EP1091025B1 - In Flachbauweise ausgeführte Anodenzelle zur Verwendung in kataphoretischen Beschichtungsbädern - Google Patents

In Flachbauweise ausgeführte Anodenzelle zur Verwendung in kataphoretischen Beschichtungsbädern Download PDF

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EP1091025B1
EP1091025B1 EP00117483A EP00117483A EP1091025B1 EP 1091025 B1 EP1091025 B1 EP 1091025B1 EP 00117483 A EP00117483 A EP 00117483A EP 00117483 A EP00117483 A EP 00117483A EP 1091025 B1 EP1091025 B1 EP 1091025B1
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anode
anolyte
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Stefan Grün
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Elektro-Kohle-Koln & Co KG GmbH
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C25D13/22—Servicing or operating apparatus or multistep processes

Definitions

  • cataphoretic coating baths for example for priming and painting car bodies
  • the flow of current in the bath fluid causing cataphoresis is created by anode cells immersed in the bath fluid along the pool rim in a vertical or horizontal orientation, while the workpiece to be coated, e.g. a car body, is connected as a cathode.
  • the anode cells have a metal anode, which is arranged in a chamber separated from the bath liquid by an ion exchange membrane and through which an electrolyte circulates through it.
  • the anode cell then takes the form of a shallow box about two meters high, about 0.80 meters wide and a few centimeters deep.
  • the box consists of a frame with a rear wall; the front wall is formed by the ion exchange membrane, which is supported on a correspondingly stable support grid against the hydrostatic pressure.
  • the plate-shaped anode is in the in vertical or horizontal orientation in the bath liquid dipping arranged box on the lower frame spar.
  • the anolyte is from a supply connection on the upper frame spar through two running along the side frame members tubes or tubes in the anode cell down and exits there horizontally extending over the lower frame spar pipe sections in the cell interior. The anolyte discharge takes place from the upper area of the anode cell.
  • the known anode cells in this flat design have several disadvantages. It has been found that the plate anode corrodes rapidly and severely in the lower region, wherein in particular the corner regions are eaten away severely in a relatively short time. Sludge deposits and accumulations in the lower part of the anode cell, which is also due to the strong anode corrosion, impede the anolyte circulation because they hinder or even block the escape of the anolyte from the pipe sections extending above the lower frame spar. The replacement of the plate anode is difficult because the plate anode is so heavy that a hoist is necessary to pull it out of the anode cell and insert a new plate anode.
  • the whole anode cell is quite heavy, because it must be built according to stable due to the hydrostatic pressure and in particular the support grid for the ion exchange membrane must be stable accordingly. It is less the effect of the bath fluid from the outside to the anode cell, the problem, since the anode cell is indeed filled with anolyte itself. However, if the coating bath is drained, the internal hydrostatic pressure of the anode cell filled with anolyte greatly affects because of the large height of the anode cell.
  • the invention has for its object to provide a significantly improved anode cell in a flat design, which reduces the problems indicated at least to a considerable extent.
  • the anode cell consists of a frame 1 made of plastic, a rear wall 2 also made of plastic, a front wall forming ion exchange membrane 3 with a running as a diagonal grid support grid 4 made of glass fiber reinforced plastic, arranged on the front along the frame angle profiles 5, which the membrane 3 and Fasten the support grid 4 on the front side of the frame 1, further a plurality of extending over the front surface of the anode cell outside and respectively attached to the side frame beams reinforcing bars 6 made of steel, two extending in the side frame bars 11 Anolyte supply pipes 7, and two plate anodes 8. Die two plate anodes 8 are arranged side by side.
  • the transverse bar 12 In its upper wall forming the bottom of the anode cell chamber, the transverse bar 12 has a number of outlet openings 13 through which the anolyte fed enters from below into the interior of the anode cell chamber. The return of the anolyte from inside the anode cell chamber occurs from the top of the anode cell.
  • the two plate anodes 8 are not on the lower cross member 12 of the frame, but while they are guided laterally, but otherwise freely suspended in the anode cell. Their lower edges have a certain distance from the provided with the outlet holes 13 upper wall of the transverse spar 12. In addition, the plate anodes 8 are rounded at their edges everywhere, so that even at the plate edges no excessive field concentrations and corrosion is reduced. Because the lower edges of the plate anodes 8 are arranged with a certain distance above the lower cross member 12 and thus also over the outlet holes 13, the plate anodes are everywhere uniformly flowed around in the region of their lower edges of supplied anolyte, so that the occurring in the conventional anode cells in flat design strong Significantly reduce corrosion in the lower plate anode area.
  • closable emptying openings are provided on the lateral frame members 11 immediately above the transverse spar 12 with plugs 14, which make it possible to empty the anode cell and simply rinse any sludge accumulations in the lower region. Since the anode cell chamber is closed at the bottom by the smooth upper wall of the lower cross member 12 and there in contrast to the conventional low-rise anode cells no anolyte pipes run above the ground, no corners and dead spaces are present in which sludge deposits can accumulate and set.
  • the division of the large anode plate in one piece large plate anode in two juxtaposed plate anodes halves their weight and makes it possible that the plate anodes 8 can be pulled out without the use of any lifting equipment and without overstress by hand and used. So they are much easier and easier to handle than the large plate anode of conventional anode cells. At the same time, they offer the possibility of consolidating and strengthening the structure of the cell box, that, as is apparent from the drawings, the reinforcing bracket 6 are each connected centrally via a tension and support connection 9 with the rear wall 2.
  • both the rear wall and the reinforcing bracket 6 and the support grid 4 centered, so in the half width of the anode cell, both against compression from the outside and against bulging supported from the inside, without the two plate anodes 8, both sides of this train - And support links 9 are arranged to be hindered in their free handling when pulling out or insertion.
  • this additional reinforcement also means that the components of the anode cell can be dimensioned smaller because of the central support and the resulting lower loads and thereby the total weight of the anode cell can be significantly reduced compared to conventional anode cells. For one thing, in this way a total structure made of plastic or plastic materials is possible, which otherwise would not be possible for reasons of strength, and on the other hand, the components need not be provided by excessive sizing with a correspondingly high weight.
  • the formation of the support grid 4 as a diagonal grid also brings a number of advantages.
  • the arrangement is statically more favorable than a grid formed with vertical and horizontal bars, because the bars running diagonally between the reinforcing bars 6 necessitate an improvement of the supporting effect by the reinforcing bars 6.
  • the dirt deposits on the construction necessary support grid are significantly reduced. While in a support grid with vertical and horizontal bars the pollution would settle anywhere on the horizontal bars, soiling accumulate at best in the lower corners of the individual grid openings, where they are easily washed away by the prevailing in the coating bath Bad apartkeitsschien.

Description

  • In kataphoretischen Beschichtungsbädern, beispielsweise zum Grundieren und Lackieren von Autokarosserien, wird der die Kataphorese bewirkende Stromfluß in der Badflüssigkeit durch Anodenzellen erzeugt, die entlang des Beckenrands in vertikaler oder horizontaler Orientierung in die Badflüssigkeit eintauchend angeordnet sind, während das zu beschichtende Werkstück, also z.B. eine Autokarosserie, als Kathode geschaltet ist.
  • Die Anodenzellen weisen eine Metallanode auf, die in einer von der Badflüssigkeit durch eine Ionenaustauschermembran getrennten und von einem hindurchzirkulierten Anolyten durchströmten Kammer angeordnet ist.
  • Es ist bereits aus der Praxis bekannt, derartige Anodenzellen in Flachbauweise auszuführen. Die Anodenzelle hat dann die Form eines flachen Kastens mit einer Höhe von etwa zwei Meter, einer Breite von etwa 0,80 Meter und einer Tiefe von einigen Zentimetern. Der Kasten besteht aus einem Rahmen mit einer Rückwand; die Frontwand ist durch die Ionenaustauschermembran gebildet, die an einem entsprechend stabilen stütz gitter gegen den hydrostatischen Druck abgestützt ist. Die plattenförmige Anode steht in dem im Gebrauch in vertikaler oder horizontaler Orientierung in die Badflüssigkeit eintauchend angeordneten Kasten auf dem unteren Rahmenholm auf. Der Anolyt wird von einem Zuleitungsanschluß am oberen Rahmenholm durch zwei entlang der seitlichen Rahmenholme verlaufende Rohre oder Schläuche in der Anodenzelle nach unten geführt und tritt dort aus horizontal über dem unteren Rahmenholm verlaufende Rohrabschnitten in das Zelleninnere aus. Die Anolytenableitung erfolgt aus dem oberen Bereich der Anodenzelle.
  • Die bekannten Anodenzellen in dieser Flachbauweise haben verschiedene Nachteile. Es hat sich gezeigt, daß die Plattenanode im unteren Bereich schnell und stark korrodiert, wobei insbesondere die Eckbereiche in relativ kurzer Zeit stark weggefressen werden. Schlammablagerungen und -Ansammlungen im unteren Bereich der Anodenzelle, was auch von der starken Anodenkorrosion herrührt, behindern die Anolytenzirkulation, weil sie den Austritt des Anolyten aus den über dem unteren Rahmenholm verlaufenden Rohrabschnitten behindern oder gar blockieren. Der Austausch der Plattenanode ist schwierig, da die Plattenanode ein so großes Gewicht hat, daß ein Hebezeug notwendig ist, um sie aus der Anodenzelle herauszuziehen und eine neue Plattenanode einzuführen. Die ganze Anodenzelle ist ziemlich schwer, weil sie wegen des hydrostatischen Drucks entsprechend stabil gebaut sein muß und insbesondere das Stützgitter für die Ionenaustauschermembran entsprechend stabil sein muß. Dabei ist weniger die Einwirkung der Badflüssigkeit von außen auf die Anodenzelle das Problem, da die Anodenzelle ja selbst mit Anolyt gefüllt ist. Wird aber das Beschichtungsbad abgelassen, wirkt sich der innere hydrostatische Druck der mit Anolyt gefüllten Anodenzelle wegen der großen Bauhöhe der Anodenzelle stark aus.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine erheblich verbesserte Anodenzelle in Flachbauweise zu schaffen, welche die aufgezeigten Probleme zumindest in erheblichem Umfang reduziert.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebene Anodenzelle gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Der Aufbau der erfindungsgemäßen Anodenzelle und die sich daraus ergebenden vorteilhaften Wirkungen werden nachstehend unter Bezugnahme auf das in der Zeichnung dargestellte und im folgenden in seinen Einzelheiten beschriebene Ausführungsbeispiel erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
    • Fig. 1
    eine teilweise aufgebrochene Frontansicht einer Anodenzelle nach der Erfindung, und
    Fig. 2
    eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht der Anodenzelle nach Fig. 1.
  • Die erfindungsgemäße Anodenzelle besteht aus einem Rahmen 1 aus Kunststoff, einer Rückwand 2 ebenfalls aus Kunststoff, einer die Frontwand bildenden Ionenaustauschermembran 3 mit einem als Diagonalgitter ausgeführten Stützgitter 4 aus glasfaserverstärktem Kunststoff, an der Frontseite längs des Rahmens angeordneten Winkelprofilen 5, welche die Membran 3 und das Stützgitter 4 an der Frontseite des Rahmens 1 befestigen, weiter einer Mehrzahl von über die Frontfläche der Anodenzelle außen verlaufenden und jeweils an den seitlichen Rahmenholmen befestigter Verstärkungsbügeln 6 aus Stahl, zwei in den seitlichen Rahmenholmen 11 verlaufenden Anolytenzuleitungsrohren 7, und zwei Plattenanoden 8. Die beiden Plattenanoden 8 sind nebeneinander angeordnet.
  • Die beiden Anolytenleitungen 7 in den beiden seitlichen Rahmenholmen 11, die im obersten Bereich der Anodenzelle zu einem gemeinsamen Anolytenzuleitungsanschluß zusammenlaufen, münden mit ihren unteren Enden in den unteren Querholm 12 des Rahmens, der als geschlossener Leitungskanal ausgebildet ist. In seiner oberen, den Boden der Anodenzellenkammer bildenden Wand weist der Querholm 12 eine Anzahl von Austrittsöffnungen 13 auf, durch welche der zugeführte Anolyt von unten in das Innere der Anodenzellenkammer eintritt. Die Rückführung des Anolyten aus dem Inneren der Anodenzellenkammer erfolgt vom obersten Bereich der Anodenzelle aus.
  • Die beiden Plattenanoden 8 stehen nicht auf dem unteren Querholm 12 des Rahmens auf, sondern sind zwar seitlich geführt, aber im übrigen frei hängend in der Anodenzelle angeordnet. Ihre Unterkanten haben einen gewissen Abstand von der mit den Austrittsbohrungen 13 versehenen oberen Wand des Querholms 12. Außerdem sind die Plattenanoden 8 an ihren Kanten überall gerundet, so daß auch an den Plattenkanten keine übermäßigen Feldkonzentrationen entstehen und die Korrosion vermindert wird. Weil die Unterkanten der Plattenanoden 8 mit einem gewissen Abstand über dem unteren Querholm 12 angeordnet sind und damit auch über den Austrittsbohrungen 13, werden die Plattenanoden im Bereich ihrer Unterkanten überall gleichmäßig von zugeführten Anolyten umströmt, so daß die bei den herkömmlichen Anodenzellen in Flachbauweise auftretenden starken Korrosionserscheinungen im unteren Plattenanodenbereich sich erheblich reduzieren.
  • Des weiteren sind an den seitlichen Rahmenholmen 11 unmittelbar oberhalb des Querholms 12 mit Stopfen 14 verschließbare Entleerungsöffnungen vorgesehen, die es ermöglichen, die Anodenzelle zu entleeren und etwaige Schlammansammlungen im unteren Bereich einfach auszuspülen. Da die Anodenzellenkammer unten durch die glatte obere Wand des unteren Querholms 12 abgeschlossen ist und dort im Gegensatz zu den herkömmlichen Flachbau-Anodenzellen keine Anolytenrohre über dem Boden verlaufen, sind keine Ecken und Toträume vorhanden, in denen sich Schlammablagerungen ansammeln und festsetzen können.
  • Die Aufteilung der bei herkömmlichen Anodenzellen einteiligen großen Plattenanode in zwei nebeneinander angeordnete Plattenanoden halbiert deren Gewicht und macht es möglich, daß die Plattenanoden 8 ohne Zuhilfenahme irgendwelcher Hebezeuge und ohne Überanstrengung von Hand ausgezogen und eingesetzt werden können. Sie sind also wesentlich leichter und einfacher zu handhaben als die große Plattenanode herkömmlicher Anodenzellen. Zugleich bieten sie die Möglichkeit, den Aufbau des Zellenkastens dadurch zu verfestigen und zu verstärken, daß, wie aus den Zeichnungen hervorgeht, die Verstärkungsbügel 6 jeweils mittig über eine Zug- und Stützverbindung 9 mit der Rückwand 2 verbunden sind. Dadurch sind sowohl die Rückwand als auch die Verstärkungsbügel 6 und über diese das Stützgitter 4 mittig, also in der halben Breite der Anodenzelle, sowohl gegen Zusammendrücken von außen als auch gegen Ausbauchung von innen abgestützt, ohne daß die beiden Plattenanoden 8, die beiderseits dieser Zug- und Stützverbindungen 9 angeordnet sind, in ihrer freien Handhabbarkeit beim Herausziehen oder Einschieben behindert werden. Diese zusätzliche Verstärkung bedeutet aber auch, daß die Bauteile der Anodenzelle wegen der mittigen Abstützung und der daraus resultierenden geringeren Belastungen auch schwächer dimensioniert sein können und dadurch das Gesamtgewicht der Anodenzelle ganz erheblich gegenüber herkömmlichen Anodenzellen gesenkt werden kann. Denn zum einen ist auf diese Weise ein Gesamtaufbau aus Kunststoff bzw. Kunststoffmaterialien möglich, der sonst aus Festigkeitsgründen nicht möglich wäre, und zum anderen brauchen die Bauteile nicht durch übermäßig starke Dimensionierung mit entsprechend hohem Eigengewicht versehen sein.
  • Die Ausbildung des Stützgitters 4 als Diagonalgitter bringt ebenfalls eine Reihe von Vorteilen mit sich. Zum einen ist die Anordnung statisch günstiger als ein mit senkrechten und waagrechten Stäben ausgebildetes Gitter, weil die diagonal zwischen den Verstärkungsbügeln 6 verlaufenden Gitterstäbe eine Verbesserung der Abstützwirkung durch die Verstärkungsbügel 6 bedingen. Aber auch die Schmutzablagerungen auf dem konstruktionsnotwendigen Stützgitter werden deutlich verringert. Während bei einem Stützgitter mit vertikalen und horizontalen Gitterstäben die Verschmutzungen sich überall auf den horizontalen Gitterstäben absetzen würden, sammeln sich Verschmutzungen allenfalls in den unteren Ecken der einzelnen Gitteröffnungen an, wo sie zu dem durch die im Beschichtungsbad herrschenden Badflüssigkeitsbewegungen leichter weggespült werden.

Claims (12)

  1. Anodenzelle in Flachbauweise zur Verwendung in kataphoretischen Beschichtungsbädern, bestehend aus einem in Form eines flachen Kastens ausgebildeten Gehäuse mit einem Rahmen (1), einer Rückwand (2), einer die Frontwand bildenden, mittels eines Stützgitters (4) abgestützten Ionenaustauschermembran (3), einer plattenförmigen Anode (8), Anolytenzu- und -ableitungsanschlüssen und mit vom Anolytenzuleitungsanschluß in den unteren Endbereich der Anodenzelle verlaufenden Anolytenleitungen (7),
    dadurch gekennzeichnet, daß
    - die untere Begrenzung des Anodenzelleninnenraums durch eine im wesentlichen glatte Wand eines mit den Anolytenleitungen (7) verbundenen Anolytenkanals gebildet ist, in welcher eine Mehrzahl von Austrittsöffnungen (13) für den Anolyten gebildet sind, und
    - die plattenförmige Anode (8) hängend im Anodenzelleninneren angeordnet ist und mit ihrer Unterkante mit gewissem Abstand oberhalb der genannten Wand und der darin gebildeten Austrittsöffnungen (13) endigt.
  2. Anodenzelle nach Anspruch 1, wobei ein unterer Querholm (12) des Rahmens (1) als Anolytenkanal ausgebildet ist, in welchen die Anolytenleitungen (7) einmünden, und dessen obere Wand die genannte Wand (13) bildet.
  3. Anodenzelle nach Anspruch 1 oder 2, wobei alle Kanten der plattenförmigen Anode (8) gerundet sind.
  4. Anodenzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die plattenförmige Anode ihrer Breite nach in zwei separate und etwa flächenbündig nebeneinander angeordnete Halbanoden unterteilt ist, die jeweils gesondert aus der Anodenzelle nach oben herausziehbar bzw. in die Anodenzelle einschiebbar sind.
  5. Anodenzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Anolytenleitungen (7) in den seitlichen vertikalen Rahmenholmen (11) verlaufen.
  6. Anodenzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei unmittelbar über der genannten Wand (13) eine durch einen Stopfen (14) verschließbare Anolytenablaßöffnung vorgesehen ist.
  7. Anodenzelle nach Anspruch 6, wobei zwei Ablaßöffnungen jeweils an den beiden seitlichen Rahmenlängsholmen (11) vorgesehen sind.
  8. Anodenzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei vorderhalb des Stützgitters (4) eine Mehrzahl von mit gegenseitigen vertikalen Abständen angeordneten Verstärkungsbügeln (6) angeordnet ist, die beiderseits an den seitlichen Rahmenholmen (11) befestigt sind.
  9. Anodenzelle nach Anspruch 4 oder Anspruch 8 in der Rückbeziehung auf Anspruch 4, wobei die beiden Halbanoden einen geringen seitlichen Abstand voneinander haben und in dem Zwischenraum zwischen den beiden Halbanoden Zug- und Stützverbindungen zwischen der Rückwand (2) und dem Stützgitter (4) bzw. den Verstärkungsbügeln (6) vorgesehen sind.
  10. Anodenzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Stützgitter (4) als Diagonalgitter ausgeführt ist.
  11. Anodenzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Stützgitter aus glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellt ist.
  12. Anodenzelle nach einem der Ansprüche 1 - 11, wobei die Ionenaustauschermembran (3) und das Stützgitter (4) auf der Frontseite des Rahmens (1) mittels Winkelprofilen (5) aus Kunststoff befestigt sind, auf welche die gegebenenfalls vorhandenen Verstärkungsbügel (6) aufgesetzt sind.
EP00117483A 1999-10-07 2000-08-12 In Flachbauweise ausgeführte Anodenzelle zur Verwendung in kataphoretischen Beschichtungsbädern Expired - Lifetime EP1091025B1 (de)

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EP1091025A2 EP1091025A2 (de) 2001-04-11
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