Elektrotauchlackierung einer Karosserie

Die Elektrotauchlackierung

« Was hat es mit dem Beschichtungsverfahren auf sich? »

Die Elektrotauchlackierung ist ein Verfahren der Oberflächentechnik zur Beschichtung metallischer Bauteile, das vor allem im Fahrzeugbau weit verbreitet ist. Bei diesem Verfahren sorgt ein elektrisches Feld für die gleichmäßige Lackabscheidung auf Teilen mit anspruchsvollen Konturen. In Abhängigkeit von der Ausrichtung des elektrischen Feldes unterscheidet man kathodische und anodische Tauchlackierung. Die auf diese Weise erzeugten Lackschichten haften fest auf den Oberflächen und bieten einen hervorragenden Korrosionsschutz.

Voraussetzungen für die Elektrotauchlackierung

Die durch elektrische Anziehungskräfte unterstützte Tauchlackierung, auch elektrophoretische Abscheidung genannt, erfordert

  • eine Gleichspannungsquelle
  • leitfähige Oberflächen des zu beschichtenden Teils
  • eine Gegenelektrode
  • elektrisch geladene Lackpartikel
  • vollentsalztes Wasser, in dem sich die Partikel frei bewegen können
Autokarosserie, rot
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Die Gleichspannungsquelle bewirkt, dass sich zwischen zwei Elektroden ein elektrisches Feld aufbaut. Das Bauteil, welches beschichtet werden soll, bildet die eine Elektrode. Mit der Gegenelektrode wird ein geschlossener Stromkreis hergestellt, der von der Spannungsquelle durch die Badflüssigkeit zurück zur Spannungsquelle führt.

Beide Elektroden befinden sich in einem Tauchbecken mit Wasser, in dem die Lackbestandteile – Bindemittel und Pigmente – fein verteilt sind. Bei diesem Gemisch handelt es sich um eine kolloide Lösung. Das heißt, die Partikelgrößen liegen im Nanometerbereich. Um sich entlang der Feldlinien in Richtung des Lackiergutes bewegen und dort abscheiden zu können, müssen die Partikel elektrisch entgegengesetzt zum Lackiergut geladen sein. Für den Prozess ist vollentsalztes Wasser erforderlich. Fremde Ionen würden ebenfalls auf die Werkstückoberfläche gelangen und den Schichtaufbau stören.

Während der Elektrotauchlackierung entstehen zwangsläufig Ionen mit einer zu den Lackpartikeln entgegengesetzten elektrischen Ladung. Diese wandern zur Gegenelektrode und werden dort über einen separaten Kreislauf aus dem Becken ausgeschleust.

Kathodische oder anodische Tauchlackierung

Praktisch sind in der Oberflächentechnik zwei Varianten der Elektrotauchlackierung möglich: die anodische und die kathodische. Wird das Lackiergut als Anode geschaltet, stellt es also den Pluspol dar, handelt es sich um anodisches Tauchlackieren. Diese Schaltung hat den Nachteil, dass sich das zu beschichtende Bauelement teilweise auflösen kann. Vergleichbar ist dieser Vorgang mit dem Prozess an einer Opferanode im Korrosionsschutz. Um die Korrosionsgefahr auszuschließen, findet heute in der Oberflächentechnik vorwiegend kathodisches Tauchlackieren Anwendung, bei dem das Lackiergut der Minuspol ist.

Ablauf der Elektrotauchlackierung

Vorbehandlung und Spülen

In der Oberflächentechnik geht der Lackierung meistens eine Vorbehandlung voraus. Die Bauelemente werden gereinigt und in der Regel mit einer Konversionsschicht versehen, die zusätzlich vor Korrosion schützt und eine gute Haftgrundlage für die Lackschicht bildet. Übliche Verfahren der Oberflächenvorbehandlung sind zum Beispiel Beizen oder Phosphatieren. Alle Chemikalien, die bei der Vorbehandlung benutzt werden, müssen sorgfältig von den Oberflächen entfernt werden. Das gründliche Spülen mit vollentsalztem Wasser verhindert, dass fremde Ionen in das Elektrotauchbad eingeschleppt werden.

Oberflächenbehandlung einer Autokarosserie

Lackabscheidung

Während das Bauteil das Tauchbecken durchläuft, wandern die geladenen Lackpartikel entlang der Feldlinien zur Werkstoffoberfläche. In der Umgebung der Oberflächen befinden sich Ionen, die die elektrische Ladung der Lackpartikel aufnehmen. Bei der kathodischen Elektrotauchlackierung sind das Hydroxidionen, die durch die elektrolytische Zersetzung des Wassers entstehen. Entsprechend übernehmen bei der anodischen Variante Hydroniumionen diese Aufgabe. Es entsteht eine elektrisch neutrale, wasserunlösliche Lackschicht. Bei der Schichtbildung wird eine erhebliche Menge Wärme freigesetzt.

Schichtdickenbegrenzung und Umgriffsvermögen

Die elektrisch neutrale Lackschicht wirkt sich zunehmend isolierend aus. Die Feldlinien verschieben sich in der Folge zu den noch nicht beschichteten Oberflächenbereichen. Daraus resultiert, dass die Schichtdicke auf Werte von wenigen µm begrenzt bleibt und dass auch die Wände von Hohlräumen mit einer Lackierung versehen werden. Die Fähigkeit, das Innere von Bauteilen zu beschichten, wird als Umgriffsvermögen bezeichnet. Ist die gesamte Oberfläche des Bauteils mit der Lackschicht überzogen, kommt das elektrische Feld zum Erliegen und die Schichtbildung hört auf.

Spülen

Ist die Elektrotauchlackierung beendet, wird das Bauteil aus dem Bad gehoben und zu einer Spülstation geführt. Dort werden anhaftende lösliche Prozesschemikalien von der Oberfläche entfernt.

Aushärten

Die endgültige Festigkeit der Lackierung stellt sich bei Temperaturen von 180 bis 190 °C in einem nachgeschalteten Ofen ein. Bei der Aushärtung verbinden sich die Lackmoleküle zu langen Ketten, die eine vernetzte räumliche Struktur bilden.

Mehrere Autokarosserien in einer Produktionsanlage
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Technische Ausrüstung für die Elektrotauchlackierung

Die Energiequelle für die Elektrotauchlackierung ist Wechselspannung, die durch einen Gleichrichter in Gleichspannung umgewandelt wird. Üblich sind elektrische Spannungen von 200 bis 300 Volt. An die Pole des Gleichrichters werden das Werkstück und die Gegenelektrode angeschlossen. Die Gegenelektrode befindet sich im Tauchbecken, durch welches das Werkstück hindurchgezogen wird. Diese Aufgabe übernimmt in der Regel eine Krananlage.

Die Größe der Tauchbecken ist an die Abmessungen der Werkstücke angepasst und reicht bis zu einem Fassungsvermögen von 400 m³ für die Lackierung von Fahrzeugkarosserien. Die Flüssigkeit im Tauchbecken wird durch Pumpen laufend umgewälzt. Die ständige Bewegung hält die Partikel in der Schwebe und verhindert ihr Absetzen. Im Umwälzkreislauf sind Aggregate für die Nachdosierung von Lackpartikeln, das Ausschleusen von Abfällen und die Kühlung integriert. Dadurch werden gleichbleibende Konzentrationen und die optimale Temperatur im Tauchbecken sichergestellt.

Schwankungen der Prozessparameter werden durch Messfühler erkannt und an Stellglieder weitergegeben, die die Werte wieder in den zulässigen Bereich bringen. Durch die Überwachung und Steuerung der peripheren technischen Ausrüstung lassen sich Badstandzeiten von mehreren Jahren realisieren.

Große Anlage einer Elektrotauchlackierung
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Vorteile der Elektrotauchlackierung

Der große Aufwand für die anspruchsvolle technische Ausrüstung bei der Beschichtung mit Elektrotauchlacken wird durch eine Reihe von Vorteilen ausgeglichen:

  • Die gleichmäßige Beschichtung komplexer Maschinen- und Fahrzeugteile, die auch Kanten und Hohlräume umfasst, stellt einen dauerhaften Schutz vor Korrosion, Verschleiß und Steinschlag dar.
  • Elektrotauchlacke ermöglichen eine widerstandsfähige Grundierung von Metallteilen, die sich beliebig überlackieren lässt. Es sind darüber hinaus auch Lacksysteme verfügbar, die fertig lackierte Bauelemente liefern.
  • Multi-Metall-Lacke lassen die Lackierung von unterschiedlichen Werkstoffen ohne Badwechsel zu. Das ist besonders bei Maschinenteilen wichtig, die aus Komponenten mit verschiedenen Metallen zusammengesetzt sind.
  • Bei der Elektrotauchlackierung ergibt sich im Vergleich zu anderen Verfahren der Oberflächentechnik eine deutliche Materialeinsparung, da keine Verluste durch Overspray entstehen.
  • Moderne Elektrotauchlacke sind umweltschonend und auf geringen Energieverbrauch optimiert.
    Symbolbild "Nachhaltigkeit für Menschen und Umwelt" von www.kluthe.de

Einsatzfelder für Elektrotauchlacke

Die Elektrotauchlackierung hat sich in der Oberflächentechnik für die Beschichtung von Bauteilen etabliert, die im Betrieb hohen Beanspruchungen durch die Witterung und starke mechanische Belastungen ausgesetzt sind. Dazu gehören unter anderem Karosserien von Personenkraftwagen, Führerhäuser und Ladeflächen von Nutzfahrzeugen sowie Bau- und Landmaschinen. Zunehmend erhalten auch Gehäuse von Werkzeugmaschinen und Bauteile von Krananlagen einen zuverlässigen Korrosionsschutz durch Elektrotauchlacke.