Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum elektrophoretischen Emaillieren nach dem 2 Schichten-1 Brand-Verfahren mit einem Prozeßbad zum Grundemailauftrag, mindestens einem nachfolgenden Spülbad vor einem Prozeßbad zum Deckemailauftrag mit mindestens einem nachfolgenden Spülbad und einem Einbrennofen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Emaillieren in der o.g. Anordnung.
Es ist allgemein bekannt, metallische Teile in einer Elektrophoretischen-Emaillieranlage (ETE) nach dem 2 Schichten-1 Brand-Verfahren zu emaillieren. Eine solche Anlage ist üblicherweise mit zwei Prozeßbädem, mehreren Spülbädem und einem Prozeßofen ausgestattet. Im ersten Prozeßbad erfolgt der Grundemailauftrag. Es schließen sich dann zwei Spülbäder an, wobei im ersten Spülbad physikalisch anhaftender Schlicker abgespült wird. Dieser kann über eine Emailrückgewinnungsanlage dem ersten Prozeßbad wieder zugeführt werden. Nachdem in einem zweiten Spülbad nochmals gespült wird, folgt in einem weiteren Prozeßbad der Auftrag des Deckemails. Diesem schließt sich üblicherweise mindestens ein Spülbad an, bevor die beiden aufgetragenen Emailschichten im Prozeßofen gemeinsam eingebrannt werden.
Während des Abscheidens des Grundemails im ersten Prozeßbad wird auch die Schlickerkomponente, welche den Umgriff einstellt, mit abgeschieden. Die Menge des Emailauftrages ist proportional zur Stromstärke und somit auch zur Stromdichte. Die Stromdichte ist jedoch bei unregelmäßig geformten Werkstücken nicht über die gesamte Oberfläche konstant Daher wird eine Abscheidung des Deckemails bevorzugt an den Stellen mit der größten Stromdichte (Kanten und Rundungen) erschwert und es treten dort verstärkt Emaillierfehler auf.
Aus der DE-PS 37 07 401 ist ein Verfahren zum Emailauftrag in weißer oder heller Farbe nach dem 2 Schichten- 1 Brand-Verfahren bekannt, bei dem zur Vermeidung von Emaillierfehlem eine spezielle Grundemailfritte ausgewählt wird, welche ganz besondere Eigenschaften aufweisen muß. Der Nachteil eines derartigen Verfahrens besteht darin, daß nur eine ganz bestimmte Zusammensetzung der Grundemailfritte Verwendung finden kann. Die einzelnen prozentualen Bestandteile der Inhaltsstoffe müssen in vorhergehenden Versuchen ermittelt werden. Das erfordert einen hohen Aufwand bei der Zusammenstellung der Fritte und Emaillierfehler sind an den Problemstellen des zu beschichtenden Werkstückes trotzdem nicht auszuschließen.
Die DE-PS 36 26 424 offenbart ein Verfahren zum elektrophoretischen Emaillieren Alfreier Emailschichten. Das Grundemail wird mit einer Schichtdicke von 80 - 120 µm aufgebracht und die spezifische Leitfähigkeit des Deckemails ist auf einen Wert unter 2000 µS/cm-1 eingestellt. Dieses Verfahren ist jedoch nur auf katalytisches Deckemail anwendbar, da dieses im Gegensatz zum Weißemail nur ein unerschmolzenes Rohstoffgemisch darstellt. Dadurch gestaltet sich der Deckemailauftrag einfacher.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum elektrophoretischen Emaillieren nach dem 2 Schichten-1 Brand Verfahren zu entwickeln, bei dem unabhängig von den Frittenzusammensetzungen des Grund- und Deckemails und der Form der Werkstücke eine gleichmäßige Abscheidung des Deckemails erfolgt.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden Ansprüchen.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile liegen insbesondere darin, daß bei Beibehaltung der bisher eingesetzten Fritten ein emailliertes Werkstück entsteht, welches keine Emaillierfehler mehr aufweist. Dieses wird insbesondere dadurch erreicht, daß zwischen dem Grund- und dem Deckemailauftrag ein zusätzliches Prozeßbad angeordnet ist. Dieses Prozeßbad enthält eine Lösung mit einem chemischen Stoff, welcher eine hohe Affinität zu Aluminiumionen besitzt. Dieser Stoff greift Aluminiumhydroxid an und/oder geht mit Aluminiumionen eine undissoziierte Verbindung ein. Aluminium ist ein Bestandteil des Grundemails und so ist man imstande, den Umgriff durch das in einem zusätzlichen Prozeßbecken ablaufende Verfahren zu verbessern. Vor und nach diesem zusätzlichen Prozeßbad ist vorzugsweise jeweils mindestens ein Spülbad anzuordnen, in welchen verschleppter Grundemailschlicker bzw. der im zweiten Prozeßbecken enthaltene chemische Stoff wieder abgespült werden, bevor in einem nachfolgenden Prozeß becken der Deckemailauftrag erfolgt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn dem ersten Spülbad nach dem Grundemailauftrag eine Filtereinrichtung angekoppelt wird, in welcher verschleppter Schlicker als Feststoff abgeschieden werden kann. Dieser Schlicker wird entweder direkt dem Prozeßbad für den Grundemailauftrag wieder zugeführt oder gesondert entsorgt Dadurch können wertvolle Rohstoffe eingespart und die Umwelt weniger belastet werden. Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die Prozeßbadtemperatur konstant gehalten wird und der Stoff zum Verringem des Schichtwiderstandes des Grundemails im zusätzlichen Prozeßbad in einer definierten konstanten Konzentration vorhanden ist.
Die Erfindung soll anhand des nachfolgenden Ausführungsbeispiels näher beschrieben werden. Es zeigen:
In der Figur 1 ist eine Vorrichtung zum elektrophoretischen Emaillieren nach dem 2 Schichten 1 Brand- Verfahren schematisch dargestellt. Beim Emaillieren nach diesem Verfahren werden Prozeßbäder und Spülbäder in bekannter Weise abwechselnd in einer bestimmten Reihenfolge nacheinander angeordnet. Jedem Prozeßbad (1; 3; 5) sollte vorzugsweise mindestens 1 Spülbad (2; 4; 6; 7) nachgeordnet sein. Im Prozeßbad (1) befindet sich der Grundemailschlicker (10), mit welchem das zu emaillierende Werkstück (9) beschichtet wird. Anschließend erfolgt im ersten Spülbecken (2) ein Abspülen von lose anhaftendem Grundemail (10). An dieses Spülbecken (2) ist vorteilhafterweise eine Filtereinrichtung (12) gekoppelt, welche verschleppten Grundemailschlicker (10) als Feststoff abscheidet. Dieser kann dem ersten Prozeßbad (1) vollständig wieder zugeführt werden. Als Filtereinrichtung (12) sind beispielsweise ein herkömmlicher Feststoffilter oder ein Absetzturm einsetzbar. Derartige Filtereinrichtungen (12) erlauben es, sowohl den aufgefangenen Grundemailschlicker (10) als auch das Filtrat wieder den entsprechenden Bädern (1 bzw. 2) der Anordnung zuzuführen oder getrennt zu entsorgen. An das Spülbecken (2) schließt sich ein Prozeßbad (3) an, in welchem sich ein Zusatz von mindestens einem Stoff befindet, welcher das Aluminiumhydroxid angreift und/oder mit Aluminiumionen undissoziierte Verbindungen bildet. Der dem Prozeßbad (3) zugegebene chemische Stoff verringert den elektrischen Widerstand des abgeschiedenen Emailbisquits. Er wird in einem nachfolgenden Spülbad (4) wieder vom Werkstück (9) abgespült. Anschließend erfolgt im letzten Prozeßbad (5) ein Deckemailauftrag (11), welcher durch das entsprechend vorbehandelte Werkstück (9) sehr gleichmäßig erfolgen kann. Diesem Prozeßbad (5) schließen sich mindestens ein, vorzugsweise jedoch zwei Spülbäder (6, 7) an, bevor die beiden Emailschichten (10, 11) gemeinsam im Prozeßofen (8) eingebrannt werden.
Es werden dem Prozeßbad (3) chemische Stoffe zugegeben, die in der Lage sind, das Aluminiumhydroxid anzugreifen oder die mit Aluminiumionen eine stabile Verbindung eingehen können. Beispielsweise genügen saure oder basische Stoffe den Anforderungen, welche auch komplexierend reagieren, wie zum Beispiel Zitronensäure. Weiterhin ist es möglich, einen Stoff dem Prozeßbad (3) zuzusetzen, welcher den abgeschiedenen Emailbisquit nur anlöst, um den elektrischen Widerstand dieser Schicht zu verringern. Daher eignet sich auch Phosphorsäure gut als Zusatzstoff zum Prozeßbad (3). Der pH-Wert des Bades (3) kann vom sauren bis alkalischen Bereich variieren. Der Gesamtphosphatgehalt sollte dabei nach ISO 6878 T1 von 1986 (bzw. entsprechend DIN 38405 - Teil 11) größer als 100 mg/l sein.
Versuche haben gezeigt, daß ein zusätzliches Prozeßbad (3) eine deutliche Verbesserung der Kantenbeschichtung des Werkstückes (9) bewirkt. Die Emailhaftung ist sowohl bei der Verwendung von Zitronensäure als auch beim Zusatz von Phosphorsäure zu diesem Prozeßbad (3) sehr gut. Beim fertig emaillierten Werkstück (9) sind farblich keine Unterschiede feststellbar. Die Schichtdicken des Deckemails (11) sind bei Anwendung von einem der genannten Zusatzstoffe im Prozeßbad (3) jeweils gleichmäßig.
Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn der Stoff zum Verringern des Schichtwiderstandes im Prozeßbad (3) in einer definierten konstanten Konzentration vorhanden ist. Da die Prozeßbadtemperatur ebenfalls konstant gehalten werden sollte, definiert nur noch die Tauchzeit in diesem Prozeßbad (3) die Behandlungsintensität. Die Tauchzeiten sollten für jede neue Form eines Werkstückes (9) zuvor empirisch ermittelt werden. Es besteht dann die Möglichkeit, die unterschiedlich geformten Werkstücke (9) in einer wahlloser Reihenfolge in die Emaillieranordnung zu schicken. Die Tauchzeiten werden entsprechend einer vorher getroffenen Festlegung dem jeweiligen Werkstück (9) zugeordnet. Die Emaillierergebnisse sind dadurch bei allen Formen der Werkstücke (9) gleich gut.
In der Figur 2 ist ein beschichtetes Werkstück (9) dargestellt, bei dem der Schichtwiderstand des Grundemails (10) nicht verringert ist An den Enden des Werkstücks (9) wird durch den verstärkten Auftrag von Grundemail (10) weniger Deckemail (11) aufgetragen (h1 < h2), so daß eine ausreichende Deckkraft des Deckemails nicht durchgängig gegeben ist Mit h1 wird dabei die Schichtdicke des Deckemails (11) in den Randbereichen und mit h2 die Schichtdicke des Deckemails (11) an den geraden Flächen bezeichnet.
Die Figur 3 zeigt dagegen ein emailliertes Werkstück (9) bei dem der Schichtwiderstand des Grundemails (10) in einem nach dem Prozeßbad (1) angeordneten Prozeßbad (3) verringert wurde. Die Verringerung des elektrischen Schichtwiderstandes ist durch einen chemischen Angriff des Emailbisquits erfolgt. Dazu enthält das Prozeßbad (3) Stoffe, die sowohl sauer-basisch-puffernd als auch komplexierend reagieren und/oder mit Aluminiumionen undissoziierte Verbindungen eingehen. Als Zusatzstoffe in diesem Prozeßbad (3) eignen sich insbesondere Zitronensäure oder Phosphate. Ein ortho-Phosphat muß beispielsweise entsprechend vorhandener Normen (ISO, DIN) in der Lösung im Prozeßbad (3) mindestens einen PO43- -Gehalt von 100 mg/l aufweisen. Durch die Zurücknahme des Widerstandes wird auf dem gesamten Werkstück ein annähernd gleichmäßiger Deckemailauftrag (11) möglich. Diese gleichstarke Schicht (11) (h1 ≈ h2) verhindert ein Durchschimmern des Grundemails (10), welches durch darin notwendigerweise enthaltene Haftoxide meistens dunkel ist. Das Deckemail (11) paßt sich durchgängig der Form des Grundemails (10) an. Es ist bei einer derartigen Emaillieranordnung also unerheblich, welche Form das Werkstück (9) aufweist, ob gekrümmte Randbereiche vorhanden sind oder nicht
Figur 4 zeigt eine Hebevorrichtung (13), welche beispielsweise mit dem Prozeßbad (3) gekoppelt werden kann. Bei konstanter Konzentration in diesem Prozeßbad (3) erlaubt eine derartige Hebevorrichtung (13) Werkstücke (9) unterschiedlichster Form entsprechend variabel eingerichteter Tauchzeiten im Bad (3) zu belassen. Vorher werden für die unterschiedlichen Werkstückformen Behandlungszeiten empirisch ermittelt, für deren Einhaltung eine entsprechend gesteuerte Betätigung der Hebevorrichtung (13) sorgt Als Bestandteil der Hebevorrichtung (13) kann beispielsweise ein Luftzylinder zum Einsatz gelangen, welcher so angesteuert wird, daß er die Tragvorrichtung mit dem daran befindlichen Werkstück (9) entsprechend anhebt bzw. absenkt.