Aus der DE 102 10942 B4 ist eine Anlage zum Behandeln, insbesondere zum kathaphoretischen Tauchlackieren von Gegenständen, insbesondere von Fahrzeugkarosserien, bekannt. Hierbei umfasst die Anlage mindestens ein Bad, in dem sich eine Behandlungsflüssigkeit befindet, in welche die Gegenstände eingetaucht werden sollen.

An dem Gegenstand beziehungsweise an einem zu beschichtenden Bauteil kann während des Beschichtungsvorgangs eine Reduktionsreaktion stattfinden. Durch Elektronenaufnahme kann es zur Bildung von Wasserstoff und Hydroxidionen kommen. Der Wasserstoff entsteht dabei in kleinen Bläschen als Nebenprodukt. Diese entstandenen Bläschen aus Gas können eine Beschichtung des Gegenstands bzw. des Bauteils negativ beeinträchtigen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lösung zu schaffen, welche ein besonders gleichmäßiges Beschichten eines Bauteils in einem Tauchbad auch bei einer Gasentstehung an dem Bauteil ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Bauteils in einem Tauchbad, bei welchem mittels einer elektronischen Recheneinrichtung für eine Anordnung des Bauteils in dem Tauchbad ein Volumen von bei der Beschichtung entstehenden Gasen an jeweiligen Punkten einer Oberfläche des Bauteils ermittelt wird. Hierfür kann beispielsweise eine Abscheiderate der Beschichtung für die jeweiligen Punkte der Oberfläche des Bauteils ermittelt werden. Es wird somit berechnet, welche Abscheiderate sich in jeweiligen vorgegebenen Punkten der Oberfläche des Bauteils bei einer Anordnung des Bauteils in dem Tauchbad einstellt. In Abhängigkeit von der ermittelten Abscheiderate kann mittels der elektronischen Recheneinrichtung das Volumen des bei der Beschichtung entstehenden Gases für die jeweiligen Punkte ermittelt werden. Mit anderen Worten wird berechnet, welcher Volumenstrom an entstehendem Gas an den jeweiligen Punkten sich aus der ermittelten Abscheiderate für die jeweiligen Punkte ergibt. Alternativ kann das bei der Beschichtung entstehende Volumen an Gas über ein elektrisches Potential des Bauteils ermittelt werden. Ein Widerstand einer Schichtdicke der bereits auf dem Bauteil abgelagerten Beschichtung hat dabei einen Einfluss auf die Verteilung des elektrischen Potentials. Es wird somit ermittelt, mit welchem auftretenden Volumen an Gas an den jeweiligen Punkten der Oberfläche des Bauteils während des Beschichtens des Bauteils zu rechnen ist.

Weiterhin ist es bei dem Verfahren vorgesehen, dass mittels der elektronischen Recheneinrichtung in Abhängigkeit von dem ermittelten Volumen von entstehendem Gas an den jeweiligen Punkten eine Aktion ausgelöst wird, wodurch eine Bewegung des entstandenen Gases relativ zu dem Bauteil verursacht wird. Somit ist es bei dem Verfahren vorgesehen, dass ermittelt wird, ob beziehungsweise inwiefern eine Beeinträchtigung der Beschichtung des Bauteils durch das entstehende Gas an den jeweiligen Punkten der Oberfläche des Bauteils auftritt. In Abhängigkeit von der ermittelten Beeinträchtigung wird die Aktion ausgelöst, deren Ziel es ist, einen Einfluss des bei der Beschichtung entstehenden Gases auf die Beschichtung des Bauteils besonders gering zu halten. Diese Aktion kann insbesondere während des Beschichtungsvorgangs des Bauteils ausgeführt werden. Insbesondere ist es vorgesehen, dass aufgrund der ausgelösten Aktion das an den jeweiligen Punkten der Oberfläche des Bauteils bei der Beschichtung entstehende Gas von den jeweiligen Punkten der Oberfläche des Bauteils abtransportiert wird, um eine vorgegebene Beschichtung an diesen Punkten der Oberfläche des Bauteils auszulösen. Im Rahmen des Verfahrens wird das Bauteil chemisch, insbesondere elektrochemisch, beschichtet, wodurch während des Beschichtens in Folge einer an dem Bauteil anliegenden Spannung das Gas an dem Bauteil entsteht. Dieses bei der Beschichtung entstehende Gas kann eine Isolierschicht auf der Oberfläche des Bauteils bereitstellen, welche ein Beschichten der Oberfläche des Bauteils behindert. Über die Aktion wird bei dem Verfahren zumindest im Wesentlichen sichergestellt, dass ein Freihalten von jeweiligen Bereichen der Oberfläche des Bauteils von der Beschichtung aufgrund des entstehenden Gases vermieden wird. Hierdurch kann eine besonders einheitliche Beschichtung der Oberfläche des Bauteils erzielt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine Strömungsbewegung des entstehenden Gases ausgehend von den jeweiligen Punkten ermittelt wird und die Aktion in Abhängigkeit von der ermittelten Strömungsbewegung des Gases ausgelöst oder angepasst wird. Insbesondere wird die Strömungsbewegung des entstehenden Gases mittels einer Kopplung zu einer mehrphasigen numerischen Strömungsmechanik (CFD) ermittelt. Über die Strömungsbewegung des Gases kann ermittelt werden, wo sich das Gas nach dessen Entstehung an den jeweiligen Punkten hin bewegt. Hierbei kann die Strömungsbewegung des Gases in Abhängigkeit von einer Ausrichtung des Bauteils in dem Tauchbad ermittelt werden. Die Strömungsrichtung kann insbesondere über einen ermittelten Auftrieb und/oder einen ermittelten Dichteunterschied zwischen dem Gas und einer im Tauchbad enthaltenen Tauchflüssigkeit sowie in Abhängigkeit von einer Beckenturbulenz der Tauchflüssigkeit in dem Tauchbad aufgrund einer Umwälzung der Tauchflüssigkeit ermittelt werden. Über die ermittelte Strömungsrichtung des Gases kann ermittelt werden, wo sich das Gas an dem Bauteil ansammelt. In Abhängigkeit von der ermittelten Ansammlung an Gas an dem Bauteil kann die Aktion mittels der elektronischen Recheneinrichtung ausgelöst werden. Über die Aktion kann das Gas von dem Bauteil beziehungsweise insbesondere von der Stelle, an welcher sich das Gas an dem Bauteil angesammelt hat, abtransportiert werden. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass ein Freihalten von Oberflächenbereichen des Bauteils von der Beschichtung aufgrund einer sich durch das Gas bildenden Isolierschicht vermieden wird. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Aktion das Bauteil in dem Tauchbad bewegt wird und/oder mittels wenigstens einer Düse das Bauteil in dem Tauchbad von einer in dem Tauchbad enthaltenden Tauchflüssigkeit gezielt angeströmt wird. Durch das Bewegen des Bauteils in dem Tauchbad kann ein Wegströmen des an der Oberfläche des Bauteils beim Beschichten entstehenden Gases von der Oberfläche des Bauteils ausgelöst werden. Alternativ kann das entstehende Gas von einem ersten Oberflächenbereich des Bauteils weg zu einem zweiten Oberflächenbereich des Bauteils hinbewegt werden, was insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn dieser zweite Oberflächenbereich des Bauteils bereits mit der Beschichtung versehen ist. Infolgedessen kann der erste Oberflächenbereich des Bauteils nach Wegbewegen des Gases beschichtet werden. Für das Bewegen des Bauteils in dem Tauchbad kann das Bauteil beispielsweise gerüttelt werden, um ein Lösen von Gasblasen von der Oberfläche des Bauteils auszulösen. Durch das Anströmen des Bauteils mittels der Düse kann ein Umströmen des Bauteils mit der Tauchflüssigkeit ausgelöst werden, wodurch von der Tauchflüssigkeit an der Oberfläche des Bauteils entstehende Gasblasen von der Oberfläche des Bauteils abtransportiert werden. Weiterhin alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass als Aktion eine Beschichtungszeit des Bauteils angepasst wird. Das bedeutet, dass eine Zeit, während welcher sich das Bauteil in dem Tauchbad befindet, in Abhängigkeit von dem ermittelten entstehenden Gas beziehungsweise in Abhängigkeit von einer Strömung des Gases in dem Tauchbad, insbesondere einer Strömung des Gases entlang der Oberfläche des Bauteils, angepasst wird. Über das Anpassen der Beschichtungszeit wird sichergestellt, dass zumindest im Wesentlichen eine gesamte Oberfläche des Bauteils bei dem Beschichtungsvorgang mit der Beschichtung versehen wird. Insbesondere lagert sich die Beschichtung bevorzugt in unbeschichteten Bereichen des Bauteils an der Oberfläche des Bauteils an, da mit wachsender Beschichtungsdicke der Beschichtung auf der Oberfläche des Bauteils an jeweiligen Punkten der Oberfläche des Bauteils ein elektrischer Widerstand ansteigt. Überdies kann insbesondere bei einer kathodischen Tauchlackierung alternativ oder zusätzlich eine Spannung beziehungsweise ein zeitlicher Verlauf der Spannung als Aktion angepasst werden. Weiterhin alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass als Aktion sich auf einer Oberfläche des Tauchbads sammelnder Schaum von der Oberfläche entfernt wird. Das bei der Beschichtung des Bauteils entstehende Gas kann in dem Tauchbad, insbesondere in der Tauchflüssigkeit, nach oben steigen und sich an der Oberfläche der Tauchflüssigkeit sammeln, sodass aufgrund der Oberflächenspannung der Tauchflüssigkeit eine Schaumbildung stattfindet. Wird nach einem Beschichtungsvorgang des Bauteils ein weiteres Bauteil in das Tauchbad eingeführt, um in dem Tauchbad beschichtet zu werden, dann kann dieses weitere Bauteil Teile des sich an der Oberfläche des Tauchbads sammelnden Schaums in das Tauchbad mitnehmen beziehungsweise Teile des sich an der Oberfläche des Tauchbads sammelnden Schaums können sich an das weitere Bauteil anheften und Beschichtungsstörungen an der Oberfläche des weiteren Bauteils verursachen. Um dieses Anheften des Schaums an das weitere Bauteil zu vermeiden, kann der Schaum während des Beschichtens des Bauteils und/oder zwischen jeweiligen Beschichtungsvorgängen des Bauteils und des weiteren Bauteils von der Oberfläche des Tauchbads entfernt werden. Das Entfernen des Schaums kann kontinuierlich erfolgen. Alternativ kann ein Entfernen des Schaums von der Oberfläche des Tauchbads lediglich dann erfolgen, wenn sich wenigstens eine kritische Menge an Schaum an der Oberfläche des Tauchbads gesammelt hat. Das Feststellen, ob sich wenigstens die kritische Menge an Schaum an der Oberfläche des Tauchbads gesammelt hat, kann mittels der elektronischen Recheneinrichtung in Abhängigkeit von dem ermittelten bei dem Beschichten des Bauteils entstehenden Volumens an Gas erfolgen.

Es kann weiterhin alternativ oder zusätzlich als Aktion vorgesehen sein, dass eine Geometrie des Bauteils angepasst wird. Das bedeutet, dass mittels der elektronischen Recheneinrichtung das Entstehen des Gases an den jeweiligen Punkten der Oberfläche des Bauteils ermittelt wird und infolgedessen die Geometrie des Bauteils vor dem Beschichten des Bauteils, insbesondere während eines Auslegungsprozesses des Bauteils angepasst wird. Beim Anpassen der Geometrie des Bauteils wird die Geometrie des Bauteils derart verändert, dass ein Abströmen bei dem Beschichten des Bauteils entstehenden Gases von der Oberfläche des Bauteils begünstigt wird. Hierdurch kann die Gefahr eines Freihaltens von Oberflächenbereichen des Bauteils durch entstehendes Gas beim Beschichten des Bauteils besonders geringgehalten werden.

Es ist hierbei in einerweiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass für das Anpassen der Geometrie wenigstens eine Entgasungsöffnung in dem Bauteil vorgesehen wird. Bei dem Verfahren können somit jeweilige Bereiche des Bauteils ermittelt werden, in welchen sich beim Beschichten des Bauteils an der Oberfläche des Bauteils entstehendes Gas voraussichtlich sammeln wird. In diesen Bereichen kann die wenigstens eine Entgasungsöffnung vorgesehen werden, um ein sicheres Abströmen des Gases von dem Bauteil zu ermöglichen. Eine Gefahr eines Isolierens des Bereichs des Bauteils, in welchem sich das Gas sammelt, wodurch ein Beschichten des Bereichs des Bauteils unterbleibt, kann somit besonders geringgehalten werden. Das Vorsehen der wenigstens einen Entgasungsöffnung ermöglicht somit ein besonders einfaches Entlüften jeweiliger Bereiche des Bauteils, in welchen sich das bei der Beschichtung entstehende Gas sammeln könnte.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass für das Bewegen des Bauteils eine Ausrichtung des Bauteils in dem Tauchbad mittels eines Elektromotors oder einer mechanisch geführten Kulisse angepasst wird. Insbesondere kann das Bauteil für ein Eintauchen in das Tauchbad an einem Gestell gehalten sein, welches mittels des Elektromotors zu bewegen ist. Durch das Bewegen des Gestells kann somit das an dem Gestell gehaltene Bauteil sowohl in das Tauchbad eingetaucht, als auch aus dem Tauchbad herausgenommen werden. Weiterhin kann mittels des Elektromotors oder der mechanisch geführten Kulisse das Bauteil derart bewegt werden, dass ein Ablösen des bei der Beschichtung entstehenden Gases von der Oberfläche des Bauteils ausgelöst wird. Mittels des Elektromotors oder der mechanisch geführten Kulisse kann die Ausrichtung des Bauteils in dem Tauchbad besonders einfach eingestellt werden.

In einerweiteren Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Ausrichtung in Abhängigkeit von einer ermittelten Strömungsbewegung des ermittelten, an den jeweiligen Punkten entstehenden Gases eingestellt wird. Als Aktion kann somit mittels des Elektromotors oder der mechanisch geführten Kulisse als Fördertechnik die Ausrichtung des Bauteils angepasst werden, um das Abströmen des Gases von der Oberfläche des Bauteils zu begünstigen. Insbesondere wird mittels der Fördertechnik das Bauteil derart in dem Tauchbad ausgerichtet, dass ein Wegströmen des Gases von Bereichen des Bauteils, in welchen sich das beim Beschichten des Bauteils entstehende Gas gesammelt hat, ermöglicht wird. Hierfür kann das Bauteil während des Beschichtungsvorgangs mittels des Elektromotors oder der mechanisch geführten Kulisse gekippt werden, insbesondere mehrmals gekippt werden, um das Abströmen des Gases von der Oberfläche des Bauteils sicherzustellen.

Es ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass für das Entfernen des Schaums von der Oberfläche des Tauchbads der Schaum mittels Düsen von der Oberfläche weggeblasen wird. Hierbei können die Düsen einen Strom an Tauchflüssigkeit bereitstellen, welcher auf den Schaum an der Oberfläche des Tauchbads ausgerichtet ist. Insbesondere kann der von der wenigstens einen Düse bereitgestellte Massen- oder Volumenstrom an Tauchflüssigkeit entlang der Oberfläche des Tauchbads strömen, wodurch sich an der Oberfläche des Tauchbads sammelnder Schaum seitlich von der Oberfläche des Tauchbads weggeblasen wird. Die Düsen können weiterhin zur Umwälzung der Tauchflüssigkeit beziehungsweise der Umströmung des Bauteils mit der Tauchflüssigkeit eingerichtet sein. Diese Düsen können zur Vermeidung von Sedimentation von Lackpartikeln der Tauchflüssigkeit vorgesehen sein und im Becken des Tauchbads verbaut sein. Mittels der Düsen kann der Schaum besonders einfach von der Oberfläche des Tauchbads entfernt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass als Bauteil ein Kraftfahrzeugbauteil, insbesondere ein Karosseriebauteil, beschichtet wird. Hierbei kann das Kraftfahrzeugbauteil, insbesondere das Karosseriebauteil, insbesondere für einen Korrosionsschutz in dem Tauchbad mit der Beschichtung versehen werden. Insbesondere bei komplizierten Geometrien des Kraftfahrzeugbauteils ermöglicht das Verfahren ein Aufbringen einer Beschichtung, insbesondere eines Lacks, zuverlässig über eine gesamte Oberfläche des Kraftfahrzeugbauteils.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Bauteil über elektrophoretische Abscheidung beschichtet wird. Insbesondere wird das Bauteil bei dem Verfahren im Rahmen einer kathodischen Tauchlackierung mit der Beschichtung versehen. Bei der elektrophoretischen Abscheidung wird das Bauteil in dem Tauchbad angeordnet und eine Spannung an das Bauteil angelegt. In Folge der an dem Bauteil anliegenden elektrischen Spannung legen sich in dem Tauchbad vorhandene Beschichtungsteilchen, insbesondere Lackteilchen, an die Oberfläche des Bauteils an, wodurch das Bauteil beschichtet wird. Insbesondere kann das Bauteil als Kathode dienen, wodurch an dem Bauteil Hydroxidionen entstehen. Bei dem kathodischen Tauchlackieren erfolgt eine Lackabscheidung in Folge von chemischen Umsetzungen, insbesondere Koagulationen, eines Bindemittels. Diese Umsetzungen erfolgen aufgrund eines elektrischen Stromflusses von einer äußeren Elektrode über den leitfähigen Lack zu dem als Kathode wirkenden Bauteil. Die kathodische Tauchlackierung ist gut zur automatisierten Beschichtung geeignet. Sie ist eine sehr umweltfreundliche Methode, da als Lösungsmittel VE-Wasser eingesetzt wird. Weiterhin ist die kathodische Tauchlackierung für komplexe Geometrien geeignet, da auch innenliegende Bereiche des Bauteils erfasst werden können. Es ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Abscheiderate der Beschichtung für die jeweiligen Punkte der Oberfläche des Bauteils ermittelt wird und das Volumen von bei der Beschichtung entstehenden Gases in Abhängigkeit von der Abscheiderate ermittelt wird, wobei die Abscheiderate in Abhängigkeit von einer Geometrie des Bauteils und/oder in Abhängigkeit von einer in dem Tauchbad angelegten Spannung und/oder in Abhängigkeit von einer Anodenposition und Anodengröße und/oder in Abhängigkeit von einer Prozesszeit und/oder in Abhängigkeit von einem elektrischen Widerstand einer flüssigen Phase und/oder einer festen Phase einer in dem Tauchbad enthaltenen Tauchflüssigkeit und/oder in Abhängigkeit von einem Lackschichtwiderstand einer bereits auf dem Bauteil abgeschiedenen Lackschicht ermittelt wird. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass mittels der elektronischen Recheneinrichtung für das Ermitteln der Abscheiderate wenigstens einer der vorgehend genannten Parameter für das Ermitteln der Abscheiderate herangezogen wird. Je mehr der vorgenannten Parameter für das Ermitteln der Abscheiderate herangezogen werden, desto höher ist eine Genauigkeit, mit welcher die elektronische Recheneinrichtung die Abscheiderate für die jeweiligen Punkte der Oberfläche des Bauteils ermittelt. Der Beschichtungsvorgang kann beispielsweise mittels einer vernetzten Geometrie und den beschriebenen Lackparameter sowie vorgegebener Spannung an der Anode mittels FE-, CFD- oder Finite-Volumen Methoden iterativ über die Zeit berechnet werden. Alternativ kann ein partikelbasierter Löser verwendet werden. Ein verwendetes Berechnungsprogramm kann dann eine Lösung für das gekoppelte elektrostatische Feldproblem und eine transiente Schichtdickenentwicklungsgleichung produzieren. Über die Abscheiderate kann mittels der elektronischen Recheneinrichtung insbesondere ermittelt werden, wie viele Hydroxidionen bei der Umsetzung von in der Tauchflüssigkeit enthaltenen Beschichtungselementen bei deren Anlagerung an der Oberfläche des Bauteils entstehen. Über die Abscheiderate und eine Dichte der Beschichtung kann auf das Volumen beziehungsweise die Masse der entstehenden Beschichtung in einem Zeitschritt pro Element geschlossen werden. Über die ermittelte Anzahl an bei der Beschichtung entstehenden Hydroxidionen kann das Volumen an entstandenem Gas an den jeweiligen Punkten der Oberfläche des Bauteils besonders genau berechnet werden. Auf das entstehende Gas kann durch Zurückrechnen geschlossen werden, wie viele Hydroxidionen bei der Beschichtung beziehungsweise der Elektrokoagulation genutzt wurden, um das ermittelte Schichtdickenwachstum zu erreichen. Hierbei kann ein Korrekturfaktor mit einbezogen werden, da gegebenenfalls nicht alle Hydroxidionen zur Schichtdickenbildung herangezogen werden. Je genauer die jeweilige Abscheiderate an den Punkten der Oberfläche des Bauteils ermittelt werden kann, desto genauer kann das Volumen an entstehendem Gas an den jeweiligen Punkten der Oberfläche des Bauteils mittels der elektronischen Recheneinrichtung ermittelt werden. Des Weiteren kann die Bildung von Prozessgas auch über den zeitlich an der Oberfläche anliegenden Strom gerechnet werden. Dadurch kann auf die zur Beschichtung verwendete Ladungsmenge zurückgeschlossen werden. Wodurch wiederum durch die Gleichung der Elektrolyse von Wasser auf die gebildete Menge an Wasserstoff geschlossen werden kann. Dieses entstandene Gas kann durch eine Kopplung mit einem CFD-Code als transiente bzw. sich zeitlich ändernde Randbedingung dienen, um das Verhalten und den Transport dieses Gases durch bspw. Impuls von außen oder Auftriebseffekte zu berechnen.

Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 ein Verfahrensschema für ein Verfahren zum Beschichten eines Bauteils in einem Tauchbad, insbesondere eines Kraftfahrzeugbauteils im Rahmen einer kathodischen Tauchlackierung; und Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Kippvorgangs, bei welchem eine Ausrichtung des in dem Tauchbad angeordneten Bauteils angepasst wird, um eine relative Bewegung von beim Beschichten des Bauteils entstehendem Gas zu einer Oberfläche des Bauteils auszulösen, in Folge welcher sichergestellt werden kann, dass eine gesamte Oberfläche des Bauteils mit der Beschichtung versehen wird.

In Fig. 2 ist ein in einem Tauchbad 10 angeordnetes Bauteil 12 gezeigt. Bei diesem Bauteil 12 handelt es sich vorliegend um ein Kraftfahrzeugbauteil, insbesondere um ein Karosseriebauteil. Bei dessen Anordnung in dem Tauchbad 10 ist das Bauteil 12 von einer Tauchflüssigkeit 14 umgeben. In dieser Tauchflüssigkeit 14 sind Lackteilchen enthalten, welche für ein Beschichten des Bauteils 12 auf einer Oberfläche des Bauteils 12 abgeschieden werden können. Das Abscheiden der Lackteilchen erfolgt vorliegend über elektrophoretische Abscheidung im Rahmen einer kathodischen Tauchlackierung. Über diese kathodische Tauchlackierung wird ein Korrosionsschutz des Bauteils 12 bereitgestellt. In Folge der elektrophoretischen Abscheidung des Lacks auf der Oberfläche des Bauteils 12 kann an jeweiligen Punkten der Oberfläche des Bauteils 12 Gas, insbesondere Wasserstoff, entstehen. Dieses entstehende Gas kann die Oberfläche des Bauteils 12 überdecken, wodurch in einem überdeckten Bereich der Oberfläche des Bauteils 12 ein Abscheiden der Lackteilchen durch das Gas behindert werden kann.

In Fig. 1 ist ein Verfahrensschema für ein Verfahren zum Beschichten des Bauteils 12 in einem Tauchbad 10 gezeigt, welches sicherstellen soll, dass die Oberfläche des Bauteils 12 vollständig und ohne Beschichtungsstörung, bspw. durch Prozessgaseinfluss, beschichtet wird. Das Verfahren kann insbesondere durch eine in den Figuren nicht gezeigte elektronische Recheneinrichtung durchgeführt werden. In einem ersten Verfahrensschritt V1 des Verfahrens ist es vorgesehen, dass eine Abscheiderate der Beschichtung für jeweilige Punkte an einer Oberfläche des Bauteils 12 für die Anordnung des Bauteils 12 in dem Tauchbad 10, insbesondere in der Tauchflüssigkeit 14, ermittelt wird. Hierbei kann die Abscheiderate insbesondere in Abhängigkeit von einer Geometrie des Bauteils 12 und/oder in Abhängigkeit von einer in dem Tauchbad 10 angelegten Spannung und/oder in Abhängigkeit von einer Prozesszeit und/oder in Abhängigkeit von einem elektrischen Widerstand einer flüssigen Phase und/oder einer festen Phase der in dem Tauchbad 10 enthaltenen Tauchflüssigkeit 14 und/oder in Abhängigkeit von einem Lackschichtwiderstand einer bereits auf dem Bauteil 12 abgeschiedenen Lackschicht ermittelt werden.

In einem zweiten Verfahrensschritt V2 des Verfahrens ist es vorgesehen, dass mittels der elektronischen Recheneinrichtung in Abhängigkeit von der ermittelten Abscheiderate ein Volumen von bei der Beschichtung entstehenden Gases an den jeweiligen Punkten der Oberfläche des Bauteils 12 ermittelt wird. Es wird somit über die Abscheiderate mittels der elektronischen Recheneinrichtung ermittelt, wie viel Gas in welcher Zeit an den jeweiligen Punkten der Oberfläche des Bauteils 12 während der Beschichtung des Bauteils 12 entsteht. Hierbei kann für das Gas ein Volumenstrom beziehungsweise ein Quellterm für die Masse bzw. das Volumen von entstehendem Gas für die jeweiligen Punkte der Oberfläche des Bauteils 12 ermittelt werden. Zusätzlich zu dem für die jeweiligen Punkten der Oberfläche des Bauteils 12 ermittelten Volumen an entstehendem Gas kann mittels der elektronischen Recheneinrichtung eine Strömungsbewegung des entstehenden Gases ausgehend von den jeweiligen Punkten ermittelt werden. Hierfür kann eine Modellierung der zu beschichtenden Geometrie des Bauteils 12, eine Modellierung von Beckendüsen beziehungsweise einer Umwälzung der Tauchflüssigkeit 14 in dem Tauchbad 10 und eine Modellierung von Anoden einer elektrophoretischen Beschichtungsvorrichtung erfolgen. Folglich kann mittels der elektronischen Recheneinrichtung ermittelt werden, wie sich das an den jeweiligen Punkten der Oberfläche des Bauteils 12 entstehende Gas in dem Tauchbad 10 bewegt. Im Rahmen der Berechnung kann somit eine Darstellung hinsichtlich dessen erfolgen, wo an der Oberfläche des Bauteils 12 welches Volumen an Gas entsteht und wo jeweilige entstehende Gasblasen in dem Tauchbad 10 entlangtransportiert werden. Für das Ermitteln des entstehenden Gases kann insbesondere eine Finite-Volumen-Methode oder eine Finite-Elemente-Methode verwendet werden. Die Strömungsbewegung des entstandenen Gases kann mittels der elektronischen Recheneinrichtung über Strömungsmechanik berechnet werden.

In einem dritten Verfahrensschritt V3 des Verfahrens ist es vorgesehen, dass in Abhängigkeit von dem ermittelten Volumen von entstehendem Gas an den jeweiligen Punkten der Oberfläche des Bauteils 12 und gegebenenfalls zusätzlich in Abhängigkeit von der ermittelten Strömungsbewegung des entstehenden Gases ausgehend von den jeweiligen Punkten, mittels der elektronischen Recheneinrichtung eine Aktion ausgelöst wird. In Folge des Auslösens der Aktion wird eine Bewegung des entstandenen Gases relativ zu dem Bauteil 12 verursacht und/oder eingestellt. Durch die Aktion kann somit eine Bewegung des an den jeweiligen Punkten beim Beschichten des Bauteils 12 entstehenden Gases gezielt gesteuert werden, um ein einheitliches Beschichten der Oberfläche des Bauteils 12 sicherzustellen. Eine durch das Gas bereitgestellte lokale Isolationsschicht 16 blockiert eine in dem Bereich der Oberfläche des Bauteils 12 auftretende Feldlinie und infolgedessen ein Wachstum der Beschichtung in dem von der Isolationsschicht 16 überdeckten Bereich der Oberfläche des Bauteils 12. Die Aktion ist somit dazu bestimmt, das Entstehen der Isolationsschicht 16 beziehungsweise das Verhindern des Beschichtens von Bereichen der Oberfläche des Bauteils 12 zu vermeiden. Als Aktion kann es vorgesehen sein, dass das Bauteil 12, wie in Fig. 2 gezeigt ist, in dem Tauchbad 10 bewegt wird. Hierbei kann für ein Ablösen von entstehenden Gasbläschen von der Oberfläche des Bauteils 12 das Bauteil 12 geruckelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Bauteil 12 in seiner Ausrichtung in Abhängigkeit von der ermittelten Strömungsbewegung des an den jeweiligen Punkten ermittelten entstehenden Gases eingestellt werden. Hierbei wird das Bauteil 12 insbesondere derart bewegt, dass ein dauerhaftes Überdecken eines Bereichs der Oberfläche des Bauteils 12 durch das entstehende Gas unterbleibt. Das Bauteil 12 kann für das Bewegen insbesondere mittels eines Elektromotors oder einer Kulisse, welche eine definierte Förderbewegung des Bauteils 12 vorgibt, in dem Tauchbad 10 bewegt werden. Wie in Fig. 2 erkannt werden kann, kann sich während des Beschichtens des Bauteils 12 in dem Tauchbad 10 durch das entstehende Gas eine Isolationsschicht 16 an einer Oberfläche des Bauteils 12 anlagern. Es erfolgt somit anfangs lediglich eine Beschichtung derjenigen Bereiche der Oberfläche des Bauteils 12 mit einer Lackschicht in einem primären Bereich 18, welcher überdeckungsfrei zu der Isolationsschicht 16 angeordnet sind. Wird das Bauteil 12 anschließend in dem Tauchbad 10 neu ausgerichtet, dann kann sich der von der Isolationsschicht 16 überdeckte Bereich der Oberfläche des Bauteils 12 ändern. Infolgedessen kann sich eine Lackschicht in einem sekundären Bereich 20 auf einem in Folge der Neuausrichtung des Bauteils 12 überdeckungsfrei zu der Isolationsschicht 16 angeordneten Bereich der Oberfläche des Bauteils 12 absetzen. Infolge des durch die Lackschicht in dem primären Bereich 18 bereitgestellten Lackschichtwiderstands lagert sich die Beschichtung als erstes auf Bereichen der Oberfläche des Bauteils 12 an, deren Lackschichtwiderstand geringer ist als der der Lackschicht in dem primären Bereich 18.

Es kann somit eine Beschichtung des Bauteils 12 mit einer besonders einheitlichen Schichtdicke an Lack erzielt werden. Durch eine Wahl der jeweiligen Ausrichtung des Bauteils 12 beziehungsweise durch mehrmaliges definiertes Neuausrichten des Bauteils 12 in Abhängigkeit von dem ermittelten bei der Beschichtung entstehenden Gas kann ein vollständiges Beschichten der Oberfläche des Bauteils 12 sichergestellt werden. Durch Neuausrichten des Bauteils 12 analog zu der gebildeten Isolationsschicht 16 kann ein vollständiges oder nahezu vollständiges Beschichten der Oberfläche des Bauteils 12 auch in Bereichen sichergestellt werden, welche vorerst durch die Isolationsschicht 16 aus dem sich bildenden Gas überdeckt wurden.

Alternativ oder zusätzlich kann als Aktion die Beschichtungszeit angepasst werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Bauteil 12 bei der Beschichtung mehrmals neu ausgerichtet wird, um ein vollständiges Beschichten der Oberfläche des Bauteils 12 zu ermöglichen. Durch das Anpassen der Beschichtungszeit wird sichergestellt, dass ausreichend Zeit zur Verfügung steht, um das Beschichten der gesamten Oberfläche des Bauteils 12 mit der gleichmäßigen Schichtdicke zu ermöglichen.

Um ein Ansammeln von Gas in einer Kuhle des Bauteils 12, wie in Fig. 2 dargestellt ist, zu vermeiden, kann als Aktion eine Geometrie des Bauteils 12 angepasst werden. Insbesondere wird die Geometrie des Bauteils 12 derart angepasst, dass ein Ansammeln von Gas an dem Bauteil 12 vermeiden wird. Hierbei können jeweilige Ausnehmungen des Bauteils 12 derart gestaltet werden, dass eine besonders gute Entgasung der jeweiligen Ausnehmung von beim Beschichten entstehenden Gas ermöglicht wird. Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens eine Entgasungsöffnung in dem Bauteil 12 vorgesehen werden, aufgrund welcher ein Ansammeln von Gas in jeweiligen Ausnehmungen des Bauteils 12 bei der Beschichtung des Bauteils 12 vermieden werden kann.

Weiterhin alternativ oder zusätzlich kann als Aktion das Bauteil 12 von Düsen mit der Tauchflüssigkeit 14 gezielt angeströmt werden, um ein Ablösen von bei der Beschichtung entstandener Gasblasen von der Oberfläche des Bauteils 12 auszulösen. Weiterhin kann mittels der Düsen eine Strömungsbewegung des beim Beschichten entstehenden Gases angepasst werden, um ein sicheres Abströmen des Gases von dem Bauteil 12 in dem Tauchbad 10 zu ermöglichen.

Weiterhin alternativ oder zusätzlich kann als Aktion während des Beschichtens des Bauteils 12 entstehendes Gas, welches sich in Form von Schaum an einer Oberfläche der Tauchflüssigkeit 14 sammelt, von der Oberfläche des Tauchbads 10 abtransportiert werden. Hierfür können Düsen vorgesehen sein, mittels welchen der sich an der Oberfläche der Tauchflüssigkeit 14 des Tauchbads 10 sammelnde Schaum von dem Tauchbad 10 weggeblasen werden kann. Hierdurch kann eine Gefahr eines Eintragens von Schaum in die Tauchflüssigkeit 14 durch ein weiteres in dem Tauchbad 10 zu beschichtenden Bauteil 12 besonders gering gehalten werden. Insbesondere kann ein Anhaften des Schaums an der Oberfläche des weiteren Bauteils beim Eintauchen des weiteren Bauteils in die Tauchflüssigkeit 14 vermieden werden. Insbesondere können die Düsen für das Entfernen des Schaums von der Oberfläche der Tauchflüssigkeit 14 optimiert sein. Alternativ zu der kathodischen Tauchlackierung kann das Bauteil 12 in dem Tauchbad 10 über Galvanisierung beschichtet werden. Das Verfahren ist insbesondere bei sämtlichen Beschichtungsverfahren von Bauteilen 12 anwendbar, bei welchen bei einer chemischen Beschichtung des Bauteils 12 als Abfallprodukt ein Gas entsteht.

Der beschriebenen Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass, um einen Korrosionsschutz am Fahrzeug zu gewährleisten, ein kathodischer Tauchlack auf eine Fahrzeugoberfläche des Fahrzeugs aufgebracht wird. Umgesetzt wird dies mittels eines Gleichrichters, welcher eine Gleichspannung von zu dem Bauteil 12 außenbefindlichen Elektroden beziehungsweise Dialysezellen als Anode zur Rohkarosse als Kathode verbindet. Bei der Rohkarosse handelt es sich somit um das Bauteil 12. In der Tauchflüssigkeit 14 enthaltene Lackteilchen werden dabei von der Elektrode geladen und scheiden sich auf der Kathodenseite und damit dem Bauteil 12 ab. An der Kathode und somit am Bauteil 12 findet während des Beschichtungsvorgangs eine Redoxreaktion statt. Durch Elektronenaufnahme kommt es zur Bildung von Wasserstoff und Hydroxidionen.

Der Wasserstoff entsteht dabei in kleinen Bläschen als Nebenprodukt. Dieses entstandene Gas kann sich unter Umständen problematisch auf eine Beschichtung des Bauteils 12 auswirken.

Eine Schichtdicke bei einer im Rahmen einer kathodischen Tauchlackierung erfolgten Beschichtung des Bauteils 12 kann auf einer Annahme eines berechneten elektrischen Felds basieren und kann auf unterschiedliche Weisen berechnet werden. Hierbei können beispielsweise die Euler-Methode oder die Lagrange-Methode zum Einsatz kommen. Weitere Modelle mit unterschiedlichen Diskreditierungsvarianten sind ebenfalls möglich. Abgesehen von den geometrischen Gegebenheiten des Bauteils 12 sowie des Tauchbads 10 mit dessen Elektroden sind für die Berechnung benötigte Parameter eine Dichte des Lackes, ein minimaler spezifischer elektrischer Strom, eine Coulomb-Effizienz sowie Widerstände einer flüssigen und einer festen Phase des Lacks. Ein Verhältnis aus Coulomb-Effizienz zu Dichte entspricht einem Abscheide-Äquivalent. Diese als benötigte Parameter genannten Werte können als Eingangsdaten für die Berechnung herangezogen und können anhand tatsächlicher Prozessparameter beziehungsweise über Messwerte kalibriert werden. Für die Anode kann ein zeitveränderlicher Wert für eine Eingangsspannung verwendet werden. Eine grundlegende Transportgleichung hierfür ist ein elektrisches Potenzial und eine Randbedingung einer elektrischen Leitfähigkeit der Tauchflüssigkeit 14. Bei bereits vorbeschichteten Kathoden wird ein vordefinierter Widerstand festgelegt, der eine Funktion einer Dicke des Bauteils 12 und seiner elektrischen Leitfähigkeit ist. Zusätzlich wird ein Potenzial in einer Mitte des Bauteils 12 herangezogen, um einen Lackschichtwiderstand zu ermitteln. Dieses Potenzial wird meist als Null angenommen, kann aber durch zusätzliche Randbedingungen berechnet werden, wobei dann kein konstantes Potential über das Bauteil mehr vorhanden ist. Das Potential kann lokal unterschiedlich sein. Ein Abscheidungsgradient kann dann eine Funktion des grenzspezifischen elektrischen Stroms an einer Schnittstelle zwischen Tauchflüssigkeit 14 und Lackfläche sein. Über die Abscheidungsrate einzelner Teilsegmente einer kompletten Beschichtungszeit ergibt sich die Schichtdicke auf dem Bauteil 12.

Sofern die bei der Beschichtung entstehenden Gasrückstände durch ihre Oberflächenspannung oder Dichteunterschiede an der Oberfläche des Bauteils 12 haften, stellen sie gleichzeitig die Isolationsschicht 16 und somit eine Abscheidungssperre dar.

Für eine einwandfreie Beschichtung ist somit das Entfernen dieser Gasrückstände vorgesehen. Zusätzlich können sich diese Gasrückstände als Schaum auf der Oberfläche der Tauchflüssigkeit 14 absetzen. Während eines Eintauchvorgangs des weiteren Bauteils kann der Schaum bei einem Durchringen des Schaums durch das weitere Bauteil auf einer Oberfläche des weiteren Bauteils haften bleiben. Rückstände durch das Eintauchen in Schaum können wiederum Probleme hinsichtlich einer Oberflächenqualität der Beschichtung darstellen.

Bei dem Verfahren können Geometrien mittels eines Oberflächennetzes dargestellt werden, an deren Zellmittelpunkt beziehungsweise Knotenpunkt eine Lösung für bereits gerechnete Gleichungen entsteht. Dies kann je nach Berechnungsverfahren für die Terme der Temperatur, Druck, Wärmeübergangskoeffizienten, Abscheiderate der Lackschicht, Lackschichtwiderstand und für eine bereits abgeschiedene Lackschicht iterativ in einer ausgewählten Zeitschrittbreite erfolgen. Anhand einer gewählten Elementgröße beziehungsweise Elementfläche sowie der zeitlich variierenden Abscheiderate des Lacks kann für das jeweilige Element mit der Dichte die Masse pro Zeitschritt an entstehendem Gas berechnet werden. Bei der kathodischen Tauchlackierung kann über ein Zurückrechnen der zur Schichtbildung entstandenen Hydroxidionen auf die bei der Elektrolyse entstandenen Wasserstoffmoleküle geschlossen werden. Über den Quotienten aus Masse und Dichte wiederum kann das Volumen des entstandenen Gases ermittelt werden. Dieses Volumen an entstehendem Gas kann durch einen zusätzlichen Quellterm an den jeweiligen Elementen wieder in die Berechnung einfließen. Dies kann mit strömungsmechanischen Lösern gekoppelt sein, wodurch auch der Transport der Gasbläschen unter Berücksichtigung der Gaseigenschaften berechnet werden kann. Diese Gasbläschen können sich letztendlich entweder am Bauteil 12 oder an der Oberfläche der Tauchflüssigkeit 14 absetzen. Hierdurch kann, wenn während eines Beschichtungsvorgangs ein Gas entsteht, dessen Volumen mittels eines nach Reaktion abgeänderten Quellterms berechnet werden. Durch Hinzufügen dieses Quellterms kann frühzeitig, insbesondere virtuell, eine Abschätzung von Gasrückständen am Bauteil 12 gemacht werden, welche durch Konzeptänderungen in einer Fahrzeuggestaltung zu einer besseren Entgasung des Bauteils 12 führen kann. Gleichzeitig kann durch die Kopplung dieses neuen Quellterms mit kommerziellen CFD-Lösern der Transport der Gasblasen berechnet werden und somit durch bauliche Veränderungen in Lackbecken, welche das Tauchbad 10 bereitstellen, der Transport der Gasblasen beeinflusst werden.

Im Folgenden wird die Berechnung des Schichtdickenwachstums bei einer kathodischen Tauchlackierung bei Zeitschritt t beschrieben. Hierbei sind die jeweiligen Berechnungsschritte chronologisch nummeriert.

Aus der folgenden Beziehung kann ein kalibrierter Datensatz ermittelt werden: = iS; ^{(jn _ jmin)dt (1 )}

Die komplette bis zum Zeitpunkt T gebildete Schichtdicke kann am realen Fahrzeug gemessen werden und zur Validierung bzw. Kalibrierung der Rechnung herangezogen werden. Die dort ermittelten Parameter fließen dann in Gleichung (1) bzw. in Gleichung (2) mit ein.

Die Abscheiderate kann mittels der folgenden Formel ermittelt werden:

Für eine Validierung könnte der zeitlich nicht konstante Abscheidequotient

Ppaint herangezogen werden. Die Stomdichte j kann über die Stromleitfähigkeit oder den Widerstand und die Spannung als zeitliche Ausgangsrandbestimmung bestimmt werden. Die Stromdichte j ist für die zweite Methode zur Bestimmung des Stroms ein Indikator. Unter der Stromdichte j _min findet keine Beschichtung statt. Bei j _min handelt es sich um einen Materialparameter.

Aus folgender Gleichung für die KTL-Masse der im Zeitschrift t abgeschiedenen Schicht kann auf das Polymer NR ₂ rückgerechnet werden:

Hierbei wird m bezogen auf ein Flächen-Element in xy-Ebene ermittelt. Bei einer ersten Berechnungsmethode für die Wasserstoffmassenbildung kann aus folgender Beziehung ein Quellterm errechnet werden:

Beispiel für Elektrokoagulation:

+OH~

Polymer NR ₂ H ⁺ A - » Polymer NR ₂ + H ₂ 0 + A (4)

Elektrolyse: 4H ₂ 0 +4e - 40H-+2H ₂ (5)

Hierbei kann das Ergebnis für H ₂ für CFD bzw. numerische Strömungsmechanik- Rechnung herangezogen werden. Dieser Wert kann mit einem Korrekturfaktor beaufschlagt werden.

Bei einer zweiten Berechnungsmethode für die Wasserstoffmenge kann der folgende Quellterm aus der Rückrechnung der lokalen Stromdichte errechnet werden:

Wobei aus / = — auf die 4e ^_ rückgerechnet wird. (4, Methode 2)

Elektrolyse: 4H ₂ 0 +4e - 40H +2H ₂ (5, Methode 2) Der Quellterm mit der Masse an Wasserstoff aus Gleichung (5) kann dann in die numerische Strömungsmechanik einfließen. Aus der numerischen Strömungsmechanik können die folgenden Impulsgleichungen verwendet werden: Zusätzlich können die Massenerhaltung und eventuell Turbulenzmodellierungen herangezogen werden.

Hierbei ist p = Dichte [kg / m3], h = KTL-Schichtdicke [m], t = Zeit, T= Ende der Beschichtungszeit [s], I = Stromstärke [A], j _n = Stromdichte (Interface), j _min = Stromdichte (minimum) [A/ m2], c _pa int = Coulomb Effizienz [kg / As], Q = elektrische Ladung [As], x,y = Elementlänge in x- bzw. y-Koordinate [m].

Insgesamt zeigt die Erfindung wie eine Berechnung einer Entstehung und des Transports von Gasen während chemischer Beschichtungsvorgänge erfolgen kann am Beispiel der kathodischen Tauchlackierung.

Bezugszeichenliste

10 Tauchbad 12 Bauteil

14 Tauchflüssigkeit

16 Isolationsschicht

18 primärer Bereich

20 sekundärer Bereich V1-V3 jeweilige Verfahrensschritte