EP2292338B1

EP2292338B1 - Beschichtungsverfahren

Info

Publication number: EP2292338B1
Application number: EP20100008791
Authority: EP
Inventors: Stefan Hendel; Martin Koyro; Ullrich Hammelmaier
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2009-09-07
Filing date: 2010-08-24
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2030-08-24
Also published as: DE102009040206A1; EP2292338A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Beschichtungsverfahren, bei welchem gleichzeitig lackfreie Bereiche gewährleistet werden sollen.
Beschichtungen auf Flächen, auf denen Verschraubungen angebracht werden, unterliegen besonderen Anforderungen. Diese Anforderungen resultieren aus einem Setzverhalten der Beschichtung, was zu einem unerwünschten Klemmkraftverlust der Verschraubung führen kann. Die Anforderungen an diese Funktionsflächen variieren, wobei grundsätzlich angestrebt wird, die Funktionsflächen lackfrei zu halten. Gleichzeitig muss bei metallischen Bauteilen aber gewährleistet werden, dass-unlackierte Funktionsflächen korrosionsfrei bleiben. Diese Korrosionsfreiheit muss zumindest temporär bis zu einer weiteren Montage, in welcher die Funktionsfläche bedeckt wird, gewährleistet werden.
Es zählt z.B. bei der Herstellung eines Stabilisators eines Kraftfahrzeugs zum Stand der Technik, eine Vorbehandlung der Oberfläche des Bauteils durchzuführen. Das Bauteil wird gereinigt und anschließend mit einer Eisen- oder Zinkphosphatierung versehen, um den Korrosionsschutz und die Lackhaftung der nachfolgenden Pulverbeschichtung zu erhöhen. Nach dem Auftragen der Phosphatierung werden die Endbereiche des Stabilisators, in denen die Anschraubflächen liegen, abgedeckt und der Stabilisator wird pulverbeschichtet. Im nächsten Arbeitsschritt werden die Abdeckungen entfernt und die Enden in einen Nasslack getaucht, welcher auf der Anschraubfläche eine dünnere und gleichmäßigere Schichtdicke gewährleistet. Auf diese Weise kann eine dünne Lackschicht beispielsweise mit einer Schichtdicke von nur 20 µm im Bereich der Anschraubfläche realisiert werden. Dennoch ist die Anschraubfläche nicht lackfrei.
Soll die Anschraubfläche selbst lackfrei sein, ist es möglich, nur die Anschraubflächen des Stabilisators nach einer Reinigung mit rondenförmigen Aufklebern zu versehen. Diese Aufkleber bleiben bis zur weiteren Montage am Bauteil. Leider sind bei Verwendung von Aufklebern zwei zusätzliche Arbeitsschritte notwendig, nämlich das Aufbringen und das Ablösen der Aufkleber. Da die Aufkleber schon vor der Phosphatierung aufgebracht werden und erst unmittelbar vor der weiteren Montage entfernt werden, ermöglichen diese einen temporären Korrosionsschutz bis zur weiteren Montage. Dennoch ist der Aufwand zum präzisen Aufbringen und Ablösen der Aufkleber relativ hoch.
In der WO 2005/018832 A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbringen eines geerdeten Pulverlackes auf ein Beschichtungsgut offenbart. Der Auftrag des Pulverlacks erfolgt in mehreren Schritten, sodass das Beschichtungsgut bis zur Beendigung des Verfahrens mehrere Stationen durchläuft. Zuvor kann eine flüssige Schicht aufgebracht und getrocknet werden. Danach erfolgt die Pulverbeschichtung, wobei eine rotierende Maske verwendet wird, unter welcher das Beschichtungsgut mit der getrockneten Schicht hindurchgeführt wird.
Zum Stand der Technik zählt es durch die DE 198 14 632 C1 , Körper, die in kontinuierlichem Durchlauf mittels Pulverbeschichtung versehen und danach abgekühlt werden, in definierten Bereichen berührend oder berührungslos abzudecken. Die berührungslose Abdeckung hat den Vorteil, dass der Körper während der Beschichtung gedreht werden kann. Eine Drehung des zu beschichtenden Körpers kann erforderlich sein, wenn eine besonders gleichmäßige Schichtdickenverteilung gefordert wird.
Durch die DE 101 34 574 A1 zählt ein Verfahren zum Aufbringen einer Farbe auf ein Flächengebilde zum Stand der Technik, bei welchem eine Oberfläche einer Fahrzeugkarosserie berührungslos oder eng benachbart über eine Maske abgedeckt wird, wobei die Maske und die Farbe während des Aufbringens der Farbe elektrisch mit einem Strom gleicher Polarität aufgeladen werden, so dass Farbe oder ähnliche Substanzen von einem Vordringen der Farbe in die mit der Maske abgedeckten Bereiche abgehalten werden.
Zum Stand der Technik ist ferner die DE 103 43 946 A1 zu nennen, betreffend ein Verfahren zur partitionellen Oberflächenbehandlung und ähnlichen Bauteilen. In dieser Druckschrift wird vorgeschlagen, mehrere Abdeckkappen vorzusehen, welche dicht an dem Bauteil anliegen. Die einander gegenüberliegenden Abdeckkappen können zum Beispiel durch eine das Bauteil durchsetzende Bohrung miteinander gekoppelt und damit lagefixiert sein.
Aus der WO 2005/018832 A1 ist ein Beschichtungsverfahren bekannt, bei welchem ein zu beschichtendes Bauteil zunächst mit einer flüssig aufgetragenen Beschichtung und anschließend mit einer Pulverlackschicht versehen wird. Die Pulverlackschicht soll in unterschiedlicher Dicke aufgetragen werden. Bei diesem Verfahren wird im Abstand von einer Maskierung, die für unterschiedlich dicke Pulverlackbereiche sorgt, zunächst die flüssige Beschichtung aufgetragen und getrocknet. Es handelt sich um ein kontinuierliches Verfahren zur Beschichtung von Bandmaterial, so dass die Maskierung verfahrensbedingt in einem größeren Abstand zur Aufgabestelle der flüssigen Beschichtung angeordnet ist, da die Beschichtung vor dem Eintritt in die Maskierung noch getrocknet werden muss.
Durch die DE 198 14 632 C1 zählt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbringen einer Schutzschicht auf einen langgestreckten Körper, insbesondere Draht oder Rohr, zum Stand der Technik. Die Rohre werden abschnittsweise berührungslos abgedeckt. Nach der Beschichtung und vor dem Aushärten wird die Abdeckung entfernt und an die Aufgabestelle zurückgeführt. Bei den Abdeckelementen handelt es sich bevorzugt um U-förmige Kappen, die in einem bestimmten Abstand zur Oberfläche angeordnet sein können, was den Vorteil hat, dass der Körper während der Beschichtung gedreht werden kann, um eine besonders gleichmäßige Schichtdickenverteilung zu erreichen.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Beschichtungsverfahren aufzuzeigen, bei welchem sowohl die Lackfreiheit bestimmter Funktionsflächen als auch deren temporärer Korrosionsschutz bis zur weiteren Montage gewährleistet ist.
Diese Aufgabe ist durch ein Beschichtungsverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Unteransprüche betreffen zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Bei dem erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahren wird das zu beschichtende Bauteil zunächst mit einer flüssig aufgetragenen Beschichtung versehen und anschließend in bekannter Weise mit einer Pulverlackschicht versehen, d.h. pulverlackiert. An dem Bauteil ist wenigstens eine Funktionsfläche vorgesehen, die entweder vollständig pulverlackfrei sein soll oder zumindest eine geringere Schichtdicke des Pulverlacks aufweisen soll. Dies wird im Rahmen der Erfindung dadurch erreicht, dass eine Maskierung verwendet wird.
Die Maskierung liegt allerdings nicht unmittelbar auf der Funktionsfläche auf, sondern befindet sich in einem Abstand von der Funktionsfläche. Es wird ein seitlich offener Spalt unter der Maskierung geschaffen. Der Abstand zwischen der Funktionsfläche und der Maskierung wird so gewählt, dass die Maskierung schon vor dem Auftragen der flüssigen Beschichtung angebracht werden kann, wobei die flüssig aufgetragene Beschichtung zwischen die Maskierung und die Funktionsfläche gelangt. Die Maskierung wird in einem Abstand von 0,5 mm bis 20 mm zur Funktionsfläche angebracht. Dadurch wird erreicht, dass die korrosionshemmenden Eigenschaften der flüssigen Beschichtung sowohl in den maskierten als auch in den unmaskierten Bereichen zum Tragen kommen.
Die anschließende Pulverbeschichtung kann durchgeführt werden, ohne dass die Maskierung näher an die Funktionsfläche verlagert werden muss, da durch den Prozess des Pulverlackierens das Pulver nicht oder nur unwesentlich in den umfangsseitig offenen Spalt zwischen der Maskierung und der Funktionsoberfläche gelangt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, ein Bauteil zu schaffen, dessen wenigstens eine Funktionsfläche, insbesondere eine Anschraubfläche, mit einem Korrosionsschutz versehen ist, wobei das Bauteil im Bereich der Funktionsfläche eine geringere Schichtdicke der aufgetragenen Beschichtungen aufweist als die außerhalb der Maskierung angeordneten Bereiche. Der temporäre Korrosionsschutz bis zur weiteren Montage ist gewährleistet.
Der genaue Abstand zwischen der Maskierung und der Funktionsfläche hängt nicht nur von dem Durchmesser der beispielsweise kreisrunden Maskierung ab, sondern auch davon, ob angestrebt wird, geringe Pulverlackmengen in den Spalt zwischen der Maskierung und der Funktionsfläche einzubringen. Grundsätzlich kann mit zunehmender Spaltbreite Pulverlack in den Spalt eindringen. Wird der Spalt hingegen sehr klein, dringt so gut wie kein Pulverlack in den Spalt ein, so dass die Funktionsfläche als (pulver)lackfrei bezeichnet werden kann. Die Spaltbreite sollte allerdings ein Minimalmaß nicht unterschreiten, damit die flüssig aufgetragene Beschichtung noch zuverlässig in den Spalt gelangen und die Funktionsfläche benetzen kann.
Insbesondere beträgt der Abstand der Maskierung zur Funktionsfläche zwischen 1 mm und 4 mm. Maßgeblich ist der Abstand am Rand des Spaltes, d.h. an dessen Mündung. Die Spaltbreite im Inneren des Spaltes kann variieren.
Als flüssig aufgetragene Beschichtung kann eine so genannte Konversionsschicht aufgetragen werden. Konversionsschichten bilden sich infolge einer chemischen Umwandlung der Metalloberfläche des Werkstücks mit einer wässrigen Reaktionslösung, die im Tauch- oder auch im Sprühverfahren aufgetragen werden kann. Mögliche Konversionsschichten können durch das Verfahren des Phosphatierens, Chromatierens, Eloxierens oder Brünierens aufgetragen werden. Insbesondere Phosphatieren ist dazu geeignet, einen Haftgrund mit gutem Korrosionsschutz zu schaffen. Gleichzeitig dient die Phosphatierung zur Verbesserung des Verschleißschutzes. Das Phosphatieren kann insbesondere bei Stahl zum Einsatz kommen, aber auch bei Aluminium und Aluminiumlegierungen sowie Magnesium und Magnesiumlegierungen. Im vorliegenden Anwendungsfall dient die Phosphatierung vor allem als Haftgrund für die nachfolgende Pulverbeschichtung.
Die Pulverbeschichtung unter Verwendung der Maskierungen führt dazu, dass sich der Pulverlack nur auf Bereichen abscheidet, welche nicht maskiert sind. Die Maskierung sorgt zum einen durch eine mechanische Abschirmung dafür, dass der Pulverlack sich nicht im Bereich der Funktionsfläche anlagert. Darüber hinaus wird auch eine elektrostatische Abschirmung geschaffen, die auf dem Prinzip eines Faraday'schen Käfigs beruht, wobei unterstellt wird, dass eine elektrisch leitende Maskierung verwendet wird. Bei der bekannten Corona-Aufladung des Pulverlacks werden elektrische Feldlinien zwischen einer Pulversprühvorrichtung und dem zu beschichtenden Bauteil erzeugt. Die Pulverlackpartikel bewegen sich vornehmlich entlang dieser Feldlinien. Wenn die Maskierung in der gleichen Polarität wie das zu beschichtende Bauteil elektrisch geladen ist, z.B. geerdet ist, zieht auch die Maskierung Pulverpartikel an. Es bilden sich jedoch keine Feldlinien zwischen dem zu beschichtenden Bauteil und der Maskierung aus, so dass die Pulverpartikel im Wesentlichen nur außerhalb des Spalts auf den Funktionsflächen abgelagert werden.
Bei einer triboelektrischen Aufladung des Pulverlacks in der Sprüheinrichtung entstehen keine Feldlinien zwischen der Sprüheinrichtung und dem Bauteil. Dennoch kann durch die Sprührichtung und die Eigenschaften des Lackpulvers, die Wahl der Spaltbreite und anderen Einflussgrößen erreicht werden, dass der Bereich der Funktionsfläche lackfrei bleibt.
Je nach Führung der Pulversprühpistole kann in gewissem Umfang Pulverlack auch in den Spalt eingebracht und somit gezielt reduzierte Pulverlackschichten auf den Funktionsflächen ausgebildet werden.
Unter einer reduzierten Pulverlackschicht ist eine Pulverlackschicht zu verstehen, deren Schichtdicke geringer ist als die Schichtdicke der Pulverlackschicht in den nicht maskierten Bereichen.
Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn die dem Abstand zur Funktionsflächen anzuordnenden Maskierungen an einer Aufhängung angeordnet sind, mittels welcher das Bauteil während des Beschichtungsverfahrens insbesondere klemmend gehalten wird. Eine solche Aufhängung kann insbesondere eine Öffnung des Bauteils durchgreifen, zumal es sich bei den lackfrei oder im Wesentlichen lackfrei zu haltenden Funktionsflächen um Anschraubflächen handelt, die üblicherweise Öffnungen im Bauteil umgeben. Durch diese Art der Maskierung ist es nicht erforderlich, die Maskierung selbst mit dem Bauteil zu verbinden bzw. diese in einem separaten Arbeitsschritt wieder von dem Bauteil zu lösen, da die Entfernung der Maskierung automatisch erfolgt, wenn die Aufhängung nicht mehr benötigt wird, d.h. wenn das Bauteil von der Aufhängung gelöst wird.
Es ist im Rahmen der Erfindung auch möglich, dass die Maskierung ohne eine solche Aufhängung verwendet wird. Beispielsweise kann eine Maskierung beiderseits der Öffnungen angeordnet werden, wobei die beiden Maskierungen durch die Öffnungen hindurch miteinander verbunden werden. Wenn die Maskierung am Rand der Öffnung anliegt, wird nicht nur sichergestellt, dass kein Pulver in die Öffnung gelangen kann, sondern auch, dass die Auflageflächen für Schraubverbindungen, d.h. der die Öffnung unmittelbar umgebende Randbereich, als lackfreie Funktionsfläche gestaltet wird. Der Kontakt im Randbereich der Öffnung bringt die Maskierung zudem auf dasselbe Spannungspotenzial wie das Bauteil.
Die Vorteile der Erfindung werden darin gesehen, dass insbesondere bei einer Integration der Maskierung in die Aufhängung weniger Prozessschritte notwendig sind, was den kompletten Beschichtungsvorgang vereinfacht. Gleichzeitig ist es unter Verwendung der entfernt von der Funktionsfläche angeordneten Maskierung möglich, eine Vorabphosphatierung oder einen anderen Korrosionsschutz im Bereich der Funktionsfläche zu realisieren. Das aufwändige Abkleben der lackfreien Bereiche entfällt. Das Verfahren ist im Durchlaufbetrieb anwendbar, insbesondere wenn die Maskierung in eine Bauteilhalterung integriert ist.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1: ein Ende eines Bauteils in Form eines Stabilisators, an welchem eine lackfreie Anschraubfläche ausgebildet werden soll;
Figur 2: einen Schnitt entlang der Linie II-II der Figur 1, wobei der Schnittbereich in mehreren zeitlich aufeinander folgenden Bearbeitungsschritten a) bis e) dargestellt ist und
Figur 3: den Schnittbereich der Figur 2 in einer Detaildarstellung während eines Pulverbeschichtungsvorgangs.

Figur 1 zeigt ein Ende eines zu beschichtenden Bauteils 1. In diesem Fall handelt es sich bei dem Bauteil 1 um einen Stabilisator. Der Stabilisator soll über eine Schraubverbindung fixiert werden. Hierzu befindet sich im Ende des Stabilisators eine Öffnung 2 und eine die Öffnung 2 umgebende, kreisrunde ringförmige Funktionsfläche 3, die lackfrei gehalten werden soll, da sie als Anschraubfläche für das Schraubelement dient. Die nachfolgend in der Figur 2 zeitlich aufeinander dargestellten Fertigungsschritte a) bis e) verdeutlichen, wie dieses Ziel erreicht wird.
Abbildung 2a) zeigt das Bauteil 1 im Querschnitt. Das Bauteil 1 ist gereinigt und für den nachfolgenden Fertigungsschritt, das Aufbringen einer Konversionsschicht, vorbereitet. In diesem Ausführungsbeispiel soll eine Phosphatierung durchgeführt werden. Bevor die Phosphatierung aufgebracht wird, werden zwei Maskierungen 4, 5 angebracht. Bei den beiden Maskierungen 4, 5 handelt es sich um identische Bauteile, die einander gegenüberliegend in die Öffnung 2 eingreifen. Die Maskierungen 4, 5 sind in nicht näher dargestellter Weise miteinander verbunden, beispielsweise miteinander verschraubt. Die Maskierungen 4, 5 können auch in nicht näher dargestellter Weise Bestandteil einer zangenartigen Halterung sein, wobei die Maskierungen 4, 5 gewissermaßen die freien Enden der zangenartigen Halterung bilden und beim Zieren des Bauteils 1 in die Öffnung 2 eingeführt werden. Die Maskierungen 4, 5 werden im Wesentlichen von den kreisscheibenförmigen Bereichen gebildet, die außerhalb der Öffnung 2 liegen. Figur 2b) zeigt das maskierte und bereits phosphatierte Bauteil 1.
Die einander gegenüberliegenden, kegelstumpfförmigen Abstandshalter 6 dienen zur Einhaltung eines bestimmten Abstands A von der jeweils zu schützenden Funktionsfläche 3, um einen Spalt 7 zwischen der jeweiligen Funktionsfläche 3 und der der Funktionsfläche 3 zugewandten Seite der Maskierung 4, 5 zu schaffen. Der Abstand A bzw. die Breite des Spalts 7 ist so gewählt, dass möglichst wenig Pulverlack in den Bereich des Spalts 7, d.h. auf die Funktionsfläche 3, gelangen kann.
Die Abbildung 2c) zeigt die Beschichtung des Bauteils 1 mit der Pulverlackschicht 9. Es ist zu erkennen, dass sich die einzelnen Pulverpartikel in den nicht maskierten Bereichen des Bauteils 1 in der gewünschten Art und Weise ablagern. Darüber hinaus kommt es auch zu einer Ablagerung auf den äußeren Flächen der Maskierungen 4, 5. Es kommt jedoch zu keiner Anhaftung von Pulverlack in dem Spalt 7 und damit auch nicht zu einer Anlagerung auf der phosphatierten Funktionsfläche 3.
Die nachfolgende Abbildung 2d) soll verdeutlichen, dass sich an das Aufbringen der Pulverlackschicht 9 ein Ofenprozess anschließt, bei welchem der Pulverlack aufschmilzt und aushärtet.
Schließlich steht nach dem Entfernen der Maskierungen 4, 5 (Abbildung 2e)) ein Bauteil 1 zur Verfügung, bei welchem die Funktionsflächen 3 lediglich phosphatiert, jedoch nicht pulverlackiert sind. Die unmaskierten Bereiche des Bauteils 1 sind hingegen sowohl phosphatiert als auch pulverlackiert.
Anhand der Figur 3 ist im Detail zu erkennen, dass beispielsweise bei einer Corona-Aufladung der Pulverpartikel in der Sprühvorrichtung 8 die einzelnen Pulverpartikel, durch einen Luftstrom beschleunigt und über nicht näher dargestellte Feldlinien in Richtung des zu beschichtenden Bauteils 1 bewegt werden. Das Bauteil 1 wurde wie zuvor mit einer Konversionsschicht versehen. Es ist zu erkennen, dass durch die Erdung des Bauteils 1 und der Maskierungen 4, 5 die Pulverpartikel nur außerhalb des Spalts 7 und damit nicht auf der Funktionsfläche 3 abgeschieden werden. Das Eindringvermögen der Pulverpartikel in den Spalt 7 ist beim Corona-Verfahren durch die Ausbildung eines Faraday'schen Käfigs im Bereich des Spaltes 7 eingeschränkt.

Bezugszeichen:

1 -: Bauteil
2 -: Öffnung
3 -: Funktionsfläche
4 -: Maskierung
5 -: Maskierung
6 -: Abstandshalter
7 -: Spalt
8 -: Sprühvorrichtung
9 -: Pulverlackschicht

A -: Abstand

Claims

Beschichtungsverfahren, bei welchem ein zu beschichtendes Bauteil (1) zunächst mit einer flüssig aufgetragenen Beschichtung und anschließend mit einer Pulverlackschicht (9) versehen wird, wobei an dem Bauteil (1) wenigstens eine Funktionsfläche (3) vorgesehen ist, die entweder pulverlackfrei ist oder eine Pulverlackschicht geringerer Schichtdicke aufweist, wobei eine Maskierung (4, 5) schon vor dem Auftragen der flüssigen Beschichtung derart in einem Abstand (A) von 0,5 mm bis 20 mm zur Funktionsfläche (3) angeordnet wird, dass die flüssige Beschichtung beim Auftragen zwischen die Maskierung (4, 5) und die Funktionsfläche (3) gelangt und die Funktionsfläche (3) während des Aufbringens der Pulverlackschicht (9) vollständig oder zumindest überwiegend durch die Maskierung (4, 5) abgeschirmt wird.
Beschichtungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maskierung (4, 5) in einem Abstand (A) von 1 mm bis 4 mm, zur Funktionsfläche (3) angeordnet wird.
Beschichtungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als flüssig aufgetragene Beschichtung eine Konversionsschicht aufgetragen wird.
Beschichtungsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) phosphatiert wird.
Beschichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) während des Beschichtungsverfahrens mittels einer Aufhängung gehalten wird, an welcher die Maskierung (4, 5) angebracht ist.
Beschichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Maskierung (4, 5) an einer Öffnung (2) im Bauteil (1) angeordnet wird, wobei die Funktionsfläche (3) die Öffnung (2) umgibt.
Beschichtungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Maskierung (4, 5) beiderseits der Öffnung (2) angeordnet wird, wobei die beiden Maskierungen (4, 5) durch die Öffnung (2) hindurch miteinander verbunden werden.
Beschichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der Maskierung (4, 5) das gleiche elektrische Potenzial angelegt wird wie an das zu beschichtende Bauteil (1).