DE102019130996A1

DE102019130996A1 - Oberflächenbeschichtungsverfahren und Oberflächenbeschichtungseinrichtung zur Beschichtung einer Baueinheit sowie ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102019130996A1
Application number: DE102019130996.4A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Schulz; Stefan Melzer; Robert Plesnierowicz; Carsten Mohr; Frank Koch; Ralf Krallmann; Markus Richter; Artur Majcher; Sebastian Suppa; Frank Niggemeier; Rolf Schulte
Original assignee: Ppg Hemmelrath Lackfabrik GmbH; Audi AG; BASF Coatings GmbH; Volkswagen AG
Current assignee: PPG HEMMELRATH LACKFABRIK GMBH, DE; Audi AG; BASF Coatings GmbH; Volkswagen AG
Priority date: 2019-11-15
Filing date: 2019-11-15
Publication date: 2021-05-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Oberflächenbeschichtungsverfahren zur Beschichtung einer Baueinheit, eine Oberflächenbeschichtungseinrichtung zur Durchführung eines Oberflächenbeschichtungsverfahrens, sowie ein Fahrzeug.Das erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtungsverfahren zur Beschichtung einer Baueinheit, insbesondere einer Baueinheit für ein Kraftfahrzeug, bei dem eine zu beschichtende Baueinheit bereitgestellt wird, auf die Oberfläche der zu beschichtenden Baueinheit zumindest bereichsweise eine Konversionsschicht, insbesondere eine Metallphosphate umfassende Konversionsschicht, aufgebracht wird und wenigstens bereichsweise elektrophoretisch, insbesondere mittels eines kathodischen Tauchlackierverfahrens, ein flüssiges Beschichtungsmaterial auf einer Oberfläche der Baueinheit und/ oder der Konversionsschicht abgeschieden wird. Ferner wird ein Füller zumindest bereichsweise auf das flüssige Beschichtungsmaterial aufgebracht und der die Konversionsschicht, die aus der elektrophoretischen Abscheidung (30) entstandene Schicht sowie die Füllerschicht umfassende Schichtverbund zwecks Aushärtung, insbesondere durch eine Vernetzung nicht-flüchtiger Komponenten des mittels mit der elektrophoretischen Abscheidung (30) aufgebrachten Beschichtungsmaterials und/oder des Füllers, mittels einer Aushärtungseinrichtung (73) erwärmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Oberflächenbeschichtungsverfahren zur Beschichtung einer Baueinheit, eine Oberflächenbeschichtungseinrichtung zur Durchführung des Oberflächenbeschichtungsverfahrens, sowie ein Fahrzeug, welches wenigstens eine gemäß dem Oberflächenbeschichtungsverfahren beschichtete Baueinheit umfasst.
Typischerweise wird bei der Lackierung von Bauteilen, insbesondere Karosseriebauteilen, in einem ersten Schritt in einer kathodischen Tauchlackierung ein Tauchlack aufgebracht, welcher vor einer weiteren Beschichtung des Bauteils mit einem Füller vollständig ausgehärtet wird. Dieser Vorgang wird auch als Einbrennen bezeichnet. Anschließend wird in einem zweiten Schritt, und nachdem eine Abdichtung des Bauteils erfolgt ist, der Füller aufgebracht, welcher ebenfalls eine Wärmebehandlung erfährt, bevor das Bauteil in weiteren Prozessschritten mit Farb- und Klarlack versehen wird.
Zur Einsparung von Prozesszeiten und Prozesskosten ist es möglich, auf ein Einbrennen der Tauchlacks direkt nach dessen Aufbringung sowie auf das Aufbringen eines Füllers zu verzichten. Der Tauchlack erfährt in diesem Fall seine erste Wärmebehandlung nach dem Aufbringen der Abdichtung in einem sogenannten Geliertrockner.
Die DE 100 52 438 A1 zeigt ein Verfahren zur Erzeugung einer Mehrschichtlackierung. Dabei wird ein auf einem Substrat abgeschiedener Elektrotauchlackfilm für eine vorgegebene Zeit bei 0°C bis 35°C vorgetrocknet und anschließend ein Füller aufgetragen. Elektrotauchlackfilm und Füller werden gemeinsam eingebrannt.
Die DE 195 12 017 C1 zeigt weiteres Verfahren zur Erzeugung einer Mehrschichtlackierung. Das Dokument offenbart ein Verfahren, bei dem auf eine erste elektrophoretisch abgeschiedene Überzugsschicht nass-in-nass eine zweite Überzugsschicht aus einem Basislacküberzugsmittel aufgetragen wird und diese beiden Überzugsschichten gemeinsam eingebrannt werden. Daran anschließenden werden weitere Schichten aufgetragen, wobei weiterhin jeweils zwei Schichten gemeinsam eingebrannt werden. Das in der DE 195 12 017 C1 gezeigte Verfahren verzichtet dabei auf Füller- und/oder Zwischenschichten.
Die EP 3 004 257 B1 zeigt ein Verfahren zur Tauchlackbeschichtung, bei dem ein mit einem elektrophoretisch abgeschiedenen Tauchlack versehenes Bauteil in einem zweiten Schritt mit einer wässrigen Sol-Gel-Zusammensetzung in Kontakt gebracht wird, bevor die Aushärtung des Tauchlacks erfolgt.
1 zeigt eine Ausführung eines typischen Oberflächenbeschichtungsverfahrens gemäß dem Stand der Technik, bei dem kein Füller aufgebracht wird. Dargestellt ist der Materialfluss der Baueinheit im Prozess als Grundfließschema. Ein solcher Prozess ist beispielsweise üblich bei der Oberflächenbehandlung von Karosserien und Karosseriebauteilen im Kraftfahrzeugbau. In der Regel wird die gesamte Oberfläche der Karosserie mit dem gezeigten Verfahren behandelt, wobei nicht ausgeschlossen ist, dass lediglich Bereiche der Oberfläche der Baueinheit mit dem im Folgenden erläuterten Verfahren behandelt werden. Die Baueinheit wird zunächst in einer Bereitstellung 10 bereitgestellt. Danach durchläuft sie eine Vorbehandlung 20. Wenigstens ein Teilschritt in der Vorbehandlung ist üblicherweise eine Phosphatierung der Oberfläche der Baueinheit. Anschließend an die Vorbehandlung 20 wird auf der Oberfläche der Baueinheit ein flüssiges Beschichtungsmittel mittels elektrophoretischer Abscheidung 30 abgeschieden. Typischerweise handelt es sich bei diesem Verfahrensschritt im Fahrzeugbau um eine kathodische Tauchlackierung. Anschließend an die elektrophoretische Abscheidung 30 und eine erste Qualitätskontrolle 32 wird eine Versiegelung der Baueinheit mittels einer ersten Versiegelung 41 und einer zweiten Versiegelung 42 vorgenommen. Typischerweise wird in der ersten Versiegelung 41 ein Unterbodenschutz aufgetragen, während in der zweiten Versiegelung 42 Fenster- und Türbereiche abgedichtet werden. In beiden Fällen kann ggf. die Versiegelung sowohl eine Grobversiegelung bzw. -abdichtung als auch eine Feinversiegelung bzw. -abdichtung umfassen. Anschließend wird die Baueinheit einer Versiegelungsvortrocknung 50 zugeführt, in der die Versiegelungsmaterialien typischerweise bei Temperaturen zwischen 100 °C und 150 °C für 5 min bis 15 min vorgetrocknet werden.
Im Anschluss an die Versiegelungsvortrocknung 50 durchläuft die Baueinheit einen in der Regel mehrstufigen Lackierprozess, bei dem die schlussendliche Decklackierung auf die Baueinheit aufgetragen und ausgehärtet wird. Nach Decklackvorbereitung 61 und einer Reinigung 62 wird die Baueinheit über eine Vorzone 63 der Farblackaufbringung 64 zugeführt. Der in der Farblackaufbringung 64 aufgebrachte Farblack wird in einer Zwischentrocknung 65 wenigstens teilweise getrocknet, bevor in der Klarlackaufbringung 66 ein Klarlack auf den Farblack aufgebracht wird. Danach erfolgt die schlussendliche Trocknung aller aufgetragenen Schichten in der Decklacktrocknung 67. Typischerweise wird bei einem solchen Prozess gemäß dem Stand der Technik der Decklack mehrfach, insbesondere zweimal, aufgetragen. Die Decklacktrocknung 67 erfolgt typischerweise bei 60°C bis 75°C, wobei die Wärme für höchstens zwei Minuten auf die Lackschicht einwirkt.
Anschließend an die Decklackaufbringung und deren Trocknung findet typischerweise eine Decklackkontrolle 68 statt, bevor die Baueinheit über ein Finishing 80 und einen Ausbesserungsplatz 85 einer Hohlraumkonservierung 90 zugeführt wird, an die anschließend die Baueinheit an die Zuführung zur Montage 100 übergeben wird.
Der Darstellung ist zu entnehmen, dass der Prozess vorsieht, dass die Baueinheit zwischen dem Ausbesserungsplatz 85 und der Hohlraumkonservierung 90 zur Nacharbeit 87 wieder in den Prozess der Decklackaufbringung eingeschleust werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Oberflächenbeschichtungsverfahren sowie eine Oberflächenbeschichtungseinrichtung zur Verfügung zu stellen, mit denen auf emissionsarme und kostensparende Weise die Aufbringung einer Oberflächenbeschichtung auf eine Baueinheit möglich ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Oberflächenbeschichtungsverfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Oberflächenbeschichtungseinrichtung zur Durchführung eines Oberflächenbeschichtungsverfahrens gemäß Anspruch 8. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Oberflächenbeschichtungsverfahrens werden in den Unteransprüchen 2-7 aufgezeigt. Ergänzend wird ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 9 zur Verfügung gestellt.
Ein erster Aspekt der Erfindung ist ein Oberflächenbeschichtungsverfahren zur Beschichtung einer Baueinheit, insbesondere einer Baueinheit für ein Kraftfahrzeug, bei dem eine zu beschichtende Baueinheit bereitgestellt wird und auf die Oberfläche der zu beschichtenden Baueinheit zumindest bereichsweise eine Konversionsschicht, insbesondere eine Metallphosphate umfassende Konversionsschicht, aufgebracht wird.
Weiterhin wird wenigstens bereichsweise elektrophoretisch, insbesondere mittels eines kathodischen Tauchlackierverfahrens, ein flüssiges Beschichtungsmaterial auf einer Oberfläche der Baueinheit und/ oder der Konversionsschicht abgeschieden. Ferner wird ein Füller zumindest bereichsweise auf das flüssige Beschichtungsmaterial aufgebracht und der die Konversionsschicht, die aus der elektrophoretischen Abscheidung entstandene Schicht sowie die Füllerschicht umfassende Schichtverbund zwecks Aushärtung, insbesondere durch eine Vernetzung nicht-flüchtiger Komponenten des mittels der elektrophoretischen Abscheidung aufgebrachten Beschichtungsmaterials und/oder des Füllers, mittels einer Aushärtungseinrichtung erwärmt.
Die zu beschichtende Baueinheit ist insbesondere eine Karosserie oder ein Karosseriebauteil für ein Kraftfahrzeug.
Die Baueinheit umfasst wenigstens abschnittweise, bevorzugt im Wesentlichen vollständig, wenigstens einen metallischen Werkstoff, insbesondere einen Stahl und/oder ein Aluminium bzw. eine Aluminiumlegierung.
Unter einer Konversionsschicht ist typischerweise eine im Wesentlichen anorganische Moleküle umfassende Schicht auf einer Metalloberfläche einer Baueinheit zu verstehen. Die Konversionsschicht wird zeitlich vor der Abscheidung des flüssigen Beschichtungsmaterials auf die Oberfläche der Baueinheit aufgebracht bzw. auf dieser ausgebildet. Bevorzugt wird eine Konversionsschicht durch eine Phosphatierung erzeugt, wobei durch die Reaktion einer metallischen Oberfläche mit einer wässrigen Phosphat-Lösung auf der Oberfläche der Baueinheit Metallphosphate erzeugt werden.
Der Vorteil einer Konversionsschicht besteht in einer Verbesserung der Haft- bzw. Adhäsionseigenschaften der Oberfläche der Baueinheit. Dies führt insbesondere zu einer verbesserten Abscheidung im Sinne einer besseren Haftung des flüssigen Beschichtungsmaterials auf der Oberfläche der eine Konversionsschicht umfassenden Baueinheit.
Zeitlich nach der Aufbringung der Konversionsschicht wird auf der Oberfläche der bereitgestellten Baueinheit wenigstens bereichsweise elektrophoretisch ein flüssiges Beschichtungsmaterial abgeschieden. Die Abscheidung erfolgt typischerweise mittels eines kathodischen Tauchlackierverfahrens, wobei das flüssige Beschichtungsmaterial in diesem Fall auch als Elektrotauchlack bezeichnet werden kann. Andere elektrophoretische Abscheideverfahren zur Abscheidung eines flüssigen Beschichtungsmaterials auf einer Oberfläche, wie beispielsweise eine anodische Tauchlackierung, sind grundsätzlich jedoch nicht ausgeschlossen.
Bei der elektrophoretischen Abscheidung werden die Bereiche der Baueinheit, auf deren Oberfläche das flüssige Beschichtungsmaterial abzuscheiden ist, in ein mit dem flüssigen Beschichtungsmaterial gefülltes Tauchbad eingeführt, so dass die zu beschichtende Oberfläche im Wesentlichen vollständig von dem flüssigen Beschichtungsmaterial umgeben ist und von diesem benetzt ist. Insbesondere wird die gesamte Baueinheit in ein mit dem flüssigen Beschichtungsmaterial gefülltes Tauchbad eingeführt.
Das flüssige Beschichtungsmaterial umfasst gegebenenfalls nicht-flüchtige Komponenten, welche beim Aushärten auf der Oberfläche der Baueinheit verbleiben und flüchtige Komponenten, welche wenigstens beim Aushärten, zumindest teilweise aus dem flüssigen Beschichtungsmaterial bzw. der durch das flüssige Beschichtungsmaterial ausgebildeten Schicht entfernt werden.
Das Beschichtungsmaterial dient in der abschließend beschichteten Baueinheit bzw. im fertiggestellten Kraftfahrzeug unter anderem dem Korrosionsschutz.
Durch Anlegen einer Spannung, insbesondere einer Gleichspannung, zwischen der Baueinheit und einer Gegenelektrode wird eine wenigstens teilweise Abscheidung des flüssigen Beschichtungsmaterials auf der Oberfläche der Baueinheit bewirkt.
Nach der Abscheidung des flüssigen Beschichtungsmaterials können von der Baueinheit typischerweise überschüssige Anteile des flüssigen Beschichtungsmaterials entfernt werden. Dies geschieht üblicherweise mittels eines Spülprozesses.
Insbesondere zeitlich nach der Abscheidung des flüssigen Beschichtungsmaterials wird auf das flüssige Beschichtungsmaterial bzw. wenigstens auf Bereiche der Baueinheit, auf der flüssiges Beschichtungsmaterial abgeschieden wurde, ein Füller aufgebracht. Mit anderen Worten wird auf die aus der elektrophoretischen Beschichtung entstandene Schicht flüssigen Beschichtungsmaterials eine Füllerschicht aufgetragen.
Das flüssige Beschichtungsmaterial liegt bei Aufbringung des Füllers im Wesentlichen unausgehärtet bzw. unvernetzt vor. Mit anderen Worten wird das flüssige Beschichtungsmaterial vor Aufbringung des Füllers nicht vollständig ausgehärtet.
Der Füller wird auf das im Wesentlichen in flüssiger Phase vorliegende Beschichtungsmaterial aufgetragen. Dabei ist nicht ausgeschlossen, dass die stoffliche Zusammensetzung des Beschichtungsmaterials zwischen der Abscheidung des flüssigen Beschichtungsmaterials und der Aufbringung des Füllers verändert wird, indem beispielsweise Bestandteile des flüssigen Beschichtungsmaterials, insbesondere leicht flüchtige Bestandteile, wenigstens teilweise entfernt werden. Es ist ebenfalls nicht ausgeschlossen, dass Stoffeigenschaften, wie beispielsweise die dynamische Viskosität und/oder die Dicht, des Beschichtungsmaterials zwischen der Abscheidung des flüssigen Beschichtungsmaterials und der Aufbringung des Füllers verändert werden.
Zeitlich vor dem Aufbringen des Füllers wird die Baueinheit optional in der Art vorbereitet, dass Verunreinigungen von der Baueinheit entfernt werden.
Bei der Aufbringung des Füllers auf das flüssige Beschichtungsmaterial kommt es typischeraber nicht notwendigerweise wenigstens im Kontaktbereich zwischen Füller und Beschichtungsmaterial zu einer wenigstens bereichsweisen Vermischung des Füllers und des flüssigen Beschichtungsmaterials. Mit anderen Worten ist es möglich, dass zwischen einer im Wesentlichen Füller umfassenden Schicht und einer im Wesentlichen Beschichtungsmaterial umfassenden Schicht eine Übergangsschicht ausgebildet wird, welche sowohl Füller als auch Beschichtungsmaterial umfasst.
Der Füller dient bei vollständig ausgebildeter Beschichtung der Baueinheit dem Schutz der aus der elektrophoretischen Beschichtung entstandenen Schicht.
Die aus der elektrophoretischen Beschichtung entstandene Schicht und die Füllerschicht bilden gemeinsam einen Schichtverbund aus. Zwecks Aushärtung des Schichtverbunds wird der Schichtverbund in einer Aushärtungseinrichtung erwärmt, wobei insbesondere nicht-flüchtige Komponenten bzw. Bestandteile des mittels der elektrophoretischen Abscheidung aufgebrachten Beschichtungsmaterials und/oder des Füllers vernetzt werden. Insbesondere werden bei der Aushärtung flüchtige, insbesondere leicht flüchtige, Komponenten des mittels der elektrophoretischen Abscheidung aufgebrachten Beschichtungsmaterials und/oder des Füllers wenigstens teilweise entfernt.
Unter einer nicht-flüchtigen Komponente ist im Sinne der Erfindung eine Komponente zu verstehen, deren Verdunstungszahl höher liegt als die Verdunstungszahl von Wasser. In diesem Sinne sind unter nicht-flüchtigen Komponenten auch schwer flüchtige Komponenten zu verstehen.
Die Aushärteeinrichtung ist typischerweise ein Ofen. Unter einer Aushärtung ist im Sinne der Erfindung der Übergang von einem im Wesentlichen flüssigen Zustand in einen im Wesentlichen festen Zustand zu verstehen. Typischerweise findet beim Vorgang des Aushärtens auf molekularer Ebene eine Vernetzung von Komponenten bzw. Bestandteilen des auszuhärtenden Materials statt.
Auf den ausgehärteten Schichtverbund, umfassend das Beschichtungsmaterial und den Füller, wird in einer Ausgestaltung des Verfahrens wenigstens ein Decklack, insbesondere ein Farb- und/oder Klarlack, aufgebracht. Zeitlich vor der Decklackaufbringung auf den ausgehärteten Schichtverbund wird die Baueinheit hinsichtlich Schäden und Verschmutzungen kontrolliert und für die Decklackaufbringung vorbereitet. Insbesondere wird die Baueinheit von Rückständen vorangegangener Bearbeitungsschritte, Schmutz und Metallpartikeln befreit. Danach wird wenigstens eine Decklackschicht aufgetragen, welche in einer Decklacktrocknungseinrichtung durch ein Einwirken von Wärme getrocknet und/oder ausgehärtet wird. Der Decklack wird dabei mittels der Decklacktrocknungseinrichtung für eine Dauer t_D von wenigstens 1200 s und höchstens 2100 s mit einer Decklacktrocknungstemperatur T_D von wenigstens 120°C und höchstens 150°C beaufschlagt. Typischerweise wird sowohl zunächst eine erste Lackschicht, hier eine Farblackschicht, als auch daran zeitlich anschließend eine zweite Lackschicht, hier eine Klarlackschicht, aufgetragen, wobei vor der Auftragung der zweiten Lackschicht eine Zwischentrocknung in einem Zwischentrockner erfolgt. Im Zwischentrockner wird die erste Lackschicht, die Farblackschicht, mit Wärme beaufschlagt. Dabei wird jedoch die erste Lackschicht nicht notwendigerweise vollständig ausgehärtet.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtungsverfahrens besteht in der Einsparung von Energie durch einen Verzicht auf ein vollständiges Aushärten des flüssigen Beschichtungsmaterials vor Aufbringung des Füllers und folglich der Reduzierung von Emissionen, insbesondere CO2-Emissionen aus dem Prozess der Bereitstellung der für ein Aushärten erforderlichen Wärme. Ferner wird durch den Verzicht auf ein Aushärten des flüssigen Beschichtungsmaterials vor dem Aufbringen des Füllers die Zeit zur Herstellung einer beschichteten Baueinheit reduziert.
In einer Ausgestaltungsform des Oberflächenbeschichtungsverfahrens wird der Füller in flüssiger Phase aufgebracht.
Mit anderen Worten wird der Füller dabei als Flüssigkeit auf das flüssige Beschichtungsmaterial aufgetragen. Die Aufbringung des Füllers kann somit auch als nass-in-nass-Auftragung bezeichnet werden.
Typischerweise vermischen sich bei der Auftragung des Füllers in flüssiger Phase auf das Beschichtungsmaterial, welches ebenfalls in flüssiger Phase vorliegt, die beiden flüssigen Phasen wenigstens teilweise, so dass wenigstens im Kontaktbereich zwischen dem Füller und dem Beschichtungsmaterial ein Gemisch aus Füller und Beschichtungsmaterial ausgebildet wird.
Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass ein intensiver Kontakt zwischen den Schichten des Schichtverbunds ausgebildet wird.
In einer Ausgestaltungsform des Oberflächenbeschichtungsverfahrens wird der Schichtverbund mittels der Aushärtungseinrichtung auf eine Aushärtungstemperatur T_A erwärmt, wobei T_A > 150°C ist.
Mit anderen Worten beträgt die Aushärtungstemperatur T_A, mit der wenigstens der Schichtverbund, bevorzugt jedoch die gesamte mit dem Beschichtungsmaterial und dem Füller beschichtete Baueinheit, in der Aushärtungseinrichtung beaufschlagt wird, wenigstens 150°C. Dabei ist die Aushärtungstemperatur T_A abhängig von den Materialeigenschaften, insbesondere der Wärmeleitfähigkeit, des Materials, aus dem die Baueinheit im Wesentlichen ausgebildet ist. Für eine im Wesentlichen einen für den Karosseriebau typischen Stahl umfassende Baueinheit beträgt die Aushärtungstemperatur T_A bevorzugt wenigstens 175°C. Für eine im Wesentlichen Aluminium umfassende Baueinheit beträgt die Aushärtungstemperatur T_A bevorzugt wenigstens 185°C.
Durch das Einwirken von Wärme mit der Aushärtungstemperatur T_A auf den Schichtverbund wird ein Aushärten des Schichtverbunds bzw. der den Schichtverbund ausbildenden Materialien bewirkt. Typischerweise werden dabei Komponenten bzw. Bestandteile des flüssigen Beschichtungsmaterials und/oder des Füllers mit einer vergleichsweise hohen Flüchtigkeit, also flüchtige bzw. leicht flüchtige Komponenten, durch die Wärmeeinwirkung in die Gasphase überführt und so aus dem Schichtverbund entfernt, während Komponenten mit vergleichsweise geringer Flüchtigkeit, also schwer bzw. nicht-flüchtige Komponenten, im Schichtverbund verbleiben und eine feste Phase ausbilden.
Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass mittels der Aushärtungstemperatur T_A von wenigstens 150°C sowohl das flüssige Beschichtungsmaterial als auch der Füller im Wesentlichen gleichzeitig ausgehärtet werden.
In einer Ausgestaltungsform des Oberflächenbeschichtungsverfahrens wird der Schichtverbund mittels der Aushärtungseinrichtung mit der Temperatur T_A für eine Dauer von t_A beaufschlagt, wobei t_A > 900 s ist.
Dies bedeutet, beispielsweise bei einer Ausgestaltung der Aushärtungseinrichtung als Durchlaufofen, dass die Verweilzeit der den Schichtverbund umfassenden Baueinheit in der Aushärtungseinrichtung wenigstens 900 s, bevorzugt wenigstens 1200 min beträgt.
Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass eine für die Aushärtung ausreichende Wärmemenge auf den Schichtverbund einwirkt.
Die Aushärtungseinrichtung ist in einer Ausführungsform als Durchlaufofen ausgeführt, wobei die Baueinheit in einem Eingangsbereich in den Durchlaufofen eingeführt wird, diesen durchfährt und in einem Ausgangsbereich aus dem Durchlaufofen herausgeführt wird. Alternativ ist ebenso eine Aushärtungseinrichtung möglich, in welcher der Ofen für einen Batchbetrieb eingerichtet ist.
Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass eine für die Aushärtung ausreichende Wärmemenge auf den Schichtverbund einwirkt bzw. eine für die Aushärtung ausreichende Einwirkzeit der Wärme gegeben ist.
In einer Ausgestaltungsform des Oberflächenbeschichtungsverfahrens wird das flüssige Beschichtungsmaterial zeitlich nach dessen Abscheidung auf der Oberfläche der zu beschichtenden Baueinheit und zeitlich vor Aufbringung des Füllers auf das flüssige Beschichtungsmaterial in einer Vortrocknungseinrichtung erwärmt, zwecks zumindest teilweiser Entfernung wenigstens einer flüchtigen Komponente aus dem flüssigen Beschichtungsmaterial.
Mit anderen Worten wird das flüssige Beschichtungsmaterial vor der Aufbringung des Füllers in einer Vortrocknungseinrichtung vorgetrocknet.
Das flüssige Beschichtungsmaterial umfasst wenigstens eine flüchtige, bevorzugt wenigstens leicht oder mittel flüchtige, erste Komponente, bevorzugt Wasser, sowie wenigstens eine im Vergleich zur ersten Komponente schwerer flüchtige zweite Komponenten, welche nach dem Aushärten die ausgehärtete Oberflächenbeschichtung ausbildet.
Unter einer flüchtigen Komponente ist im Sinne der Erfindung eine Komponente mit einer Verdunstungszahl von höchstens 160, bevorzugt höchstens 120, zu verstehen, wobei die Verdunstungszahl sich aus der Verdunstungszeit einer festgesetzten Menge der Komponente im Verhältnis zur Verdunstungszeit der gleichen Menge an Diethylether unter identischen, insbesondere normierten Umgebungsbedingungen, ergibt. Die Ermittlung der Verdunstungszahl erfolgt dabei typischerweise nach DIN 53170. Die Verdunstungszahl von Wasser beträgt 80.
Mittels der Vortrocknungseinheit wird ein Massenanteil von höchsten 0,8, wenigstens jedoch 0,2 wenigstens einer flüchtigen ersten Komponente, insbesondere Wasser, aus dem flüssigen Beschichtungsmaterial entfernt. Dabei ist es möglich, dass physikalische Eigenschaften des Beschichtungsmaterials, insbesondere Dichte und/oder Viskosität, verändert werden. Es ist ebenfalls nicht ausgeschlossen, dass es bereichsweise zu einer teilweisen Vernetzung der im Vergleich zur ersten Komponente schwerer flüchtigen zweiten Komponenten des Beschichtungsmaterials kommt.
Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass bereits vor dem schlussendlichen Aushärten des Schichtverbunds flüchtige Anteile des flüssigen Beschichtungsmaterials entfernt werden.
In einer weiteren Ausgestaltungsform des Oberflächenbeschichtungs-verfahrens wird das abgeschiedene flüssige Beschichtungsmaterial mittels der Vortrocknungseinrichtung auf eine Vortrocknungstemperatur T_v erwärmt, wobei T_v< 100°C ist.
Mit anderen Worten beträgt die Vortrocknungstemperatur T_v, mit der wenigstens die elektrophoretisch abgeschiedene Schicht des flüssigen Beschichtungsmaterials, bevorzugt jedoch die gesamte mit dem Beschichtungsmaterial beschichtete Baueinheit, in der Vortrocknungseinrichtung beaufschlagt wird, höchstens 100°C. Dabei ist die Vortrocknungstemperatur T_v abhängig von der stofflichen Zusammensetzung des flüssigen Beschichtungsmaterials. Die Vortrocknungstemperatur T_v ist so zu wählen, dass sie unterhalb der Vernetzungstemperatur, mit anderen Worten unterhalb der für die Vernetzung erforderlichen Mindesttemperatur, des flüssigen Beschichtungsmaterials, insbesondere unterhalb der Vernetzungstemperatur der schwerer flüchtigen Komponenten des flüssigen Beschichtungsmaterials, liegt, so dass lediglich die leichter flüchtigen Komponenten, insbesondere Wasser, entweichen.
Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass insbesondere lediglich Wasser bei der Vortrocknung als Emission beim Vortrocknungsvorgang entweicht, weswegen eine Reinigung der Prozessabluft, insbesondere eine thermische Abluftreinigung durch Nachverbrennung der Abluft, nicht erforderlich ist. Durch den Verzicht auf eine Nachverbrennung ist eine Einsparung von Energie und CO₂-Emissionen realisierbar.
In einer weiteren Ausführungsform beträgt die Vortrocknungsdauer t_v, bzw. die Verweilzeit der Baueinheit in der Vortrocknungseinrichtung, wenigstens 60 s höchstens jedoch 1800 s, bevorzugt wenigstens 120 s höchstens jedoch 1200 s. Dabei ist die Vortrocknungsdauer t_v abhängig von der Masse und/oder dem Volumen der Baueinheit.
Die Vortrocknungseinrichtung ist typischerweise ein Ofen, bevorzugt ein Durchlaufofen.
In einer weiteren Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtungsverfahrens wird zeitlich vor Aufbringen des Füllers wenigstens ein Versiegelungsmaterial bereichsweise auf das flüssige Beschichtungsmaterial aufgebracht, zwecks zumindest abschnittsweiser Versiegelung der Baueinheit.
Mit anderen Worten wird nach der Abscheidung des ersten flüssigen Beschichtungsmaterials, jedoch vor der Aufbringung des Füllers auf das flüssige Beschichtungsmaterial, wenigstens ein Versiegelungsmaterial aufgebracht. Dabei ist nicht ausgeschlossen, dass das flüssige Beschichtungsmaterial vor dem Aufbringen des Versiegelungsmaterials vorgetrocknet wird.
Das Versiegelungsmaterial kann auch als Abdichtungsmaterial bezeichnet werden. Insbesondere ist es möglich, dass bereichsweise unterschiedliche und/oder mehrere Versiegelungsmaterialien aufgebracht werden. Im Falle einer Baueinheit für ein Kraftfahrzeug, insbesondere eine Kraftfahrzeugkarosserie, wird typischerweise eine mehrstufige Abdichtung bzw. Versiegelung verschiedener Bereiche der Baueinheit vorgenommen. In einem ersten Versiegelungsvorgang werden die Bereiche, welche im fertiggestellten Fahrzeug den Unterboden ausbilden, versiegelt. In einem zweiten Versiegelungsvorgang werden die Bereiche, welche im fertiggestellten Fahrzeug beispielsweise Fenster- und Türenöffnungen ausbilden, versiegelt.
Versiegelungsmaterialien sind im Sinn der Erfindung Abdichtmaterialien, die dazu geeignet sind, zu verhindern, dass insbesondere Flüssigkeiten, wie beispielsweise Wasser, in den versiegelten Bereichen der Baueinheit von einer Außenseite der Baueinheit auf eine Innenseite der Baueinheit gelangen können. Mit anderen Worten wird durch das Versiegeln eine Schutzschicht aufgebracht.
In einer weiteren Ausführungsform wird das Versiegelungsmaterial nach seiner Aufbringung in einer Wärmebehandlungseinrichtung zwecks Vortrocknung des Versiegelungsmaterials erwärmt. Die Erwärmung in der Wärmebehandlungseinrichtung kann dabei vor Aufbringung des Füllers erfolgen. Eine entsprechende Wärmebehandlungseinrichtung wird auch als Geliertrockner bezeichnet. Typischerweise beträgt die Verweilzeit der Baueinheit in der Wärmebehandlungseinrichtung zwischen 180 s und 1200 s, insbesondere zwischen 300 s und 900 s. Die Wärmebehandlungstemperatur beträgt typischerweise zwischen 90°C und 160°C, insbesondere zwischen 100°C und 150°C.
Derart lässt sich zuverlässig eine Versiegelung relevanter Bereiche der Baueinheit realisieren.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist eine Oberflächenbeschichtungseinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtungsverfahrens zur Beschichtung einer Baueinheit, insbesondere zur Beschichtung einer Baueinheit für ein Kraftfahrzeug, welche eine Einrichtung zur Aufbringung einer Konversionsschicht, eine Abscheidungseinrichtung zur elektrophoretischen Abscheidung eines flüssigen Beschichtungsmaterials auf einer Oberfläche der Baueinheit, eine Aufbringungseinrichtung zur zumindest bereichsweisen Aufbringung eines Füllers auf das flüssige Beschichtungsmaterial sowie eine Aushärtungseinrichtung zur Erwärmung des die Konversionsschicht, die aus der elektrophoretischen Beschichtung entstandene Schicht sowie die Füllerschicht umfassenden Schichtverbunds zwecks Aushärtung, insbesondere durch eine Vernetzung nicht-flüchtiger Komponenten des mit der elektrophoretischen Abscheidung aufgebrachten Beschichtungsmaterials und/oder des Füllers, umfasst.
Die Oberflächenbeschichtungseinrichtung dient der Durchführung des erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtungsverfahrens und damit einer energiesparenden und emissionsarmen Herstellung einer beschichteten Baueinheit. Die Oberflächenbeschichtungseinrichtung kann ferner Einrichtungen zur Vortrocknung des flüssigen Beschichtungsmaterials vor Aufbringung des Füllers, sowie Einrichtungen zur Aufbringung von Versiegelungen und/oder Decklackierungen umfassen.
Ferner kann die Oberflächenbeschichtungseinrichtung eine Transporteinrichtung umfassen, mittels welcher die Baueinheiten zwischen den Einrichtungen und/oder innerhalb der Einrichtungen bewegt werden können.
Ein dritter Aspekt der Erfindung ist ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, welches wenigstens eine gemäß dem erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtungsverfahren beschichtete Baueinheit, die insbesondere eine Karosserie sein kann, umfasst.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
Es zeigen

1: ein exemplarisches Oberflächenbeschichtungsverfahren gemäß dem Stand der Technik ohne Aufbringung eines Füllers als Grundfließschema;
2: eine schematische Darstellung einer Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtungsverfahrens als Grundfließschema; sowie
2: eine zweite Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtungsverfahrens als Grundfließschema.

Auf die 1 wurde bereits im Zuge der Würdigung des Standes der Technik eingegangen.
2 zeigt eine erste Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtungsverfahrens zur Beschichtung einer Baueinheit in schematischer Weise als Grundfließschema. Dargestellt ist der Materialfluss der Baueinheit im erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtungsverfahren.
Nach der Bereitstellung 10 der Baueinheit erfolgt die Aufbringung einer Konversionsschicht. Dieser Schritt ist in dem vorliegenden Schema nicht extra dargestellt. Nach der Aufbringung der Konversionsschicht erfolgt eine elektrophoretische Abscheidung 30, beispielsweise in Form einer kathodischen Tauchlackierung, des flüssigen Beschichtungsmaterials. Daran anschließend erfolgt die Aufbringung des Füllers 72. Zwischen der elektrophoretischen Abscheidung 30 und der Aufbringung des Füllers 72 finden im Wesentlichen keine weiteren die Baueinheit bzw. die Oberfläche der Baueinheit verändernden Verfahrensschritte statt, insbesondere keine Verfahrensschritte, die ein Aushärten des flüssigen Beschichtungsmaterials bewirken. Somit wird der Füller auf eine nasse Schicht flüssigen Beschichtungsmaterials aufgetragen. Ein Aushärten des flüssigen Beschichtungsmaterials und/oder des Füllers erfolgt in der Aushärtungseinrichtung 73, die zeitlich nach der Aufbringung des Füllers 72 angeordnet ist. In der hier dargestellten Ausführungsform erfolgt nach dem Aushärten die Zuführung zur Montage 100, wobei nicht ausgeschlossen ist, dass zwischen dem Aushärten in der Aushärtungseinrichtung 73 und der Zuführung zur Montage 100 weitere Beschichtungsmaterialien auf die Baueinheit aufgebracht werden.
3 zeigt eine zweite Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtungsverfahrens zur Beschichtung einer Baueinheit. Analog zu den 1 und 2 ist auch hier der Materialfluss dargestellt.
Die Baueinheit wird analog zu dem in 1 gezeigten Verfahren zunächst in einer Bereitstellung 10 bereitgestellt und durchläuft danach eine Vorbehandlung 20, welche typischerweise eine Aufbringung einer Konversionsschicht durch eine Phosphatierung der Oberfläche der Baueinheit umfasst. Anschließend an die Vorbehandlung 20 wird auf der Oberfläche der Baueinheit ein flüssiges Beschichtungsmittel mittels elektrophoretischer Abscheidung 30, typischerweise mit dem Verfahren der kathodischen Tauchlackierung, aufgebracht.
Anschließend an die elektrophoretische Abscheidung 30 findet in diesem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Vortrocknung des flüssigen Beschichtungsmaterials in einer Vortrocknungseinrichtung 31 statt. Dabei wird aus dem üblicherweise wasserbasierten flüssigen Beschichtungsmaterial das Wasser teilweise entfernt. Daran anschließend findet eine erste Qualitätskontrolle 32 statt.
Nach der Füllervorbereitung 71 findet in analoger Weise zu dem in 1 erläuterten Verfahren eine Versiegelung zwecks Abdichtung der Baueinheit statt mit typischerweise einer ersten Versiegelung 41 und einer zweiten Versiegelung 42. In dem Verfahrensschritt der Aufbringung des Füllers 72 wird auf das Versiegelungsmaterial der Füller aufgebracht. Optional kann zwischen der Versiegelung 41, 42 und der Aufbringung des Füllers 72 eine weitere Zwischentrocknung angeordnet sein, zwecks wenigstens teilweiser Trocknung des Versiegelungsmaterials.
Zwecks Aushärtung des flüssigen Beschichtungsmaterials und/oder des Füllers wird die Baueinheit anschließend an die Aufbringung des Füllers 72 der Aushärtungseinrichtung 73 zugeführt. Optional findet nach dem Aushärten eine zweite Qualitätskontrolle 74 statt.
Analog zu dem in 1 gezeigten Prozess gemäß dem Stand der Technik ist auch in dem hier gezeigten erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtungsverfahren eine Lackierung vorgesehen. Nach Decklackvorbereitung 61 und einer Reinigung 62 wird die Baueinheit der Farblackaufbringung 64 zugeführt. Der in der Farblackaufbringung 64 aufgebrachte Farblack wird in einer Zwischentrocknung 65 wenigstens teilweise getrocknet, bevor in der Klarlackaufbringung 66 ein Klarlack auf den Farblack aufgebracht wird. Danach erfolgt die schlussendliche Trocknung aller aufgetragenen Schichten in der Decklacktrocknung 67.
Anschließend an die Decklackaufbringung und deren Trocknung findet typischerweise eine Decklackkontrolle 68 statt, bevor die Baueinheit über ein Finishing 80 und einen Ausbesserungsplatz 85 einer Hohlraumkonservierung 90 zugeführt wird, und daran anschließend die Baueinheit an die Zuführung zur Montage 100 übergeben wird.
Analog zu 1 sieht das dargestellte Verfahren vor, dass die Baueinheit zwischen dem Ausbesserungsplatz 85 und der Hohlraumkonservierung 90 zur Nacharbeit 87 wieder in den Prozess der Decklackaufbringung eingeschleust werden kann.
Bezugszeichenliste

10: Bereitstellung
20: Vorbehandlung
30: elektrophoretische Abscheidung
31: Vortrocknungseinrichtung
32: erste Qualitätskontrolle
41: erste Versiegelung
42: zweite Versiegelung
50: Versiegelungsvortrocknung
61: Decklackvorbereitung
62: Reinigung
63: Vorzone
64: Farblackaufbringung
65: Zwischentrocknung
66: Klarlackaufbringung
67: Decklacktrocknung
68: Decklackkontrolle
71: Füllervorbereitung
72: Aufbringung Füller
73: Aushärtungseinrichtung
74: zweite Qualitätskontrolle
80: Finishing
85: Ausbesserungsplatz
87: Nachbearbeitung
90: Hohlraumkonservierung
100: Zuführung Montage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10052438 A1 [0004]
DE 19512017 C1 [0005]
EP 3004257 B1 [0006]

Claims

Oberflächenbeschichtungsverfahren zur Beschichtung einer Baueinheit, insbesondere einer Baueinheit für ein Kraftfahrzeug, bei dem i) eine zu beschichtende Baueinheit bereitgestellt wird, ii) auf die Oberfläche der zu beschichtenden Baueinheit zumindest bereichsweise eine Konversionsschicht, insbesondere eine Metallphosphate umfassende Konversionsschicht, aufgebracht wird, iii) wenigstens bereichsweise elektrophoretisch, insbesondere mittels eines kathodischen Tauchlackierverfahrens, ein flüssiges Beschichtungsmaterial auf einer Oberfläche der Baueinheit und/ oder der Konversionsschicht abgeschieden wird, iv) ein Füller zumindest bereichsweise auf das flüssige Beschichtungsmaterial aufgebracht wird und v) der die Konversionsschicht, die aus der elektrophoretischen Abscheidung (30) entstandene Schicht sowie die Füllerschicht umfassende Schichtverbund zwecks Aushärtung, insbesondere durch eine Vernetzung nicht-flüchtiger Komponenten des mittels der elektrophoretischen Abscheidung (30) aufgebrachten Beschichtungsmaterials und/oder des Füllers, mittels einer Aushärtungseinrichtung (73) erwärmt wird.
Oberflächenbeschichtungsverfahren zur Beschichtung einer Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Füller in flüssiger Phase aufgebracht wird.
Oberflächenbeschichtungsverfahren zur Beschichtung einer Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtverbund mittels der Aushärtungseinrichtung (73) auf eine Aushärtungstemperatur T_A erwärmt wird, wobei T_A > 150°C ist.
Oberflächenbeschichtungsverfahren zur Beschichtung einer Baueinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtverbund mittels der Aushärtungseinrichtung (73) mit der Temperatur T_A für eine Dauer von t_A beaufschlagt wird, wobei t_A > 900 s ist.
Oberflächenbeschichtungsverfahren zur Beschichtung einer Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Beschichtungsmaterial zeitlich nach dessen elektrophoretischer Abscheidung (30) auf der Oberfläche der zu beschichtenden Baueinheit und zeitlich vor Aufbringung des Füllers (72) auf das flüssige Beschichtungsmaterial in einer Vortrocknungseinrichtung (31) erwärmt wird, zwecks zumindest teilweiser Entfernung wenigstens einer flüchtigen Komponente aus dem flüssigen Beschichtungsmaterial.
Oberflächenbeschichtungsverfahren zur Beschichtung einer Baueinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das abgeschiedene flüssige Beschichtungsmaterial mittels der Vortrocknungseinrichtung (31) auf eine Vortrocknungstemperatur T_v erwärmt wird, wobei T_v< 100°C ist.
Oberflächenbeschichtungsverfahren zur Beschichtung einer Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zeitlich vor Aufbringen des Füllers (72) wenigstens ein Versiegelungsmaterial bereichsweise auf das flüssige Beschichtungsmaterial aufgebracht wird, zwecks zumindest abschnittsweiser Versiegelung der Baueinheit.
Oberflächenbeschichtungseinrichtung (1) zur Durchführung des Oberflächenbeschichtungsverfahrens gemäß einem der Ansprüche 1-7 zur Beschichtung einer Baueinheit, insbesondere zur Beschichtung einer Baueinheit für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Einrichtung zur Aufbringung einer Konversionsschicht, eine Abscheidungseinrichtung zur elektrophoretischen Abscheidung (30) eines flüssigen Beschichtungsmaterials auf einer Oberfläche der Baueinheit, eine Aufbringungseinrichtung zur zumindest bereichsweisen Aufbringung eines Füllers (72) auf das flüssige Beschichtungsmaterial sowie eine Aushärtungseinrichtung (73) zur Erwärmung des die Konversionsschicht, die aus der elektrophoretischen Beschichtung entstandene Schicht sowie die Füllerschicht umfassenden Schichtverbunds zwecks Aushärtung, insbesondere durch eine Vernetzung nicht-flüchtiger Komponenten des mit der elektrophoretischen Abscheidung aufgebrachten Beschichtungsmaterials und/oder des Füllers.
Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens eine gemäß dem Oberflächenbeschichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 beschichtete Baueinheit.