EP1201791A2 - Anodenzelle zur kathodischen Elektro-Tauchlackierung von Werkstücken - Google Patents

Anodenzelle zur kathodischen Elektro-Tauchlackierung von Werkstücken Download PDF

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EP1201791A2
EP1201791A2 EP01122349A EP01122349A EP1201791A2 EP 1201791 A2 EP1201791 A2 EP 1201791A2 EP 01122349 A EP01122349 A EP 01122349A EP 01122349 A EP01122349 A EP 01122349A EP 1201791 A2 EP1201791 A2 EP 1201791A2
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EP
European Patent Office
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anode
area
electrical
cell according
anode cell
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01122349A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1201791A3 (de
Inventor
Jürgen Weschke
Ralf Prof. Dr c/o Märkische Fachhochschule Feser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Duerr Systems AG
Original Assignee
Duerr Systems AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Duerr Systems AG filed Critical Duerr Systems AG
Publication of EP1201791A2 publication Critical patent/EP1201791A2/de
Publication of EP1201791A3 publication Critical patent/EP1201791A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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

  • the present invention relates to an anode cell for production of an electric field in a plunge pool cathodic electro dip painting of workpieces, in particular of vehicle bodies which have at least one anode includes.
  • plunge pools for cathodic electro-dip painting known from vehicle bodies, which anode cells arranged in the wall of the immersion tank with in arranged essentially rectangular to the anode cells, Include anode sheets.
  • vehicle bodies which anode cells arranged in the wall of the immersion tank with in arranged essentially rectangular to the anode cells, Include anode sheets.
  • vehicle bodies which anode cells arranged in the wall of the immersion tank with in arranged essentially rectangular to the anode cells, Include anode sheets.
  • vehicle bodies which anode cells arranged in the wall of the immersion tank with in arranged essentially rectangular to the anode cells, Include anode sheets.
  • This electrical Field causes electrolytic dissociation of the Electrolytes in the plunge pool, in which in the boundary layer the vehicle bodies connected as cathode Hydroxide ions are formed.
  • KTL paint only in acidic environment is dispersible, the paint coagulates on the Cathode and thus leads to a layer formation on the vehicle body.
  • the stratification rate depends on the local field strength the vehicle body. Since the potential difference between Cathode and anode is constant, the electric field strength depends the distance between the respective coated area the vehicle body and the anode. Parts of the body, which are closer to the anode, such as the side parts of the body, are with a higher Layering rate coated as parts of the body that are further away from the anode, such as interior areas the sill and the roof.
  • the present invention has for its object a To create anode cell of the type mentioned, which it allows a desired layer thickness distribution to the to achieve coating workpieces, and simple is constructed and easy to maintain.
  • This task is done with an anode cell with the characteristics of the preamble of claim 1 solved according to the invention, that between the generation of the electric field effective area of the anode and the workpiece to be coated the anode opposite that of the outer contour of the concerned Anode limited area is reduced.
  • the solution according to the invention is based on the concept of such Use anodes, which with regard to their arrangement and their outer contour can correspond to conventional anodes, and that between the anodes and those to be coated Workpieces generated electrical field through targeted reduction the effective area of the anodes so that the desired layer thickness distribution on the one to be coated Workpiece is achieved.
  • the middle portion of the field generation effective area of the anode on the of the outer contour total area of the anode along a longitudinal direction the anode varies. Areas of the anode where the middle Proportion of effective area is high, leading to a higher one Layer thickness at the areas of the coating workpieces as areas of the anode in which the average proportion of the effective area is small.
  • An anode cell whose anode is along a longitudinal direction has a varying average proportion of the effective area, is advantageously arranged in the plunge pool in such a way that the longitudinal direction of the anode transversely, preferably substantially perpendicular to the direction of flow of the coating Workpieces are aligned through the plunge pool.
  • the effective area of the anode is reduced in that the Anode cell at least one between the anode and the one to be coated Electrical shield arranged on the workpiece to reduce the electric field effective area between the anode and the workpiece Anode includes.
  • the electrical shielding and their arrangement relative to the respective anode can be of any shape the anode surface for generating the electric field be rendered ineffective; only that not by the electrical Shield hidden area of the anode surface is effective for generating the electric field.
  • the electrical Shield comprises an electrically conductive material.
  • an electrically highly conductive material can be achieved that the electrical field between the shield and the workpiece to be coated is significantly weakened.
  • the electrical shield can be placed on cathodic potential.
  • the electrical shielding and what is to be coated Workpiece at the same electrical potential so that the electrical field between the electrical shield on the one hand and the workpiece to be coated on the other completely disappears.
  • the electrical Shielding a coating from electrical not conductive material. This avoids that due the high field strength between the anode and the electrical Shielding current flows and through electrolytic Dissociation on the electrical shield disturbing Electrolysis gases are generated.
  • the coating of electrically non-conductive material can, for example, KTL paint or a plastic powder coating include.
  • the electrical shield is designed as a shielding plate is.
  • a shield can be as essentially flat rectangular sheet or as, for example, semicircular be bent sheet metal.
  • Such Design of an electrical shield can in particular be manufactured in a simple manner.
  • the electrical shield at least one Passage opening for the passage of the electric field having.
  • This passage opening corresponds to an area the anode, which is not due to the electrical shielding is hidden and therefore to generate the electrical Field between the anode and the workpiece to be coated is effective.
  • the electrical shield for example the shielding plate from the anode cell is removable.
  • the shield removed from the anode cell can have additional or enlarged openings provided or against another shield with a different number or arrangement of through openings be replaced.
  • the anode with at least a through opening to reduce the generation of electric field between the anode and the one to be coated Work surface of the anode is provided.
  • Number, shape and size of the through openings in the anode can be varied particularly easily if the anode a holding frame and anode partial sheets held on the holding frame includes.
  • the anode partial sheet has a holding area comprises, on which the anode partial sheet from the holding frame is held, the holding area being made of crevice corrosion-resistant Material is formed.
  • the anode partial sheet except the holding area also includes a field generating area which from a different material from the holding area Material formed and connected to the holding area without gaps is.
  • Such a field generation area of the anode partial sheet can made of a material with a lower crevice corrosion resistance, for example made of stainless steel, for example made of material 1.4404.
  • the gap-free connection between the holding area and the Field generation area can, for example, by welding getting produced.
  • the effective area of the anode is in a testing phase or when changing the type of workpieces to be coated, especially when the type to be coated is changed Vehicle bodies, particularly easy to change if it is provided that the anode can be removed from the anode cell is. After removal from the anode cell, the number or changed the shape of the through openings in the anode or the anode against another anode with another Configuration of through openings can be exchanged.
  • the anode cell according to the invention is particularly suitable for Use in a device for cathodic electro-dip painting of workpieces, in particular vehicle bodies, which is a plunge pool and at least one in that Plunge pool arranged anode cell according to the invention comprises.
  • the device for cathodic electro dip painting several anode cells in the follow the longitudinal direction of the plunge pool and each comprise an electrical shield, which at least one Passage opening for the passage of the electric field has, it can be provided that the electrical Shielding the successive anode cells differing in height and / or size Have passage openings. This makes it possible the different areas of a workpiece to be coated to coat for different lengths.
  • the electrical shields more openings at the level of the Sill area of a vehicle body to be painted than at the heights of other body parts, so that the sill area is coated longer than the rest Body parts and the use of additional floor anodes to coat the sill area can.
  • the device for cathodic electro dip painting several anode cells in the follow the longitudinal direction of the plunge pool and their Anodes each with at least one through opening Reduction in the generation of the electric field between the respective anode and the one to be coated Work surface of the anode are provided, so can it is intended that the anodes of the successive Anode cells in terms of height and / or size of each other have different through openings. This will make it possible for different areas of the to be coated Workpieces have different coating times achieve.
  • Dip tanks for cathodic electro dip painting of Vehicle bodies 102 include one Trough 104, which is up to a liquid level 106 with a Electrolyte bath 108 is filled. Over an overflow edge 110 can electrolyte from the electrolyte bath 108 into an overflow tank 112 drain.
  • the overflow tank 112 is via an electrolyte supply line 114 with a pump 116 and a filter 118 and above electrolyte branch lines branching from the electrolyte supply line 114 120 with injector nozzles 122 in the bottom area of the Tub 104 connected.
  • the mean flow direction 124 of the Direction of travel 126 of the vehicle bodies 102 through the Electrolyte bath 108, which is parallel to the longitudinal direction 128 of the Plunge pool 100 runs in the opposite parallel.
  • Projection 130 designated “tanker snout” is formed from which electrolyte via an electrolyte supply line 132 a pump 134 and a filter 136 and over from the electrolyte supply line 132 branching electrolyte branch lines 138 further arranged in the bottom area of the tub 104
  • Injector nozzles 122 ' is supplied, which are also used for generation the electrolyte flow through the electrolyte bath 108 contribute.
  • the plunge pool 100 extends along the tub 104 of the side walls of the tub 104 arranged in the longitudinal direction 128 of the plunge pool 100 consecutive and in the Longitudinal direction 128 spaced apart anode cells 138 with anodes 139 formed from anode sheets 140.
  • the Anode sheets 140 are via electrical connection lines 142 connected to the positive outputs of rectifiers 144 and thereby placed on positive anodic potential.
  • the positive outputs are the rectifiers 144 grounded so that the anodic potential is the ground potential equivalent.
  • the negative outputs of the rectifiers 144 are each with a portion 146 of one designated 148 as a whole Busbar connected so that the sections 146 of the busbar 148 are set to negative cathodic potential.
  • the vehicle bodies 102 to be painted which by means of a suitable conveyor, for example a (not shown) shuttle conveyor, in the electrolyte bath 108 of the immersion pool 100 introduced, along the direction of flow 126 conveyed through the electrolyte bath 108 and then applied again from the electrolyte bath 108 stand with one during the entire immersion period Section 146 of the busbar 148 in electrically conductive Connection, so that the metallic and thus electrical conductive material existing vehicle bodies 102 are at the negative cathodic potential.
  • a suitable conveyor for example a (not shown) shuttle conveyor
  • anode sheets 140 and the vehicle bodies 102 are placed on different electrical potentials, there is an electrolytic dissociation of in the water molecules present in the electrolyte, wherein in the Interface layer of the anodes 139 protons and oxygen molecules are formed while in the boundary layer as the cathode functioning vehicle bodies 102 hydroxide ions and hydrogen molecules be formed.
  • the mass transfer of others charged and dispersed paint particles to the to be coated Surface occurs in the core flow of the Electrolyte bath 108 due to flow turbulence and in the Cathode boundary layer due to migration of the charged paint particles in the electric field.
  • the electric field strength depends on the gradient of the electric potential field between the anode and the Cathode, that is the surface to be coated. Since that Potential over the entire cathode and the entire Anode is constant, the gradient of the electrical potential field depends from the local distance of the cathode, i.e. the vehicle body 102 to be painted, from the anode.
  • anode without electrical shielding are therefore parts of the body 102 that are closer to the Anode, such as the side parts of the body, coated with a higher layer thickness than such Areas of the body that are further from the anode are, such as interior areas of the sill and that Top, roof.
  • the anode cells 138 of the immersion tank are to be influenced 100 each provided with an electrical shield.
  • FIGS. 2 and 3 The structure of an anode cell 138 is shown in FIGS. 2 and 3 seen.
  • Each of the anode cells 138 includes one of the electrolyte bath 108 facing front frame 150, which is essentially is rectangular and has a rectangular through opening surrounds, and one of the side wall of the tub 104 which the anode cell 138 is arranged facing rear Frame 152, which is also rectangular is and on its top brackets 154 for hanging the has rear frame 152 on a side wall of the tub 104.
  • anode cell 138 Between the front frame 150 and the rear frame 152 the remaining components of the anode cell 138 are held; this is an essentially rectangular one Anion exchange membrane 156, which is between two only in the Fig. 2, but not shown in Fig. 3 spacer grids 158 is held, a substantially rectangular anode plate 140 that at its top edge with a projection 160 is provided, on which the anode plate upwards from the Anode cell 138 can be pulled out, one between the Anode plate 140 and the anion exchange membrane 156 arranged substantially rectangular shielding plate 162, the is provided on its upper edge with a projection 164, on which the shield plate 162 upwards from the anode cell 138 can be pulled out, a grate-shaped first Spacer 166, which is between the rear frame 152 and the anode plate 140 is arranged and from a electrically insulating material is made to the rear Electrically isolate frame 152 from anode sheet 140, and a grate-shaped second spacer 168, which between
  • anode cell 138 comprises an annularly closed one Seal 170, which on the front frame 150 facing away Side of the anion exchange membrane 156 along the side thereof Edges are arranged around the interior of the anode cell 138 to seal against the electrolyte bath 108.
  • the anode cell 138 has an inlet 172 for supply from anolyte to anode cell 138 and with one drain 174 for removing anolyte from the interior of the anode cell 138 provided.
  • the interior of the anode cell 138, the inlet 172 and the drain 174 are part of an anolyte cycle through the anode cell 138, which further (not shown) Devices for conditioning the anolyte, in particular to remove corrosion products from the Anode originate from acetic acid and from anions from the anolyte includes.
  • the removal of acetic acid from the anolyte is required because the KTL lacquer is dispersed with acetic acid and excess during cathodic electro dip painting Acetic acid migrates to the anode.
  • the anolyte in the anode cell 138 has a pH in the range from about 2.5 to about 3.
  • the anode sheet 140 is made, for example, of stainless steel or made of titanium with an oxide coating.
  • the oxide coating can be, for example, a tantalum iridium oxide or a tantalum ruthenium oxide his.
  • the shield plate 162 has one or more passage areas 176, each with a, preferably rectangular, Passage opening 178 formed in the shield plate 162 are.
  • the Field lines 180 (see the schematic representation of FIG. 4) the electric field between the positively charged Anode plate 140 and the one (shown purely schematically in FIG. 4) negatively charged vehicle body 102 by the Pass shielding plate 162 through.
  • the electrical potential essentially increases linear from the potential of the anode sheet 140 (e.g. O V) up to the cathodic potential of the vehicle body 102 (e.g. 300 V). 4 is this linear potential increase schematically through the line 182 shown.
  • the shield plate 162 is designed so that it is on the one hand shields the electric field and secondly not as Electrode can act.
  • the shield plate 162 may be a metal plate with a coating of KTL lacquer or with a coating be made of plastic.
  • the electrically conductive core of the shield plate 162 is placed on the same cathodic potential as the vehicle body 102 so that the electric field between the shield 162 and the vehicle body 102 essentially disappears.
  • the total difference between the anodic Potential and the cathodic potential falls between the anode plate 140 and the shield plate 162 as from the in Fig. 4 designated 184 potential curve in the area of the shield plate 162 can be seen.
  • each shield plate 162 to the same cathodic potential lay like that section 146 of the busbar 148, with which the vehicle body 102 is currently in contact with, if the respective shield plate 162 in the electrolyte bath 108 is opposite.
  • the shield plate 162 Through the electrical insulation 188 of the shield plate 162 ensures that the shield plate 162 is not used as a cathode acts so that despite the high electric field strength in the area between the anode plate 140 and the shielding plate 162 no electrical charge through the shielding plate 162 can flow off and thus on the shielding plate 162 no electrolytic dissociation of water with formation of hydroxide ions and hydrogen takes place.
  • the deposition rate of the KTL paint on the vehicle body 102 depends on the local electric field strength, is Deposition rate in the one hidden by the shield plate 162 Area 190 significantly smaller than in area 192 of the Vehicle body 102, which the passage area 176 in the shield plate 162 is opposite.
  • the deposition rate is in the non-masked area 192 significantly higher than in the hidden area 190.
  • Fig. 5 shows the equipotential lines 194 of the electrical Field between a conveyed through the electrolyte bath 108 Vehicle body 102 and laterally along the side walls the anode cells 138 arranged in the tub 104 fully inserted anode sheets 140 and completely pulled out shielding plates 162.
  • the vehicle body 102 is one in FIGS. 5 and 6 small angle pivoted about its horizontal longitudinal axis; this tilting of the vehicle body 102 serves to The KTL paint runs off when the vehicle body appears 102 from the electrolyte bath 108 to facilitate.
  • 5 and 6 correspond to small distances between successive ones Equipotential lines 194 of a high electrical Field strength.
  • the distance between the successive equipotential lines 194 is in the rocker panels in this case 196 significantly smaller than on the side wall areas 198 and on the hood areas 200. Accordingly, in this case the electrical field strength and thus the local deposition rate the side wall areas 198 and the hood areas 200 clearly less than in the sill areas 196. The required Minimum layer thickness on the inner sill areas can therefore be achieved without overcoating the side wall regions 198 and the hood regions 200 occurs.
  • FIG. 7 shows a shield plate 162 with an upper through opening 178a and a lower through opening 178b.
  • the upper extends Through opening 178a over the height of the roof area of the in Electrolyte bath 108 transported past the shield plate 162 Vehicle body 102 while the lower Through opening 178b over the height of the sill area 196, the side wall area 198 and the hood area 200 extends.
  • Dip tank 100 is therefore provided that the anode cells 138 to several, for example four, in the longitudinal direction 128 of the plunge pool grouped 100 consecutive groups with anode cells 138 in each group the same shielding plates 162, the anode cells 138 different groups but with different ones Shielding plates 162 are equipped.
  • the shield plates 162a are in the direction of passage 126 of the vehicle body 102 front group of anode cells 138 constructed in the same way as in the context above described with Fig. 7, that is, with an upper Through opening 178a, which the roof area 202 of the vehicle body 102 releases for coating, and with a lower through opening 178b, which the sill area 196, the side wall area 198 and the hood area 200 releases, as well as with one between the upper through opening 178a and the lower through opening 178b Fade-out area 206a which provides the window area 204 hides the vehicle body 102.
  • the shield plates 162c on the second group of anode cells 138 third in the direction of passage 126 Group of anode cells 138 have an upper through opening 178a on the roof area 202 of the vehicle body 102 releases for coating, a lower through opening 178c, which releases the sill area 196 for coating, and one between the two through openings 178a and 178c extending blanking area 206c, the side wall area 198, the hood area 200 and the window area 204 of the vehicle body 102 fades out.
  • the shield plates 162d on the third group of anode cells 138 in the direction of passage 126 following the fourth Group of anode cells 138 have a lower through opening 178c on the sill area 196 of the vehicle body 102 releases for coating, as well as one of the upper edge of the passage opening 178c to the upper Blanking area extending edge of the shielding plate 162 206d, the side wall area 198, the hood area 200, the window area 204 and the roof area 202 of the vehicle body 102 hides.
  • electrolyte bath 108 along the direction of passage 126 in the area of the first group of anode cells 138 with the shielding plates 162a, the sill area 196, the side wall area 198, the hood area 200 and the roof area 202 of the vehicle body 102 with a large deposition rate and the hidden window area 204 with a low deposition rate coated.
  • sill area 196 the inside of the sill, which is difficult to access, longer than that to coat other areas of the body, so that in Sill inner area required layer thickness of, for example about 12 ⁇ m can be achieved without it in the side wall area 198 and in the hood area 200 into one Overcoating is coming.
  • the thickness of the in through the different groups of Anode cells 138 defined coating phases deposited Coatings can be determined by the number of anode cells 138, which are assigned to each of these groups, can be set.
  • a second embodiment of a cathodic device Electro-immersion painting differs from vehicle bodies 102 differs from the first embodiment described above in that the anode cells 138 have no shielding plates 162, but with through openings for reduction the electric field strength at a selected one Areas of the vehicle bodies 102 provided anodes 139 include.
  • each anode cell 138 of the second embodiment a substantially rectangular support frame 208 on the Above a projection 164 is provided on which the Anode 139 'as a whole upward from anode cell 138 can be pulled out and on which the anode 139 ' electrically contacted, that means to anodic potential can be placed.
  • Holding frame 208 On the front sides of the side members 209 of the holding frame 208 are equidistantly arranged, in the horizontal direction from Holding frame 208 is provided from protruding holding pins 211 which one or more substantially rectangular anode partial sheets 210 are attached.
  • fasteners (not shown) can be used by means of which the anode partial sheets 210 can be detached can be fixed on the holding pins 211 of the holding frame 208, for example lock nuts, lock washers or like.
  • each includes of the anode partial sheets 210 at each of their end regions a holding area 213 on which the relevant anode partial sheet 210 is held by the holding frame 208, to which Purpose of each of the holding areas 213 with two through holes each 215 each for holding one of the holding pins 211 of the holding frame 208 is provided.
  • each anode partial sheet 210 also made of crevice corrosion-resistant Material, preferably from the same Material such as the holding frame 208 formed.
  • substantially rectangular field generation area 217 is between the side members 209 of the Holding frame 208 arranged at a sufficient distance therefrom, so that this field generation area 217 is already due its arrangement is less prone to crevice corrosion.
  • the field generation area 217 can therefore be made of one material formed with a lower crevice corrosion resistance stainless steel, e.g. from the Material 1.4404.
  • the field generation area 217 gap-free, for example by welding, with each connected to one of the two holding areas 213.
  • Fig. 13 is for various nickel materials and high alloy Special stainless steels the critical pitting corrosion temperature CPT in 10% Fe (III) Cl solution as a function of Effective sum WS or WS 'entered.
  • the two figures 13 and 14 are from the book by U. Heubner et al .: "Nickel materials and high-alloy special stainless steels", Krupp, VDM, expert verlag, 1985, Ehningen.
  • anode partial sheets which can be suspended on the holding frame 208 210 may be on each of the anodes 139 'from the anode sub-sheets 210 covered field generation areas 212 are formed between two fields 212 or between a field generation area 212 and the Holding frame 208 remaining spaces each one Form through opening 214 of the anode 139 '.
  • Areas of a vehicle body 102 that are at the height of a Field generation area 212 transported past an anode 139 ' are coated with a high deposition rate, since the electric field between the anode 139 'and the vehicle body 102 at the level of the field generation areas 212 has a high field strength.
  • the through openings 214 in the anodes 139 'thus have a comparable effect to the masking areas 206 of FIG Shield plates 162 of the first embodiment.
  • the field generation areas of the anodes 139 'of the second embodiment have essentially the same effect like the passage openings 178 in the shielding plates 162 the first embodiment.
  • variable anode 139 'a Through opening 214 and / or the shielding plate 162 one Fade out area 206.
  • the second embodiment of a device is correct for cathodic electro-dip painting of vehicle bodies in terms of structure and function with the first Embodiment corresponds to the above description insofar as reference is made.

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Abstract

Um eine Anodenzelle zur Erzeugung eines elektrischen Feldes in einem Tauchbecken zur kathodischen Elektro-Tauchlackierung von Werkstücken, insbesondere von Fahrzeugkarosserien, welche mindestens eine Anode umfaßt, zu schaffen, welche es ermöglicht, eine gewünschte Schichtdickenverteilung an den zu beschichtenden Werkstücken zu erzielen, und dabei einfach aufgebaut und wartungsfreundlich ist, wird vorgeschlagen, daß die zur Erzeugung des elektrischen Feldes zwischen der Anode und dem zu beschichtenden Werkstück wirksame Fläche der Anode gegenüber der von der Außenkontur der betreffenden Anode begrenzten Fläche reduziert ist. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anodenzelle zur Erzeugung eines elektrischen Feldes in einem Tauchbecken zur kathodischen Elektro-Tauchlackierung von Werkstücken, insbesondere von Fahrzeugkarosserien, welche mindestens eine Anode umfaßt.
Solche Anodenzellen sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Insbesondere sind Tauchbecken zur kathodischen Elektro-Tauchlackierung von Fahrzeugkarosserien bekannt, welche an der Wandung des Tauchbeckens angeordnete Anodenzellen mit in den Anodenzellen angeordneten, im wesentlichen rechteckigen, Anodenblechen umfassen. Die an den Anodenzellen vorbei durch das Tauchbecken geförderten Fahrzeugkarosserien werden auf kathodisches Potential gelegt, so daß zwischen den Anodenblechen der Anodenzellen einerseits und den Fahrzeugkarosserien andererseits ein elektrisches Feld erzeugt wird. Dieses elektrische Feld bewirkt eine elektrolytische Dissoziation des Elektrolyten in dem Tauchbecken, bei welcher in der Grenzschicht der als Kathode geschalteten Fahrzeugkarosserien Hydroxid-Ionen gebildet werden. Da der für die kathodische Tauchlackierung verwendete Lack (sogenannter KTL-Lack) nur im sauren Milieu dispergierbar ist, koaguliert der Lack an der Kathode und führt so zu einer Schichtbildung auf der Fahrzeugkarosserie.
Die Schichtbildungsrate hängt von der lokalen Feldstärke an der Fahrzeugkarosserie ab. Da die Potentialdifferenz zwischen Kathode und Anode konstant ist, hängt die elektrische Feldstärke vom Abstand zwischen dem jeweils beschichteten Bereich der Fahrzeugkarosserie und der Anode ab. Teile der Karosserie, die sich näher an der Anode befinden, wie zum Beispiel die Seitenteile der Karosserie, werden mit einer höheren Schichtbildungsrate beschichtet als Teile der Karosserie, die weiter von der Anode entfernt sind, wie beispielsweise Innenbereiche des Schwellers und das Dach.
Dies bedeutet jedoch, daß zur Erreichung einer Mindestschichtdicke im Schwellerinnenbereich von beispielsweise 12 µm an den Seitenteilen der Fahrzeugkarosserie und auf Bereichen der Hauben der Fahrzeugkarosserie Schichtdicken von bis zu 24 µm gebildet werden. Diese Überbeschichtung an Teilen der Fahrzeugkarosserie führt zu einem Mehrverbrauch an KTL-Lack sowie zu einer erhöhten Steinschlagempfindlichkeit.
Aus der DE 196 06 000 C1 ist es bekannt, die Dicke der Lackabscheidung an einer Fahrzeugkarosserie bei kathodischer Tauchlackierung dadurch örtlich gleichmäßiger zu gestalten, daß auf jeder Längsseite des Tauchbeckens seitlich der zu lackierenden Karosserien jeweils mehrere vertikal voneinander beabstandete Anoden vorgesehen sind. Hierbei ist von Nachteil, daß die unterhalb der obersten Anode angeordneten weiteren Anoden von außerhalb des Tauchbeckens nicht zugänglich sind, so daß zur Wartung dieser Anoden das Elektrolytbad aus dem Tauchbecken abgelassen werden muß. Außerdem sedimentieren an der Oberseite der nach vertikal oben frei in dem Tauchbecken angeordneten Anoden Feststoffpartikel aus dem Elektrolytbad, weshalb die Anoden gemäß der DE 196 06 000 C2 mit einer Sedimentationsschutzleiste abgedeckt werden müssen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anodenzelle der eingangs genannten Art zu schaffen, welche es ermöglicht, eine gewünschte Schichtdickenverteilung an den zu beschichtenden Werkstücken zu erzielen, und dabei einfach aufgebaut und wartungsfreundlich ist.
Diese Aufgabe wird bei einer Anodenzelle mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zur Erzeugung des elektrischen Feldes zwischen der Anode und dem zu beschichtenden Werkstück wirksame Fläche der Anode gegenüber der von der Außenkontur der betreffenden Anode begrenzten Fläche reduziert ist.
Der erfindungsgemäßen Lösung liegt das Konzept zugrunde, solche Anoden einzusetzen, welche hinsichtlich ihrer Anordnung und ihrer Außenkontur herkömmlichen Anoden entsprechen können, und das zwischen den Anoden und den zu beschichtenden Werkstücken erzeugte elektrische Feld durch gezielte Verringerung der wirksamen Fläche der Anoden so einzustellen, daß die gewünschte Schichtdickenverteilung an dem zu beschichtenden Werkstück erzielt wird.
Dadurch, daß die wirksame Fläche der Anode innerhalb der Außenkontur der Anode verringert wird, kann die Außenkontur der Anode unabhängig von der jeweils gewünschten wirksamen Fläche der Anode gewählt werden. Insbesondere können Anoden mit unterschiedlicher wirksamer Fläche eine identische Außenkontur aufweisen, was die Herstellung und Handhabung der Anoden vereinfacht.
Um eine in einer Richtung senkrecht zur Durchlaufrichtung der Werkstücke durch das Tauchbecken variierende Schichtdickenverteilung an den zu beschichtenden Werkstücken zu erzeugen, kann vorgesehen sein, daß der mittlere Anteil der zur Felderzeugung wirksamen Fläche der Anode an der von der Außenkontur der Anode begrenzten Gesamtfläche längs einer Längsrichtung der Anode variiert. Bereiche der Anode, in denen der mittlere Anteil der wirksamen Fläche hoch ist, führen zu einer höheren Schichtdicke an den daran vorbeigeführten Bereichen der zu beschichtenden Werkstücke als Bereiche der Anode, in denen der mittlere Anteil der wirksamen Fläche klein ist.
Eine Anodenzelle, deren Anode einen längs einer Längsrichtung variierenden mittleren Anteil der wirksamen Fläche aufweist, wird in dem Tauchbecken vorteilhafterweise so angeordnet, daß die Längsrichtung der Anode quer, vorzugsweise im wesentlichen senkrecht, zur Durchlaufrichtung der zu beschichtenden Werkstücke durch das Tauchbecken ausgerichtet ist.
Bei einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anodenzelle wird die wirksame Fläche der Anode dadurch reduziert, daß die Anodenzelle mindestens eine zwischen der Anode und dem zu beschichtenden Werkstück angeordnete elektrische Abschirmung zur Reduzierung der zur Erzeugung des elektrischen Feldes zwischen der Anode und dem Werkstück wirksamen Fläche der Anode umfaßt.
Durch das Vorhandensein der elektrischen Abschirmung können die Feldlinien des elektrischen Feldes im wesentlichen nur von denjenigen Bereichen der Anode zu dem Werkstück durchtre ten, welche nicht durch die elektrische Abschirmung ausgeblendet werden. Durch geeignete Wahl der Größe und Gestalt der elektrischen Abschirmung und deren Anordnung relativ zu der jeweiligen Anode kann so ein beliebig geformter Ausschnitt der Anodenfläche zur Erzeugung des elektrischen Feldes unwirksam gemacht werden; nur der nicht durch die elektrische Abschirmung ausgeblendete Bereich der Anodenfläche ist zur Erzeugung des elektrischen Feldes wirksam.
Um eine besonders wirksame elektrische Abschirmung zu erhalten, ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß die elektrische Abschirmung ein elektrisch leitfähiges Material umfaßt. Mit einem elektrisch gut leitfähigen Material kann erreicht werden, daß das elektrische Feld zwischen der Abschirmung und dem zu beschichtenden Werkstück deutlich geschwächt wird.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, daß die elektrische Abschirmung auf kathodisches Potential legbar ist. In diesem Fall liegen die elektrische Abschirmung und das zu beschichtende Werkstück auf demselben elektrischen Potential, so daß das elektrische Feld zwischen der elektrischen Abschirmung einerseits und dem zu beschichtenden Werkstück andererseits völlig verschwindet. Die von dem durch die elektrische Abschirmung ausgeblendeten Bereich der Anode ausgehenden Feldlinien enden sämtlich an der der Anode zugewandten Seite der elektrischen Abschirmung.
Um zu verhindern, daß die elektrische Abschirmung selbst als Kathode fungiert, ist vorzugsweise vorgesehen, daß die elektrische Abschirmung eine Beschichtung aus elektrisch nicht leitfähigem Material umfaßt. Dadurch wird vermieden, daß aufgrund der hohen Feldstärke zwischen der Anode und der elektrischen Abschirmung Strom abfließt und durch elektrolytische Dissoziation an der elektrischen Abschirmung störende Elektrolysegase entstehen.
Die Beschichtung aus elektrisch nicht leitfähigem Material kann beispielsweise KTL-Lack oder eine Kunststoff-Pulverbeschichtung umfassen.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die elektrische Abschirmung als Abschirmblech ausgebildet ist. Ein solches Abschirmblech kann als im wesentlichen ebenes rechteckiges Blech oder als beispielsweise halbkreisförmig gebogenes Blech ausgebildet sein. Eine solche Ausgestaltung einer elektrischen Abschirmung kann in besonders einfacher Weise hergestellt werden.
Um die Lage und die Ausdehnung der wirksamen Fläche der Anode in einfacher Weise festlegen zu können, ist vorzugsweise vorgesehen, daß die elektrische Abschirmung mindestens eine Durchtrittsöffnung für den Durchtritt des elektrischen Feldes aufweist. Diese Durchtrittsöffnung entspricht einem Bereich der Anode, welcher durch die elektrische Abschirmung nicht ausgeblendet wird und daher zur Erzeugung des elektrischen Feldes zwischen der Anode und dem zu beschichtenden Werkstück wirksam ist.
Um die wirksame Fläche der Anode in einer Erprobungsphase oder bei einem Wechsel der Art der zu beschichtenden Werkstücke, insbesondere bei einem Wechsel des Typs der Fahrzeugkarosserien, in einfacher Weise verändern zu können, ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß die elektrische Abschirmung, beispielsweise das Abschirmblech, aus der Anodenzelle entnehmbar ist. Die aus der Anodenzelle entnommene Abschirmung kann mit zusätzlichen oder vergrößerten Durchtrittsöffnungen versehen werden oder gegen eine andere Abschirmung mit einer anderen Anzahl oder Anordnung von Durchtrittsöffnungen ausgetauscht werden.
Besonders günstig ist es, wenn die elektrische Abschirmung nach oben aus der Anodenzelle herausziehbar ist. Auf diese Weise ist ein Austausch der Abschirmung möglich, ohne daß hierzu das Elektrolytbad aus dem Tauchbecken abgelassen werden muß.
Alternativ oder ergänzend zu einer Reduzierung der wirksamen Fläche der Anode mittels einer zwischen der Anode und dem zu beschichtenden Werkstück angeordneten elektrischen Abschirmung kann auch vorgesehen sein, daß die Anode mit mindestens einer Durchgangsöffnung zur Reduzierung der zur Erzeugung des elektrischen Feldes zwischen der Anode und dem zu beschichtenden Werkstück wirksamen Fläche der Anode versehen ist.
Anders als bei einer Reduzierung der wirksamen Fläche durch eine elektrische Abschirmung tritt hier die Verringerung der wirksamen Fläche nicht durch Ausblendung eines Bereichs der Anode ein, sondern vielmehr dadurch, daß ein Teil aus der Anode selbst herausgeschnitten wird, so daß sich an dem herausgeschnittenen Teil keine elektrischen Ladungen ausbilden können.
Anzahl, Gestalt und Größe der Durchgangsöffnungen in der Anode können besonders einfach variiert werden, wenn die Anode einen Halterahmen und an dem Halterahmen gehaltene Anoden-Teilbleche umfaßt.
Um das Auftreten von Spaltkorrosion an der variabel aufgebauten Anode weitgehend zu vermeiden, ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß der Halterahmen aus einem spaltkorrosionsbeständigen Werkstoff hergestellt ist.
Ferner ist es günstig, wenn das Anoden-Teilblech einen Haltebereich umfaßt, an dem das Anoden-Teilblech von dem Halterahmen gehalten wird, wobei der Haltebereich aus einem spaltkorrosionsbeständigen Werkstoff gebildet ist.
Besonders günstig ist es, wenn der Halterahmen und der Haltebereich des Anoden-Teilblechs aus demselben spaltkorrosionsbeständigen Werkstoff gebildet sind.
Ferner kann vorgesehen sein, daß das Anoden-Teilblech außer dem Haltebereich auch einen Felderzeugungsbereich umfaßt, der aus einem von dem Material des Haltebereichs verschiedenen Material gebildet und spaltfrei mit dem Haltebereich verbunden ist.
Ein solcher Felderzeugungsbereich des Anoden-Teilblechs kann aus einem Werkstoff mit einer geringeren Spaltkorrosionsbeständigkeit, beispielsweise aus nichtrostendem Stahl, beispielsweise aus dem Werkstoff 1.4404, gebildet werden.
Die spaltfreie Verbindung zwischen dem Haltebereich und dem Felderzeugungsbereich kann beispielsweise durch Schweißung hergestellt werden.
Die wirksame Fläche der Anode ist in einer Erprobungsphase oder bei einem Wechsel der Art der zu beschichtenden Werkstücke, insbesondere bei einem Typwechsel der zu beschichtenden Fahrzeugkarosserien, besonders leicht veränderbar, wenn vorgesehen ist, daß die Anode aus der Anodenzelle entnehmbar ist. Nach Entnehmen aus der Anodenzelle kann die Anzahl oder die Gestalt der Durchgangsöffnungen in der Anode verändert werden oder die Anode gegen eine andere Anode mit einer anderen Konfiguration von Durchgangsöffnungen ausgetauscht werden.
Eine solche Bearbeitung der Anode oder ein Austausch der Anode gegen eine andere Anode kann ohne Ablassen des Elektrolytbades aus dem Tauchbecken bewerkstelligt werden, wenn die Anode nach oben aus der Anodenzelle herausziehbar ist.
Die erfindungsgemäße Anodenzelle eignet sich insbesondere zur Verwendung in einer Vorrichtung zur kathodischen Elektro-Tauchlackierung von Werkstücken, insbesondere von Fahrzeugkarosserien, die ein Tauchbecken und mindestens eine in dem Tauchbecken angeordnete erfindungsgemäße Anodenzelle umfaßt.
Umfaßt die Vorrichtung zur kathodischen Elektro-Tauchlackierung mehrere Anodenzellen, die in der Längsrichtung des Tauchbeckens aufeinanderfolgen und jeweils eine elektrische Abschirmung umfassen, welche mindestens eine Durchtrittsöffnung für den Durchtritt des elektrischen Feldes aufweist, so kann vorgesehen sein, daß die elektrischen Abschirmungen der aufeinanderfolgenden Anodenzellen hinsichtlich Höhe und/oder Größe voneinander verschiedene Durchtrittsöffnungen aufweisen. Hierdurch wird es möglich, die verschiedenen Bereiche eines zu beschichtenden Werkstücks unterschiedlich lange zu beschichten.
Insbesondere kann vorgesehen sein, daß die elektrischen Abschirmungen mehr Durchtrittsöffnungen auf der Höhe des Schwellerbereichs einer zu lackierenden Fahrzeugkarosserie als auf den Höhen anderer Karosserieteile aufweisen, so daß der Schwellerbereich länger beschichtet wird als die übrigen Karosserieteile und auf den Einsatz zusätzlicher Bodenanoden zur Beschichtung des Schwellerbereichs verzichtet werden kann.
Umfaßt die Vorrichtung zur kathodischen Elektro-Tauchlackierung mehrere Anodenzellen, die in der Längsrichtung des Tauchbeckens aufeinanderfolgen und deren Anoden jeweils mit mindestens einer Durchgangsöffnung zur Reduzierung der zur Erzeugung des elektrischen Feldes zwischen der jeweiligen Anode und dem zu beschichtenden Werkstück wirksamen Fläche der Anode versehen sind, so kann vorgesehen sei, daß die Anoden der aufeinanderfolgenden Anodenzellen hinsichtlich Höhe und/oder Größe voneinander verschiedene Durchgangsöffnungen aufweisen. Hierdurch wird es möglich, für verschiedene Teilbereiche der zu beschichtenden Werkstücke unterschiedlich lange Beschichtungszeiten zu erzielen.
Weitere Merkmale und Vorteile sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1
einen schematischen Längsschnitt durch ein Tauchbecken zur kathodischen Elektro-Tauchlackierung von Fahrzeugkarosserien;
Fig. 2
einen schematischen vertikalen Schnitt durch eine Anodenzelle des Tauchbeckens aus Fig. 1;
Fig. 3
eine schematische perspektivische Explosionsdarstellung der Anodenzelle aus Fig. 2;
Fig. 4
eine schematische Darstellung des Verlaufs des elektrischen Potentials zwischen einer Anode und einer als Kathode geschalteten zu lackierenden Fahrzeugkarosserie;
Fig. 5
einen schematischen Querschnitt durch das Tauchbecken aus Fig. 1 mit einer Darstellung des elektrischen Potentialfeldes zwischen einer zu lackierenden Fahrzeugkarosserie und Anoden ohne elektrische Abschirmung;
Fig. 6
einen schematischen Querschnitt durch das Tauchbecken aus Fig. 1 mit einer Darstellung des elektrischen Potentialfeldes zwischen einer zu lackierenden Fahrzeugkarosserie und Anoden, deren wirksame Fläche auf den unteren Bereich der Anoden beschränkt ist;
Fig. 7
eine schematische Darstellung eines mit Durchgangsöffnungen versehenen Abschirmblechs, welche die Zuordnung der Durchgangsöffnungen zu unterschiedlichen Bereichen der zu lackierenden Fahrzeugkarosserie darstellt;
Fig. 8
eine schematische Darstellung von in der Längsrichtung des Tauchbeckens aufeinanderfolgenden Abschirmblechen mit Durchgangsöffnungen, welche die Zuordnung der Durchgangsöffnungen zu den unterschiedlichen Bereichen der zu lackierenden Fahrzeugkarosserie darstellt;
Fig. 9
eine schematische Vorderansicht einer Anode, die einen Halterahmen mit zwei daran eingehängten Anoden-Teilblechen umfaßt, wobei sich die Anoden-Teilbleche über einen unteren Bereich des Halterahmens erstrecken;
Fig. 10
eine schematische Seitenansicht der Anode aus Fig. 9;
Fig. 11
eine schematische Vorderansicht eines Teil-Anodenblechs der Anode aus den Fig. 9 und 10;
Fig. 12
eine schematische Vorderansicht einer Anode, die einen Halterahmen und drei daran eingehängte Anoden-Teilbleche umfaßt, wobei sich zwei der Anoden-Teilbleche über einen unteren Bereich des Halterahmens erstrecken und ein weiteres Anoden-Teilblech am oberen Rand des Halterahmens angeordnet ist;
Fig. 13
ein Schaubild, das die kritische Lochkorrosionstemperatur CPT verschiedener Werkstoffe in 10 % Fe(III)Cl-Lösung als Funktion der Wirksumme darstellt; und
Fig. 14
ein Schaubild, das die kritische Spaltkorrosionstemperatur CCT verschiedener Werkstoffe in 10 % Fe(III)Cl-Lösung als Funktion der Wirksumme darstellt.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Ein in Fig. 1 dargestelltes, als Ganzes mit 100 bezeichnetes Tauchbecken zur kathodischen Elektro-Tauchlackierung von Fahrzeugkarosserien 102 (siehe Fig. 5 und 6) umfaßt eine Wanne 104, die bis zu einem Flüssigkeitspegel 106 mit einem Elektrolytbad 108 gefüllt ist. Über einen Überlaufrand 110 kann Elektrolyt aus dem Elektrolytbad 108 in einen Überlaufbehälter 112 abfließen.
Der Überlaufbehälter 112 ist über eine Elektrolyt-Zuführleitung 114 mit einer Pumpe 116 und einem Filter 118 und über von der Elektrolyt-Zuführleitung 114 abzweigende Elektrolyt-Zweigleitungen 120 mit Injektordüsen 122 im Bodenbereich der Wanne 104 verbunden.
Mittels der Injektordüsen 122, aus denen der durch die Elektrolyt-Zweigleitung 120 zugeführte Elektrolyt in das Elektrolytbad 108 ausströmt, wird in dem Elektrolytbad 108 eine Strömung erzeugt, deren mittlere Strömungsrichtung 124 der Durchlaufrichtung 126 der Fahrzeugkarosserien 102 durch das Elektrolytbad 108, welche parallel zur Längsrichtung 128 des Tauchbeckens 100 verläuft, entgegengesetzt parallel ist.
Am - in der mittleren Strömungsrichtung 124 gesehen - hinteren Ende der Wanne 104 ist in deren Bodenbereich ein als "Tankerschnauze" bezeichneter Vorsprung 130 ausgebildet, aus welchem Elektrolyt über eine Elektrolyt-Zuführleitung 132 mit einer Pumpe 134 und einem Filter 136 und über von der Elektrolyt-Zuführleitung 132 abzweigende Elektrolyt-Zweigleitungen 138 weiteren im Bodenbereich der Wanne 104 angeordneten Injektordüsen 122' zugeführt wird, welche ebenfalls zur Erzeugung der Elektrolytströmung durch das Elektrolytbad 108 beitragen.
Im Bodenbereich der Wanne 104 sedimentierender Schmutz wird durch die Elektrolytströmung in den Vorsprung 130 befördert, dort zusammen mit Elektrolyt aus dem Elektrolytbad 108 mittels der Pumpe 134 abgesaugt und im Filter 136 abgeschieden. Der von dem sedimentierten Schmutz befreite Elektrolyt kehrt über die Injektordüsen 122' in das Elektrolytbad 108 zurück.
In entsprechender Weise wird der Elektrolyt aus dem Überlaufbehälter 112, der von der Pumpe 116 angesaugt wird, in dem Filter 118 von darin enthaltenem Schmutz befreit und dem Elektrolytbad 108 über die Injektordüsen 122 wieder zugeführt.
Ferner umfaßt das Tauchbecken 100 in der Wanne 104 entlang der Seitenwände der Wanne 104 angeordnete, in der Längsrichtung 128 des Tauchbeckens 100 aufeinanderfolgende und in der Längsrichtung 128 voneinander beabstandete Anodenzellen 138 mit Anoden 139, die aus Anodenblechen 140 gebildet sind. Die Anodenbleche 140 sind über elektrische Verbindungsleitungen 142 mit den positiven Ausgängen von Gleichrichtern 144 verbunden und dadurch auf positives anodisches Potential gelegt.
In der Regel sind die positiven Ausgänge der Gleichrichter 144 geerdet, so daß das anodische Potential dem Massepotential entspricht.
Die negativen Ausgänge der Gleichrichter 144 sind mit jeweils einem Abschnitt 146 einer als Ganzes mit 148 bezeichneten Stromschiene verbunden, so daß die Abschnitte 146 der Stromschiene 148 auf negatives kathodische Potential gelegt sind. Die zu lackierenden Fahrzeugkarosserien 102, welche mittels einer geeigneten Fördervorrichtung, beispielsweise einem (nicht dargestellten) Pendelförderer, in das Elektrolytbad 108 des Tauchbeckens 100 eingebracht, längs der Durchlaufrichtung 126 durch das Elektrolytbad 108 hindurchgefördert und anschließend aus dem Elektrolytbad 108 wieder ausgebracht werden, stehen während der gesamten Eintauchzeit mit einem Abschnitt 146 der Stromschiene 148 in elektrisch leitender Verbindung, so daß auch die aus metallischem und somit elektrisch leitfähigem Material bestehenden Fahrzeugkarosserien 102 auf dem negativen kathodischen Potential liegen.
Dadurch, daß die Anodenbleche 140 und die Fahrzeugkarosserien 102 auf unterschiedliche elektrische Potentiale gelegt werden, kommt es zu einer elektrolytischen Dissoziation von in dem Elektrolyten vorhandenen Wassermolekülen, wobei in der Grenzschicht der Anoden 139 Protonen und Sauerstoffmoleküle gebildet werden, während in der Grenzschicht der als Kathode fungierenden Fahrzeugkarosserien 102 Hydroxid-Ionen und Wasserstoffmoleküle gebildet werden. Aufgrund der Bildung der Hydroxid-Ionen in der Grenzschicht der Kathode bildet sich an der Kathode ein basisches Milieu, was dazu führt, daß in dem Elektrolyten enthaltener KTL-Lack, der nur in einem sauren Milieu dispergierbar ist, an der Kathode koaguliert und so eine Lackschicht an der Oberfläche der jeweils zu lackierenden Karosserie 102 ausbildet. Der Stofftransport von weiteren geladenen und dispergierten Lackpartikeln an die zu beschichtenden Oberflächen erfolgt in der Kernströmung des Elektrolytbades 108 durch Strömungsturbulenzen und in der Kathoden-Grenzschicht durch Wanderung der geladenen Lackpartikel in dem elektrischen Feld.
Die elektrische Feldstärke ist abhängig von dem Gradienten des elektrischen Potentialfelds zwischen der Anode und der Kathode, das heißt der zu beschichtenden Oberfläche. Da das Potential jeweils über die gesamte Kathode und die gesamte Anode konstant ist, hängt der Gradient des elektrischen Potentialfeldes vom lokalen Abstand der Kathode, das heißt der zu lackierenden Fahrzeugkarosserie 102, von der Anode ab.
Bei einer vollflächigen Anode ohne elektrische Abschirmung werden daher Teile der Karosserie 102, die sich näher an der Anode befinden, wie beispielsweise die Seitenteile der Karosserie, mit einer höheren Schichtdicke beschichtet als solche Bereiche der Karosserie, die weiter von der Anode entfernt sind, wie beispielsweise Innenbereiche des Schwellers und das Dach.
Um die Dicke der jeweils abgeschiedenen Lackschicht gezielt zu beeinflussen, sind die Anodenzellen 138 des Tauchbeckens 100 jeweils mit einer elektrischen Abschirmung versehen.
Der Aufbau einer Anodenzelle 138 ist aus den Fig. 2 und 3 zu ersehen.
Jede der Anodenzellen 138 umfaßt einen dem Elektrolytbad 108 zugewandten vorderen Rahmen 150, welcher im wesentlichen rechteckig ausgebildet ist und eine rechteckige Durchgangsöffnung umgibt, und einen der Seitenwand der Wanne 104, an welcher die Anodenzelle 138 angeordnet ist, zugewandten hinteren Rahmen 152, welcher ebenfalls rechteckig ausgebildet ist und an seiner Oberseite Halterungen 154 zum Einhängen des hinteren Rahmens 152 an einer Seitenwand der Wanne 104 aufweist.
Zwischen dem vorderen Rahmen 150 und dem hinteren Rahmen 152 sind die übrigen Bestandteile der Anodenzelle 138 gehalten; dabei handelt es sich um eine im wesentlichen rechteckige Anionenaustauschermembran 156, die zwischen zwei nur in der Fig. 2, jedoch nicht in der Fig. 3 dargestellten Abstandsgittern 158 gehalten ist, ein im wesentlichen rechteckiges Anodenblech 140, das an seinem oberen Rand mit einem Vorsprung 160 versehen ist, an dem das Anodenblech nach oben aus der Anodenzelle 138 herausgezogen werden kann, ein zwischen dem Anodenblech 140 und der Anionenaustauschermembran 156 angeordnetes im wesentlichen rechteckiges Abschirmblech 162, das an seinem oberen Rand mit einem Vorsprung 164 versehen ist, an dem das Abschirmblech 162 nach oben aus der Anodenzelle 138 herausgezogen werden kann, einen gitterrostförmigen ersten Abstandshalter 166, welcher zwischen dem hinteren Rahmen 152 und dem Anodenblech 140 angeordnet ist und aus einem elektrisch isolierenden Material besteht, um den hinteren Rahmen 152 elektrisch von dem Anodenblech 140 zu isolieren, und einen gitterrostförmigen zweiten Abstandshalter 168, welcher zwischen dem Anodenblech 140 und dem Abschirmblech 162 angeordnet ist und aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet ist, um das Anodenblech 140 und das Abschirmblech 162 elektrisch voneinander zu isolieren.
Ferner umfaßt die Anodenzelle 138 eine ringförmig geschlossene Dichtung 170, welche an der dem vorderen Rahmen 150 abgewandten Seite der Anionenaustauschermembran 156 längs deren Rändern angeordnet ist, um den Innenraum der Anodenzelle 138 gegenüber dem Elektrolytbad 108 abzudichten.
Ferner ist die Anodenzelle 138 mit einem Zulauf 172 zum Zuführen von Anolyt zu der Anodenzelle 138 und mit einem Ablauf 174 zum Abführen von Anolyt aus dem Innenraum der Anodenzelle 138 versehen. Der Innenraum der Anodenzelle 138, der Zulauf 172 und der Ablauf 174 sind Bestandteile eines Anolytkreislaufs durch die Anodenzelle 138, welcher ferner (nicht dargestellte) Einrichtungen zum Konditionieren des Anolyten, insbesondere zum Entfernen von Korrosionsprodukten, die von der Anode stammen, von Essigsäure und von Anionen aus dem Anolyten umfaßt. Das Entfernen von Essigsäure aus dem Anolyten ist erforderlich, da der KTL-Lack mit Essigsäure dispergiert wird und während der kathodischen Elektro-Tauchlackierung überschüssige Essigsäure zur Anode wandert.
Der Anolyt in der Anodenzelle 138 weist einen pH-Wert im Bereich von ungefähr 2,5 bis ungefähr 3 auf.
Das Anodenblech 140 besteht beispielsweise aus Edelstahl oder aus Titan mit einer Oxidbeschichtung. Die Oxidbeschichtung kann beispielsweise ein Tantal-Iridium-Oxid oder ein Tantal-Ruthenium-Oxid sein.
Das Abschirmblech 162 weist einen oder mehrere Durchtrittsbereiche 176 auf, die jeweils durch eine, vorzugsweise rechteckige, Durchtrittsöffnung 178 in dem Abschirmblech 162 gebildet sind. In diesen Durchtrittsbereichen 176 können die Feldlinien 180 (siehe die schematische Darstellung der Fig. 4) des elektrischen Feldes zwischen dem positiv geladenen Anodenblech 140 und der (in Fig. 4 rein schematisch dargestellten) negativ geladenen Fahrzeugkarosserie 102 durch das Abschirmblech 162 hindurchtreten. Auf der Höhe des Durchgangsbereichs 176 steigt das elektrische Potential im wesentlichen linear vom Potential des Anodenblechs 140 (beispielsweise O V) bis zu dem kathodischen Potential der Fahrzeugkarosserie 102 (beispielsweise 300 V) an. In Fig. 4 ist dieser lineare Potentialanstieg schematisch durch die Linie 182 dargestellt.
Das Abschirmblech 162 ist so ausgebildet, daß es zum einen das elektrische Feld abschirmt und zum anderen nicht als Elektrode fungieren kann.
Insbesondere kann das Abschirmblech 162 als ein Metallblech mit einer Beschichtung aus KTL-Lack oder mit einer Beschichtung aus Kunststoff ausgebildet sein. Dabei kann die Kunststoffbeschichtung beispielsweise als Pulverbeschichtung ausgebildet sein, um eine vollständige Beschichtung auch der Kanten des Abschirmblechs 182 zu erreichen.
Der elektrisch leitfähige Kern des Abschirmblechs 162 wird auf dasselbe kathodische Potential gelegt wie die Fahrzeugkarosserie 102, so daß das elektrische Feld zwischen dem Abschirmblech 162 und der Fahrzeugkarosserie 102 im wesentlichen verschwindet. Die gesamte Differenz zwischen dem anodischen Potential und dem kathodischen Potential fällt zwischen dem Anodenblech 140 und dem Abschirmblech 162 an, wie aus dem in Fig. 4 mit 184 bezeichneten Potentialverlauf im Bereich des Abschirmblechs 162 zu ersehen ist.
Werden die verschiedenen Abschnitte 146 der Stromschiene 148 auf unterschiedliche kathodische Potentiale gelegt, so ist jedes Abschirmblech 162 auf dasselbe kathodische Potential zu legen wie derjenige Abschnitt 146 der Stromschiene 148, mit welchem die Fahrzeugkarosserie 102 gerade in Kontakt steht, wenn sie dem jeweiligen Abschirmblech 162 im Elektrolytbad 108 gegenüberliegt.
Der Umstand, daß das Abschirmblech 162 und die Fahrzeugkarosserie 102 auf dasselbe Potential gelegt werden, ist in der schematischen Darstellung der Fig. 4 durch eine elektrisch leitfähige Verbindung 186 zwischen der Kathode und dem Abschirmblech 162 veranschaulicht.
Durch die elektrische Isolierung 188 des Abschirmblechs 162 ist gewährleistet, daß das Abschirmblech 162 nicht als Kathode fungiert, so daß trotz der hohen elektrischen Feldstärke im Bereich zwischen dem Anodenblech 140 und dem Abschirmblech 162 keine elektrische Ladung durch das Abschirmblech 162 abfließen kann und somit an dem Abschirmblech 162 keine elektrolytische Dissoziation von Wasser unter Bildung von Hydroxid-Ionen und Wasserstoff stattfindet.
Die auf der Höhe des Abschirmblechs 162 vom Anodenblech 140 ausgehenden elektrischen Feldlinien enden an dem Abschirmblech 162, so daß das elektrische Feld durch das Abschirmblech 162 abgeschirmt wird und die elektrische Feldstärke an denjenigen Bereichen der Fahrzeugkarosserie 102, welche auf der Höhe des Abschirmblechs 162 liegen, sehr klein ist oder ganz verschwindet.
Da die Abscheiderate des KTL-Lacks an der Fahrzeugkarosserie 102 von der lokalen elektrischen Feldstärke abhängt, ist die Abscheiderate in dem durch das Abschirmblech 162 ausgeblendeten Bereich 190 deutlich kleiner als in dem Bereich 192 der Fahrzeugkarosserie 102, welcher dem Durchtrittsbereich 176 in dem Abschirmblech 162 gegenüberliegt.
In dem nicht ausgeblendeten Bereich 192 ist die Abscheiderate deutlich höher als in dem ausgeblendeten Bereich 190.
Durch geeignete Wahl der Lage, Größe und Form der Durchtrittsöffnungen 178 in den Abschirmblechen 162 läßt sich so die gewünschte Verteilung der Lackabscheiderate über die gesamte Höhe der Fahrzeugkarosserie 102 hinweg einstellen.
Der Einfluß der Abschirmbleche 162 auf die Feldverteilung in dem Elektrolytbad 108 ist aus einem Vergleich der Fig. 5 und 6 zu ersehen.
Fig. 5 zeigt die Äquipotentiallinien 194 des elektrischen Feldes zwischen einer durch das Elektrolytbad 108 hindurchgeförderten Fahrzeugkarosserie 102 und seitlich längs der Seitenwände der Wanne 104 angeordneten Anodenzellen 138 mit vollständig eingeschobenen Anodenblechen 140 und vollständig herausgezogenen Abschirmblechen 162.
Die Fahrzeugkarosserie 102 ist in den Fig. 5 und 6 um einen kleinen Winkel um ihre horizontale Längsachse verschwenkt; diese Verkippung der Fahrzeugkarosserie 102 dient dazu, das Ablaufen des KTL-Lacks beim Auftauchen der Fahrzeugkarosserie 102 aus dem Elektrolytbad 108 zu erleichtern.
In den Fig. 5 und 6 entsprechen kleine Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Äquipotentiallinien 194 einer hohen elektrischen Feldstärke.
Es ist daher aus Fig. 5 zu ersehen, daß bei vollständig ausgezogenen Abschirmblechen 162 die elektrische Feldstärke in den Schwellerbereichen 196 nur geringfügig höher ist als in den Seitenwandbereichen 198 und in den Haubenbereichen 200 der Fahrzeugkarosserie 102.
Würde eine solche elektrische Feldverteilung über die gesamte Länge des Tauchbeckens 100 beibehalten, so würden sich an den Seitenwandbereichen 198 und den Haubenbereichen 200 Schichtdicken von teilweise 24 µm ergeben, bis im korrosionsrelevanten Schwellerinnenbereich die erwünschte Schichtdicke von mindestens 12 µm vorliegt. Eine solche Überbeschichtung der Seitenwandbereiche 198 und der Haubenbereiche 200 führt nicht nur zu einem Mehrverbrauch an KTL-Lack, sondern auch zu einer erhöhten Steinschlagempfindlichkeit.
Wird dagegen in die Anodenzellen 138 jeweils ein Abschirmblech 162 eingeschoben, welches im unteren Drittel eine Durchtrittsöffnung 178 aufweist und in den oberen zwei Dritteln durchgehend ausgebildet ist, so ergibt sich der in Fig. 6 dargestellte Verlauf des elektrischen Potentialfeldes.
Der Abstand zwischen den aufeinanderfolgenden Äquipotentiallinien 194 ist in diesem Fall in den Schwellerbereichen 196 deutlich kleiner als an den Seitenwandbereichen 198 und an den Haubenbereichen 200. Demgemäß ist in diesem Fall die elektrische Feldstärke und somit die lokale Abscheiderate an den Seitenwandbereichen 198 und den Haubenbereichen 200 deutlich geringer als in den Schwellerbereichen 196. Die erforderliche Mindestschichtdicke an den Schwellerinnenbereichen kann daher erreicht werden, ohne daß eine Überbeschichtung an den Seitenwandbereichen 198 und den Haubenbereichen 200 auftritt.
Fig. 7 zeigt ein Abschirmblech 162 mit einer oberen Durchgangsöffnung 178a und einer unteren Durchgangsöffnung 178b.
Wie aus Fig. 7 zu ersehen ist, erstreckt sich die obere Durchgangsöffnung 178a über die Höhe des Dachbereichs der im Elektrolytbad 108 an dem Abschirmblech 162 vorbei transportierten Fahrzeugkarosserie 102, während sich die untere Durchgangsöffnung 178b über die Höhe des Schwellerbereichs 196, des Seitenwandbereichs 198 und des Haubenbereichs 200 erstreckt.
Der zwischen der oberen Durchgangsöffnung 178a und der unteren Durchgangsöffnung 178b angeordnete Ausblendbereich 206a des Abschirmblechs 162, welcher sich über die Höhe des Fensterbereichs 204 der Fahrzeugkarosserie 102 erstreckt, schirmt das elektrische Feld in diesem Bereich ab, so daß der Fensterbereich 204 durch das Abschirmblech 162 bei der KTL-Beschichtung ausgeblendet wird.
Wären alle Anodenzellen 138 längs der Durchlaufrichtung 126 der Fahrzeugkarosserie 102 durch das Elektrolytbad 108 in der in Fig. 7 dargestellten Weise ausgebildet, so würde eine Überbeschichtung der Seitenwandbereiche 198 und der Haubenbereiche 200 resultieren.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Tauchbeckens 100 ist daher vorgesehen, daß die Anodenzellen 138 zu mehreren, beispielsweise vier, in der Längsrichtung 128 des Tauchbeckens 100 aufeinanderfolgenden Gruppen zusammengefaßt sind, wobei die Anodenzellen 138 jeder Gruppe mit jeweils gleichen Abschirmblechen 162, die Anodenzellen 138 verschiedener Gruppen jedoch mit voneinander verschiedenen Abschirmblechen 162 bestückt sind.
Dabei sind die Abschirmbleche 162a der in der Durchlaufrichtung 126 der Fahrzeugkarosserie 102 vorne liegenden Gruppe von Anodenzellen 138 ebenso aufgebaut, wie vorstehend im Zusammenhang mit Fig. 7 beschrieben, das heißt mit einer oberen Durchgangsöffnung 178a, welche den Dachbereich 202 der Fahrzeugkarosserie 102 zur Beschichtung freigibt, und mit einer unteren Durchgangsöffnung 178b, welche den Schwellerbereich 196, den Seitenwandbereich 198 und den Haubenbereich 200 freigibt, sowie mit einem zwischen der oberen Durchgangsöffnung 178a und der unteren Durchgangsöffnung 178b angeordneten Ausblendbereich 206a versehen, welcher den Fensterbereich 204 der Fahrzeugkarosserie 102 ausblendet.
Die Abschirmbleche 162b der in der Durchlaufrichtung 126 auf die erste Gruppe folgenden zweiten Gruppe von Anodenzellen 138 weisen eine obere Durchgangsöffnung 178a auf, welche den Dachbereich 202 der Fahrzeugkarosserie 102 zur Beschichtung freigibt, eine untere Durchgangsöffnung 178c, die den Schwellerbereich 126 zur Beschichtung freigibt, eine mittlere Durchgangsöffnung 178d, die den Haubenbereich 200 zur Beschichtung freigibt, einen oberen Ausblendbereich 206a, der den Fensterbereich 204 der Fahrzeugkarosserie 102 ausblendet, und einen unteren Ausblendbereich 206b, der den Seitenwandbereich 198 ausblendet.
Die Abschirmbleche 162c der auf die zweite Gruppe von Anodenzellen 138 in der Durchlaufrichtung 126 folgenden dritten Gruppe von Anodenzellen 138 weisen eine obere Durchgangsöffnung 178a auf, die den Dachbereich 202 der Fahrzeugkarosserie 102 zur Beschichtung freigibt, eine untere Durchgangsöffnung 178c, die den Schwellerbereich 196 zur Beschichtung freigibt, sowie einen zwischen den beiden Durchgangsöffnungen 178a und 178c sich erstreckenden Ausblendbereich 206c, der den Seitenwandbereich 198, den Haubenbereich 200 und den Fensterbereich 204 der Fahrzeugkarosserie 102 ausblendet.
Die Abschirmbleche 162d der auf die dritte Gruppe von Anodenzellen 138 in der Durchlaufrichtung 126 folgenden vierten Gruppe von Anodenzellen 138 weisen eine untere Durchgangsöffnung 178c auf, die den Schwellerbereich 196 der Fahrzeugkarosserie 102 zur Beschichtung freigibt, sowie einen sich von dem oberen Rand der Durchgangsöffnung 178c bis zum oberen Rand des Abschirmblechs 162 erstreckenden Ausblendbereich 206d, der den Seitenwandbereich 198, den Haubenbereich 200, den Fensterbereich 204 und den Dachbereich 202 der Fahrzeugkarosserie 102 ausblendet.
Beim Transportieren der Fahrzeugkarosserie 102 durch das Elektrolytbad 108 längs der Durchlaufrichtung 126 werden demnach im Bereich der ersten Gruppe von Anodenzellen 138 mit den Abschirmblechen 162a der Schwellerbereich 196, der Seitenwandbereich 198, der Haubenbereich 200 und der Dachbereich 202 der Fahrzeugkarosserie 102 mit großer Abscheiderate und der ausgeblendete Fensterbereich 204 mit kleiner Abscheiderate beschichtet.
Im Bereich der zweiten Gruppe von Anodenzellen 138 mit den Abschirmblechen 162b werden der Schwellerbereich 196, der Haubenbereich 200 und der Dachbereich 202 mit großer Abscheiderate, der ausgeblendete Seitenwandbereich 198 und der ausgeblendete Fensterbereich 204 hingegen mit geringer Abscheiderate beschichtet.
In dem Bereich der dritten Gruppe von Anodenzellen 138 mit den Abschirmblechen 162c werden der Schwellerbereich 196 und der Dachbereich 202 mit großer Abscheiderate beschichtet, während der ausgeblendete Seitenwandbereich 198, der ausgeblendete Fensterbereich 204 und der ausgeblendete Haubenbereich 200 der Fahrzeugkarosserie 102 mit geringer Abscheiderate beschichtet werden.
Schließlich wird im Bereich der vierten Gruppe von Anodenzellen 138 mit den Abschirmblechen 162d nur noch der Schwellerbereich 196 mit großer Abscheiderate beschichtet, während alle übrigen Bereiche der Fahrzeugkarosserie 102 ausgeblendet sind.
Auf diese Weise ist es möglich, den Schwellerbereich 196 mit der schwer zugänglichen Schwellerinnenseite länger als die übrigen Bereiche der Karosserie zu beschichten, so daß die im Schwellerinnenbereich erforderliche Schichtdicke von beispielsweise ungefähr 12 µm erreicht werden kann, ohne daß es im Seitenwandbereich 198 und im Haubenbereich 200 zu einer Überbeschichtung kommt.
Die Dicke der in den durch die verschiedenen Gruppen von Anodenzellen 138 definierten Beschichtungsphasen abgeschiedenen Beschichtungen kann durch die Anzahl von Anodenzellen 138, welche jeder dieser Gruppen jeweils zugeordnet werden, eingestellt werden.
Außerdem ist es möglich, das an der Fahrzeugkarosserie 102 beim Passieren der verschiedenen Gruppen von Anodenzellen 138 anliegende kathodische Potential zu variieren und auf diese Weise die Dicke der von den verschiedenen Gruppen von Anodenzellen 138 erzeugten Beschichtungen in gewünschter Weise einzustellen.
Hierdurch ist es möglich, die Dicken der KTL-Beschichtungen in den verschiedenen Bereichen der Fahrzeugkarosserie 102 unabhängig voneinander auf den jeweils gewünschten Wert einzustellen.
Eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zur kathodischen Elektro-Tauchlackierung von Fahrzeugkarosserien 102 unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform dadurch, daß die Anodenzellen 138 keine Abschirmbleche 162, sondern mit Durchgangsöffnungen zur Verringerung der elektrischen Feldstärke an einem ausgewählten Teilbereich der Fahrzeugkarosserien 102 versehene Anoden 139 umfassen.
Wie aus den Fig. 9, 10 und 12 zu ersehen ist, umfaßt die Anode 139' jeder Anodenzelle 138 der zweiten Ausführungsform einen im wesentlichen rechteckigen Halterahmen 208, an dessen Oberseite ein Vorsprung 164 vorgesehen ist, an welchem die Anode 139' als Ganzes nach oben aus der Anodenzelle 138 herausgezogen werden kann und an welcher die Anode 139' elektrisch kontaktiert, das heißt auf anodisches Potential gelegt werden kann.
An den Vorderseiten der Längsträger 209 des Halterahmens 208 sind äquidistant angeordnete, in horizontaler Richtung vom Halterahmen 208 aus abstehende Haltestifte 211 vorgesehen, an welchen ein oder mehrere im wesentlichen rechteckige Anoden-Teilbleche 210 eingehängt sind.
Um die Anoden-Teilbleche 210 an den Haltestiften 211 zu sichern, können (nicht dargestellte) Befestigungsmittel verwendet werden, mittels derer die Anoden-Teilbleche 210 lösbar an den Haltestiften 211 des Halterahmens 208 festlegbar sind, beispielsweise Sicherungsmuttern, Sicherungsscheiben oder ähnliches.
Um Spaltkorrosion an der variabel aufgebauten Anode 139' weitgehend zu vermeiden, wird der Halterahmen 208 aus einem korrosionsbeständigen Werkstoff hergestellt.
Wie am besten aus Fig. 11 zu ersehen ist, umfaßt ferner jedes der Anoden-Teilbleche 210 an seinen Endbereichen jeweils einen Haltebereich 213, an dem das betreffende Anoden-Teilblech 210 von dem Halterahmen 208 gehalten wird, zu welchem Zweck jeder der Haltebereiche 213 mit jeweils zwei Durchgangsbohrungen 215 zur Aufnahme jeweils eines der Haltestifte 211 des Halterahmens 208 versehen ist.
Zur Vermeidung von Spaltkorrosion werden die Haltebereiche 213 jedes Anoden-Teilblechs 210 ebenfalls aus einem spaltkorrosionsbeständigen Werkstoff, vorzugsweise aus demselben Werkstoff wie der Halterahmen 208, gebildet.
Der zwischen den endseitigen Haltebereichen 213 jedes Anoden-Teilblechs 210 angeordnete, im wesentlichen rechteckige Felderzeugungsbereich 217 ist zwischen den Längsträgern 209 des Halterahmens 208 in ausreichendem Abstand von denselben angeordnet, so daß dieser Felderzeugungsbereich 217 schon aufgrund seiner Anordnung weniger spaltkorrosionsgefährdet ist.
Der Felderzeugungsbereich 217 kann daher aus einem Werkstoff mit einer geringeren Spaltkorrosionsbeständigkeit gebildet werden, beispielsweise aus nichtrostendem Stahl, z.B. aus dem Werkstoff 1.4404.
An seinen beiden Endbereichen 219 ist der Felderzeugungsbereich 217 spaltfrei, beispielsweise durch Schweißung, mit jeweils einem der beiden Haltebereiche 213 verbunden.
Dadurch, daß die Kontaktstellen zwischen dem Halterahmen 208 und den Anoden-Teilblechen 210 aus spaltkorrosionsbeständigem Werkstoff gefertigt werden, ist gewährleistet, daß eine Spaltkorrosion an diesen Kontaktstellen weitgehend vermieden wird.
Als spaltkorrosionsbeständige Werkstoffe kommen insbesondere die folgenden Werkstoffe in Betracht:
  • Legierungen auf der Basis von Eisen, welche Chrom, Nickel, Molybdän und/oder andere Legierungselemente enthalten, die die Korrosionsbeständigkeit steigern;
  • Legierungen auf der Basis von Titan, Zirkon, Niob oder Tantal.
Um die Abhängigkeit der Empfindlichkeit einer Legierung in Bezug auf Spalt- oder Lochkorrosion von der Legierungszusammensetzung abzuschätzen, kann insbesondere die sogenannte Wirksumme verwendet werden.
Die Wirksumme WS einer Legierung errechnet sich wie folgt: WS = Chrom-Gehalt der Legierung (in Gewichts-%) + 3,3 x Molybdän-Gehalt der Legierung (in Gewichts-%).
Enthält die Legierung außer Chrom und Molybdän auch Stickstoff, so errechnet sich die Wirksumme WS' wie folgt: WS' = Chrom-Gehalt der Legierung (in Gewichts-%) + 3,3 x Molybdän-Gehalt der Legierung (in Gewichts-%) + 30 x Stickstoff-Gehalt der Legierung (in Gewichts-%).
In Fig. 13 ist für verschiedene Nickel-Werkstoffe und hochlegierte Sonderedelstähle die kritische Lochkorrosionstemperatur CPT in 10 %-iger Fe(III)Cl-Lösung als Funktion der Wirksumme WS bzw. WS' eingetragen.
In Fig. 14 ist für verschiedene Nickelwerkstoffe und hochlegierte Sonderedelstähle die kritische Spaltkorrosionstemperatur CCT in 10 %-iger Fe(III)Cl-Lösung als Funktion der Wirksumme WS bzw. WS' eingetragen.
Die beiden Figuren 13 und 14 sind aus dem Buch von U. Heubner et al.: "Nickel-Werkstoffe und hochlegierte Sonderedelstähle", Krupp, VDM, expert verlag, 1985, Ehningen, entnommen.
Aus den Figuren 13 und 14 ergibt sich, daß die Beständigkeit gegen Spaltkorrosion und/oder Lochkorrosion in der Regel mit ansteigender Wirksumme WS bzw. WS' ebenfalls ansteigt. Werkstoffe, die eine hohe Wirksumme aufweisen, eignen sich daher besonders als Material für den Halterahmen 208, die Haltestifte 211 und die Haltebereiche 213.
Mittels der an den Halterahmen 208 einhängbaren Anoden-Teilbleche 210 können an jeder der Anoden 139' von den Anoden-Teilblechen 210 überdeckte Felderzeugungsbereiche 212 gebildet werden, wobei die zwischen zwei Felderzeugungsbereichen 212 oder zwischen einem Felderzeugungsbereich 212 und dem Halterahmen 208 verbleibenden Zwischenräume jeweils eine Durchgangsöffnung 214 der Anode 139' bilden.
Bereiche einer Fahrzeugkarosserie 102, die in der Höhe eines Felderzeugungsbereichs 212 an einer Anode 139' vorbei transportiert werden, werden mit hoher Abscheiderate beschichtet, da das elektrische Feld zwischen der Anode 139' und der Fahrzeugkarosserie 102 in der Höhe der Felderzeugungsbereiche 212 eine hohe Feldstärke aufweist.
Auf der Höhe der Durchgangsöffnungen 214 in der Anode 139' herrscht hingegen nur eine geringe elektrische Feldstärke, da sich in den Durchgangsöffnungen 214 keine positiven Ladungen ansammeln können. In Höhe der Durchgangsöffnung 214 an der Anode 139' vorbei transportierte Bereiche der Fahrzeugkarosserie 102 werden daher nur mit geringer Abscheiderate beschichtet.
Die Durchgangsöffnungen 214 in den Anoden 139' haben somit eine vergleichbare Wirkung wie die Ausblendbereiche 206 der Abschirmbleche 162 der ersten Ausführungsform.
Die Felderzeugungsbereiche der Anoden 139' der zweiten Ausführungsform haben hingegen im wesentlichen dieselbe Wirkung wie die Durchtrittsöffnungen 178 in den Abschirmblechen 162 der ersten Ausführungsform.
Durch geeignete Auswahl und Aufeinanderfolge von Anodenzellen 138 mit den Anoden 139', welche Felderzeugungsbereiche 212 und Durchgangsöffnungen 214 aufweisen, kann daher in entsprechender Weise wie bei der ersten Ausführungsform die gewünschte Beschichtungsdicke für jeden Bereich der Fahrzeugkarosserie 102 unabhängig von der Beschichtungsdicke der anderen Bereiche der Fahrzeugkarosserie 102 eingestellt werden.
Da die Durchgangsöffnungen 214 der variablen Anoden 139' in ihrer Wirkung den Ausblendbereichen 206 der Abschirmbleche 162 entsprechen und die Felderzeugungsbereiche 212 der Anoden 139' in ihrer Wirkung den Durchtrittsöffnungen 178 in den Abschirmblechen 162 entsprechen, können die variablen Anoden 139' und die Abschirmbleche 162 auch in ein und derselben Anodenzelle 138 miteinander kombiniert werden.
Bei einer solchen Kombination werden solche Bereiche der Fahrzeugkarosserie 102 mit einer hohen Abscheiderate beschichtet, welche in einer solchen Höhe an der Anodenzelle 138 vorbei transportiert werden, in welcher die variable Anode 139' einen Felderzeugungsbereich 212 und das Abschirmblech 162 eine Durchtrittsöffnung 178 aufweist.
Hingegen werden solche Bereiche der Fahrzeugkarosserie 102 mit nur geringer Abscheiderate oder überhaupt nicht beschichtet, welche in einer Höhe an der Anodenzelle 138 vorbei transportiert werden, in welcher die variable Anode 139' eine Durchgangsöffnung 214 und/oder das Abschirmblech 162 einen Ausblendbereich 206 aufweist.
Im übrigen stimmt die zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zur kathodischen Elektro-Tauchlackierung von Fahrzeugkarosserien hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.

Claims (20)

  1. Anodenzelle zur Erzeugung eines elektrischen Feldes in einem Tauchbecken (100) zur kathodischen Elektro-Tauchlackierung von Werkstücken, insbesondere von Fahrzeugkarosserien (102), umfassend mindestens eine Anode (139; 139'),
    dadurch gekennzeichnet, daß die zur Erzeugung des elektrischen Feldes zwischen der Anode (139; 139') und dem zu beschichtenden Werkstück wirksame Fläche der Anode (139; 139') gegenüber der von der Außenkontur der Anode begrenzten Fläche reduziert ist.
  2. Anodenzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenzelle (100) mindestens eine zwischen der Anode (139) und dem zu beschichtenden Werkstück angeordnete elektrische Abschirmung zur Reduzierung der zur Erzeugung des elektrischen Feldes zwischen der Anode (139) und dem Werkstück wirksamen Fläche der Anode (139) umfaßt.
  3. Anodenzelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Abschirmung ein elektrisch leitfähiges Material umfaßt.
  4. Anodenzelle nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Abschirmung auf kathodisches Potential legbar ist.
  5. Anodenzelle nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Abschirmung eine Beschichtung aus elektrisch nicht leitfähigem Material umfaßt.
  6. Anodenzelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung KTL-Lack umfaßt.
  7. Anodenzelle nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Abschirmung als Abschirmblech (163) ausgebildet ist.
  8. Anodenzelle nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Abschirmung mindestens eine Durchtrittsöffnung (178) für den Durchtritt des elektrischen Feldes aufweist.
  9. , Anodenzelle nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Abschirmung aus der Anodenzelle (138) entnehmbar ist.
  10. Anodenzelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Abschirmung nach oben aus der Anodenzelle (138) herausziehbar ist.
  11. Anodenzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (139') mit mindestens einer Durchgangsöffnung (214) zur Reduzierung der zur Erzeugung des elektrischen Feldes zwischen der Anode (139') und dem zu beschichtenden Werkstück wirksamen Fläche der Anode (139') versehen ist.
  12. Anodenzelle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (139') einen Halterahmen (208) und mindestens ein an dem Halterahmen (208) gehaltenes Anoden-Teilblech (210) umfaßt.
  13. Anodenzelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Halterahmen (208) aus einem spaltkorrosionsbeständigen Werkstoff hergestellt ist.
  14. Anodenzelle nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Anoden-Teilblech (210) einen Haltebereich (213) umfaßt, an dem das Anoden-Teilblech (210) von dem Halterahmen (208) gehalten wird, wobei der Haltebereich (213) aus einem spaltkorrosionsbeständigen Werkstoff gebildet ist.
  15. Anodenzelle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Anoden-Teilblech (210) außer dem Haltebereich (213) auch einen Felderzeugungsbereich (217) umfaßt, der aus einem von dem Material des Haltebereichs (213) verschiedenen Material gebildet und spaltfrei mit dem Haltebereich (213) verbunden ist.
  16. Anodenzelle nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (139') aus der Anodenzelle (138) entnehmbar ist.
  17. Anodenzelle nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (139') nach oben aus der Anodenzelle (138) herausziehbar ist.
  18. Vorrichtung zur kathodischen Elektro-Tauchlackierung von Werkstücken, insbesondere von Fahrzeugkarosserien (102), umfassend ein Tauchbecken (100) und mindestens eine in dem Tauchbecken (100) angeordnete Anodenzelle (138) nach einem der Ansprüche 1 bis 17.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mehrere Anodenzellen (138) nach einem der Ansprüche 2 bis 10 umfaßt, die in der Längsrichtung (128) des Tauchbeckens (100) aufeinanderfolgen und jeweils eine elektrische Abschirmung umfassen, welche mindestens eine Durchtrittsöffnung (178) für den Durchtritt des elektrischen Feldes aufweist, wobei die elektrischen Abschirmungen der aufeinanderfolgenden Anodenzellen (138) hinsichtlich Höhe und/oder Größe voneinander verschiedene Durchtrittsöffnungen (178) aufweisen.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mehrere Anodenzellen (138) nach einem der Ansprüche 11 bis 17 umfaßt, die in der Längsrichtung (128) des Tauchbeckens (100) aufeinanderfolgen und deren Anoden (139') jeweils mit mindestens einer Durchgangsöffnung (214) zur Reduzierung der zur Erzeugung des elektrischen Feldes zwischen der jeweiligen Anode (139') und dem zu beschichtenden Werkstück wirksamen Fläche der Anode (139') versehen sind, wobei die Anoden (139') der aufeinanderfolgenden Anodenzellen (138) hinsichtlich Höhe und/oder Größe voneinander verschiedene Durchgangsöffnungen (214) aufweisen.
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