EP0809720A1 - Pulsmoduliertes gleichspannungsapplikationsverfahren - Google Patents

Pulsmoduliertes gleichspannungsapplikationsverfahren

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EP0809720A1
EP0809720A1 EP96900953A EP96900953A EP0809720A1 EP 0809720 A1 EP0809720 A1 EP 0809720A1 EP 96900953 A EP96900953 A EP 96900953A EP 96900953 A EP96900953 A EP 96900953A EP 0809720 A1 EP0809720 A1 EP 0809720A1
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EP
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voltage
pulse
modulated
rectifier
adjustable
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EP96900953A
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English (en)
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Klaus Arlt
Karin Eckert
Margret Stockbrink
Rolf Schulte
Harald Berlin
Gerd Nienhaus
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BASF Coatings GmbH
Original Assignee
BASF Lacke und Farben AG
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Publication date
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    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D13/00—Electrophoretic coating characterised by the process
    • C25D13/18—Electrophoretic coating characterised by the process using modulated, pulsed, or reversing current
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S204/00—Chemistry: electrical and wave energy
    • Y10S204/08—AC plus DC

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for coating objects by means of direct current.
  • the rectifier generators currently on the market also have considerable disadvantages. Depending on the design, they have a ripple that depends on the type and quality of rectification and smoothing of the input AC voltage (see Vincent, Journal of Coatings Technology Vol. 62, No. 785, June 1990). In addition, this residual ripple is load-dependent, i.e. feedback is obtained via the coating process itself. This residual ripple is then only interpreted as a disturbance.
  • the adjustable AC voltage components are preferably generated from periodic signals, in particular harmonic vibrations (sine vibrations), which are readily available.
  • the superimposition of the DC voltage with the AC voltage components can be switched on and off in an adjustable duty cycle.
  • the pulse modulation as a variation of the conventional coating method with pure direct current, can be limited to specific time segments of the coating, such as the beginning or the end.
  • the preferred duty cycles of On: Off are the ranges between 10: 1 and 1:10.
  • the duration of the "on" period in which pulse modulation takes place is between 10 ms and 100 s.
  • the DC voltages used according to the invention are in the range from 0 to 500 V.
  • the AC voltage components to be superimposed are between 0 and 500 V.
  • the superimposition takes place in such a way that the resulting voltage does not change its direction, that is to say is a pulse-modulated DC voltage.
  • the device according to the invention is however, not limited to this, so that it is also possible to work with a resulting alternating voltage if this results in advantages.
  • the period of the periodic AC components used for the superimposition is between 1 and 500 ms. This corresponds to a frequency of 1000 to 2 Hz. It is preferred to work with a frequency that results from the mains voltage, e.g. 50 Hz or a multiple thereof.
  • One variant consists in connecting an alternating current (stell) transformer in series with a direct current generator.
  • alternating current (stell) transformer via a rectifier so that a rectified alternating voltage is coupled in. If a diode is connected between the AC source and the input of the rectifier, further modulation of the voltage is achieved in such a way that only the positive or only the negative half-waves reach the rectifier.
  • the pulse modulation can optionally be switched on in such a way that the coupling of the AC voltage components takes place via a mechanical or electronic relay.
  • the latter can be controlled via a function generator (i.e. with low current) to achieve a defined duty cycle.
  • the function generator can be a commercially available electronic device. It is preferably implemented as a programmable microprocessor system, particularly preferably by a computer with appropriate software, with an analog / digital converter for receiving the control voltage and an output unit for the trigger pulses.
  • a preferred use of the device according to the invention takes place in electrocoating.
  • the amount of paint deposited in the processing time depends directly on the amount of charge that has flowed - and thus indirectly on the immersion voltage. It should be noted that the so-called break-off voltage due to heating and boiling processes creates a gas layer that can break off the current flow. It is also important to obtain a uniform and sufficient layer thickness of the lacquer even in inaccessible places, i.e. sufficient wrap with reduced outer layer thickness.
  • the method according to the invention surprisingly produces an optimized result with respect to this in part. conflicting requirements achieved.
  • FIG. 1 shows the DC voltage generator 2 and the galvanically decoupled AC variable transformer 1.
  • the coupling which can optionally be switched on and off via a switch c, is effected via the rectifier 3.
  • the diode b is bridged via the switch a or not, all half-waves or only the positive half-waves are rectified on the rectifier.
  • the resulting pulse-modulated voltage is shown in diagram a) (switch a open) or b) (switch a closed, diode bridged) in FIG. 1.
  • the current values of current and voltage can be recorded and monitored by a measuring system 6.
  • the electrodeposition bath is marked with the number 7.
  • FIG. 2 shows a variant of the circuit of Figure 1, in which instead of the elements a, b and c there is a semiconductor relay 4 between the transformer 1 and the rectifier 3.
  • This semiconductor relay 4 is controlled by a function generator 5.
  • the pulse modulation is in a defined duty cycle on and off.
  • Diagram a) at the lower edge of FIG. 2 schematically shows the resulting pulse-modulated voltage U tot depending on the signal U st from the function generator.
  • FIG. 3 shows a circuit in which the function generator 8 intervenes in the phase control 9 of a thyristor bridge rectifier 10 for a three-phase source 11. This periodically switches between two phase angles Fi and F 2 , which correspond to two output voltages U 1 and U 2 . The pulses then have the form of smoothed three-phase pulses shown in the diagram a) of FIG. 3 at two voltage levels. The residual ripple of the signals can be adjusted by dimensioning the smoothing 12. Of course, it is also possible with this circuit arrangement to switch over more than 2 voltage levels via the function generator.
  • FIG. 4 shows a further variant of the device according to the invention with a series connection of direct current and alternating current generator, in which the diode 13 has been added.
  • the rectifier circuit according to FIG. 1 was used.
  • the maximum current that can be achieved in the test setup was limited to 6 A on average by the variable transformer.
  • the required current density was then achieved by reducing the active area of the metal sheets to be coated.
  • a pulse modulation with two pulse half-waves is set (frequency quasi 100 Hz, see diagram a) in FIG. 9).
  • the results are shown in Figure 5 and Tables 1 and 2 (column 1). Up to a strength of 60 V, the breaking voltage is determined by the peak voltage reached. The pulse rate was increased to 250 V in some cases. As a result, peak voltages could be reached, some of which were 40 - 50 V higher than those of a pure DC voltage separation.
  • Pulse modulation with a pulse half-wave was set (frequency quasi 50 Hz, see diagram b) in FIG. 9). The results are shown in Figure 6 and Tables 1 and 2 (column 2). By reducing the pulse frequency, significantly higher peak voltages were possible for all products. This effect already started with voltage pulses of 30 V and increased with increasing pulse strength. With voltage pulses of 150 - 250 V, the difference between the break voltage of a DC voltage separation and the possible voltage peaks rose to values of 70 - 80 V. The layer thickness at 20 V under break voltage decreased with increasing pulse proportion.
  • the novel process has the following advantages:
  • the total voltage can be increased significantly above the breakdown voltage of conventional methods before a breakdown occurs.
  • the voltage that must be applied to achieve a certain layer thickness can be varied within a wide range by the method according to the invention by adjusting the ratio of the pulse voltage and DC voltage components.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neuartiges Verfahren zur Beschichtung von Gegenständen mittels Gleichstrom, bei dem eine einstellbare Gleichspannung mit einer einstellbaren Wechselspannung pulsmoduliert wird.

Description

Pulsmoduliertes Gleichspannungsapplikationsverfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beschichtung von Gegenständen mittels Gleichstrom.
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur Abscheidung von Schichten auf Gegenständen mittels einer mehr oder weniger ausgeprägten Pulsierspannung bekannt. Mittels thyristorgesteuerter Gleichrichter werden beispielsweise ungeregelte Spannungsspitzen im Microsekundenbereich erzeuet. Diese Spannungsspitzen sind reine Storimpuise und werden nicht als reproduzierbare Methode zur Beeinflussung des Abscheideergebnisses benutzt. Beim Arbeiten mit schlecht geglätteten Thyristor-Gleichrichtern sind darüber hinaus folszende Nachteile symptomatisch.
1. Funkenbildung auch unterhalb der Lackoberfläche an der zu beschichtenden Blechoberfläche.
2. Starke Elektrolyse.
3. Schichtdickenabnahme.
4 Flockenbildung in der Schaumschicht und an den Blechkanten.
5 Nach Erzeugung eines Abrisses ist eine höhere Reduzierung der Spannung erforderlich, um bei dem nächsten zu beschichtenden Teil diese Erscheinung sicher zu vermeiden.
Aus Brown, William B (Journal of Paint Technology Vol 47. No. 605. June 1975) ist es bekannt, eine rechteckförmige Pulsform im Sekundenbereich durch Unterbrechung (Abschalten) des Abscheidestroms zu erzeugen. Dieses Voraehen hat einige Nachteile. So liegen die angegebenen Pulszeiten im Sekundenbereich. vorzugsweise bis 3 - 20 Sekunden. In diesen längeren Pausen wird einerseits die Wärme abgeführt und dadurch der Schichtwiderstand erhöht. Andererseits setzt auch ein Rückloseeffekt und damit eine Aufweichung des abgeschiedenen Fiimes und die Entfernung der Gasbläschen infolge der Lackströmung ein. Dies hat eine Reduzierung des Fiimwiderstandes zur Folge. Die Reduzierung der Wärmeentwicklung und des Spitzenstromes muß in diesem Fall durch langsames Hochregeln der Spannung erfolgen. Startet man nämlich bei pulsförmiger Rechteckspannung sofort mit voller Beschichtungsspannung, so muß die Stromleistung des Gleichrichters mehr als verdoppelt werden. Damit erhöhen sich insbesondere die Kosten für den Gleichrichter.
Die bisher aus dem Markt befindlichen Gleichrichtergeneratoren weisen darüber hinaus erhebliche Nachteile auf. Je nach Bauart haben diese nämlich eine Restwelligkeit, die von der Art und Güte der Gleichrichtung und Glättung der Eingangswechselspannung abhängt (vgl. Vincent, Journal of Coatings Technology Vol. 62, No. 785, June 1990). Zusätzlich ist diese Restwelligkeit lastabhängig, d.h. man erhält eine Rückkopplung über den Beschichtungsprozeß selbst. Diese Restwelligkeit wird dann auch nur als Störung aufgefaßt.
Aus T. Ito und K. Shibuya, Metal Finishing, April 1967, S. 48 - 57, "Anodic Behavior in Electrophoretic Coating of Aluminum Alloys" ist bekannt, gepulste Signale durch mehr oder weniger schlecht geglätteten Wechselstrom zu erzeugen. Verfahren mit Wechselstromabscheidungen sind ferner aus der deutschen Offenlegungsschrift 1646130 sowie der britischen Patentanmeldung 1376761 bekannt. Hierbei werden Anodenbleche als Gleichrichter benutzt. Die Anodenbleche sind durch besondere Beschichtung nur in einer Richtung stromdurchlässig.
Alle beschriebenen Verfahren weisen jedoch bis heute erhebliche Mängel auf. Insbesondere Abrißverhalten, Umgriff, Schichtdicke und Filmstörungen sind z.B. bei der Elektrotauchlackierung u.a. von der Höhe der Spannung abhängig. In der Praxis wird sie regelmäßig so gewählt, daß in akzeptabler Beschichtungszeit eine ausreichende Hohlraumbeschichtung bei minimal notwendiger Außenschichtdicke erreicht wird. Um Lackmaterial und somit Kosten bei der Lackierung zu sparen, ist man u.a. bemüht, bei reduzierten Außenschichtstärken einen ausreichenden Umgriff zu erhalten. Mit den gegenwärtigen Produkten und der heutigen oben beschriebenen Technik sind dieser Entwicklung Grenzen gesetzt. Die vorliegende Erfindung hat sich demgemäß die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zur elektrochemischen Beschichtung von Gegenständen zur Verfügung zu stellen, mit der systematisch die Lackfilmeigenschaften und die anwendungstechnischen Eigenschaften beeinflußt werden können, um z.B. bei reduzierten Außenschichtstärken einen ausreichenden Umgriff zu erhalten, oder um bei der Applikation eine Vorvernetzung zu erreichen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine einstellbare Gleichspannung durch Überlagerung mit einstellbaren Wechselspannungskomponenten pulsmoduliert wird.
Die einstellbaren Wechselspannungskomponenten werden dabei vorzugsweise aus periodischen Signalen, insbesondere harmonischen Schwingungen (Sinusschwingungen) erzeugt, welche leicht verfügbar sind.
Erfindungsgemäß ist es dabei durch geeignete Schaltungen möglich, die periodischen Signale einer Vorverarbeitung zu unterziehen, vorzugsweise einer Sperrung der negativen Spannungsanteile oder einer Gleichrichtung.
Ferner ist es erfindungsgemäß vorgesehen, die Überlagerung der Gleichspannung mit den Wechselspannungskomponenten in einem einstellbaren Tastverhältnis an- und ausschalten zu können. Auf diese Weise kann die Pulsmodulation als Variation des herkömmlichen Beschichtungsverfahrens mit reinem Gleichstrom auf bestimmte Zeitabschnitte der Beschichtung, etwa den Beginn oder das Ende, beschränkt werden.
Als bevorzugte Tastverhältnisse von An:Aus werden die Bereiche zwischen 10:1 und 1:10 genannt. Die Dauer der„An"-Periode, in der eine Pulsmodulation stattfindet, liegt dabei zwischen 10 ms und 100 s.
Die erfindungsgemäß zur Anwendung kommenden Gleichspannungen liegen im Bereich von 0 bis 500 V. Ebenso liegen die zur Überlagerung kommenden Wechselspannungskomponenten zwischen 0 und 500 V. Dabei erfolgt die Überlagerung so, daß die resultierende Spannung ihre Richtung nicht ändert, also eine pulsmodulierte Gleichspannung ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist hierauf allerdings nicht beschränkt, so daß durchaus auch mit einer resultierenden Wechselspannung gearbeitet werden kann, wenn sich hierdurch Vorteile ergeben.
Die Periodendauer der zur Überlagerung verwendeten periodischen Wechselspannungskomponenten liegt erfindungsgemäß zwischen 1 und 500 ms. Dies entspricht einer Frequenz von 1000 bis 2 Hz. Vorzugsweise wird mit einer Frequenz gearbeitet, die sich durch die Netzspannung ergibt, also z.B. 50 Hz oder deren Vielfache.
Für die Erzeugung einer erfindungsgemäßen pulsmodulierten Gleichspannung kommen verschiedene Möglichkeiten in Frage.
Eine Variante besteht darin, eine Reihenschaltung eines Wechselstrom(stell)transformators mit einem Gleichstromgenerator vorzunehmen.
Ebenso ist es möglich, die Einkopplung des Wechselstrom(stell)transformators über einen Gleichrichter vorzunehmen, so daß eine gleichgerichtete Wechselspannung eingekoppelt wird. Wenn dabei zwischen Wechselstromquelle und Eingang des Gleichrichters eine Diode geschaltet wird, wird eine weitere Modulation der Spannung erreicht dergestalt, daß nur die positiven oder nur die negativen Halbwellen den Gleichrichter erreichen.
Das wahlweise Einschalten der Pulsmodulation kann so erfolgen, daß die Einkopplung der Wechselspannungskomponenten über ein mechanisches oder elektronisches Relais erfolgt. Letzteres kann zur Erzielung eines definierten Tastverhältnisses über einen Funktionsgenerator (also mit Schwachstrom) angesteuert werden.
Eine weitere Variante der Erzeugung einer erfindungsgemäßen pulsmodulierten Gleichspannung erhält man durch die Aufschaltung eines Funktionsgenerators auf die Phasenanschnittsteuerung eines Drehstromgleichrichters. Auf diese Weise entfallen Kosten und Platzbedarf für einen zusätzlichen Wechselstromgenerator. Der Funktionsgenerator kann ein handelsübliches elektronisches Gerät sein. Vorzugsweise ist er als programmierbares Mikroprozessorsystem realisiert, besonders bevorzugt durch einen Computer mit entsprechender Software, mit einem Analog/Digitalwandler für die Aufnahme der Steuerspannung und einer Ausgabeeinheit für die Triggerimpulse.
Eine bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung findet bei der Elektrotauchlackierung statt. Hierbei hängt die in der Bearbeitungszeit abgeschiedene Lackmenge umittelbar von der geflossenen Ladungsmenge - und damit mittelbar von der Tauchspannung - ab. Dabei ist zu beachten, daß bei der sog. Abrißspannung durch Erwärmung und Siedevorgänge eine Gasschicht entsteht, die den Stromfluß abreißen läßt. Wichtig ist es ferner, eine gleichmäßige und hinreichende Schichtdicke des Lackes auch an unzugänglich gelegenen Stellen zu erhalten, d.h. einen ausreichenden Umgriff bei reduzierten Außenschichtstärken. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird überraschenderweise ein optimiertes Ergebnis in bezug auf diese z.T. gegenläufigen Anforderungen erzielt.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben:
In Figur 1 sind der Gleichspannungsgenerator 2 und der galvanisch entkoppelte Wechselstromstelltransformator 1 abgebildet. Gemäß Figur 1 ist die Kopplung, die über einen Schalter c wahlweise ein- und ausgeschaltet werden kann, über den Gleichrichter 3 erfolgt. Je nachdem, ob die Diode b über den Schalter a überbrückt wird oder nicht, werden am Gleichrichter alle Halbwellen oder nur die positiven Halbwellen gleichgerichtet. Die jeweils resultierende pulsmodulierte Spannung ist in Diagramm a) (Schalter a offen) bzw. b) (Schalter a geschlossen, Diode überbrückt) in Figur 1 dargestellt.
Die aktuellen Werte von Strom und Spannung können durch ein Meßsystem 6 erfaßt und überwacht werden. Das Elektrotauchbad ist mit der Ziffer 7 bezeichnet.
Figur 2 zeigt eine Variante der Schaltung von Figur 1, bei der sich anstelle der Elemente a, b und c ein Halbleiterrelais 4 zwischen Stelltrafo 1 und Gleichrichter 3 befindet. Dieses Halbleiterrelais 4 wird durch einen Funktionsgenerator 5 gesteuert. Dadurch wird die Pulsmodulation in einem definierten Tastverhältnis ein- und ausgeschaltet. Das Diagramm a) am unteren Rand von Figur 2 zeigt schematisch die resultierende pulsmodulierte Spannung Uges in Abhängigkeit von dem Signal Ust des Funktionsgenerators.
Figur 3 gibt eine Schaltung wieder, bei der der Funktionsgenerator 8 in die Phasenanschnittsteuerung 9 eines Thyristorbrückengleichrichters 10 für eine Drehstromquelle 11 eingreift. Hierdurch wird periodisch zwischen zwei Phasenwinkeln Fi und F2, die zwei Ausgangsspannungen U1 und U2 entsprechen, umgeschaltet. Die Pulse haben dann die in dem Diagramm a) von Figur 3 gezeigte Form von geglätteten Drehstrompulsen bei zwei Spannungsniveaus. Die Restwelligkeit der Signale kann durch die Dimensionierung der Glättung 12 eingestellt werden. Selbstverständlich ist es mit dieser Schaltungsanordnung auch möglich, über den Funktionsgenerator zwischen mehr als 2 Spannungsniveaus umzuschalten.
Figur 4 zeigt eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Reihenschaltung von Gleich- und Wechselstromgenerator, bei der die Diode 13 hinzugefügt worden ist.
Bei den im folgenden beschriebenen Beispielen wurde die Gleichrichterschaltung gemäß Figur 1 verwendet. Die in dem Versuchsaufbau erreichbare maximale Stromstärke wurde im Mittel durch den Stelltransformator auf 6 A begrenzt. Durch Verkleinern der aktiven Fläche der zu beschichtenden Bleche wurde dann die erforderliche Stromdichte erreicht.
Versuchsprogramm für Beispiele 1 bis 5:
Beschichten von Metallmaterialien mit verschiedenen Lacken (Handelsprodukte der Firma BASF Lacke und Farben AG)
Qualitäten:
Abscheidungsbedingungen :
Gleichspannung: Spannungsreihe bis zum Abriß in 20 V Schritten
Spannungspulse:
Auswertung: Abrißspannung, Schichtdicke SD
Versuchsergebnisse:
Beispiel 1:
Es wird eine Pulsmodulation mit zwei Pulshalbwellen eingestellt (Frequenz quasi 100 Hz, vgl. Diagramm a) in Figur 9). Die Ergebnisse sind in Figur 5 sowie den Tabellen 1 und 2 (Spalte 1) wiedergegeben. Bis zu einer Stärke von 60 V wird die Abrißspannung durch die erreichte Spitzenspannung festgelegt. Teilweise wurde der Pulsanteil auf 250 V erhöht. Dadurch konnten Spitzenspannungen erreicht werden, die teilweise 40 - 50 V über denen einer reinen Gleichspannungsabscheidung lagen.
Beispiel 2:
Es wurde eine Pulsmodulation mit einer Pulshalbwelle eingestellt (Frequenz quasi 50 Hz, vgl. Diagramm b) in Figur 9). Die Ergebnisse sind in Figur 6 sowie den Tabellen 1 und 2 (Spalte 2) wiedergegeben. Durch die Verringerung der Pulshäufigkeit wurden bei allen Produkten deutlich höhere Spitzenspannungen möglich. Dieser Effekt begann schon bei Spannungspulsen von 30 V und nahm mit steigender Pulsstärke zu. Bei Spannungspulsen von 150 - 250 V stieg die Differenz zwischen Abrißspannung einer Gleichspannungsabscheidung und den möglichen Spannungsspitzen auf Werte von 70 - 80 V. Die Schichtdicke bei 20 V unter Abrißspannung nahm mit zunehmendem Pulsanteil ab.
Beispiel 3:
Es wurden mit 10 s pulsmodulierter Gleichspannung (quasi 50 Hz), gefolgt von 110 s reiner Gleichspannung Beschichtungen durchgeführt (Diagramm c) in Figur 9). Die Ergebnisse sind in Figur 7 sowie den Tabellen 1 und 2 (Spalte 3) dargestellt und ähneln denen des Beispiels 2, bei der die Gleichspannung während der gesamten Beschichtung von Spannungsimpulsen überlagert war. Beispiel 4:
Es wurde eine Beschichtung mit 10 s Gleichspannung und dann 1 10 s Gleichspannung mit überlagerter Pulsspannung (quasi 50 Hz) durchgeführt (Diagramm d) in Figur 9). Die entsprechenden Ergebnisse sind den Tabellen 1 und 2 (Spalte 4) zu entnehmen. Im Gegensatz zu Beispiel 3 wurden hier die Spannungspulse also erst nach 10 s Beschichtungszeit zugeschaltet. Durch diese Variation konnte eine weitere Erhöhung der Spitzenspannung erreicht werden. Bei FT 82-7627 äußerte sich dieser Effekt in Verbesserungen von maximal 20 V; bei FT 82-7640 traten 20 - 40 V höhere Spannungsspitzen auf. Die deutlichste Veränderung zeigte FT 25-7225 mit Spannungserhöhungen bis 60 V.
Beispiel 5:
Es wurden 60 s Gleichspannung und 60 s Gleichspannung mit überlagerter Pulsspannung eingestellt (Diagramm d) in Figur 9). Die Ergebnisse waren mit Beispiel 4 identisch (vgl. Spalte 5 von Tabelle 1 und 2).
Beispiel 6:
In den Versuchsaufbau wurde ein Vorwiderstand integriert. Die Ergebnisse gibt Figur 8 wieder. Durch die Verwendung des Vorwiderstandes wurde die sonst zu beobachtende Verringerung der Schichtdicke bei zunehmender Pulsspannungsamplitude bis 150 V nicht mehr festgestellt. Tabellen 3 und 4 zeigen die zu Figur 8 zugehörigen Daten.
Ergebnis der Beispiele 1 bis 6:
In sämtlichen Grafiken sind die Schichtdicken, die unter 20 V unter der Abrißspannung erreicht werden, an den jeweiligen Balken notiert. Hieraus ist ersichtlich, daß mit steigender Pulsstärke die erreichbare Schichtdicke mit Ausnahme von den Versuchsbedingungen des Beispiels 6 sinken. Dieser Effekt beträgt bis zu einer Pulsstärke von 150 V wenige μm. Die betreffenden Schichtdicken sind in Tabelle 2 zusammengefaßt.
Nach den oben wiedergegebenen Ergebnissen zeichnet sich das neuartige Verfahren durch folgende Vorteile aus:
1. Die Summenspannung kann erheblich über die Abrißspannung herkömmlicher Verfahren erhöht werden, bevor ein Abriß auftritt.
2. Die Spannung, die zum Erreichen einer bestimmten Schichtdicke angelegt werden muß, kann durch das erfindungsgemäße Verfahren über die Einstellung des Verhältnisses von Pulsspannungs- und Gleichspannungsanteil in einem weiten Bereich variiert werden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur elektrochemischen Beschichtung von Gegenständen mittels Gleichstrom,
dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannung einstellbar ist und durch Überlagerung von einstellbaren Wechselspannungskomponenten pulsmoduliert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Wechselspannungskomponenten aus einer periodischen Wechselspannung, insbesondere einer harmonischen Schwingung, gewonnen werden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Wechselspannungskomponenten das komplette Periodensignal, dessen positiver Anteil oder das gleichgerichtete Periodensignal sind.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsmodulation der
Gleichspannung in einem einstellbaren Tastverhältnis an- und ausgeschaltet werden kann.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichspannungsanteil zwischen 0 und 500 V liegt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselspannungsanteil zwischen 0 und 500 V liegt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die periodische
Wechselspannung eine Periodendauer von 1 ms bis 500 ms hat.
8. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das Tastverhältnis
Anschalten: Ausschalten zwischen 10:1 und 1:10 liegt, wobei die Dauer des Anschaltens zwischen 10 ms und 100 s liegt.
9. Vorrichtung zur Erzeugung einer pulsmodulierten Gleichspannung für ein
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß sie aus der Reihenschaltung eines Gleichstromgenerators mit einem Wechselstromgenerator entsteht.
10. Vorrichtun zur Erzeugung einer pulsmodulierten Gleichspannung für ein
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß sie durch die über einen
Gleichrichter erfolgende Einkopplung eines Wechselstromgenerators in den Gleichstromkreis entsteht.
11 Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß dem Gleichrichter eingangsseitig eine Diode vorgeschaltet ist, so daß ihn nur die positive oder nur die negative Halbwelle erreicht.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einkopplung der
Wechselspannung über ein elektronisches oder mechanisches Relais an- und ausgeschaltet werden kann, welches von einem Funktionsgenerator zur
Erzeugung eines einstellbaren Tastverhältnisses angesteuert wird.
13. Vorrichtung zur Erzeugung einer pulsmodulierten Gleichspannung für ein
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die pulsmodulierte
Gleichspannung durch Aufschalten eines Funktionsgenerators auf die
Phasenanschnittsteuerung eines Drehstromgleichrichters erfolgt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsgenerator durch ein programmierbares Mikroprozessorsystem realisiert wird, vorzugsweise durch einen Computer mit entsprechender Software, mit einem
Analog/Digitalwandler zur Aufnahme der Steuerspannung und einer Ausgabeeinheit für die Triggerimpulse.
15. Verwendung des Verfahrens und/oder der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1- 14 zur Elektrotauchlackierung.
EP96900953A 1995-01-27 1996-01-15 Pulsmoduliertes gleichspannungsapplikationsverfahren Expired - Lifetime EP0809720B1 (de)

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