpe saugt Elektrolytflüssigkeit aus der Auffangwanne 7 an und führt sie über eine Leitung 10 einer oberhalb des Bandmaterials 5 angeordneten Düse 11 oder einer unterhalb des Bandmaterials angeordneten Düse 12 zu. Die Düsen 11 bzw. 12 erstrecken sich über die gesamte Breite des Bandmaterials 5 und beaufschlagen die Oberflächen des Bandmaterials 5 in einem gleichmäßigen, ununterbrochenen Strahl oder Flüssigkeitsvorhang, durch den eine elektrischen Verbindung zwischen den Düsen 11 bzw. 12 und damit über einen Leiter 15 zum negativen Pol der Gleichstromquelle 13 aufrechterhalten wird. Die Düsen 11 bzw. 12. sind elektrisch isoliert von der Auffangwanne 7 und der Abdeckhaube 7a sowie der Pumpe 9 angeordnet. Während des Durchlaufs des Bandmaterials 5 unter bzw. über den Düsen 11 bzw. 12 findet der Ladungsausgleich zwischen dem als Anode wirkenden Bandmaterial 5 und den als Kathode wirkenden Düsen 11 bzw. 12 über den Elektrolytstrahl statt. Die Lackteilchen koagulieren somit auf dem Bandmaterial als Anode unter Filmbildung, wobei sich die Schichtdicke durch die Durchlaufgeschwindigkeit des Bandmaterials, den Strahlquerschnitt, die Strahlgeschwindigkeit, die durch die Gleichstromquelle 13 erzeugte Gleichspannung und/oder die Elektrolytzusammensetzung so einstellen läßt, daß eine vorgebbare, auf den beiden Oberflächen ggf. unterschiedliche Schichtdicke erreicht wird.

Innerhalb des durch die Auffangwanne 7 und die Abdeckhaube 7a gebildeten Raumes ist ein Quetschwalzpaar 16 angeordnet, das die mitgeführte, nicht koagulierte Elektrolytflüssigkeit abquetscht.

Das Bandmaterial 5 wird durch die Beschichtungsanlage, wie dargestellt, waagerecht liegend hindurchgeführt. Nach dem Beschichten einer Seite wird das Bandmaterial 5 um 180° gewendet, um dann die andere Seite zu beschichten, da die Lage der Düsen 11, 12 grundsätzlich so sein soll, daß der Strahl von oben nach unten oder von unten nach oben gegen das Bandmaterial 9 gerichtet ist.

Danach wird das Bandmaterial 5 mittels Transportwalzen 17 einer Spülvorrichtung 18 und einer Trockenvorrichtung 19 zugeführt, von wo das Bandmaterial 5 mittels eines weiteren Transportwalzenpaars 20 abgezogen und in einer Aufhaspel 21 wieder zu einer Rolle aufgewickelt wird.

Um das Beschichten, wie beschrieben, nach dem Wenden des Bandmaterials 5 durchzuführen, sind in nicht dargestellter Weise zwei Auffangwannen 7 mit Abdeckhaube 7a, darin angeordneten Düsen 11 bzw. 12, Quetschwalzen 16 und eine Pumpe 9 hintereinander angeordnet, so daß im ersten Beschichtungsschritt die erste Oberfläche des Bandmaterials 5 mit einer Elektrolytflüssigkeit, z. B. einer bestimmten Farbe oder einer bestimmten Zusammensetzung mit einer vorgebbaren Schichtdicke beschichtet wird und nach dem Wenden des Bandmaterials um 180° in der folgenden Beschichtungseinheit die zweite Oberfläche des Bandmaterials 5 in gewünschter Weise beschichtet wird. Dies erlaubt es, die Ober- und Unterseite des Bandmaterials 5 verschiedenfarbig auszuführen und/oder unterschiedliche Schichtdicken einzustellen.

Die vorbeschriebene große Flexibilität, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verbunden ist, ist einer der Hauptvorteile, die sich aus dem erfindungsgemäßen Verfahren ergeben.

Schließlich ist noch zu erwähnen, daß es auch möglich ist, mehrere Düsenreichen hintereinander in Transportrichtung des Bandmaterials anzuordnen, da sich dadurch die Durchsatzmenge der Elektrolytflüssigkeit erhöhen läßt und ggf. damit auch die Durchlaufgeschwindigkeit des Bandmaterials 5.

In allen Fällen ist es wichtig, daß der aus den Düsen 11, 12 austretende Strahl oder Flüssigkeitsvorhang zuerst auf der einen und nach dem Wenden um 180° auf der anderen Oberfläche des Band- oder Profilmaterials eine sich über die gesamte Breite des Band- oder Profilmaterials erstreckende ununterbrochene Schicht bildet, um die gesamte, von der Elektrolytflüssigkeit benetzte Oberfläche des Band- oder Profilmaterials durch Filmbildung zu beschichten.

Claims

1. Verfahren zum anodischen oder kathodischen Elektrolackieren von Band- oder Profilmaterial mit den folgenden Verfahrensschritten:

a) Herstellen eines elektrischen Kontaktes mit dem waagerecht liegenden Band- oder Profilmaterial, um eine Anode oder Kathode zu bilden,
b) Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung mit einer ersten Elektrolytflüssigkeit im Bereich zwischen einer ersten Auffangwanne für die Elektrolytflüssigkeit und von ersten Sprühdüsen für die Elektrolytflüssigkeit,
c) Leiten eines ununterbrochenen Strahls oder Flüssigkeitsvorhangs aus dem wasserlöslichen Lack als Elektrolytflüssigkeit von den ersten Sprühdüsen direkt auf eine erste Oberfläche des Band- oder Profilmaterials,
d) Herstellen einer sich über die gesamte Breite des Band- oder Profilmaterials erstreckenden, ununterbrochenen Schicht auf der ersten Oberfläche des Band- oder Profilmaterials,
e) waagerecht liegendes Bewegen des Band- oder Profilmaterials zum durchlaufenden Beaufschlagen der ersten Oberfläche mit der ersten Elektrolytflüssigkeit,
f) Koagulieren der Lackteilchen unter Filmbildung auf der ersten Oberfläche des Band- oder Profilmaterials durch Anlegen einer Gleichspannung zwischen Kathode und Anode,
g) nach dem Beschichten der ersten Oberfläche Wenden des Band- oder Profilmaterials um 180°,
h) Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung mit einer zweiten Elektrolytflüssigkeit im Bereich zwischen einer zweiten Auffangwanne für die Elektrolytflüssigkeit und von zweiten Sprühdüsen für die Elektrolytflüssigkeit,
i) Leiten eines ununterbrochenen Strahls oder Flüssigkeitsvorhangs aus dem wasserlöslichen Lack als Elektrolytflüssigkeit von den zweiten Sprühdüsen direkt auf eine zweite Oberfläche des Band- oder Profilmaterials,
j) Herstellen einer sich über die gesamte Breite des Band- oder Profilmaterials erstreckenden, ununterbrochenen Schicht auf der zweiten Oberfläche des Band- oder Profilmaterials,
k) waagerecht liegendes Bewegen des Band- oder Profilmaterials zum durchlaufenden Beaufschlagen der zweiten Oberfläche mit der zweiten Elektrolytflüssigkeit und
l) Koagulieren der Lackteilchen unter Filmbildung auf der zweiten Oberfläche des Band- oder Profilmaterials durch Anlegen einer Gleichspannung zwischen Kathode und Anode.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die beiden Oberflächen gerichteten Elektrolytflüssigkeiten eine unterschiedliche Zusammensetzung aufweisen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die beiden Oberflächen gerichteten Elektrolytflüssigkeiten unterschiedliche Farben aufweisen.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlquerschnitt, die Strahlgeschwindigkeit, die Durchlaufgeschwindigkeit des Band- oder Profilmaterials, die Gleichspannung und/oder die Elektrolytzusammensetzung so eingestellt werden, daß eine vorgebbare, auf den beiden Oberflächen ggf. unterschiedliche Schichtdicke des koagulierenden Films erreicht wird.