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Dokumentenidentifikation DE19637415A1 26.03.1998
Titel Phosphatierungsanlage
Anmelder Bayerische Motoren Werke AG, 80809 München, DE
Erfinder Rutka, Alfred, 86415 Mering, DE;
Klocke, Christoph, Dr., 80809 München, DE
DE-Anmeldedatum 13.09.1996
DE-Aktenzeichen 19637415
Offenlegungstag 26.03.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.03.1998
IPC-Hauptklasse C23C 22/73
Zusammenfassung Bauteile mit Aluminium- und/oder Magnesium- sowie Stahl- und/oder Zinkoberflächen werden einem erwärmten Phosphatierungsbad zugeführt, dessen Phosphatierungslösung im Kreislauf einer Kläreinrichtung zugeführt wird. Um im Phosphatierungsbad enthaltene Störionen abzutrennen, ist eine Kühleinrichtung vorgesehen, die die der Kläreinrichtung zugeführte Phosphatierungslösung abkühlt. Mit einer im Kreislauf nach der Kläreinrichtung angeordneten Heizeinrichtung wird die Phosphatierungslösung wieder auf die Temperatur des Phosphatierungsbades erwärmt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Phosphatierungsanlage mit einem Phosphatbad, des sen Phosphatierungslösung im Kreislauf einer Kläreinrichtung zugeführt wird, um die sich beim Phosphatieren in der Phosphatierungslösung bildenden, suspendierten Verunreinigungen abzutrennen.

Durch Phosphatieren werden Bauteile aus Aluminium, Magnesium, Stahl und Zink mit einer Phosphatschicht versehen, durch die eine gute Lackhaftung sichergestellt und ein Unterrostungsschutz gewährleistet wird.

Üblicherweise wird beim Phosphatieren folgender Verfahrensgang durchgeführt: Die Bauteiloberfläche wird mit einer schwach alkalischen Entfettungslösung entfettet, gespült, aktiviert, um Kristallisationskeime für die Phosphatschicht zu erzeugen, dann mit einer sauren Phosphatlösung phosphatiert, gespült, passiviert und nochmals gespült. Zum Aktivieren kann eine Titanpolyphosphatlösung verwendet werden. Die saure Phosphatierungslösung kann beispielsweise eine Zink-, Mangan- und Nickelphosphatlösung sein, die ein Beschleunigungsmittel, wie Nitrit, enthält.

Falls Aluminium- oder Magnesiumbauteile phosphatiert werden, enthält die saure Phosphatierungslösung zusätzlich freie Fluoridionen, beispielsweise in Form von Natriumfluorid. Durch die Fluoridionen wird die Aluminium- bzw. Magnesiumoberfläche gebeizt. Zusätzlich wird Aluminium als Kryolith ausgefällt. Das heißt, die passivierende Oxidhaut wird entfernt und die Oberfläche aufgerauht, wodurch eine ausreichende Haftvermittlung auch auf der Aluminium- bzw. Magnesiumoberfläche für die Phosphatschicht sichergestellt wird.

Während der Phosphatierung bilden sich in dem Phosphatierungsbad durch Ausfällung von Hydrolyse- und anderen Reaktionsprodukten der Phosphatierungsmittel, also insbesondere der erwähnten Metallphosphate, oder sonstiger mit den Bauteilen in das Phosphatbad geschleppter Stoffe, Verunreinigungen in Form suspendierter Teilchen oder Schwebstoffe. Um diese Teilchen zu entfernen, ist es bekannt, die Phosphatierungslösung einer Kläreinrichtung, beispielsweise einem Schrägklärer, zuzuführen. Die suspendierten Verunreinigungen werden vom Schrägklärer als Phosphatschlamm ausgetragen und die geklärte Phosphatierungslösung dem Phosphatierungsbad im Kreislauf wieder zugeführt.

In der Automobilindustrie werden zunehmend Bauteile aus Aluminium und Magnesium verwendet. So bestehen die Karosserien außer aus verzinktem und ggf. blankem Stahl heutzutage entweder ganz oder teilweise aus Aluminium. So werden Aluminiumwerkstoffe beispielsweise für Motorhauben, Scheinwerferklappen oder Türen verwendet.

In einem Automobilwerk steht für eine Fertigungsanlage jedoch im allgemeinen nur eine Phosphatierungsanlage zur Verfügung. Es ist daher erforderlich, daß man mit dieser Anlage sowohl ganz aus Stahl bestehende Karosserien, wie Karosserien in Mischbauweise, also sowohl aus Aluminium wie aus Stahl bestehende Karosserien, wie ganz aus Aluminium bestehende Karosserien in beliebiger Reihenfolge, also in Mischfahrweise, phosphatieren kann.

Wie sich gezeigt hat, werden mit einer solchen Phosphatierungsanlage jedoch dann keine festhaftenden Phosphatschichten mehr gebildet, wenn der Anteil der Aluminiumoberflächen, der mit der Phosphatierungsanlage behandelt wird, einen relativ geringen Teil von beispielsweise 20% der mit der Phosphatierungsanlage insgesamt zu behandelnden Oberfläche überschreitet, also der Anteil der Stahl- und/oder Zinkoberfläche weniger als 80% beträgt. Das gleiche Problem tritt beim Phosphatieren von Bauteilen auf, die Magnesiumoberflächen besitzen.

Um den Anteil der Aluminium- und Magnesiumoberflächen an der mit der Phosphatierungsanlage zu behandelnden Gesamtmetalloberfläche erhöhen zu können, ist vorgeschlagen worden, ein Phosphatierungstauchbad zu verwenden, bei dem durch entsprechende Umbauten eine turbulente Strömung der Phosphatierungslösung an den Bauteiloberflächen erzeugt wird. Derartige Umbauten sind jedoch nicht nur sehr kostspielig, vielmehr kann dadurch der Anteil der Aluminium- und/oder Magnesiumoberfläche an der mit der Phosphatierungsanlage insgesamt zu behandelnden Oberfläche nur geringfügig erhöht werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, mit ein und derselben Phosphatierungsanlage sowohl Bauteile aus Stahl und/oder verzinktem Stahl, wie Bauteile aus Aluminium und/oder Magnesium, wie Bauteile aus Stahl und/oder verzinktem Stahl sowie Aluminium und/oder Magnesium, unabhängig von dem Anteil der Aluminium- und/oder Magnesiumoberfläche an der zu phosphatierenden Gesamtmetalloberfläche, mit einer festhaftenden, einwandfreien Phosphatschicht zu versehen.

Dies wird erfindungsgemäß mit der im Anspruch 1 gekennzeichneten Phosphatierungsanlagen erreicht. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wiedergegeben.

Wie festgestellt werden konnte, sind für die schlechte Haftung der Phosphatschicht, die bei einem hohen Aluminium- bzw. Magnesiumanteil an den zu phosphatierenden Bauteiloberflächen auftritt, insbesondere Titan-, Zirkon- und Aluminium-Ionen verantwortlich. Diese Störionen werden vor allem durch den Beizangriff der freien Fluoridionen der Phosphatierungslösung an der Aluminium- bzw. Magnesiumoberfläche gebildet.

Dabei ist zu berücksichtigen, daß insbesondere die Aluminiumfläche, die im Karosseriebau verwendet werden, im Hinblick auf die Umform- und Schweißtechnik häufig titan- und/oder zirkonhaltige Konversionsschichten aufweisen. Auch wird Titan aus der Aktivierungslösung in das Phosphatierungsbad geschleppt.

Das Phosphatierungsbad weist im allgemeinen eine Temperatur von 40 bis 80°C, insbesondere 50 bis 70°C auf. Um die Konzentration der Titan-, Zirkon- und Aluminium-Störionen in der Phosphatierungslösung herabzusetzen, wird erfindungsgemäß die Phosphatierungslösung im Kreislauf einer Kühleinrichtung zugeführt, mit der sie auf eine Temperatur von vorzugsweise weniger als 30°C abgekühlt wird.

Wie sich gezeigt hat, wird durch diese Abkühlung die Konzentration dieser Störionen in der Phosphatierungslösung durch deren Ausfällung soweit herabgesetzt, daß sie die Bildung einer festhaftenden, einwandfreien Phosphatschicht auf der Bauteiloberfläche nicht mehr beeinträchtigen.

Demgegenüber wird die Konzentration der Ionen des Phosphatierungsmittels, also insbesondere der Kationen der zur Phosphatierung verwendeten Phosphate, also bei Verwendung einer Zink-, Mangan- und Nickel-Trikation-Phosphatlösung, die Konzentration der Zink-, Mangan- und Nickelkationen durch die Abkühlung der Phosphatierungslösung mit der Kühleinrichtung nicht herabgesetzt.

Die durch die Abkühlung ausgefällten Störionen werden mit einer Kläreinrichtung abgetrennt. Bei den bestehenden Phosphatbädern ist eine solche Kläreinrichtung im allgemeinen bereits vorhanden, um die sich beim Phosphatieren in der Phosphatierungslösung bildenden suspendierten Verunreinigungen abzutrennen. Vorzugsweise wird daher diese Kläreinrichtung auch zum Abt rennen der durch die Abkühlung ausgefällten Störionen benutzt.

Zum Abtrennen der beim Phosphatieren gebildeten suspendierten Verunreinigungen werden insbesondere Schrägklärer verwendet. Erfindungsgemäß wird daher vorzugsweise ein Schrägklärer eingesetzt, dessen Platten kühlbar ausgebildet sind, beispielsweise dadurch, daß sie von einem Kühlmittel durchströmt werden.

Damit die erhöhte Temperatur des Phosphatierungsbades auf der gewünschten Temperatur zwischen vorzugsweise etwa 50°C und 70°C erhalten bleibt, muß die von den Störionen gereinigte Phosphatierungslösung wieder auf die gewünschte Temperatur erwärmt werden. Dazu ist erfindungsgemäß im Kreislauf eine Heizeinrichtung vorgesehen, die die abgekühlte, gereinigte Phosphatierungslösung wieder auf die Temperatur des Phosphatierungsbades erwärmt.

Einen wesentlichen Teil der Kosten der Phosphatierung machen die Energiekosten aus. Um eine nennenswerte Erhöhung der Energiekosten durch die Erfindung zu vermeiden, ist vorzugsweise eine Wärmepumpe vorgesehen, deren Kühlkreislauf an die Kühleinrichtung und deren Heizkreislauf an die Heizeinrichtung angeschlossen ist.

Nach der Erfindung können also bestehende Phosphatierungsanlagen mit geringen Umbaumaßnahmen weiterbenutzt werden, um neben Bauteilen mit Stahl und/oder Zinkoberflächen auch Oberflächen aus Aluminium und/oder Magnesium zu phosphatieren. Damit können sowohl Bauteile aus Stahl und/oder verzinktem Stahl, wie Bauteile aus Aluminium und/oder Magnesium, wie Bauteile aus Stahl und/oder verzinktem Stahl sowie Aluminium und/oder Magnesium, unabhängig von dem Anteil der Aluminium- und/oder Magnesiumoberfläche an der zu phosphatierenden Gesamtmetalloberfläche mit einer einwandfreien Phosphatschicht versehen werden. Zugleich wird die Standzeit des Phosphatierungsbades erheblich erhöht und der Chemikalienverbrauch deutlich gesenkt.

Es versteht sich, daß die erfindungsgemäße Anlage nicht nur zum Phosphatieren von Bauteilen geeignet ist, die reine Aluminium- bzw. Magnesiumoberflächen aufweisen, sondern genauso für Bauteile mit Oberflächen aus Aluminium- und Magnesiumlegierungen.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur schematisch eine Ausführungsform einer Phosphatierungsanlage zeigt.

Danach ist am Boden eines Phosphatierungsbades 1 eine Leitung 2 mit einer Pumpe 3 angeschlossen, über die kontinuierlich Phosphatierungslösung aus dem erwärmten Phosphatierungsbad 1 entnommen, gereinigt und dem Kreislauf wieder zurückgeführt wird.

Die Leitung 2 ist dazu an einen Schrägklärer 4 angeschlossen, der mit schräg angeordneten Platten 5 versehen ist. Die Platten 5 sind hohl ausgebildet und werden von dem Kühlmittel des Kühlkreislaufs 6 einer Wärmepumpe 7 durchströmt. Die Phosphatierungslösung strömt an den Platten 5 entlang von unten nach oben und wird dabei auf eine Temperatur von weniger als 30°C abgekühlt. Damit werden Störionen in der Phosphatierungslösung ausgefällt.

Die sich an den Platten 5 abscheidenden Niederschläge, die neben den Störionen Teilchen enthalten, die in der dem Phosphatierungsbad 1 entnommenen Phosphatierungslösung suspendiert sind, sinken von den Platten 5 nach unten in den trichterförmigen Boden dem Schrägklärers 4, von wo sie über eine Leitung 17 einem Schlammbehälter 8 zugeführt werden, aus dem sie beispielsweise mit einem Saugwagen entnommen werden können.

Die gereinigte Phosphatierungslösung wird über eine Leitung 9 einem Filter 10 zugeführt, von wo sie über eine Leitung 12 mit einer Pumpe 13 einer Heizung 14 zugeführt wird, in der die gereinigte, gekühlte Phosphatierungslösung wieder auf die Temperatur des Phosphatierungsbades 1 erwärmt wird. Von der Leitung 12 strömt die erwärmte, gereinige Phosphatierungslösung in das Phosphatierungsbad 1 zurück. Der Heizkreislauf 15 der Wärmepumpe 7 ist an die Heizung 14 angeschlossen.

Über dem Phosphatbad kann eine Sprüheinrichtung 16 vorgesehen sein, die über eine Leitung 18 mit einer Pumpe 19 an das Phosphatierungsbad 1 angeschlossen ist, um das zu phosphatierende Bauteil zugleich mit Phosphatierungslösung besprühen zu können.


Anspruch[de]
  1. 1. Phosphatierungsanlage mit einem Phosphatierungsbad, dadurch gekennzeichnet, daß die Phosphatierungslösung im Kreislauf einer Kläreinrichtung, einer Kühleinrichtung und einer Heizeinrichtung (14) zugeführt wird, wobei die Kühleinrichtung die der Kläreinrichtung zugeführte Phosphatierungslösung abkühlt und die Heizeinrichtung (14) die Phosphatierungslösung wieder erwärmt.
  2. 2. Phosphatierungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Kläreinrichtung zugleich die sich beim Phosphatieren in der Phosphatierungslösung bildenden suspendierten Verunreinigungen abgetrennt werden.
  3. 3. Phosphatierungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wärmepumpe (7) vorgesehen ist, deren Kühlkreislauf (6) an die Kühleinrichtung und deren Heizkreislauf (15) an die Heizeinrichtung (14) angeschlossen ist.
  4. 4. Phosphatierungsanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kläreinrichtung durch einen Schrägkühler (4) gebildet wird.
  5. 5. Phosphatierungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung in dem Schrägklärer (4) vorgesehen ist.
  6. 6. Phosphatierungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die schrägen Platten (5) des Schrägklärers (4) zur Bildung der Kühleinrichtung kühlbar ausgebildet sind.
  7. 7. Phosphatierungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung derart ausgebildet ist, daß sie die erwärmte Phosphatierungslösung des Phosphatierungsbades (1) auf weniger als 30°C abkühlt.






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