WO2008034484A2 - Verfahren zur elektrophoretischen beschichtung von werkstücken und beschichtungsanlage - Google Patents

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WO2008034484A2
WO2008034484A2 PCT/EP2007/006699 EP2007006699W WO2008034484A2 WO 2008034484 A2 WO2008034484 A2 WO 2008034484A2 EP 2007006699 W EP2007006699 W EP 2007006699W WO 2008034484 A2 WO2008034484 A2 WO 2008034484A2
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workpiece
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Jürgen SCHLECHT
Zoltan-Josef Horvath
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Eisenmann Anlagenbau Gmbh & Co. Kg
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    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D13/00—Electrophoretic coating characterised by the process
    • C25D13/22—Servicing or operating apparatus or multistep processes
    • 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
    • C25D13/18—Electrophoretic coating characterised by the process using modulated, pulsed, or reversing current

Definitions

  • the invention relates to a method for electrophoretic coating of workpieces with a coating medium, in particular lacquer, in which at least one workpiece is immersed in the coating medium, a DC voltage is applied between the workpiece and at least one electrode immersed in the coating medium and the DC voltage is applied with a voltage source during electrophoresis is increased.
  • the invention relates to a coating system for the electrophoretic coating of workpieces with a coating medium, in particular paint, with a bath container in which the at least one workpiece can be immersed, with a voltage source for applying a variable DC voltage between the workpiece and at least one electrode in the bath tank.
  • a coating medium in particular paint
  • a voltage source for applying a variable DC voltage between the workpiece and at least one electrode in the bath tank.
  • the voltage is then kept constant in a first exemplary embodiment in each case at the value of the coating voltage or, in a second exemplary embodiment, is increased stepwise.
  • the coating of the workpieces acts as an insulating layer on their surface.
  • the thickness of the insulating layer increases with the coating time.
  • the coating speed is dependent on the conductivity of the workpiece surface and thus the current density initially very large. It decreases exponentially with the coating time due to the increasing thickness of the insulating layer until a saturation occurs or the circuit is interrupted.
  • the increasing insulating layer thickness therefore leads to a significant extension of the entire coating duration.
  • the method of current density constant maintenance is known from other known continuous flow coating plant.
  • the voltage is readjusted as a function of the immersed surface of the workpiece.
  • the workpieces are intermittently immersed in an area of the bath and held there. For the duration of the immersion, a substantially constant voltage is applied between the immersed workpiece and at least one electrode in the bath with a voltage source.
  • a substantially constant voltage is applied between the immersed workpiece and at least one electrode in the bath with a voltage source.
  • longer cycle times for the coating are predetermined here, whereby the entire coating process is significantly prolonged.
  • the object of the present invention is to design a method and a coating system of the type mentioned above, with which the workpieces can be provided as simply as possible with a high-quality coating, in particular with a predefinable layer density and a predeterminable layer thickness.
  • the layer thickness is proportional to the supplied electric charge depending on the coating medium, it can be easily determined.
  • no controlled current increase occurs due to the controlled continuous increase in voltage, so that the voltage source and any contacts, in particular sliding contacts, when using a flow system are loaded less and smaller rectifiers can be used.
  • the risk of flashovers is reduced by sparking.
  • the achieved almost constant time course of current also leads to a decrease in harmonics when using AC voltage to supply the voltage source.
  • a significantly better active power factor can be achieved since the almost constant current Run idle times of the power source can be reduced.
  • the dipping areas can be designed to be shorter in order to achieve the same layer thicknesses with shorter coating times as in the continuous installations known from the prior art. Accordingly, when using clock systems, the cycle times can be correspondingly shorter.
  • the voltage can be increased up to a threshold voltage, which is predetermined in particular depending on the coating medium.
  • a multiplicity of workpieces can be conveyed simultaneously in the bath of a continuous coating installation, and the voltage source can be used to provide the same temporal voltage progression for each workpiece with a time shift.
  • the advantages of the continuous coating installation and take the advantage ⁇ le of the invention can be combined, so that a plurality of workpieces may be provided continuously and rapidly in each case with a high quality coating.
  • the workpieces can also be immersed in cycles in a bath of a tact coater.
  • a DC voltage with a single rectifier can be generated from an AC input voltage in a particularly simple and cost-effective manner, and the variable DC voltage (s) applied to the workpiece can be converted from this DC voltage by means of at least one electronic circuit controlled by a control unit of the laminator. is (are) generated.
  • the coating system according to the invention is characterized in that the voltage source has at least one electronic circuit with which it can be controlled so that it emits a continuously substantially continuously variable DC voltage over virtually the entire coating duration such that the coating current density at the workpiece surface in the Essentially remains constant over time. In this way, a reduction in the conductivity of the workpiece surface during almost the entire coating time can be optimally compensated.
  • the coating installation can be a continuous coating installation, which comprises:
  • a conveyor system which passes the workpieces along a path of movement through the bath container, and b) a running along the path of movement busbar arrangement, with which the workpieces are brought into electrical contact during passage through the bath container and which is galvanically divided into a plurality of segments, wherein a plurality, preferably all, segments via its own semiconductor switch with a pole of a single Rectifier are connected such that the voltage applied to a segment in a controllable size can be passed on to the direction of movement following segment;
  • This embodiment is used in particular where the workpieces to be coated are not at ground potential. In Europe, where by convention the negative pole is at ground potential, these are anaphore- tic coating processes.
  • the coating plant may be a continuous coating plant which comprises: a) a conveyor system, which passes the workpieces along a path of movement through the bath container,
  • This embodiment is used in particular where the workpieces to be coated are at ground potential, ie in cataphoretic coating processes in Europe.
  • the coating installation can be a clock coating installation which requires less space than a continuous coating installation.
  • the voltage source may comprise a single rectifier and at least one controllable electronic circuit connected downstream thereof which can generate a DC voltage of continuously variable size from the voltage delivered by the rectifier.
  • the voltage source can be easily realized with just a few components.
  • the electronic circuit may include an IGBT
  • Circuit which is particularly easy to implement and suitable for high voltages and currents. Another advantage is the low demand for control power, the insulation of the gate connection from the load circuit and the low on-resistance.
  • FIG. 1 shows a schematic vertical section of a first embodiment of a fürlauftauchlak- kierstrom for anaphoretic dip painting with associated circuitry
  • FIG. 2 schematically shows the time profile of coating voltage and coating flow in the continuous dip coating installation from FIG. 1;
  • Figure 3 is a schematic vertical section of a second embodiment of a continuous dip coating plant for cataphoretic dip painting, which is similar to that of Figure 1;
  • FIG. 4 shows a schematic vertical section of a clock dip coating apparatus
  • FIG. 5 schematically shows the time profile of coating voltage and coating current in the pulse dip coating system from FIG. 4.
  • the various workpieces to be painted are not grounded and can therefore be brought to different and time-varying potentials.
  • the negative pole of a DC voltage source is grounded.
  • the system of Figure 1 thus works anaphoretically in the manner described below.
  • the positive terminal is a DC voltage source used as a mass
  • the system of Figure 1 is suitable for cataphoretic operation. It is used in particular for pre-painting of not shown workpieces in a continuous dipping process. It comprises a dip tank 12 shown in vertical section, which is filled up to a certain level with a corresponding coating liquid.
  • the workpieces to be painted are brought in the direction of the arrow 14 by means of a suitable, not shown För- dersystem to the dip tank 12, then immersed in a first area in the coating liquid, moved through the coating liquid, lifted out of the paint liquid in the end of the dip tank 12 and then discharged for further treatment in accordance with arrow 16.
  • a multiplicity of cathodes 18 immersed in the coating liquid which are connected to the earthed negative pole of a regulated rectifier 20, are immersed.
  • an input AC voltage in the order of about 450 V at.
  • a busbar assembly 22 which preferably extends above the mirror of the paint liquid and is divided into four segments 22a, 22b, 22c and 22d.
  • Each workpiece can be connected in succession with the segments 22a, 22b, 22c and 22d via a galvanic contact during conveyance.
  • the distance of the workpieces is sufficiently large, so that never two of the workpieces are connected in time with the same segment 22a, 22b, 22c and 22d.
  • a workpiece and its galvanic contact together with the cathodes 18 each form an electrode device.
  • Each segment 22a, 22b, 22c and 22d is, tung an IGBT formwork via a respective controllable semiconductor switches 24a, 24b, 24c or 24d in the present case is connected to the positive terminal of the controlled rectifier '20th With the semiconductor switches 24a, 24b, 24c and 24d a coating DC voltage U (T) at the corresponding segments 22a, 22b, 22c and 22d is adjustable.
  • the semiconductor switches 24a, 24b, 24c and 24d in turn each comprise a controllable power transistor 26 and a logic circuit 28 driving the same. For the sake of clarity, only the semiconductor switch 24a for the first segment 22a in the conveying direction, in FIG. 1 on the left, is shown in detail.
  • the semiconductor switches 24b, 24c and 24d of the further segments 22b, 22c, 22d correspond to the first one.
  • control program for the power transistor 26 is stored, which is then set in motion when at an input 30 of the semiconductor switch 24a or an input, not shown, the semiconductor switches 24b, 24c and 24d arrives a start signal.
  • Each semiconductor switch 24a, 24b, 24c and 24d and the conveyor are connected to a central control unit, not shown, with which the delivery process and the Control program can be coordinated in the manner explained below.
  • the central control unit may be a programmable controller (PLC) or a PC.
  • the dip coating system 10 described above operates as follows:
  • the approaching in the direction of arrow 14 workpiece is detected at the inlet of the dip tank 12 by an inlet sensor 32. This gives the start signal to the input 30 of the semiconductor switch 24a of the first segment 22a, so that the logic begins with the execution of the stored program.
  • the workpiece is now galvanically connected to the first segment 22a of the busbar arrangement 22, which is still at zero potential.
  • the logic circuit 28 generates now with a certain repetition frequency of eg 500 Hertz pulse width modulated voltage pulses, which during its duration the Power transistor 26 Open.
  • a certain repetition frequency eg 500 Hertz pulse width modulated voltage pulses, which during its duration the Power transistor 26 Open.
  • the duration of these pulses is still very low, but increases continuously, though not necessarily linearly, during the passage of the first segment 22a. Accordingly, the mean coating DC voltage U (T) to which the workpiece is exposed during its movement increases along the first segment 22a.
  • the time profile of the coating DC voltage U (T) for the entire coating process is shown in Figure 2 and is explained in more detail below.
  • a presence sensor 34 is arranged shortly before reaching the end of the first segment 22a, which is connected via the semiconductor switch 24a to the central control unit.
  • the workpiece enters the detection area of the presence sensor 34, it generates a signal which starts the program of the logic circuit 28 of the semiconductor switch 24b, the second segment 22b and causes the central control unit to apply the same to the second segment 22b, independently of the semiconductor switch 24a of the first segment 22a To bring potential like the first segment 22a.
  • the coating voltage U (T) at the end of the first segment ment 22a is thus' passed on in controllable size to the second segment 22b.
  • the transition from the second segment 22b to the third segment 22c and from the third segment 22c to the fourth segment 22d is monitored by analogous not further shown other presence sensors.
  • the programs of the second semiconductor switch 24b and of the third semiconductor switch 24c are processed analogously to that of the first semiconductor switch 24a and the coating DC voltage U (T) is continuously increased further when passing through the second segment 22b and the third segment 22c.
  • the workpiece is further coated with varnish.
  • the entry into the fourth segment 22d is analogous to that in the previous segments 22b and 22c. However, just before the end of the fourth segment 22d, when a limit voltage U G is reached , the coating uniformity voltage U (T) kept constant to prevent the paint from coagulating.
  • the coating DC voltage U (T) whose course over time is caused to flow along the four segments 22a to 22d, causes the workpiece to lie overall 2 and which has no steps at the transitions between the segments 22a, 22b, 22c and 22d.
  • the time profile of the coating DC voltage U (T) and of a coating current I (T) in the dipping coating system 10 when passing through all four segments 22a, 22b, 22c and 22d is, as already mentioned, schematically illustrated in FIG. Time diagram shown.
  • the course of the coating DC voltage U (T) is dashed in the top of FIG. 2 and that of the coating current I (T) below is shown as a solid line.
  • the amplitudes are plotted on the vertical axis of the diagram and the coating time T on the horizontal axis.
  • the inlet sensor 32 indicates to the semiconductor switches 24a of the first segment 22a of the immersion of the workpiece in the bath is at a time t 0, in the figure 2 on the left, with the semiconductor switches 24a to the first Seg ⁇ element 22a has a minimum initial coating DC voltage U A applied. Because of the initially large conductivity The uncoated workpiece surface still follows the initial coating DC voltage U A immediately following a sharp increase in the coating current I (T) to a value I B. The current I (T) causes the desired uniform and rapid coating of the workpiece surface.
  • the coating DC voltage U (T) is increased approximately in the form of an exponential function such that the coating current I (T) and thus the coating speed remain almost constant even with increasing layer thickness, ie decreasing conductivity of the workpiece surface.
  • a continuous busbar arrangement could be brought by a single controllable semiconductor switch during the passage of the workpiece to the changing coating DC voltage U (T), as shown in Figure 2.
  • each segment 22a, 22b, 22c and 22d there may be only one workpiece.
  • the workpiece previously in the first segment 22a changes to the second segment 22b
  • the workpiece previously in the second segment 22b changes to the third segment 22c, which was previously in the third segment 22c
  • Workpiece on the fourth segment 22d and the previously located in the fourth segment 22d workpiece leaves this segment 22d.
  • the semiconductor switches 24b, 24c and 24d are brought to the potential which the workpieces last had on the preceding segment 22a, 22b or 22c by means of the semiconductor switches 24b, 24c and 24d, respectively.
  • each segment 22a, 22b, 22c, 22d thus covers a specific voltage range of the coating DC voltage U (T) shown in FIG.
  • the temporal stress curve is the same for all workpieces with respect to the respective beginning of the coating; the respective start of coating for a workpiece is shifted in time relative to the beginning of the coating of the workpiece previously conveyed in the dipping area.
  • the voltage source which includes the semiconductor switches 24a, 24b, 24c and 24d and the regulated rectifier 20
  • the coating DC voltage U (T) required in each case for depositing a paint film between each workpiece and the cathodes 18 in the bath can be as shown in FIG 2 course are created.
  • a continuous dip coating system 110 for cataphoretic dip coating 3 the elements which are similar to those of the continuous dip coating installation 10 described in FIGS. 1 and 2 are given the same reference numerals plus 100 so that reference is made to the above description with regard to their description.
  • the cataphoretic continuous dip coating system 110 of FIG. 3 differs from the continuous dip coating system 10 of FIG. 1 in that the workpieces are all at ground, that is to say at the same, constant potential over time. For a plant according to European convention, this means that the plant of Figure 3 works cataphoretically in the manner described below.
  • a contiguous, continuous bus bar 122 may be used, with which each workpiece 170 is galvanically connected via a suspension 150 during conveyance.
  • the bus bar 122 is connected via a terminal 135 to the negative terminal of the controlled rectifier 120.
  • Each of the anodes 118 is connected to the positive pole of the controlled rectifier 120 separately via a blocking diode 125a, 125b, 125c, and 125d, respectively, and the semiconductor switches 124a, 124b, 124c, and 124d, respectively.
  • a presence sensor 134 is arranged, which is connected to the semiconductor switches 124a, 124b, 124c and 124d of the anode 118 corresponding to it.
  • the lines between the presence sensors 134 and the respective semiconductor switches 124a, 124b, 124c and 124d are not shown in FIG. 3 for the sake of clarity.
  • the anodes 118 may each be surrounded in a known manner by a membrane which forms a dialysis cell.
  • the cataphoretic continuous dip coating system 110 functions analogously to the anaphoretic continuous dip coating system 10 according to FIG. 1, except that in the case of the cataphoretic continuous dip coating system 110, unlike the anaphoretic continuous dip coating system 10, the movement path is not subdivided by physical rail segments 22a, 22b, 22c and 22d, but by potential districts in the bathroom, which are realized near the anodes 118.
  • the potentials at the anodes 118 in the second embodiment are changed analogously to the potentials at the segments 22a, 22b, 22c and 22d of the first embodiment, as soon as the presence of a workpiece 170 from the corresponding is detected sensor 134.
  • the voltage curve on the workpieces 170 corresponds to that shown in FIG.
  • the use of the presence sensors 134 is then omitted.
  • the coating DC voltage U (T) to which the workpieces 170 are exposed when passing through the dip tank 112 thus increases during the coating from about 30 V to about 450 V with a similar time course as in the anaphoretic continuous dipping coating plant 10 is shown in FIG. Since the anodes 118 are arranged close to one another, the voltage profile is essentially continuous here as well, with the exception of the minimal narrow steps compared to the applied DC coating voltages U (T).
  • the coating speed is influenced here by all An ⁇ oden 118.
  • the coating speed at each workpiece 170 is additionally controlled by the removal of the corresponding cathode suspension 150 from the anodes 118.
  • FIG. 4 shows a vertical dip dip coating system 210 for cataphoretic dip painting.
  • a plurality of workpieces 270 are subjected to a coating DC voltage U (T) which increases continuously during the coating and which overall has the same time profile as the coating DC voltage U (T) in the first exemplary embodiment of the continuous dip coating system 10 Figures 1 and 2 has.
  • the voltage profile in the clock dip coating system 210 is shown in FIG.
  • the elements which are similar to those of the continuous-flow coating plants 10 from FIGS. 1 and 2 are provided with the same reference numerals plus 200.
  • the workpieces to be coated 270 are immersed simultaneously in the sense of the double arrow 211 by means of a suitable, not shown conveyor system down in the paint liquid in the grounded dip tank 212, held there during the Lak- kiervorgangs and then upwards in opposite Direction out of the paint liquid lifted.
  • the front workpiece 270 obscures the other workpieces, which is why the latter are not visible.
  • anodes 218 On both sides of the workpieces 270 a plurality of anodes 218 is immersed in the paint liquid.
  • the anodes 218 may optionally be surrounded in a known manner in each case with a membrane which forms a dialysis cell.
  • Each anode 218 is connected via a stationary contact 209, an anode connection 203 and a fixed electrical installation.
  • onstress 205 connected to the positive pole of the combined with an isolating transformer rectifier 220. From some of the electrical installation connection 205 leading to the hidden workpieces, only the ends connected to the rectifier 220 are shown.
  • the rectifier 220 is also grounded.
  • the rectifier 220 is connected to a PC (not shown) or a memory-programmed control (PLC), with which a time profile for the coating DC voltage U (T) can be specified, as shown in FIG.
  • PC not shown
  • PLC memory-programmed control
  • the workpieces 270 are each connected via a flexible galvanic contact 211 to a cathode connection 204. From this, a fixed electrical installation line 206 leads to the negative pole of the rectifier 220. Again, the ends of some fixed electrical installation lines 206 leading away from the rectifier 220 are shown leading to concealed workpieces.
  • the flexible contacts 211 are each designed such that the associated workpiece 270 is permanently connected to the cathode connection 204 during immersion or when lifting out.
  • the rectifier 220 After immersing the workpieces 270 in the plunge pool 212, the rectifier 220 is controlled by the PC or the PLC in such a way that it generates the DC coating voltage U (T), which is increased in a time-dependent manner as shown in FIG.
  • the coating DC voltage U (T) is applied to the workpieces via the positive pole of the rectifier 220, the electrical installation connections 205, the anode connections 203, the stationary contacts 209 and the anodes 218 on the one hand and via the electrical installation lines 206, the cathode connections 204 and the flexible contacts 210 on the other hand 270 created.
  • the coating DC current U (T) is steplessly controlled by the coating current I (T) such that the current density at the workpiece surface remains constant during the immersion process, regardless of the size of the submerged surfaces and then over time.
  • the workpieces 170; 270 can also be coated with a different type of coating medium.
  • the input AC voltage may also be greater than 400V.
  • a medium voltage for example of the order of 10 kV to 20 kV.
  • a regulated rectifier 20; 120; 220 may also be provided an unregulated rectifier.
  • the control can also be taken over by corresponding semiconductor switches, for example.

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Abstract

Es werden ein Verfahren zur elektrophoretischen Beschichtung von Werkstücken mit einem Beschichtungsmedium, insbesondere Lack, und eine Beschichtungsanlage (10) beschrieben. Bei dem Verfahren wird wenigstens ein Werkstück in das Beschichtungsmedium eingetaucht. Mit einer Spannungsquelle (20, 24a, 24b, 24c, 24d) wird eine Gleichspannung zwischen dem Werkstück und wenigstens einer in das Beschichtungsmedium eingetauchten Elektrode (18) angelegt. Die Gleichspannung wird während nahezu der gesamten Beschichtungsdauer derart kontinuierlich im Wesentlichen stufenlos erhöht, dass die Beschichtungsstromdichte an der Werkstückoberfläche im wesentlichen zeitlich konstant bleibt.

Description

Verfahren zur elektrophoretischen Beschichtung von Werkstücken und Beschichtungsanlage.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrophoretischen Beschichtung von Werkstücken mit einem Beschich- tungsmedium, insbesondere Lack, bei dem wenigstens ein Werkstück in das Beschichtungsmedium eingetaucht wird, mit einer Spannungsquelle eine Gleichspannung zwischen dem Werkstück und wenigstens einer in das Beschichtungsmedium eingetauchten Elektrode angelegt und die Gleichspannung während der Elektrophorese erhöht wird.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Beschichtungs- anläge zur elektrophoretischen Beschichtung von Werkstük- ken mit einem Beschichtungsmedium, insbesondere Lack, mit einem Badbehälter in welchen das wenigstens eine Werkstück eintauchbar ist, mit einer Spannungsquelle zum Anlegen einer veränderlichen Gleichspannung zwischen dem Werkstück und wenigstens einer Elektrode im Badbehälter.
Aus der EP 0 255 268 A2 ist eine Methode zur Betreibung einer Durchlaufbeschichtungsanlage zur Beschichtung von Werkstücken bekannt, die in einem kataphoretischen Bad in Förderrichtung kontinuierlich befördert und auf Abstand gehalten werden. Das Bad hat einen Tauchbereich mit ausreichender Größe zum vollständigen Tauchen mehrerer auf Abstand gehaltener Werkstücke. Um Spannungsüberschläge mit Funkenbildung und Fehler auf den elektrophoretisch erzeugten Schichten, beispielsweise Löcher oder Unebenheiten, zu vermeiden, wird in einem Einlaufabschnitt eine Gleichspannung für die Dauer einer kurzen Hochlaufzeit linear bis zu einer Beschichtungsspannung erhöht. In den folgenden Abschnitten des Tauchbereichs, in denen die eigentliche Beschichtung erst stattfindet, wird die Spannung dann bei einem ersten Ausführungsbeispiel jeweils auf dem Wert der Beschichtungsspannung konstant gehalten oder bei einem zweiten Ausführungsbeispiel stufenweise erhöht. Die Beschichtung der Werkstücke wirkt allerdings als Isolierschicht auf deren Oberfläche. Die Dicke der Isolierschicht nimmt mit der Beschichtungszeit zu. Beim Anlegen einer konstanten Gleichspannung (erstes Ausführungsbeispiel) im zweiten und gegebenenfalls den weiteren Abschnitten des Tauchbereichs, ist die Beschichtungsge- schwindigkeit abhängig von der Leitfähigkeit der Werkstückoberfläche und damit die Stromdichte anfänglich sehr groß. Sie nimmt mit der Beschichtungszeit auf Grund der zunehmenden Dicke der Isolierschicht etwa exponentiell ab bis eine Sättigung eintritt oder der Stromkreis unterbrochen wird. Die zunehmende Isolierschichtdicke führt daher zu einer deutlichen Verlängerung der gesamten Beschich- tungsdauer. Daher werden entsprechend lange Tauchbereiche benötigt, um die Verweildauer der Werkstücke zu verlän- gern. Die hohen Stromspitzen zu Beginn des Beschichtungs- vorgangs erfordern die Verwendung großer und damit teurer Gleichrichter. Auch führt die konstante Gleichspannung während der eigentlichen Beschichtungszeit in den dafür vorgesehenen Abschnitten des Tauchbereichs bei großen Werkstückoberflachen zu anderen Schichtdicken als bei kleinen Werkstückoberflächen. Das Erhöhen der Spannung lediglich während der kurzen Hochlaufzeit im ersten Abschnitt des Tauchbereichs beeinträchtigt darüber hinaus die Qualität der Beschichtung der Oberfläche der Werkstücke. Die stufenweise Erhöhung der Gleichspannung (zweites Ausführungsbeispiel) ab dem zweiten Abschnitt des Tauchbereiches führt zu Stromsprüngen. An den Werkstücken liegt daher nicht immer die optimale Stromstärke an, um die Stromdichte konstant zu halten.
Um die Spannung für die Beschichtung zu regeln, ist von anderen marktbekannten Durchlaufbeschichtungsanlage die Methode der Stromdichtekonstanthaltung bekannt. Hierbei wird die Spannung in Abhängigkeit von der eingetauchten Oberfläche des Werkstücks nachgeregelt. Eine Regelung der Beschichtungsgeschwindigkeit ist hiermit allerdings nicht möglich .
Ferner ist bekannt, zur Beschichtung von Hohlräumen, insbesondere geschlossenen rohrförmigen Teilen, kurze Spannungspulse mit erhöhter Spannung zwischen dem Werkstück und der Elektrode anzulegen, um einen Umgriff, insbesondere eine Innenbeschichtung, auch bei Hohlraumtiefen grö- ßer als 500 mm zu ermöglichen. Die Spannungen sind bei Lackbeschichtungen auf 450 V begrenzt, da bei größeren Spannungen der Lack koagulieren kann. Diese Methode ist ungeeignet, die Abnahme der elektrischen Leitfähigkeit - A -
der Werkstückoberfläche als Folge der Zunahme der Isolierschichtdicke zu kompensieren.
Bei vom Markt her bekannten Taktanlagen zur Beschichtung von Werkstücken werden die Werkstücke taktweise in einen Bereich des Bades eingetaucht und dort gehalten. Für die Dauer des Eintauchens wird mit einer Spannungsquelle eine im Wesentlichen konstante Spannung zwischen dem eingetauchten Werkstück und wenigstens einer Elektrode im Bad angelegt. Um der Problematik der mit der Beschichtungs- zeit aufgrund der zunehmenden Isolierschichtdicke abnehmenden Beschichtungsgeschwindigkeit entgegenzuwirken, werden hier längere Taktzeiten für die Beschichtung vorgegeben, wodurch der gesamte Beschichtungsvorgang deut- lieh verlängert wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren und eine Beschichtungsanlage der eingangs genannten Art zu gestalten, mit dem/der Werkstücke möglichst einfach mit einer qualitativ hochwertigen Beschichtung insbesondere mit einer vorgebbaren Schichtdichte und einer vorgebbaren Schichtstärke versehen werden können.
Diese Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, dass die Gleichspannung während nahezu der gesamten Beschichtungsdauer derart kontinuierlich im Wesentlichen stufenlos erhöht wird, dass die Beschich- tungsstromdichte an der Werkstückoberfläche im Wesentli¬ chen zeitlich konstant bleibt. Erfindungsgemäß wird also nahezu während der gesamten Be- schichtungsdauer einer Verkleinerung der Leitfähigkeit der Werkstückoberfläche aufgrund der Zunahme der Dicke der Beschichtung mit einer kontinuierlichen Vergrößerung der Spannung entgegengewirkt, so dass der Strom und der Fluß der Medienpartikel, wobei hier unter Partikel sowohl suspendierte als auch dispergierte Teilchen zu verstehen sind, und damit die Beschichtungsgeschwindigkeit über die Beschichtungsdauer nahezu konstant bleiben. Hierdurch wird nahezu während der gesamten Beschichtungszeit eine kontrollierte homogene Auftragung der Medienpartikel auf die Werkstückoberfläche vorzugsweise mit vorgegebener Dichte und Schichtstärke • erreicht . Da die Schichtdicke abhängig vom Beschichtungsmedium proportional zu der zugeführten elektrischen Ladung ist, kann sie leicht bestimmt werden. Durch die kontrollierte kontinuierliche Spannungserhöhung kommt es im Übrigen zu keinen Stromspitzen, so dass die Spannungsguelle und etwaige Kontak- te, insbesondere Schleifkontakte bei der Verwendung einer Durchlaufanläge, weniger belastet werden und kleinere Gleichrichter eingesetzt werden können. Insbesondere bei Durchlaufanlagen wird so auch die Gefahr von Spannungsüberschlägen durch Funkenbildung reduziert. Der erzielte zeitlich nahezu konstante Stromverlauf führt außerdem zu einer Abnahme von Oberwellen bei der Verwendung von Wechselspannung zur Versorgung der Spannungsquelle. Im Übrigen kann ein deutlich besserer Wirkleistungsfaktor erreicht werden, da durch den nahezu konstanten Stromver- lauf LeerlaufZeiten der Spannungsquelle verringert werden. Beim Einsatz in Verbindung mit Durchlaufanlagen können die Tauchbereiche kürzer ausgelegt werden, um mit kürzeren Beschichtungsdauern die gleichen Schichtstärken wie bei den aus dem Stand der Technik bekannten Durchlaufanlagen zu erreichen. Entsprechend können bei der Verwendung von Taktanlagen die Taktzeiten entsprechend kürzer sein.
Um eine Koagulation des Beschichtungsmediums zu vermeiden, kann die Spannung bis zu einer Grenzspannung erhöht werden, die insbesondere abhängig von dem Beschichtungs- medium vorgegeben wird.
Eine Vielzahl von Werkstücken kann gleichzeitig im Bad einer Durchlaufbeschichtungsanlage befördert werden und mit der Spannungsquelle kann für jedes Werkstück jeweils zeitlich verschoben der gleiche zeitliche Spannungsverlauf bereitgestellt werden. Auf diese Weise können die Vorteile der Durchlaufbeschichtungsanlage und die Vortei¬ le der Erfindung kombiniert werden, so dass eine Vielzahl von Werkstücken kontinuierlich und schnell jeweils mit einer qualitativ hochwertigen Beschichtung versehen werden kann.
Die Werkstücke können alternativ auch getaktet in ein Bad einer Taktbeschichtungsanlage eingetaucht werden. Besonders einfach und kostengünstig kann eine Gleichspannung mit einem einzigen Gleichrichter aus einer Eingangs- Wechselspannung erzeugt und aus dieser Gleichspannung mittels mindestens einer von einer Steuereinheit der Be- Schichtungsanlage gesteuerten elektronischen Schaltung die veränderliche (n) an das Werkstück gelegte (n) Gleichspannung (en) erzeugt wird (werden).
Die erfindungsgemäße Beschichtungsanlage zeichnet sich dadurch aus, dass die Spannungsquelle wenigstens eine elektronische Schaltung aufweist, mit der sie derart steuerbar ist, dass sie eine nahezu über die gesamte Be- schichtungsdauer derart kontinuierlich im Wesentlichen stufenlos vergrößerbare Gleichspannung abgibt, dass die Beschichtungsstromdichte an der Werkstückoberfläche im Wesentlichen zeitlich konstant bleibt. Auf diese Weise kann eine Verringerung der Leitfähigkeit der Werkstückoberfläche während nahezu der gesamten Beschichtungsdauer optimal kompensiert werden.
Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die Beschichtungsanlage eine Durchlaufbeschich- tungsanlage sein, welche aufweist:
a ) ein Fördersystem, welches die Werkstücke entlang eines Bewegungsweges durch den Badbehälter hindurchführt, und b ) eine entlang des Bewegungsweges verlaufende Stromschienenanordnung, mit der die Werkstücke beim Durchlauf durch den Badbehälter in elektrischen Kontakt gebracht werden und die galvanisch in eine Vielzahl von Segmenten unterteilt ist, wobei mehrere, vorzugsweise alle, Segmente über einen eigenen Halbleiterschalter mit einem Pol eines einzigen Gleichrichters verbunden sind, derart, dass die an einem Segment liegende Spannung in steuerbarer Grö- ße an das in Bewegungsrichtung folgende Segment weitergegeben werden kann;
c ) wobei der andere Pol des Gleichrichters mit der wenigstens einen Elektrode verbunden ist. Auf diese Weise kann für eine Vielzahl von Werkstücken, welche gleichzeitig in das Bad eintauchen, jeweils mit einer zeitlichen Verschiebung der gleiche zeitliche Spannungsverlauf bereitgestellt werden.
Diese Ausführungsform wird insbesondere dort eingesetzt, wo sich die zu beschichtenden Werkstücke nicht auf Massepotential befinden. Dies sind in Europa, wo nach der Konvention der Minuspol auf Massepotential liegt, anaphore- tische Beschichtungsverfahren.
Alternativ kann die Beschichtungsanlage eine Durchlaufbe- schichtungsanlage sein, welche aufweist: a ) ein Fördersystem, welches die Werkstücke entlang eines Bewegungsweges durch den Badbehälter hindurchführt,
b ) eine entlang des Bewegungsweges verlaufende Stromschienenanordnung, mit der die Werkstücke beim Durchlauf durch den Badbehälter in elektrischen Kontakt gebracht werden und die mit einem Pol eines einzigen Gleichrichters verbunden sind;
c ) eine Vielzahl von entlang des Bewegungsweges hintereinander angeordneten Elektroden, die jeweils über einen eigenen Halbleiterschalter mit dem anderen Pol des Gleichrichters verbunden sind, derart, dass die im räumlichen Bezirk einer Elektrode an dem Werkstück anliegende Spannung insbesondere in steuerbarer Größe an den Bezirk der in Bewegungsrichtung folgenden Elektrode weitergegeben werden kann.
Diese Ausführungsform wird insbesondere dort eingesetzt, wo sich die zu beschichtenden Werkstücke auf Massepotential befinden, in Europa also bei kataphoretische Be- schichtungsverfahren .
Der Vorteil bei dieser Ausführungsform ist, dass beim Durchlaufen der Werkstücke keine galvanischen Übergänge erforderlich sind, bei denen Spannungsüberschläge durch Funkenbildung verursacht werden könnten. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Beschichtungsanlage eine Taktbeschichtungsanlage sein, die einen geringeren Platzbedarf hat als eine Durchlauf- beschichtungsanlage.
Schließlich kann die Spannungsquelle einen einzigen Gleichrichter sowie mindestens eine diesem nachgeschaltete steuerbare elektronische Schaltung aufweisen, welche aus der von dem Gleichrichter abgegebenen Spannung eine Gleichspannung von kontinuierlich veränderbarer Größe erzeugen kann. Die Spannungsquelle kann so mit wenigen Bauteilen einfach realisiert werden.
Speziell kann die elektronische Schaltung eine IGBT-
Schaltung sein, welche besonders einfach realisierbar und für große Spannungen und Ströme geeignet ist. Von Vorteil sind darüber hinaus der geringe Bedarf an Steuerleistung, die Isolation des Gateanschlusses vom Lastkreis und der geringe Durchlasswiderstand.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 einen schematischen Vertikalschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels einer Durchlauftauchlak- kieranlage zur anaphoretischen Tauchlackierung mit zugehöriger Schaltungsanordnung; Figur 2 schematisch den zeitlichen Verlauf von Beschich- tungsspannung und Beschichtungsstrom bei der Durchlauftauchlackieranlage aus Figur 1;
Figur 3 einen schematischen Vertikalschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Durchlauf- tauchlackieranlage zur kataphoretischen Tauchlackierung, die zu der aus Figur 1 ähnlich ist;
Figur 4 einen schematischen Vertikalschnitt einer Takt- tauchlackieranläge;
Figur 5 schematisch den zeitlichen Verlauf von Beschich- tungsspannung und Beschichtungsstrom bei der Takttauchlackieranlage aus Figur 4.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel einer elektrophoretischen Durchlauftauchlackieranlage lie- gen die verschiedenen zu lackierenden Werkstücke nicht auf Masse und können daher auf unterschiedliches und sich zeitlich veränderndes Potential gebracht werden. Nach der in Europa geltenden Konvention wird der Minuspol einer Gleichspannungsquelle auf Masse gelegt. In diesem Falle arbeitet also die Anlage der Figur 1 in der nachfolgend beschriebenen Weise anaphoretisch. Wo jedoch der Pluspol eine Gleichspannungsquelle als Masse verwendet wird, eignet sich die Anlage der Figur 1 zum kataphoretischen Betrieb. Sie dient insbesondere zum Vorlackieren von nicht gezeigten Werkstücken im Durchlauf-Tauchverfahren. Sie umfasst ein im Vertikalschnitt dargestelltes Tauchbecken 12, das bis zu einem bestimmten Niveau mit einer entsprechenden Lackflüssigkeit angefüllt ist.
Die zu lackierenden Werkstücke werden im Sinne des Pfeiles 14 mittels eines geeigneten, nicht dargestellten För- dersystemes an das Tauchbecken 12 herangeführt, sodann in einem ersten Bereich in die Lackflüssigkeit eingetaucht, durch die Lackflüssigkeit hindurchbewegt, im Endbereich des Tauchbeckens 12 aus der Lackflüssigkeit herausgehoben und sodann im Sinne des Pfeiles 16 zur weiteren Behandlung abgeführt.
Beiderseits des Bewegungsweges der Werkstücke ist in die Lackflüssigkeit eine Vielzahl von Kathoden 18 eingetaucht, die mit dem geerdeten Minuspol eines geregelten Gleichrichters 20 verbunden sind. An der Eingangsseite des Gleichrichters 20 liegt eine Eingangs-Wechselspannung in der Größenordnung von etwa 450 V an.
Parallel zum Bewegungsweg der Werkstücke erstreckt sich ferner eine Stromschienenanordnung 22, die vorzugsweise oberhalb des Spiegels der Lackflüssigkeit verläuft und in vier Segmente 22a, 22b, 22c und 22d unterteilt ist. Jedes Werkstück ist über einen galvanischen Kontakt beim Befördern nacheinander mit den Segmenten 22a, 22b, 22c beziehungsweise 22d verbindbar. Der Abstand der Werkstücke ist ausreichend groß, so dass nie zwei der Werkstücke gleich- zeitig mit demselben Segment 22a, 22b, 22c beziehungsweise 22d verbunden sind. Ein Werkstück und sein galvanischer Kontakt bildet zusammen mit den Kathoden 18 jeweils eine Elektrodeneinrichtung.
Jedes Segment 22a, 22b, 22c und 22d ist über jeweils einen steuerbaren Halbleiterschalter 24a, 24b, 24c beziehungsweise 24d, im vorliegenden Falle eine IGBT-Schal- tung, mit dem Pluspol des geregelten Gleichrichters' 20 verbunden. Mit den Halbleiterschaltern 24a, 24b, 24c und 24d ist eine Beschichtungs-Gleichspannung U(T) an den entsprechenden Segmenten 22a, 22b, 22c beziehungsweise 22d einstellbar. Die Halbleiterschalter 24a, 24b, 24c und 24d umfassen ihrerseits jeweils einen steuerbaren Lei- stungstransistor 26 sowie eine diesen ansteuernde Logikschaltung 28. Der Übersichtlichkeit halber ist lediglich der Halbleiterschalter 24a für das in Förderrichtung erste Segment 22a, in Figur 1 links, im Detail gezeigt. Die Halbleiterschalter 24b, 24c und 24d der weiteren Segmente 22b, 22c, 22d entsprechen dem ersten. In der Logikschaltung 28 ist ein bestimmtes, unten näher erläutertes Steuerungsprogramm für den Leistungstransistor 26 gespeichert, das dann in Gang gesetzt wird, wenn an einem Eingang 30 des Halbleiterschalters 24a beziehungsweise einem nicht gezeigten Eingang der Halbleiterschalter 24b, 24c beziehungsweise 24d ein Startsignal eintrifft. Jeder Halbleiterschalter 24a, 24b, 24c und 24d und die Fördereinrichtung sind mit einer nicht gezeigten zentralen Steuereinheit verbunden, mit der der Förderablauf und der Ablauf der Steuerungsprogramme in der unten erläuterten Weise koordiniert werden kann. Die zentrale Steuereinheit kann eine speicherprogammierte Steuerung (SPS) oder ein PC sein.
Die oben beschriebene Tauchlackieranlage 10 arbeitet wie folgt:
Zunächst wird der Durchgang eines einzigen Werkstückes betrachtet. Kurz vor Eintritt des Werkstückes in das
Tauchbecken 12 ist der Leistungstransistor 26 des Halbleiterschalters 24a für das erste Segment 22a gesperrt, so dass also das erste Segment 22a der Stromschienenanordnung 22 spannungslos ist. Die weiteren Segmente 22b, 22c und 22d können zu diesem Zeitpunkt ebenfalls spannungslos sein.
Das im Sinne des Pfeiles 14 sich nähernde Werkstück wird am Einlaß des Tauchbeckens 12 von einem Einlasssensor 32 erfasst. Dieser gibt das Startsignal an den Eingang 30 des Halbleiterschalters 24a des ersten Segments 22a, so dass die Logik mit dem Abarbeiten des gespeicherten Programms beginnt. Das Werkstück ist nunmehr galvanisch mit dem ersten Segment 22a der Stromschienenanordnung 22 ver- bunden, das sich noch auf Potential Null befindet.
Die Logikschaltung 28 erzeugt nunmehr mit einer bestimmten Wiederholfrequenz von z.B. 500 Hertz impulsbreitenmodulierte Spannungsimpulse, welche während ihrer Dauer den Leistungstransistor 26 Öffnen. Zu Beginn des Programmes, also kurz nach dem Eintritt des Werkstücks in das erste Segment 22a der Stromschienenanordnung 22, ist die Dauer dieser Impulse noch sehr gering, sie wächst aber während des Durchlaufens des ersten Segments 22a kontinuierlich, wenn auch nicht notwendigerweise linear, an. Entsprechend steigt die mittlere Beschichtungs-Gleichspannung U(T), welcher das Werkstück ausgesetzt ist, während dessen Bewegung entlang des ersten Segments 22a an. Der zeitliche Verlauf der Beschichtungs-Gleichspannung U(T) für den gesamten Beschichtungsprozess ist in Figur 2 gezeigt und ist weiter unten noch näher erläutert.
Während der Bewegung des Werkstücks im ersten Segment 22a der Stromschienenanordnung 22 findet bereits eine Abscheidung von Lack auf dessen Oberfläche statt.
Am Bewegungsweg des Werkstücks ist kurz vor Erreichen des Endes des ersten Segments 22a ein Anwesenheitssensor 34 angeordnet, welcher über den Halbleiterschalter 24a mit der zentralen Steuereinheit verbunden ist. Gerät das Werkstück in den Erfassungsbereich des Anwesenheitssensors 34 erzeugt dieser ein Signal, welches das Programm der Logikschaltung 28 des Halbleiterschalters 24b das zweiten Segments 22b startet und die zentrale Steuereinheit veranlasst, unabhängig von dem Halbleiterschalter 24a des ersten Segments 22a das zweite Segment 22b auf das selbe Potential wie das erste Segment 22a zu bringen. Die Beschichtungs-Spannung U(T) am Ende des ersten Seg- ments 22a wird also' in steuerbarer Größe an das zweite Segment 22b weitergegeben. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass beim Übertritt des Werkstücks vom ersten Segment 22a zum zweiten Segment 22b der Stromschienenan- Ordnung 22 keinesfalls zwischen diesen eine Potentialdifferenz besteht. Es wird so insgesamt der in Figur 2 gezeigte kontinuierliche Spannungsverlauf erreicht. Außerdem wird so erreicht, dass beim Übertritt der Werkstücke aus dem ersten Segment 22a in das zweite Segment 22b der Stromschienenanordnung 22 keine Funken auftreten.
Der Übergang vom zweiten Segment 22b zum dritten Segment 22c und vom dritten Segment 22c zum vierten Segment 22d erfolgt überwacht durch entsprechende nicht gezeigte wei- tere Anwesenheitssensoren analog.
Die Programme des zweiten Halbleiterschalters 24b und des dritten Halbleiterschalters 24c werden analog zu dem des ersten Halbleiterschalters 24a abgearbeitet und die Be- schichtungs-Gleichspannung U(T) beim Durchfahren des zweiten Segments 22b und des dritten Segments 22c kontinuierlich weiter erhöht. Das Werkstück wird so weiter mit Lack beschichtet.
Der Eintritt in das vierte Segment 22d erfolgt analog zu dem in die vorigen Segmente 22b und 22c. Allerdings wird kurz vor dem Ende des vierten Segments 22d, ab dem Erreichen einer Grenzspannung UG, die Beschichtungs-Gleich- spannung U(T) konstant gehalten, um zu verhindern, dass der Lack koaguliert.
Mit den Logikschaltungen 28 und den Steuerprogrammen der Halbleiterschalter 24a, 24b, 24c und 24d wird bewirkt, dass an dem Werkstück beim Bewegen entlang der vier Segmente 22a bis 22d insgesamt die Beschichtungs-Gleichspan- nung U(T) liegt, deren zeitlicher Verlauf in der Figur 2 dargestellt ist und die bei den Übergängen zwischen den Segmenten 22a, 22b, 22c und 22d keine Stufen aufweist.
Der zeitliche Verlauf der Beschichtungs-Gleichspannung U(T) und eines Beschichtungsstroms I (T) bei der Tauchlak- kieranlage 10 beim Durchlaufen aller vier Segmente 22a, 22b, 22c und 22d ist, wie bereits erwähnt, in Figur 2 schematisch anhand eines Amplituden-Zeit-Diagramms dargestellt. Der Verlauf der Beschichtungs-Gleichspannung U(T) ist in der Figur 2 oben gestrichelt und der des Beschichtungsstroms I (T) darunter als durchgezogene Linie ge- zeigt. Die Amplituden sind auf der vertikalen Achse des Diagramms und die Beschichtungszeit T auf der horizontalen Achse aufgetragen.
Sobald der Einlasssensor 32 dem Halbleiterschalter 24a des ersten Segments 22a das Eintauchen des Werkstückes in das Bad anzeigt, wird zu einem Zeitpunkt t0, in der Figur 2 links, mit dem Halbleiterschalter 24a an das erste Seg¬ ment 22a eine minimale Anfangs-Beschichtungs-Gleichspan- nung UA angelegt. Wegen der anfänglich großen Leitfähig- keit der noch unbeschichteten Werkstückoberfläche folgt der Anfangs-Beschichtungs-Gleichspannung UA unmittelbar ein starker Anstieg des Beschichtungsstroms I (T) auf einen Wert IB. Der Strom I (T) bewirkt die gewünschte gleichmäßige und schnelle Beschichtung der Werkstückoberfläche. Mit zunehmender Beschichtungszeit T wird beim Durchlaufen der vier Segmente 22a bis 22d mit den jeweiligen Halbleiterschaltern 24a, 24b, 24c beziehungsweise 24d die Beschichtungs-Gleichspannung U(T) etwa in Form einer Exponentialfunktion erhöht, derart, dass der Be- schichtungsstrom I (T) und damit die Beschichtungsge- schwindigkeit auch bei zunehmender Schichtdicke, also abnehmender Leitfähigkeit der Werkstückoberfläche, nahezu konstant bleiben.
Um zu verhindern, dass der Lack koaguliert, wird, wie bereits erwähnt, beim Erreichen der abhängig vom verwendeten Lack vorgegebenen Grenzspannung UG, beispielsweise etwa 400 V, fast am Ende der Beschichtungszeit zu einem Zeitpunkt tx, in Figur 2 rechts, die Erhöhung der Beschichtungs-Gleichspannung U(T) gestoppt. Die Dicke der Beschichtung nimmt aber auch bei dieser konstanten Beschichtungs-Gleichspannung U(T) weiterhin zu. Folglich verringert sich beim Erreichen der Grenzspannung UG ab dem Zeitpunkt ti auch die Leitfähigkeit der Werkstückoberfläche und damit auch der Beschichtungsstrom I (T) , da dieser Effekt dann nicht mehr ausgeglichen wird. Die Beschichtung verlangsamt sich nun in der Endphase des Be- schichtungsvorgangs . Der Beschichtungsvorgang wird auf Signal der Fördereinrichtung, bevor das Werkstück den Tauchbereich verläßt, zu einem Zeitpunkt t2 mit der zentralen Steuereinheit gestoppt.
Sofern, wie oben beschrieben, sich zu einem bestimmten Zeitpunkt nur ein Werkstück in der Tauchlackieranlage 10 befindet, wäre eine Segmentierung der Stromschienenanordnung 22 an und für sich nicht nötig. Eine durchgängige Stromschienenanordnung könnte durch einen einzigen steu- erbaren Halbleiterschalter während des Durchgangs des Werkstückes auf die sich verändernde Beschichtungs- Gleichspannung U(T) gebracht werden, wie in Figur 2 dargestellt .
Der Vorteil der Segmentierung besteht darin, dass eine Mehrzahl von Werkstücken gleichzeitig in der Tauchlak- kieranlage 10 behandelt werden kann. In jedem Segment 22a, 22b, 22c und 22d darf sich dabei nur ein Werkstück befinden.
Der Ablauf der Vorgänge ändert sich nunmehr gegenüber dem oben beschriebenen Fall, in dem nur ein Werkstück in der Tauchlackieranlage 10 war, wie folgt:
Wenn ein Werkstück in das erste Segment 22a eintritt, wechselt das bisher im ersten Segment 22a befindliche Werkstück auf das zweite Segment 22b, das bisher im zweiten Segment 22b befindliche Werkstück auf das dritte Segment 22c, das bisher im dritten Segment 22c befindliche Werkstück auf das vierte Segment 22d und das bisher im vierten Segment 22d befindliche Werkstück verlässt dieses Segment 22d. Zum Zeitpunkt des Eintrittes der Werkstücke in die Segmente 22b, 22c und 22d werden diese mittels der Halbleiterschalter 24b, 24c beziehungsweise 24d auf das Potential gebracht, das die Werkstücke zuletzt auf dem vorausgegangenen Segment 22a, 22b, beziehungsweise 22c hatten.
Bei der Weiterbewegung wird das Potential auf den Segmenten 22a, 22b, 22c, 22d wieder erhöht. Jedes Segment 22a, 22b, 22c, 22d deckt somit einen bestimmten Spannungsbereich der in Figur 2 dargestellten Beschichtungs- Gleichspannung U(T) ab.
Der zeitliche Spannungsverlauf ist für alle Werkstücke bezogen auf den jeweiligen Beschichtungsbeginn gleich; der jeweilige Beschichtungsbeginn für ein Werkstück ist relativ zu dem Beschichtungsbeginn des im Tauchbereich vorangehend beförderten Werkstückes zeitlich verschoben. Mit der Spannungsquelle, welche die Halbleiterschalter 24a, 24b, 24c und 24d und den geregelten Gleichrichter 20 umfasst, kann so zur Abscheidung eines Lackfilms zwischen jedem Werkstück und den Kathoden 18 im Bad die jeweils erforderliche Beschichtungs-Gleichspannung U(T) mit dem in Figur 2 dargestellten Verlauf angelegt werden.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel einer Durchlauf- tauchlackieranlage 110 zur kataphoretischen Tauchlackie- rung, dargestellt in Figur 3, sind diejenigen Elemente, die zu denen der in den Figuren 1 und 2 beschriebenen Durchlauftauchlackieranlage 10 ähnlich sind, mit denselben Bezugszeichen zuzüglich 100 versehen, so dass bezüg- lieh deren Beschreibung auf die obigen Ausführungen Bezug genommen wird. Die kataphoretische Durchlauftauchlackieranlage 110 der Figur 3 unterscheidet sich von der Durchlauftauchlackieranlage 10 der Figur 1, dass sich die Werkstücke alle auf Masse, also auf demselben, zeitlich konstanten Potential befinden. Für eine Anlage nach europäischer Konvention bedeutet dies, dass die Anlage der Figur 3 in nachfolgend beschriebener Weise kataphoretisch arbeitet. Anders als beim Ausführungsbeispiel der Figur 1 kann eine zusammenhängende, durchgängige Stromschiene 122 verwendet werden, mit der jedes Werkstück 170 über eine Aufhängung 150 beim Befördern galvanisch verbunden ist.
Die Stromschiene 122 ist über einen Anschluss 135 mit dem Minuspol des geregelten Gleichrichters 120 verbunden. Jede der Anoden 118 ist separat über eine Sperrdiode 125a, 125b, 125c beziehungsweise 125d und die Halbleiterschalter 124a, 124b, 124c beziehungsweise 124d mit dem Pluspol des geregelten Gleichrichters 120 verbunden.
In Richtung des Bewegungsweges vor jeder Anode 118 ist ein Anwesenheitssensor 134 angeordnet, der mit dem Halbleiterschaltern 124a, 124b, 124c beziehungsweise 124d der ihm entsprechenden Anode 118 verbunden ist. Die Leitungen zwischen den Anwesenheitssensoren 134 und den jeweiligen Halbleiterschaltern 124a, 124b, 124c beziehungsweise 124d sind in Figur 3 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
Mit den Sperrdioden 125a, 125b, 125c beziehungsweise 125d wird eine Beschichtung der entsprechenden Anoden 118 verhindert, wie sie ansonsten bei den entlang des Bewegungs- weges im Tauchbecken 112 anliegenden unterschiedlichen Spannungen vorkommen kann.
Die Anoden 118 können gegebenenfalls jeweils in bekannter Weise von einer Membran umgeben sein, die eine Dialyse- zelle bildet.
Ansonsten funktioniert die kataphoretische Durchlauf- tauchlackieranlage 110 analog zu der anaphoretischen Durchlauftauchlackieranlage 10 gemäß Figur 1, nur dass bei der kataphoretischen Durchlauftauchlackieranlage 110 im Unterschied zur anaphoretischen Durchlauftauchlackieranlage 10 der Bewegungsweg nicht durch körperliche Schienensegmente 22a, 22b, 22c und 22d unterteilt ist, sondern durch Potentialbezirke im Bad, die in der Nähe der Anoden 118 realisiert werden. Die Potentiale an den Anoden 118 im zweiten Ausführungsbeispiel werden analog zu den Potentialen an den Segmenten 22a, 22b, 22c und 22d des ersten Ausführungsbeispiels verändert, sobald die Anwesenheit eines Werkstücks 170 von dem entsprechenden Anwesen- heitssensor 134 erfaßt wird. Der Spannungsverlauf an den Werkstücken 170 entspricht dem in Figur 2 gezeigten.
Alternativ liegen bei der in Figur 3 gezeigten kataphore- tischen Durchlauftauchlackieranlage 110 an den Anoden 118 entlang des Bewegungsweges, in Figur 3 von links nach rechts, in sehr kleinen Stufen steigende, jeweils zeitlich konstante Spannungen von etwa 30 V bei der ersten Anode 118 bis etwa 450 V bei der letzten Anode 118 an. Auf die Verwendung der Anwesenheitssensoren 134 wird dann verzichtet. Die Beschichtungs-Gleichspannung U(T), der die Werkstücke 170 beim Durchlaufen des Tauchbeckens 112 ausgesetzt sind, steigt so im Laufe der Beschichtung von etwa 30 V auf etwa 450 V mit ähnlichem zeitlichem Ver- lauf, wie er bei der anaphoretischen Durchlauftauchlak- kieranlage 10 in Figur 2 gezeigt ist. Da die Anoden 118 eng beieinander angeordnet sind, ist der Spannungsverlauf bis auf im Vergleich zu den anliegenden Beschichtungs- gleichspannungen U(T) minimale schmale Stufen auch hier im Wesentlichen kontinuierlich.
Die Beschichtungsgeschwindigkeit wird hier von allen An¬ oden 118 beeinflußt. Die Beschichtungsgeschwindigkeit an jedem Werkstück 170 wird zusätzlich über die Entfernung der entsprechenden Kathodenaufhängung 150 von den Anoden 118 geregelt.
In Figur 4 ist eine Takttauchlackieranlage 210 zur kata- phoretischen Tauchlackierung im Vertikalschnitt gezeigt. Bei dieser wird eine Mehrzahl von Werkstücken 270 mit einer während der Beschichtung kontinuierlich steigenden Beschichtungs-Gleichspannung U(T) beaufschlagt, welche insgesamt den gleichen zeitlichen Verlauf wie die Be- schichtungs-Gleichspannung U(T) bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Durchlauftauchlackieranlage 10 aus den Figuren 1 und 2 hat. Der Spannungsverlauf bei der Takt- tauchlackieranlage 210 ist in Figur 5 dargestellt. Diejenigen Elemente die zu denen der Durchlauftauchlackieran- lagen 10 aus den Figuren 1 und 2 ähnlich sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen zuzüglich 200 versehen.
Bei der Takttauchlackieranlage 210 werden die zu lackierenden Werkstücken 270 gleichzeitig im Sinne des Doppel- pfeiles 211 mittels eines geeigneten, nicht dargestellten Fördersystemes nach unten in die Lackflüssigkeit in dem geerdeten Tauchbecken 212 eingetaucht, während des Lak- kiervorgangs dort gehalten und anschließend nach oben in entgegengesetzte Richtung aus der Lackflüssigkeit heraus- gehoben. In Figur 4 verdeckt das vordere Werkstück 270 die anderen Werkstücke, weshalb letztere nicht sichtbar sind.
Beidseits der Werkstücke 270 ist in die Lackflüssigkeit eine Vielzahl von Anoden 218 eingetaucht. Die Anoden 218 können gegebenenfalls in bekannter Weise jeweils mit einer Membran umgeben sein, die eine Dialysezelle bildet. Jede Anode 218 ist über einen ortsfesten Kontakt 209, einen Anodenanschluss 203 und eine feste Elektroinstallati- onsverbindung 205 mit dem Pluspol des mit einem Trenntransformator kombinierten Gleichrichters 220 verbunden. Von einigen zu den verdeckten Werkstücken führenden Elek- troinstallationsverbindung 205 sind lediglich die mit dem Gleichrichter 220 verbundenen Enden gezeigt. Der Gleichrichter 220 ist ebenfalls geerdet. Der Gleichrichter 220 ist mit einem nicht gezeigten PC oder einer speicherpro- gammierten Steuerung (SPS) , verbunden, mit dem (der) ein zeitlicher Verlauf für die Beschichtungs-Gleichspannung U(T) vorgegeben werden kann, wie er in Figur 5 gezeigt ist.
Die Werkstücke 270 sind jeweils über einen flexiblen galvanischen Kontakt 211 mit einem Kathodenanschluß 204 ver- bunden . Von diesem führt eine feste Elektroinstallations- leitung 206 zu dem Minuspol des Gleichrichters 220. Auch hier sind die Enden von einigen vom Gleichrichter 220 weg führenden festen Elektroinstallationsleitungen 206 gezeigt, die zu verdeckten Werkstücken führen. Die flexi- blen Kontakte 211 sind jeweils so ausgestaltet, dass das dazugehörende Werkstück 270 beim Eintauchen beziehungsweise beim Herausheben permanent mit dem Kathodenanschluß 204 verbunden ist.
Nach dem Eintauchen der Werkstücke 270 in das Tauchbecken 212 wird mit dem PC beziehungsweise der SPS der Gleichrichter 220 derart angesteuert, dass dieser die Beschichtungs-Gleichspannung U(T) erzeugt, welche wie in Figur 5 gezeigt zeitabhängig erhöht wird. Die Beschichtungs- Gleichspannung U(T) wird über den Pluspol des Gleichrichters 220, die Elektroinstallationsverbindungen 205, die Anodenanschlüsse 203, die ortsfesten Kontakte 209 und die Anoden 218 einerseits und über die Elektroinstallations- leitungen 206, die Kathodenanschlüsse 204 und die flexiblen Kontakte 210 andererseits an die Werkstücke 270 angelegt .
Über die Beschichtungs-Gleichspannung U(T) wird stufenlos der Beschichtungsstrom I (T) geregelt, derart, dass die Stromdichte an der Werkstückoberfläche während des Eintauchvorgangs unabhängig von der Größe der eingetauchten Flächen und danach zeitlich konstant bleibt.
Die obigen Erläuterungen zu dem in Figur 2 dargestellten zeitlichen Verlauf der Beschichtungs-Gleichspannung U(T) und des Beschichtungsstroms I (T) beim Durchlaufen der anaphoretischen Durchlauftauchlackieranlage 10 aus Figur 1 gelten für den Strom-/Spannungsverlauf beim Lackieren der Werkstücke 270 mit der Takttauchlackieranlage 210 entsprechend. Allerdings sind in Figur 5 die Maßstäbe auf der Strom- beziehungsweise Spannungsachse unterschiedlich zu denen in Figur 2.
Bei allen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen eines Verfahrens zur elektrophoretischen Beschichtung von Werkstücken beziehungsweise einer Tauchlackieranlage sind unter anderem folgende Modifikationen möglich: Bei der anaphoretischen Durchlauftauchlackieranlage 10 "kann im Anschluß an das letzte Segment 22d zusätzlich ein Ausgangssegment vorgesehen sein, in dem die Beschich- tungs-Gleichspannung U(T) heruntergefahren werden kann, so dass bei Trennung des Werkstücks von der Stromschienenanordnung 22 diese spannungslos ist.
Statt mit Lack können die Werkstücke 170; 270 auch mit einem andersartigen Beschichtungsmedium beschichtet wer- den.
Die Eingangs-Wechselspannung kann auch größer als 400 V sein. Es kann beispielsweise auch eine Mittelspannung, beispielsweise in der Größenordnung von 10 kV bis 20 kV verwendet werden.
Anstelle eines geregelten Gleichrichters 20; 120; 220 kann auch ein ungeregelter Gleichrichter vorgesehen sein. Die Regelung kann beispielsweise auch von entsprechenden Halbleiterschaltern übernommen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur elektrophoretischen Beschichtung von Werkstücken mit einem Beschichtungsmedium, insbesondere Lack, bei dem wenigstens ein Werkstück in das Beschichtungsmedium eingetaucht wird, mit einer Spannungsquelle eine Gleichspannung zwischen dem Werkstück und wenigstens einer in das Beschichtungsmedium eingetauchten Elektrode angelegt und die Gleichspannung während der Elektrophorese erhöht wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Gleichspannung (U(T)) während nahezu der gesamten Be- schichtungsdauer derart kontinuierlich im Wesentlichen stufenlos erhöht wird, dass die Beschichtungsstromdichte an der Werkstückoberfläche im Wesentlichen zeitlich konstant ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung (U(T)) bis zu einer Grenzspannung
(UG) erhöht wird, die insbesondere abhängig von dem Beschichtungsmedium vorgegeben wird.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Werkstücken (170) gleichzeitig im Bad einer Durchlaufbe- schichtungsanlage (10; 110) befördert wird und mit der Spannungsquelle (20, 24a, 24b, 24c, 24d; 120, 124a, 124b, 124c, 124d) für jedes Werkstück jeweils zeitlich verschoben der gleiche zeitliche Spannungsverlauf (U(T)) bereitgestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (270) getaktet in ein Bad einer Taktbeschichtungsanlage (210) eingetaucht wird.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gleichspannung mit einem einzigen Gleichrichter (20; 120) aus einer Ein- gangs-Wechselspannung erzeugt und aus dieser Gleichspannung mittels mindestens einer von einer Steuereinheit der Beschichtungsanlage gesteuerten elektronischen Schaltung (24a, 24b, 24c, 24d; 124a, 124b, 124c, 124d) die veränderliche (n) an das Werkstück (170) gelegte (n) Gleichspannung (en) (U(T)) erzeugt wird (werden).
6. Beschichtungsanlage zur elektrophoretischen Be- schichtung von Werkstücken mit einem Beschichtungs- medium, insbesondere Lack, mit einem Badbehälter, in welchen das wenigstens eine Werkstück eintauchbar ist, mit einer Spannungsquelle zum Anlegen einer veränderlichen Gleichspannung zwischen dem Werkstück und wenigstens einer Elektrode im Badbehälter,
dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle (20, 24a, 24b, 24c, 24d; 120, 124a, 124b, 124c, 124d; 220) wenigstens eine elektronische Schaltung (24a, 24b, 24c, 24d; 124a, 124b, 124c, 124d) aufweist, mit der sie derart steuerbar ist, dass sie eine nahezu über die gesamte Beschichtungsdauer derart kontinuierlich im Wesentlichen stufenlos vergrößerbare Gleichspannung U(T) abgibt, dass die Beschichtungsstromdichte an der Werkstückoberfläche um Wesentlichen zeitlich konstant bleibt.
7. Beschichtungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Durchlaufbeschichtungs- anlage (10) ist, welche aufweist:
a ) ein Fördersystem, welches die Werkstücke entlang eines Bewegungsweges durch den Badbehälter (12) hindurchführt, und
b ) eine entlang des Bewegungsweges verlaufende Strom- Schienenanordnung (22), mit der die Werkstücke beim Durchlauf durch den Badbehälter (12) in elektrischen Kontakt gebracht werden und die galvanisch in eine Vielzahl von Segmenten (22a, 22b, 22c, 22d) unterteilt ist, wobei mehrere, vorzugsweise alle, Segmente (22a, 22b, 22c, 22d) über einen eigenen Halbleiterschalter (24a, 24b, 24c, 24d) mit einem Pol eines einzigen Gleichrichters (20) verbunden sind, derart, dass die an einem Segment (22a, 22b, 22c, 22d) liegende Spannung U(T) in steuerbarer Größe an das in Bewegungsrichtung folgende Segment (22b, 22c, 22d) weitergegeben werden kann;
c ) wobei der andere Pol des Gleichrichters (20) mit der wenigstens einen Elektrode (18) verbunden ist.
8. Beschichtungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Durchlaufbeschichtungs- anlage (110) ist, welche aufweist:
a ) ein Fördersystem, welches die Werkstücke entlang eines Bewegungsweges durch den Badbehälter (112) hindurchführt,
b ) eine entlang des Bewegungsweges verlaufende Stromschienenanordnung (122) , mit der die Werkstücke (170) beim Durchlauf durch den Badbehälter (112) in elektrischen Kontakt gebracht werden und die mit einem Pol eines einzigen Gleichrichters (120) ver- bunden sind;
c ) eine Vielzahl von entlang des Bewegungsweges hintereinander angeordneten Elektroden (118), die jeweils über einen eigenen Halbleiterschalter (124a, 124b, 124c, 124d) mit dem anderen Pol des Gleichrichters (120) verbunden sind, derart, dass die im räumlichen Bezirk einer Elektrode (118) an dem Werkstück (170) anliegende Spannung U(T) insbesondere in steuerbarer Größe an den Bezirk der in Be- wegungsrichtung folgenden Elektrode (118) weitergegeben werden kann.
9. Beschichtungsanlage nach Anspruch 6, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Beschichtungsanlage eine
Taktbeschichtungsanlage (210) ist.
10. Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle einen einzigen Gleichrichter (20; 120; 220) sowie mindestens eine diesem nachgeschaltete steuerbare elektronische Schaltung (24a, 24b, 24c, 24d; 124a, 124b, 124c, 124d) aufweist, welche aus der von dem Gleichrichter (20; 120; 220) abgegebenen Spannung eine Gleichspannung U(T) von kontinuierlich veränderbarer Größe erzeugt.
11. Beschichtungsanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung eine
IGBT-Schaltung (24a, 24b, 24c, 24d, 26, 28) ist.
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