DE10163025A1

DE10163025A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Beschichtung von bewegten Substraten

Info

Publication number: DE10163025A1
Application number: DE10163025A
Authority: DE
Inventors: Markus Cudazzo; Ulrich Strohbeck
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2001-12-20
Publication date: 2003-07-17
Also published as: EP1321197B1; ATE358539T1; EP1321197A2; DE50209859D1; EP1321197A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von Substraten mit einer Pulverschicht, indem Pulver elektrostatisch auf die Oberfläche einer Transfervorrichtung abgeschieden, die Transfervorrichtung und das Substrat relativ zueinander in einem Übertragungsbereich in gleicher oder entgegengesetzter Richtung oder quer zueinander geführt werden, wobei in dem Übertragungsbereich die mit der Pulverschicht beschichtete Oberfläche der Transfervorrichtung und die zu beschichtende Oberfläche des Substrates einen Spalt bildend einander gegenüber angeordnet sind, und das Pulver im Übertragungsbereich von der Transfervorrichtung auf das Substrat übertragen wird. DOLLAR A Im Übertragungsbereich wird durch mindestens eine bezüglich des Spaltes hinter der Transfervorrichtung und/oder hinter dem Substrat angeordnete Elektrode ein die Pulverpartikel zu dem Substrat bewegendes elektrisches Feld erzeugt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beschichtung von relativ zur Vorrichtung bewegten Substraten mit einer Pulverschicht, z. B. einem Pulverlack-Anwendungsgebiet dieses Verfahrens und dieser Vorrichtung ist die Pulverbeschichtung von Substraten, insbesondere mit gleichmäßiger Oberflächengeometrie. Derartige Substrate sind beispielsweise Stahl- und Aluminium- Bandmaterial (Coil), Blech-Platinen, Holz- und Holzwerkstoffplatten, z. B. MDF (mitteldichte Faserplatten) oder HDF (hochdichte Faserplatten), Kunststoffplatten, Metall- und Kunststoff-Folien, Papierbahnen, Strangpreßmaterialien (Profile, Rohre) sowie Kabel.
Derartige Pulverbeschichtungsverfahren werden insbesondere für hohe Durchlaufgeschwindigkeiten des zu beschichtenden Substrates bis zu 3 m/s angewandt. Anwendungen hierfür sind beispielsweise die Pulverbeschichtung von Dämmplatten, das elektrostatisch unterstützte Applizieren von Schleifkorn auf Papier und Kunststoff-Folie, die Lötpulverapplikation auf Strangpressmaterialien, die Klarpulverbeschichtung von Tapeten sowie Bepuderungseinrichtungen z. B. für elektrische Kabel oder im Lebensmittelbereich.
Zur elektrostatischen Pulverbeschichtung stehen bisher zwei Verfahren zur Verfügung:

a) Beim "Elekrostatischen Pulversprüh-Verfahren" (EPS-Verfahren) wird das Pulver mittels Luft fluidisiert und über einen Schlauch zum Sprühorgan transportiert, wo es elektrostatisch aufgeladen und mittels Düsen auf das Substrat gesprüht wird. Die Abscheidung der aufgeladenen Pulverpartikel auf dem geerdeten Substrat erfolgt durch elektrostatische Anziehungskräfte. Da hierbei nur ein Teil des versprühten Pulvers auf das Substrat gelangt, wird das nicht abgeschiedene Pulver (Overspray) mittels einer Absaugung aus der Beschichtungskabine entfernt und wieder dem Pulverbehälter zugeführt. In der Regel werden die Sprühaggregate mittels einer automatischen Hubeinrichtung auf- und abbewegt (vertikale Substratanordnung) bzw. hin- und herbewegt (horizontale Substratanordnung), um durch Überlappung der Lackierstreifen alle Bereiche der mittels einer Fördereinrichtung an den Sprühorganen vorbei bewegten Substrate beschichten zu können. Das EPS-Verfahren ist für Substrat-Fördergeschwindigkeiten bis zu ca. 15 m/min geeignet. Wesentliche Nachteile des EPS- Verfahrens sind
- - die mit dem Einsatz von Sprühorganen verbundene Notwendigkeit des Einsatzes lüftungstechnischer Anlagen und Kabinentechnik sowie der damit verbundene hohe Platzbedarf und die hohen Investitionskosten,
- - die hohen Luftvolumenströme bzw. Luftströmungsgeschwindigkeiten beim Aufsprühen des Pulvers auf die Substrate und die dadurch auftretenden Turbulenzen, verbunden mit Schichtdickenschwankungen und Partikelgrößenseparierungen, die zu Verschiebungen des Partikelgrößenspektrums im Pulverkreislauf und damit zu Beschichtungsstörungen führen,
- - die bei hohen Substrat-Fördergeschwindigkeiten erforderlichen hohen Hubgeschwindigkeiten der Sprühaggregate, die zu zusätzlichen Luftströmungsturbulenzen im Sprühstrahlbereich und dadurch zu zusätzlichen Schichtdickenschwankungen führen sowie
- - der hohe anlagen- und verfahrenstechnische Aufwand für die Rückgewinnung und Kreislaufführung des nicht auf den Substraten abgeschiedenen Pulvers, insbesondere beim Einsatz verschieden farbiger Pulver.
  Die applizierbare Schichtdicke liegt beim EPS- Verfahren im Bereich von ca. 30-200 µm. Dünnschichtapplikationen mit Schichtdicken < 30 µm sind mit dieser Technik im allgemeinen nicht möglich, da bei den üblichen Schichtdickenschwankungen unterbeschichtete Bereiche unvermeidbar sind.
b) Beim elektrostatischen Wirbelbadverfahren werden die Substrate nicht direkt besprüht, sondern innerhalb einer Kammer bzw. über einem Fluidisierbecken in einer Wolke aus aufgeladenem Pulver beschichtet. Die Abscheidung der Pulverpartikel auf den Substraten erfolgt hier nicht wie beim EPS-Verfahren durch die Kombination aus Aufsprühen mittels Luft und elektrostatischer Anziehung, sondern ausschließlich durch elektrostatische Kräfte. Nachteile dieses Verfahrens sind insbesondere
- - die begrenzte Menge an abscheidbarer Pulvermenge pro Zeiteinheit und der dadurch nur geringe Durchsatz an zu beschichtender Oberfläche bzw. die dadurch nur geringen Prozeßgeschwindigkeiten sowie
- - die ungenaue und nur schwierig steuerbare Dosierung der applizierten Pulvermenge und die damit verbundenen Schwankungen der Schichtdicke.
  Die erzielbaren Schichtdicken liegen beim elektrostatischen Wirbelbadverfahren im gleichen Bereich wie beim EPS-Verfahren, d. h. bei ca. 30 bis 200 µm. Dünnschichtapplikationen sind auch hier aufgrund der verfahrensbedingten Schichtdickenschwankungen im allgemeinen nicht möglich.

Aus der JP 05/076819 sowie der JP 05/115831 sind bereits Pulverbeschichtungsverfahren bekannt, bei denen das Pulver auf ein Transferband aufgesprüht wird, welches dann in einem Übertragungsbereich transportiert wird, in dem es parallel zu dem zu beschichtenden Substrat verläuft. Das Transferband weist dabei Durchgangslöcher auf, so daß durch die so entstandene porige Struktur unter Druck ein Gas durchgepreßt werden kann. Im Übertragungsbereich wird nun von der Rückseite des Transferbandes Gas unter Druck durch die Löcher in dem Transferband gedrückt, welche die Partikel mitreißt und auf das gegenüberliegende Substrat niederschlägt. Alternativ kann das Übertragungsband auch gerüttelt oder in Schwingungen versetzt werden, so daß die Pulverpartikel abfallen und auf das dann zwingend unterhalb des Bandes liegende Substrat sich niederschlagen. Die Ablösung der Pulverpartikel wird zusätzlich unterstützt, in dem die Pulverpartikel im Übertragungsbereich elektrisch aufgeladen werden können und so die Partikel sich von dem Übertragungsband aufgrund der elektrostatischen Abstoßungskraft von ihrer Unterlage leichter ablösen können. Dadurch wird auch eine Agglomeratbildung der Partikel vermieden. Allein durch die Pulveraufladung ist eine Übertragung der Partikel auf das Substrat nicht möglich.
Wesentlich dabei ist, daß der Transport der Partikel von dem Übertragungsband auf das Substrat aufgrund eines Luftstromes erfolgt. Nachteilig daran ist, daß Turbulenzen in dem Gasstrom und laminare Strömungen zu einem ungleichmäßigen Auftrag des Pulvers auf das Substrat führen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Pulverbeschichtungsverfahren und eine Vorrichtung hierfür zur Verfügung zu stellen, mit der einheitliche homogene Pulverschichten definierter Dicke mit hoher Konstanz auch bei hohen Prozeßgeschwindigkeiten aufgebracht werden können.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 sowie die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 23 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Einrichtung werden in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen gegeben.
Entscheidend bei der vorliegenden Erfindung ist es, daß die Pulverpartikel auf eine Transfervorrichtung, beispielsweise ein Transferband oder eine Transferwalze aufgebracht werden. Dies kann beispielsweise in einem Fluidisierbehälter oder durch Aufsprühen unter Anwendung elektrostatischer Kräfte erfolgen. Das Transferband bzw. die Transferwalze werden dann so bewegt, daß sie in einem Übertragungsbereich mit der pulverbeschichteten Oberfläche der zu beschichtenden Oberfläche des Substrates gegenüberliegen. Dort können die Transfervorrichtung und das Substrat in gleicher, in entgegengesetzter Richtung auch parallel oder mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegt werden. Das Substrät und die Transfervorrichtung können auch quer zueinander bewegt werden. Bewegt werden dabei das Substrat und/oder die Transfervorrichtung. Im Übertragungsbereich findet nun erfindungsgemäß eine Übertragung der Pulverpartikel von der Transfervorrichtung auf das Substrat mittels elektrostatischer Kräfte statt. Hierzu wird entweder hinter der Transfervorrichtung und gegebenenfalls auch hinter dem Substrat eine Elektrode angeordnet. Mittels dieser Elektrode, beispielsweise eine Koronaelektrode, wird ein elektrostatisches Feld zwischen der Elektrode und dem Substrat erzeugt. Die Partikel werden nun durch dieses elektrostatische Feld von der Transfervorrichtung gelöst und aufgrund der elektrischen Krafteinwirkung gezielt zu dem Substrat transportiert. Bei elektrisch isolierenden Substraten befindet sich hinter dem Substrat und hinter der Transfervorrichtung jeweils eine Elektrode, wobei die beiden Elektroden an unterschiedlichen Potentialen liegen, so daß durch die Transfervorrichtung und das Substrat hindurchgehend ein definiertes elektrisches Feld aufgebaut werden kann.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung können nun Pulverschichten definierter Dicke mit bisher nicht möglicher Konstanz auch bei sehr hohen Prozeßgeschwindigkeiten auf Substrate aufgebracht werden. Dies ist besonders einfach möglich bei Substraten mit gleichmäßiger Oberflächengeometrie. Aufgrund der reproduzierbar steuerbaren Menge des auf die Transfervorrichtung und zuletzt auf das Substrat übertragenen Pulvers sind auch sehr geringe Pulvermengen pro Zeiteinheit im Gegensatz zum Stand der Technik übertragbar. Damit sind Dünnschichtapplikationen bis zu wenigen µm Dicke reproduzierbar möglich. Die Dicke der Schicht bestimmt sich dabei im wesentlichen aus der Geschwindigkeit der Transfervorrichtung, der Geschwindigkeit und der relativen Bewegungsrichtung des Substrates sowie aus der Menge an auf die Transfervorrichtung aufgetragenem Pulver.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Pulvermaterial ohne Verluste auf das Substrat übertragen, d. h. aufwendige technische Maßnahmen zur Rückgewinnung und Kreislaufführung des nicht auf dem Substrat abgeschiedenen Pulvers, wie sie bei der bisherigen elektrostatischen Pulverapplikation mittels Sprühorganen erforderlich sind, entfallen. Dies ist mit geringerem Platzbedarf sowie geringeren Investitionskosten verbunden. Da das Pulver nicht wie bei der herkömmlichen Technik aufgesprüht wird, entfällt der damit verbundene hohe Druckluftverbrauch.
Da bei einem Wechsel des Farbtons alle mit dem Pulver in Berührung kommenden Anlagenteile gereinigt werden müssen, ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgrund der nicht notwendigen Rückgewinnungsanlage auch der Farbwechsel wesentlich einfacher als bei herkömmlichen Pulverbeschichtungsanlagen durchführbar.
Bei der erfindungsgemäßen Übertragung des Pulvers auf das Substrat treten die bei den elektrostatischen Pulverbeschichtungsverfahren nach dem Stand der Technik üblichen Schichtdickenschwankungen und Partikelgrößenseparierungen nicht auf. Die zu übertragende Pulvermenge kann in einem weiten Bereich reproduzierbar gesteuert werden, so daß konstante Schichtdicken sowohl bei geringen als auch bei hohen Fördergeschwindigkeiten des Substrates bis zu ca. 3 m/s erzeugt werden können. Insbesondere können auch sehr dünne Schichten bis herab zu wenigen µm Dicke reproduzierbar erzeugt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung eignen sich zum Transfer sowohl von elektrisch nichtleitendem Pulvermaterial als auch von elektrisch leitfähigem bzw. halbleitfähigem Pulvermaterial.
Bei elektrisch nichtleitendem Pulvermaterial arbeitet das erfindungsgemäße Verfahren wie folgt:

a) Das Pulver wird in einem Fluidisierbehälter fluidisiert und (beispielsweise mit unipolar positiv oder negativ ionisierter Luft) aufgeladen. Der Fluidisierbehälter ist aus elektrisch isolierendem Material (z. B. aus Kunststoff) aufgebaut.
In den Fluidisierbehälter taucht ein elektrisch leitfähiger (z. B. metallischer) geerdeter Kern, der als feststehender Kern oder als Kern in Form einer rotierenden Walze ausgebildet sein kann.
b) Aufgrund des leitfähigen, geerdeten Kerns orientieren sich nun die aufgeladenen Pulverpartikel in Richtung des Kerns und scheiden sich dabei auf dem den Kern umgebenden isolierenden bzw. halbleitfähigem Material (Oberflächenwiderstand mindestens 106 Ohm) ab. Das isolierende Material kann dabei beispielsweise eine um den feststehenden leitfähigen Kern rotierende Isolierstoff- Walze oder ein isolierendes Transferband sein.
c) Die rotierende Isolierstoff-Walze bzw. das Transferband mit dem anhaftenden Pulver bewegt sich zum Substrat hin.
Beim Transferband kann vorteilhafterweise durch eine leitfähige, geerdete Hinterlegung des Bandes vermieden werden, daß Pulver sich vom Band löst, bevor es in den Bereich des Transfers zum Substrat gefördert wird.
d) Im Bereich des Substrates wird mit hinter dem Transferband bzw. der Isolierstoff-Walze angeordneten Elektroden (z. B. "Korona-Nadelkissen") mit zu den Pulverpartikeln gleichnamiger Polarität der Abscheideprozeß auf das Substrat durchgeführt. Um einen homogenen Abscheideprozeß zu gewährleisten, kann das "Korona-Nadelkissen" einer Vibration ausgesetzt werden. Weiterhin kann das Transferband bzw. die Isolierstoff-Walze aus porösem Material bestehen und im Bereich der Pulverübertragung zusätzlich von einem Luftstrom durchströmt werden, um den Pulvertransfer zum Substrat zu unterstützen.
Weiterhin kann das Transferband im Bereich der Pulverübertragung durch eine hochspannungsführende Walze geführt werden, deren Oberflächenstruktur zusätzlich Koronaspitzen aufweist. Diese Walze kann im Bereich der Pulverübertragung zusätzlich von einem Luftstrom durchströmt werden, um die Ablösung der Partikel vom Transferband zu unterstützen.
e) Das Pulver scheidet sich mittels elektrostatischer Kräfte auf dem Substrat ab; im Falle des elektrisch leitfähigen, geerdeten Substrates (z. B. metallisches Coil) ist keine weitere Unterstützung des Abscheidevorganges erforderlich; bei elektrisch isolierenden bzw. gering leitfähigen Substraten wird die Abscheidung durch Einsatz von (zum Pulver) gegenpolaren Ladungen (unipolar ionisierte Luft) auf der Rückseite des Substrates unterstützt.
Zusätzlich kann durch eine Entladestation (Einsatz bipolar ionisierter Luft) die Ladung auf dem Transferband bzw. der Isolierstoff-Walze nach der Übertragung des Pulvers auf das Substrat entfernt werden, um eine gleichbleibende Pulverabscheidung zu gewährleisten.
f) das applizierte Pulver wird durch kontinuierliche Pulverzudosierung in den Fluidisierbehälter ersetzt, um ein konstantes Füllniveau und damit gleichbleibende auf das Substrat übertragene Pulvermengen zu gewährleisten.

Bei elektrisch leitfähigem oder halbleitfähigem Pulvermaterial arbeitet das erfindungsgemäße Verfahren wie folgt:

a) Das Pulver wird in einem Fluidisierbehälter fluidisiert und nicht aufgeladen.
b) Eine rotierende Walze bzw. ein Transferband aus vorzugsweise Isoliermaterial wird elektrostatisch, beispielsweise mit unipolar ionisierter Luft, aufgeladen und zieht dadurch das nichtgeladene, halbleitfähige oder leitfähige Pulver durch Influenzkräfte an.
c) Die rotierende Walze bzw. das Transferband transportiert das anhaftende Pulver zum Substrat hin.
d) im Bereich des Substrates wird mit hinter dem Transferband bzw. der Walze angeordneten Elektroden (z. B. "Korona-Nadelkissen") mit zu den Pulverpartikeln gleichnamiger Polarität der Abscheideprozeß auf das Substrat eingeleitet; um den Abscheideprozeß zu gewährleisten, kann das "Korona-Nadelkissen" einer Vibration ausgesetzt werden. Weiterhin kann das Transferband bzw. die Walze aus porösem Material bestehen und im Bereich der Pulverübertragung von einem Luftstrom durchströmt werden, um die Pulverablösung vom Transferband zu unterstützen.
Bei einem Alternativ-Verfahren wird das Transferband im Bereich der Pulverübertragung durch eine hochspannungsführende Walze geführt, deren Oberflächenstruktur beispielsweise Koronaspitzen aufweist. Diese Walze kann im Bereich der Pulverübertragung von einem Luftstrom durchströmt werden, um einen homogenen Pulvertransfer zum Substrat zu gewährleisten.
e) Das Pulver scheidet sich elektrostatisch auf dem Substrat ab; im Falle eines elektrisch leitfähigen, geerdeten Substrates (z. B. metallisches Coil) ist keine weitere Unterstützung des Abscheidevorganges erforderlich; bei elektrisch isolierenden bzw. geringleitfähigen Substratmaterialien kann die Abscheidung durch Einsatz von (zum Pulver) gegenpolaren Ladungen (unipolar ionisierte Luft) auf der Rückseite des Substrates unterstützt werden. Da aufgeladene, elektrisch leitfähige Partikel bei der Abscheidung auf leitfähigem Substrat sofort ihre Ladung verlieren, sollte in diesem Fall die Haftung der Partikel auf dem Substrat verbessert werden, z. B. durch eine zusätzliche Kleberschicht.
Durch eine Entladestation (Einsatz bipolar ionisierter Luft) kann die Ladung auf dem Transferband bzw. auf der Walze nach der Übertragung des Pulvers auf das Substrat reduziert werden, um die Aufnahme von weiterem Pulver im Fluidisierbehälter zu steuern. Alternativ oder zusätzlich kann das Transferband bzw. die Walze in diesem Bereich mittels unipolar ionisierter Luft gesteuert aufgeladen werden.
f) Das applizierte Pulver wird durch kontinuierliche Pulverzudosierung in den Fluidisierbehälter ersetzt, um ein konstantes Füllniveau und damit gleichbleibende auf das Substrat übertragene Pulvermengen zu gewährleisten.

Im folgenden werden einige Beispiele erfindungsgemäßer Verfahren und erfindungsgemäßer Vorrichtungen beschrieben. Dabei zeigen die Fig. 1 bis 11 verschiedene erfindungsgemäße Vorrichtungen bzw. Teile hiervon.
Im folgenden werden mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung für die Beschichtung eines Substrates 10 mit elektrisch nichtleitenden Pulverpartikeln.
Unterschiede ergeben sich im folgenden zwischen den einzelnen Vorrichtungen zum einen durch die Verwendung entweder elektrisch nichtleitender Partikel oder elektrisch leitender bzw. halbleitender Partikel. Zum anderen kann die Beschichtung des Substrates von unten oder von oben erfolgen. Dies ist beispielsweise in den Fig. 1 bis 6 dargestellt, wo die Beschichtung des Substrates von unten erfolgt. Vorteil dieses Konzeptes ist dabei die Vermeidung der Substratverschmutzung durch herabfallendes Pulver von der Transfervorrichtung. Prinzipiell kann das erfindungsgemäße Verfahren aber auch für die Beschichtung des Substrates von oben bzw. von der Seite angewandt werden. Hierzu wird dann beispielsweise das Transferband durch Umlenkrollen entsprechend geführt. Dies ist beispielsweise in Fig. 7 und 8 dargestellt. Eine vertikale Beschichtung ist in den Fig. 9 und 10 dargestellt. Das Substrat kann dabei weiterhin zum einen in die gleiche oder in die entgegengesetzte Richtung wie die Transfervorrichtung bewegt werden.
Fig. 1 zeigt ein Fluidisierbehälter 1 mit einer Zufuhr 2 für unipolar ionisierte Fluidisierluft. Mit dieser Fluidisierluft wird ein über eine Pulverzuführung 4 zugeführtes Lackpulver fluidisiert. Dieses Lackpulver ist hier aus einem elektrisch nichtleitenden Material und wird ebenfalls unipolar aufgeladen. In dem Fluidisierbehälter 1 taucht in einem Abscheidebereich 8 eine Walze 5 mit einer Walzenoberfläche 6 ein. Diese Walze ist im Bereich des Fluidisierbehälters 1 mit einem feststehenden Kern 11 hinterlegt. Dieser Kern 11 ist elektrisch leitfähig, beispielsweise aus Metall und mit einer Erdung 12 geerdet. Im Bereich des Fluidisierbehälters führt nun das elektrostatische Feld zwischen dem geerdeten Kern 11 und den polarisierten Pulverpartikel dazu, daß diese zu der Walze 5 hingezogen und auf deren Oberfläche 6 als Pulverbeschichtung 7 abgeschieden werden. Die Walze wird nun in Richtung des Pfeiles A gedreht, so daß die beschichtete Oberfläche 6 der Walze 5 sich aus dem Fluidisierbehälter herausbewegt. Damit verläßt sie auch den durch den Kern 11 hinterlegten Bereich und tritt in einen nicht hinterlegten Übertragungsbereich 9 ein, in dem die Oberfläche 6 der Walze 5 parallel zu einem Substrat sich in Richtung B bewegt. Außerhalb des Übertragungsbereiches 9 jeweils hinter dem Substrat bzw. hinter der Walze 5 ist jeweils eine Hochspannungselektrode 14, 14' angeordnet. Diese erzeugen ein elektrostatisches Feld, das die unipolar geladenen Pulverpartikel in Richtung des isolierenden Substrates 10 von der Walzenoberfläche 6 zu dem Substrat 10 bewegt. Damit wird das Lackpulver von der Walze 5 auf das Substrat 10 übertragen.
Im weiteren Verlauf der Drehung der Walze passiert diese eine Elektrode 13, die dazu dient, residuale Aufladungen der Oberfläche 6 der Walze 5 zu entfernen. Anschließend taucht die depolarisierte Oberfläche 6 der Walze 5 wieder in den Fluidisierbehälter 1 ein, in dessen Bereich sie durch den Kern 11 hinterlegt ist. Folglich kann sie dann wieder Pulver aufnehmen.
Damit wird insgesamt erreicht, daß die Beschichtung 7 der Walzenoberfläche 6 als Beschichtung 15 des Substrates 10 niedergeschlagen wird. Da hier keinerlei Luftströmungen verwendet werden, erfolgt eine turbulenzfreie Übertragung des Pulvers, wodurch eine extrem homogene und dünne Pulverschicht erzeugt werden kann.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Beispiel, bei dem jedoch als Transfervorrichtung statt einer Walze 5 ein Band 19 verwendet wird. Dieses wird über drei Umlenkwalzen 22, 22', 22" zum einen durch den Fluidisierbehälter 1 geführt und anschließend über die Walzen 22', 22" in gleiche Richtung B parallel zu dem Substrat 10 geführt. Die weitere Anordnung dieser Vorrichtung ist die selbe wie in Fig. 1.
Im Unterschied zu Fig. 1 ist nun die Walze 22 elektrisch leitfähig, beispielsweise aus Metall. Damit ist wieder eine elektrisch leitfähige Hinterlegung des elektrisch isolierenden bzw. halbleitfähigen Bandes 19 im Bereich des Fluidisierbehälters 1 bewirkt. Nicht eingezeichnet ist in Fig. 2 die Entlüftung 3 des Fluidisierbehälters 1.
Das Band bewegt sich hier mit einer Bandgeschwindigkeit von ca. 1 m/s und wird wiederum mit polarisierten Pulverpartikeln als Beschichtung 7 beschichtet. Diese Pulverpartikel sind in diesem Beispiel negativ polarisiert.
Die Elektroden 14, 14' und 13 sind wie in Fig. 1 Koronaelektroden bzw. "Korona-Nadelkissen". Diese können beweglich sein, so daß durch leichte Vibration dieser Nadelkissen eine optimierte Ablösung des Pulvers von dem Band 19 eintritt. Während die Elektrode 14' bei negativ polarisierten Pulverpartikeln eine negative Spannung aufweist, kann die Elektrode 14 entweder geerdet sein oder eine positive Spannung aufweisen. Dasselbe gilt für die Elektrode 13, mittels der eine vollständige Entladung des Bandes mit bipolar ionisierter Luft einer Koronaentladung oder durch passive Ionisierung bewirkt wird.
Zusätzlich zu Fig. 1 weist die vorliegende Vorrichtung weiterhin eine Absaugung 24 auf der Rückseite des Bandes 19 auf. Dadurch werden auf die Rückseite des Bandes verschleppte Pulverpartikel entfernt, während die Vorderseite mit der Beschichtung 7 nicht verändert wird. Weiterhin ist zwischen den Walzen 22 und 22' das Band mit einer Hinterlegung 20 versehen, die geerdet ist. Diese Hinterlegung 20, beispielsweise ein Metallblech, führt dazu, daß auch in diesem Transportbereich die polarisierten Partikel besser auf der Oberfläche des Transportbandes haften.
Fig. 3 zeigt eine weitere Vorrichtung, die derjenigen aus Fig. 2 entspricht, wobei jedoch die Koronaelektrode 14' der vorigen Figur ersetzt ist durch eine hochspannungsführende Walze 23. Diese erzeugt ebenfalls wie die Elektrode 14' in Fig. 2 ein elektrisches Feld, das die Partikel von dem Band 19 auf das Substrat 10 überträgt.
In Fig. 3 ist weiterhin die Walze 22 mit einer Erdung 12 verbunden, so wie das auch für den Kern 11 in Fig. 1 der Fall ist.
Fig. 4 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Walze 5 und einer Walzenoberfläche 6, mit der elektrisch leitfähige bzw. halbleitfähige Pulverpartikel übertragen werden können.
In diesem Falle ist die durch die Zufuhr 2 in den Fluidisierbehälter 1 eingeführte Fluidisierluft nicht ionisiert. Das elektrisch leitende bzw. halbleitende Pulver wird durch die Zufuhr 4 in den Fluidisierbehälter 1 eingebracht. Weiterhin ist eine Entlüftung 3 zur Abfuhr von Fluidisierluft mit dem Fluidisierbehälter 1 verbunden.
Im Unterschied zu Fig. 1 ist nunmehr die Walze elektrisch isolierend und kann in ihrem Kern gefüllt oder nicht gefüllt sein. Die Walzenoberfläche 6 wird nun beispielsweise mittels des "Korona-Nadelkissens" 13 unipolar (z. B. negativ) ionisiert und taucht dann in den Fluidisierbehälter 1 ein. Das elektrisch leitfähige oder halbleitfähige Pulver wird durch Influenz nunmehr auf die Oberfläche 6 der Walze 5 angezogen und bildet dort eine Pulverbeschichtung 7. Mit weiterer Drehung der Walze in Richtung des Pfeiles A wird diese Beschichtung in einen Übertragungsbereich transportiert, in dem mittels "Korona-Nadelkissen" 14, 14' die Pulverpartikel auf das Substrat 10 übertragen werden. Das "Korona-Nadelkissen" 14 besitzt dabei eine negative Spannung, während das "Korona- Nadelkissen" 14' geerdet oder eine positive Spannung aufweisen kann. Umgekehrt könnte auch das "Korona- Nadelkissen" 14' positiv aufgeladen und das "Korona- Nadelkissen" 14 geerdet und/oder eine negative Spannung besitzen.
Fig. 5 zeigt eine entsprechende Vorrichtung, wobei jedoch als Transfervorrichtung ein Band 19 verwendet wird. Dieses wird wie in Fig. 2 über drei Walzen 22, 22' 22" geführt. Da die Pulverpartikel elektrisch leitfähig bzw. elektrisch halbleitfähig sind, ist jetzt das Band 19 elektrisch isolierend bzw. halbleitfähig. Seine Bandgeschwindigkeit beträgt beispielsweise 1 m/s. Dieses Band wird über die Koronaelektrode 13 mittels bipolar inonisierter Luft teilweise entladen bzw. mittels unipolarer und ionisierter Luft gesteuert aufgeladen. Die Walze 22 besteht aus elektrisch halbleitfähigem oder isolierendem Material. Aufgrund der Aufladung des Bandes 19 über die Elektrode 13 wird nun das elektrisch leitfähige bzw. halbleitfähige Pulver über Influenz angezogen und schlägt sich auf der Oberfläche des Bandes 19 als Beschichtung 7 nieder. Die Rückseite des Bandes wird mittels einer Absaugung 24 zwischen den Walzen 22 und 22' von Pulver befreit.
Die Übertragung des Pulvers auf das Substrat 9 in dem Übertragungsbereich 9 erfolgt wie vorstehend beschrieben.
Die in den Fig. 4 und 5 dargestellten Vorrichtungen sind insbesondere geeignet für Substrate mit geringer elektrischer Leitfähigkeit.
Fig. 6 zeigt eine weitere entsprechende Vorrichtung wie in Fig. 5, wobei jedoch die Koronaelektrode 14' durch eine hochspannungsführende Walze 23 ersetzt ist. Alle weiteren Elemente sind gleich wie in Fig. 5.
Fig. 7 zeigt eine weitere Vorrichtung, wobei hier insgesamt sechs Umlenkwalzen 22 bis 22''''' eingesetzt werden. Diese Vorrichtung entspricht derjenigen aus Fig. 2 und Fig. 3, wobei jedoch durch die zusätzlichen Umlenkwalzen nunmehr das Band 19 oberhalb des Substrates 10 geführt wird. Dadurch erfolgt nunmehr eine Beschichtung des Substrates von oben.
Auch Fig. 8 zeigt ebenso wie Fig. 7 eine Vorrichtung, mit der elektrisch nichtleitende Pulverpartikel auf ein elektrisch leitendes Substrat 10 übertragen werden. Als Substrat 10 ist hier beispielsweise ein Blech dargestellt, das auf Förderrollen 25 in Richtung des Pfeiles B transportiert wird. Weiterhin sind in dieser Figur die Umlenkrollen 22 bis 22''' auf Pfeilern 26 bis 26''' gelagert und gehaltert. Im Unterschied zu Fig. 7 ist hier lediglich eine Koronaelektrode 14 ("Korona-Nadelkissen") vorgesehen, mit dem die negativ polarisierten Partikel der Beschichtung 7 von dem Transferband 19 gelöst werden. Hierzu ist die Elektrode 14 negativ aufgeladen. Es bildet sich so eine Pulverbeschichtung 15 auf dem Blech 10.
Fig. 9 zeigt ein weiteres Beispiel für eine vertikale Beschichtung eines vertikal verlaufenden Substrates 10. Mittels der Umlenkrollen 22 bis 22''''' wird das Transferband 19 so geführt, daß es im Transferbereich 9 senkrecht und damit parallel zum Substrat 10 verläuft. Der weitere Aufbau dieser Vorrichtung entspricht derjenigen in Fig. 7.
Fig. 10 zeigt eine weitere Vorrichtung, die weitestgehend derjenigen aus Fig. 9 entspricht. Im Unterschied zu Fig. 9 wird hier jedoch das Substrat 10 senkrecht zu dem Transferband 19 befördert. Dies bedeutet, daß in der Fig. 10 das Substrät 10 senkrecht zur Zeichnungsebene transportiert wird. Auch hierbei wird jedoch am Kreuzungspunkt zwischen dem Förderband 19 und dem Substrat 10 das Pulver mittels "Korona- Nadelkissen" 14, 14' auf das Substrat 10 übertragen.
Fig. 11 zeigt eine Walze 5 mit einer Oberfläche 6, wie sie beispielsweise in den Fig. 1 und 4 verwendet wird. Die Walze 5 besitzt dabei ein Lager 16, das beispielsweise zu ihrer elektrischen Aufladung dienen kann. Die Oberfläche 6 der Walze 5 besitzt dabei ein Muster, das durch Vertiefungen, Aussparungen oder einem Wechsel zwischen isolierenden und nichtisolierenden Bereichen ausgebildet werden kann. Dies führt dazu, daß die Walze Pulver entweder nur in den Musterbereichen aufnimmt bzw. an das Substrat nur in den Musterbereichen abgibt. Damit ist auch eine Beschichtung in Form eines Musters auf das Substrat möglich.
Eine andere Möglichkeit zur Musterbeschichtung des Substrates besteht darin, daß die Elektroden 14, 14' ein Muster bilden und so nur in den von ihnen dargestellten Bereichen das Pulver von der Beschichtung 7 auf das Substrat 10 zur Erzeugung einer bemusterten Beschichtung 15 übertragen.
Weitere Beispiele für geeignete Transfervorrichtungen wären beispielsweise rotierende Scheiben, die während einer Drehung sowohl einen Beladebereich 8, z. B. in einer Fluidisierkammer 1, als auch einen Übertragungsbereich 9 durchlaufen. Das Substrat kann dann entweder eine parallel oder gegenläufig zu der Transferscheibe rotierende Scheibe sein, die den Scheibendurchmesser der Transferscheibe ganz oder nur teilweise überdeckt. Alternativ kann auch ein bandförmiges Substrat beschichtet werden, das in dem Übertragungsbereich die Übertragungsscheibe überdeckend relativ zu der Übertragungsscheibe bewegt wird.

Claims

1. Verfahren zur Beschichtung von Substraten mit einer Pulverschicht, indem Pulver elektrostatisch auf die Oberfläche einer Transfervorrichtung abgeschieden, die Transfervorrichtung und das Substrat relativ zueinander in einem Übertragungsbereich in gleicher oder entgegengesetzter Richtung oder quer zueinander geführt werden, wobei in dem Übertragungsbereich die mit der Pulverschicht beschichtete Oberfläche der Transfervorrichtung und die zu beschichtende Oberfläche des Substrates einen Spalt bildend einander gegenüber angeordnet sind, und das Pulver im Übertragungsbereich von der Transfervorrichtung auf das Substrat übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Übertragungsbereich durch mindestens eine bezüglich des Spaltes hinter der Transfervorrichtung und/oder hinter dem Substrat angeordnete Elektrode ein die Pulverpartikel zu dem Substrat bewegendes elektrisches Feld erzeugt wird.

2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß ein homogenes oder inhomogenes elektrisches Feld erzeugt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an die Elektrode eine Hochspannung angelegt wird.

4. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß an die Elektrode mindestens 10 kV angelegt werden.

5. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß an die Elektrode mindestens 30 kV angelegt werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Elektrode eine Koronaentladung erzeugt wird.

7. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektrode eine Gaselektrode oder eine Walze geerdet oder an Hochspannung verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines homogenen Pulvertransfers zum bewegten Substrat die Elektrode einer Vibration ausgesetzt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines homogenen Pulvertransfers zum bewegten Substrat eine poröse, gerasterte oder gitterförmige Transfervorrichtung verwendet wird, durch die ein Luftstrom geführt wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsgeschwindigkeit der Transfervorrichtung gleich, größer oder kleiner ist als die Geschwindigkeit des bewegten Substrates.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Transfervorrichtung im Übertragungsbereich mit einem Abstand zwischen 1 mm und 100 mm zum bewegten Substrat geführt wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Transfervorrichtung ein bewegtes Band, eine Walze oder eine rotierende Scheibe eingesetzt wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines Pulvermusters auf dem Substrat eine strukturierte Walze, Band oder Scheibe eingesetzt wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines Pulvermusters auf dem Substrat eine strukturierte Elektrode oder eine Elektrode, die sich nicht über die gesamte Breite des Substrates erstreckt, eingesetzt wird.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein nichtleitendes Pulver verwendet wird, das vor der Abscheidung unipolar aufgeladen und auf eine zumindest im Abscheidebereich mit einer leitfähigen Hinterlegung versehene, selbst nicht elektrisch leitende Transfervorrichtung abgeschieden wird.

16. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Transfervorrichtung zwischen dem Abscheidebereich und dem Übertragungsbereich zumindest bereichsweise leitfähig hinterlegt wird.

17. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat im Übertragungsbereich zumindest bereichsweise leitfähig hinterlegt wird.

18. Verfahren nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Hinterlegung auf Erdpotential oder auf bezüglich der Polarität des aufgeladenen Pulvers entgegengesetztes Potential gelegt wird.

19. Verfahren nach einem der vier vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Transfervorrichtung mit einem Oberflächenwiderstand zwischen 10⁶ und 10¹⁵ Ω gemäß dem Meßverfahren der DIN 53482/VDE0303 Teil 3 verwendet wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisch leitfähiges und/oder halbleitendes Pulver verwendet und die Transfervorrichtung vor der Abscheidung elektrisch geladen wird.

21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein nichtleitendes Substrat verwendet wird.

22. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisch leitfähiges oder halbleitendes bewegtes Substrat verwendet wird.

23. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
mit einem Pulver enthaltenden Fluidisierbehälter,
mit einer Transfervorrichtung, die in einem Abscheidebereich den Fluidisierbehälter durchläuft und in einem Übertragungsbereich außerhalb des Fluidisierbehälters in einem vorbestimmten Abstand zu einem in gleicher oder entgegengesetzter Richtung bewegbaren Substrat einen Spalt bildend führbar ist, und
mit mindestens einer Elektrode zur Erzeugung eines die Pulverpartikel von der Transfervorrichtung zu dem Substrat bewegenden elektrischen Feldes, die im Übertragungsbereich bezüglich des Spaltes hinter der Transfervorrichtung und/oder hinter dem Substrat angeordnet ist.

24. Einrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode eine Hochspannungselektrode ist.

25. Einrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode eine Koronaelektrode ist.

26. Einrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode eine Gaselektrode, ein Koronanadelkissen oder eine Walze mit oder ohne Koronaspitzen ist.

27. Einrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 26, gekennzeichnet durch eine Vibrationsvorrichtung zur Erzeugung einer Vibration der Elektrode.

28. Einrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, die Transfervorrichtung porös, gerastert oder gitterförmig ist.

29. Einrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Transfervorrichtung im Übertragungsbereich mit einer Geschwindigkeit gleich, größer oder kleiner ist als die Geschwindigkeit des Substrates bewegbar ist.

30. Einrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß im Übertragungsbereich der Abstand zwischen der Transfervorrichtung und dem Substrat zwischen 1 mm und 100 mm einstellbar ist.

31. Einrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Transfervorrichtung als bewegtes Band, Walze oder rotierende Scheibe ausgebildet ist.

32. Einrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines Pulvermusters auf dem Substrat die Transfervorrichtung eine strukturierte Oberfläche aufweist.

33. Einrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines Pulvermusters auf dem Substrat die Elektrode strukturiert ist oder die Elektrode sich nicht über die gesamte Breite des Substrates erstreckt.

34. Einrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Transfervorrichtung nicht elektrisch leitend jedoch zumindest im Abscheidebereich mit einer leitfähigen Hinterlegung versehen ist.

35. Einrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterlegung ein zumindest an seiner Oberfläche elektrisch leitender Körper, beispielsweise eine Walze oder Plattenelektrode, ist

36. Einrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Transfervorrichtung zwischen dem Abscheidebereich und dem Übertragungsbereich zumindest bereichsweise eine leitfähige Hinterlegung, beispielsweise ein metallisches Blech, aufweist.

37. Einrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat im Übertragungsbereich zumindest bereichsweise eine leitfähige Hinterlegung, beispielsweise eine elektrisch leitende Walze aufweist.

38. Einrichtung nach einem der vier vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Hinterlegung auf Erdpotential oder auf bezüglich der Polarität des aufgeladenen Pulvers entgegengesetztes Potential gelegt ist.

39. Einrichtung einem der fünf vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Transfervorrichtung einen Oberflächenwiderstand zwischen 10⁶ und 10¹⁵ Ω gemäß dem Meßverfahren der DIN 53482/VDE0303 Teil 3 aufweist.

40. Einrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Transfervorrichtung elektrisch geladen ist.

41. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat nichtleitend ist.

42. Einrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat elektrisch leitfähig oder halbleitend ist.

43. Einrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß die Transfervorrichtung ein bewegbares Band ist und daß mindestens eine Walze vorgesehen ist, die zumindest teilweise in den Fluidisierbehälter eintaucht und daß das Band um die Walze durch den Fluidisierbehälter führbar ist.

44. Einrichtung nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze elektrisch leitfähig ist.

45. Einrichtung nach Anspruch 43 oder 44, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Walzen außerhalb des Fluidisierbehälters zum Umlenken des Bandes vorgesehen sind.