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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Herstellung
von Beschichtungen auf einem Substrat, wie insbesondere auf Kunststoffteilen
unabhängig von deren Geometrie oder Form nach dem Oberbegriff
des Anspruches 1 bzw. 18.
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Stand der Technik
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Viele
Kunststoffteile aber auch Teile aus anderen Materialien, die uns
täglich begegnen, sind mit Beschichtungen versehen, um
bestimmten Qualitätsstandards zu genügen. Die
Veredelung, kratzfeste Versiegelung oder Beschichtung von Oberflächen
an Spritzguß- und anderen Bauteilen erfolgt meist unter Reinraumbedingungen.
Diese Anforderungen erfüllen meist nur speziell dafür
eingerichtete Beschichtungsfirmen, zumal die Beschichtungskosten
hoch im Vergleich zu den Herstellungskosten der einzelnen Bauteile
sind. Dies liegt daran, dass die Beschichtungsanlagen in der Anschaffung
sehr teuer sind. Daher müssen sehr viele Teile diese Anlagen
durchsetzen, um eine Rentabilität zu erzielen. Dies ist
für kleine und mittlere Unternehmen nicht möglich,
da sie nicht den Durchsatz haben und es außerdem sehr aufwendig
ist, eine Anpassung an verschiedene Bauteile durchzuführen.
Dadurch besteht auch eine gewissen Abhängigkeit der Bauteilhersteller
zu den Beschichtungsfirmen.
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In
vielen Bereichen liegen jedoch kleinere Stückzahlen als
zum Beispiel im Mobilphone-Bereich vor. Ferner besteht der Wunsch
einer Inline-Bearbeitung mit entsprechenden Herstellungsmaschinen, wie
z. B. Kunststoff-Spritzgießmaschinen zur Verarbeitung von
Kunststoffen und anderen plastifizierbaren Materialien.
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Eine
In-Line-Beschichtungsanlage ist aus „In-Line-Beschichtungsanlage
zur Abscheidung optisch hochwertiger Schichtsysteme aus Kunststoff- und
Aluminium-Reflektoren für die Leuchtenindustrie", I. Kaden,
P. Vetters, Otec Jordan GmbH & Co. KG,
Olbernhau; P. Botzler, A. Langer, H. Waydbrink, von
Ardenne Anlagentechnik GmbH, Dresden, H.-U. Poll, Prof. Dr., FZM
GmbH, Flöha, erschienen zu B. Neues Dresdner Vakuumtechnisches
Kolloquium, Dresden, 19/20. Oktober 2000 bekannt. Unter
Vakuum können kleinere Gebinde von Reflektoren mit Aluminium
im kontinuierlichen Betrieb durch Sputtering beschichtet werden.
Der Inline-Betrieb wird dadurch gewährleistet, dass einer
Vakuumkammer mehrere Vorkammern und nachgeschaltete Kammern zugeordnet
sind, so dass ein kontinuierlicher Betrieb möglich ist.
Die zu beschichtenden Teile werden auf hierfür vorgesehenen
Trägern angeordnet und durch die Beschichtungsanlage geführt.
Für eine Lackierung von Teilen ist diese Vorrichtung nicht
vorgesehen.
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Von
der SINGULUS TECHNOLOGIES AG ist eine Metallisierungsanlage „SINGULUS
3DS" zur dekorativen Beschichtung von Kunststoffteilen bekannt,
in der durch Sputtering dreidimensionale Kunststoffteile im Vakuum
mit schützenden und dekorativen Oberflächen versehen
werden. (Pressemitteilung der SINGLUS TECHNOLOGIES AG vom 23.01.2007;
http://www.sinqulus.de/deutsch/3_presse/index presse.htm; „Singulus
3DS", http://www.sinqulus.de/deutsch/4_Produkte/index_decorative.htm)
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Aus
der
DE 603 03 011
T2 ist ferner die Herstellung gut haftender Beschichtungen
auf einem Substrat bekannt, das nach entsprechender Vorbehandlung
mit einem Photoinitiator vorbeschichtet, mit einem ethylenisch ungesättigten
Monomer oder Oligomer beschichtet und die Beschichtung mittels Strahlung
gehärtet wird. Dabei handelt es sich um die plasmaunterstützte
Abscheidung dünner Schichten, wie dies im Stand der Technik
seit längerem bekannt ist.
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Im
Bereich der Herstellung von CDs ist es bekannt, im festgelegten
Zwangsablauf CDs herzustellen und zu verpacken. Die CDs werden dabei
aus dem Spritzgießwerkzeug automatisch entnommen, an Weiterbearbeitungsstationen übergeben,
in denen ein Abkühlen, Vakuumbedampfen, Bedrucken und eine
Qualitätssicherung erfolgt, sowie zur weiteren Verpackung
abgelegt. Hierbei handelt es sich ausschließlich um das
Produkt CD, d. h. eine ebene Scheibe, so dass diese Art der Bearbeitung
auf andere Anwendungen und insbesondere auf lackierte Teile nicht übertragbar
ist.
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Aufgabe der Erfindung
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die
Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung
von Beschichtungen zu schaffen, die eine Verarbeitung von lackierten,
insbesondere dreidimensionalen Teilen auch in kleineren Chargen
ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen
des Anspruches 1 bzw. 18 gelöst.
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Das
zu beschichtende Substrat wird mit einem Lack versehen, wobei der
Lack und/oder das Substrat zu diesem Zweck aufgeladen wird. Unter Vakuum
gelangt der Lack auf das zu beschichtende Teil, wobei sichergestellt
wird, dass der Prozess, d. h. die Lackierung unter Vakuum soweit
fertiggestellt wird, dass der Lack auf dem Substrat nach Abbau des
Vakuums verbleibt. Die Vakuumkammer kann dazu mit einzelnen Substraten
diskontinuierlich bestückt werden, so dass auch kleinste
Chargen lackiert werden können. Dies ist unabhängig
von der Form, Geometrie oder Größe des Substrats
möglich. Das heißt, beliebige auch dreidimensionale
Teile können lackiert werden, ggf. muss lediglich die Größe
der Einrichtung an das Substrat angepasst werden.
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Bedarfsweise
ist insbesondere, aber nicht nur bei einer Ausgestaltung mit entsprechenden
vorgeschalteten und nachgeschalteten Kammern eine kontinuierliche
Herstellung im Inline-Betrieb möglich. Durch die vor allem
beim Inline-Betrieb mögliche Zwangsläufigkeit
z. B. im Zyklus einer Substrat-Herstellungsmaschine werden kurze
Durchlauf- und Fertigungszeiten erreicht, was wiederum hohe und schnelle
Verfügbarkeit bedeutet. Damit kann die Anlage auch flexibel
kleinere Losgrößen wirtschaftlich herstellen.
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Bei
einer Inline-Herstellung können Teile unmittelbar aus einer
Herstellungsmaschine entnommen und in die Einrichtung zur Beschichtung übergeben
werden. Da der Prozess unter Vakuum abläuft, sind Verschmutzungen
bereits reduziert. Da zudem die Teile nach dem First-in First-out
(FiFo)-Prinzip abgearbeitet werden können, ist eine mögliche
Verschmutzung deutlich verringert, zumal eine unmittelbare Übergabe
aus der Maschine in die Einrichtung erfolgen kann. Dies ist auch
eine wichtige Voraussetzung für die Weiterverarbeitung,
d. h. der gesamte Prozess kann bedarfsweise weitestgehend, muss
jedoch nicht zwingend unter Reinraum- bzw. reinen Raumbedingungen
ablaufen. Wenn erwünscht, ist auch ein Betrieb der Einrichtung
ggf. einschließlich der zugeordneten Substrat-Herstellungsmaschine
in einer Umhausung mit Überdruck möglich, um einem Eindringen
von Fremdkörpern vorzubeugen. Damit können auch
die Anforderungen an Sichtteile, die optisch bewertet werden, eingehalten
werden.
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Durch
die Aufbringung einer Ladung auf Beschichtung und/oder Substrat
ist eine gleichmäßige Beschichtung auch von Ecken
und Radien möglich, so dass auch dreidimensional alle Teil
gleichmäßig beschichtet werden können.
Vorzugsweise kann in einem Dosierbehälter ungefähr – bedarfsweise
sogar genau – die Lackmenge für das oder die jeweiligen Teile
vorgehalten werden, die in einem Arbeitsvorgang beschichtet werden
müssen. Der Dosierbehälter ist bedarfsweise evakuierbar,
wobei vorzugsweise das Vakuum im Dosierbehälter geringer
ist als in der Vakuumkammer. Wird die Verbindung zwischen Dosierbehälter
und Vakuumbehälter geöffnet, kann über eine
bedarfsweise am Eintritt in die Vakuumkammer vorgesehene Zerstäuberdüse
der Lack gleichmäßig zerstäubt werden,
so dass eine gleichmäßige Beschichtung erleichtert
wird.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden
Beschreibung.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Im
Folgenden wird die Erfindung an Hand von in den beigefügten
Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher
erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Einrichtung zur Herstellung von Beschichtungen
im diskontinuierlichen oder Inline-Betrieb,
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2 eine
schematische Darstellung einer In-Line-Beschichtungsanlage,
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3 eine
Draufsicht auf eine weitere Einrichtung zur Herstellung von Beschichtungen,
die einer Spritzgießmaschine zugeordnet ist.
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Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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Bevor
die Erfindung im Detail beschrieben wird, ist darauf hinzuweisen,
dass sie nicht auf die jeweiligen Bauteile der Vorrichtung sowie
die jeweiligen Verfahrensschritte beschränkt ist, da diese
Bauteile und Verfahren variieren können. Die hier verwendeten
Begriffe sind lediglich dafür bestimmt, besondere Ausführungsformen
zu beschreiben und werden nicht einschränkend verwendet.
Wenn zudem in der Beschreibung oder in den Ansprüchen die Einzahl
oder unbestimmte Artikel verwendet werden, bezieht sich dies auch
auf die Mehrzahl dieser Elemente, solange nicht der Gesamtzusammenhang eindeutig
etwas Anderes deutlich macht.
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Die
Figuren zeigen Einrichtungen, in denen ein Verfahren zur Herstellung
von Beschichtungen auf einem Substrat 10, wie einem beliebigen
Kunststoffteil oder auch einem Teil aus anderen Materialien durchgeführt
werden kann. Die Beschichtung ist dabei eine Lackbeschichtung. Lack
ist ein flüssiger oder auch pulverförmiger Beschichtungsstoff,
der dünn auf Gegenstände aufgetragen wird und
durch chemische oder physikalische Vorgänge (zum Beispiel
Verdampfen eines Lösemittels) zu einem durchgehenden Film
aufgebaut wird. In der Regel bildet sich dadurch eine hochglänzende
Oberfläche. Lacke lassen sich unterteilen nach der Art
des Bindemittels (Beispiel: Nitro-Lacke), der Art des Lösemittels
(Beispiel: Spiritus-Lacke) oder nach der Trocknungsweise (Beispiel:
Einbrennlacke). Man verwendet Lacke z. B., um Gegenstände
zu schützen (Schutzanstrich, Schutzlacke) oder um einen
angenehmen Farbeffekt zu erzielen.
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Lack
ist meist aus Bindemittel, Lösemitteln, Füllstoffen,
Pigmenten und Additiven aufgebaut. Da die meisten Lösemittel
für Lacke organische Lösemittel sind, die teilweise
giftig oder feuergefährlich sind, tendiert man immer mehr
zu lösemittelfreien Systemen, also zu Pulverlacken oder
Suspensionen von Lackpartikelteilchen in Wasser. Eine weitere Möglichkeit
lösemittelfrei (emissionsfrei) zu arbeiten, besteht darin,
strahlenhärtende Lacksysteme einzusetzen. Bei dieser Technologie
dient ein Monomer als "Lösemittel", das während
der Härtung in den Lackfilm mit einpolymerisiert. Als Strahlenquelle
dient meist eine UV-Hochleistungslampe.
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Das
Ausführungsbeispiel der 1 zeigt eine
Vakuumkammer 11, die über eine bedarfsweise mittels
Ventil 30 zuschaltbare Vakuumpumpe 16 evakuiert
werden kann. Das Vakuum sollte vorzugsweise kleiner als 10–2 mbar (1 Pa) sein, geringere Vakua
bis zum Hochvakuum werden jedoch bevorzugt. Unter Hochvakuum werden
dabei Vakua von 10–5 bis 10–6 mbar (1 mPa bis 10–1 mPa)
verstanden. Vorzugsweise wird der Lack in einem Lackbehälter 24 bereit
gehalten und gelangt über die Leitung 22 in die
Vakuumkammer 11. Beim Eintritt in die Vakuumkammer 11 ist
vorzugsweise am Eintrittspunkt 22a eine Zerstäuberdüse 23 vorgesehen,
die dem durch das Vakuum nach Öffnen des Ventils 21 in
die Vakuumkammer 11 eingezogenen Lack beim Eintritt zerstäubt. Gleichzeitig
wir der Lack und/oder das Substrat über eine Ladungsquelle 17 vor
dem Einbringen oder beim Einbringen des Lacks oder des Substrats
in die Vakuumkammer aufgeladen. Das Substrat kann auch in der Vakuumkammer
aufgeladen werden. Alternativ oder ergänzend können
auch die Lackbehälter 24 oder die Dosierbehälter 14 aufgeladen
werden, was ebenfalls dazu führt, dass der Lack vor dem
Einbringen aufgeladen wird. Die Ladungsquelle 17 dient
damit zum Ionisieren der Beschichtung, alternativ oder ergänzend
kann jedoch auch das Substrat 10 aufgeladen werden. Grundsätzlich
ist es ebenso möglich, das Substrat 10 gegebenenfalls
auch lediglich zu erden oder auch nur das Substrat aufzuladen. Es
ist sicherzustellen, dass sich der Lack durch eine Ladungsdifferenz
auf dem Substrat niederschlägt. Die hierfür erforderlichen
Maßnahmen sind dem Fachmann bekannt.
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Durch
das Aufbringen der Ladung ergibt sich eine gleichmäßige
Beschichtung des Substrats 10. Ferner sind Mittel zum Einbringen
des Substrats in und zum Entnehmen des Substrats aus der Vakuumkammer 11 vorgesehen,
die im Ausführungsbeispiel der 1 nicht
dargestellt sind, jedoch in Form eines bekannten Handlings vorgesehen
sein können.
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Der
Vakuumkammer zugeordnet und in 1 in der
Vakuumkammer angeordnet ist ein Aushärtemittel 18,
das dafür bestimmt ist, den Lack in der Vakuumkammer auszuhärten,
so lange das Substrat 10 unter Vakuum ist. Dies ist erforderlich,
um sicherzustellen, dass der Lack auch nach Abbau des Vakuums auf
dem Substrat haften bleibt und nicht beim Abbau des Vakuums zerstäubt
wird. Als Aushärtemittel 18 kommen z. B. UV-Strahlungsquellen
oder Wärmequellen in Betracht. Zudem kann die Vakuumkammer
z. B. von unten aufgewärmt werden. Das Aushärtemittel 18 muss
nicht unbedingt innerhalb der Vakuumkammer 11 angeordnet
werden. Denkbar ist z. B. auch eine Anordnung außerhalb,
so dass die Wärmestrahlung oder UV-Strahlung in die Vakuumkammer 11 wirken
kann.
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Der
Vakuumkammer 11 ist wenigstens ein Dosierbehälter,
vorzugsweise mehrere Dosierbehälter 14 zugeordnet,
dessen Volumen ungefähr auf die für die Beschichtung
des Substrats 10 erforderliche Lackmenge einstellbar ist.
In den Figuren ist dazu schematisch eine Kolben-Zylindereinheit
gezeigt, wobei jedoch der Stellmechanismus weggelassen ist. Hierfür
können beliebige Stell- oder Regelmittel vorgesehen werden.
Alternative Dosiermechanismen sind möglich.
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Bedarfsweise
können auch im ersten Ausführungsbeispiel wie
im zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt verschiedene Dosierbehälter 14 mit
unterschiedlichen Mengen oder auch unterschiedlichen Lacken der
Vakuumkammer 11 zugeordnet werden. Dadurch, dass die erforderliche
Lackmenge berechenbar ist und durch die Aufladung des Lackes nur das
entsprechend gegenpolig aufgeladene Substrat 10 gezielt
beschichtet wird, kann bei jedem neuen Beschichtungsvorgang bedarfsweise
mit unterschiedlichen Lacken gearbeitet werden, da es zu keinem
Overspray oder sonstigen Verschmutzungen in der Vakuumkammer kommt.
Der Lack beschichtet nur das Substrat und bleibt nach entsprechender Aushärtung
durch die Aushärtemittel 18 auch auf dem Substrat 10.
Damit können kleinste Chargen zum Beschichten der Substrate
auch mit wechselnden Lacken problemlos hergestellt werden.
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Der
Dosierbehälter 14 ist mit einer Vakuumpumpe 19 – statt
der auch die Vakuumpumpe 16 verwendet werden kann, mit
der die Vakuumkammer 11 evakuiert wird – über
ein Ventil 20 verbunden. Dadurch kann der Dosierbehälter 14 ebenfalls
bereits vorab unter Vakuum gesetzt werden, so dass die Eintrittsgeschwindigkeit
des Lacks in die Vakuumkammer beeinflusst werden kann. Vorzugsweise
ist jedoch das Vakuum im Dosierbehälter 14 nicht
so hoch wie in der Vakuumkammer 11.
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Die
in 1 dargestellte Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:
Zunächst
wird das Substrat 10 auf dem Träger 26 in die
Vakuumkammer 11 gebracht. Die Vakuumkammer wird dann über
die Vakuumpumpe 16 unter Vakuum gesetzt. Lack wird aus
dem Lackbehälter 24 bei geöffnetem Ventil 25 in
den Dosierbehälter 14 überführt,
wobei bedarfsweise bei geöffnetem Ventil 20 der
Dosierbehälter 14 über die Vakuumpumpe 19 evakuiert
werden kann. Dies erfolgt bei geschlossenem Ventil 21.
Nun werden die Ventile 20 und 25 geschlossen und
das Ventil 21 geöffnet. Nach Öffnen des
Ventils gelangt der Lack über die Leitung 22 und die
Eintrittsöffnung 22a in die Vakuumkammer 11. Am
Eintrittspunkt 22a kann bedarfsweise eine Zerstäuberdüse 23 zur
Zerstäubung des Lacks vorgesehen werden. Sind mehrere Dosierbehälter 14 vorhanden,
können wie in 2 auch mehrere Leitungen 22 und
ggf. mehrere Zerstäuberdüsen 23 z. B.
entsprechend der Anzahl der Dosierbehälter vorgesehen sein.
Gleichzeitig wir der Lack dort über die Ladungsquelle 17 ionisiert.
Nach dem Eintritt gelangt der Lack damit auf das vorzugsweise ebenfalls
aufgeladene oder bedarfsweise auch nur geerdete Substrat 10. Das
Ventil 21 wird wieder verschlossen und nun härten
die Aushärtemittel 18 wie z. B. Wärmestrahler oder
UV-Strahler den Lack auf dem Substrat 10 aus. Sobald der
Aushärtevorgang abgeschlossen ist, kann das Vakuum abgebaut
werden und das lackierte Teil aus der Vakuumkammer 11 entnommen
werden. An den z. B. der Vakuumpumpe 16 zugeordneten Ventilen 30,
die die Atmosphäre in der Vakuumkammer über die
Belüftungsleitung 31 wieder zuschalten, können
ergänzend zeichnerisch nicht dargestellte Filter vorgesehen
sein, um beim Belüften die Zuluft zu filtern.
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2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel, das für eine In-Line-Lackieranlage
eingesetzt werden kann, wobei zu bemerken ist, dass auch eine Ausführungsform
gemäß 1 selbstverständlich
im Inline-Betrieb betrieben werden kann. Der Einrichtung zugeordnet
ist zunächst eine Substrat-Herstellungsmaschine 15,
die z. B. eine Kunststoff-Spritzgießmaschine, ein Extruder
oder eine andere kunststoffverarbeitende Maschine sein kann. Die
Substrat-Herstellungsmaschine kann jedoch auch durch andere Herstellungsmaschinen
gebildet sein, d. h. es können auch andere Materialien
als Kunststoffe verarbeitet werden. Das Substrat 10 gelangt
aus der Substrat-Herstellungsmaschine 15 in 2 links
auf den Träger 26 und kann dann durch mehrere
Kammern über bekannte Transportmittel hindurchgeführt
werden, bis das fertig lackierte Teil in 2 rechts
aus der Einrichtung gelangt.
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Im
Ausführungsbeispiel umfasst die Vakuumkammer 11 zusätzlich
eine Eingangskammer 12 und eine Ausgangskammer 13,
so dass ein kontinuierlicher Prozess unter Vakuum möglich
ist. Die Eingangs- und Ausgangskammern sind schleusenartig mit der
Vakuumkammer 11 verbunden, so dass bereits in der Eingangskammer
und auch in der Ausgangskammer noch ein Vakuum aufrechterhalten werden
kann. Bedarfsweise können auch weitere Kammern auf beiden
Seiten vorgesehen werden, wenn der Prozess oder weitere Prozessschritte
dies erforderlich machen. Das Aushärtemittel 18 ist
in diesem Ausführungsbeispiel der Ausgangskammer 13 zugeordnet.
Wesentlich ist lediglich, dass es einer der Kammern zugeordnet ist
und in der Lage ist, die aufgebrachte Beschichtung auszuhärten,
solange das Substrat 10 noch unter Vakuum ist.
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Der
weitere Aufbau der Einrichtung ist weitestgehend übereinstimmend
mit dem Ausführungsbeispiel der 1. Es sind
lediglich mehrere Dosierbehälter 14 vorgesehen,
so dass auch zusätzliche Ventile 27 erforderlich
sind, um die Dosierbehälter bedarfsweise einzeln ansprechen
zu können. Ferner sind je Dosierbehälter gesonderte
Leitungen 22 mit Ventilen 21 und ggf. Zerstäuberdüsen 23 vorgesehen,
um eine Kontamination vor allem bei verschiedenen Lacken in den
Dosierbehältern zu vermeiden. Wird mit nur einem Lack und
mehreren Dosierbehältern bearbeitet, genügt auch
eine Leitung 22. Wenn erwünscht und z. B. nicht
nur ein Substrat sondern mehrere Substrate gleichzeitig beschichtet
werden sollen, können mehrere Dosierbehälter 14 gemeinsam
so geschaltet werden, dass ihr Inhalt nach Öffnen des Ventils 21 in
die Vakuumkammer gelangt. Alternativ kann der Inhalt eines Dosierbehälters
auf die für mehrere Teile erforderliche Lackmenge abgestimmt
werden.
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Gemäß 3 können
die einzelnen Schritte und die dafür erforderlichen Elemente
auch räumlich im selben Behälter z. B. auf einem
getaktet betriebenen Drehtisch 37 angeordnet werden, in
dem ausgehend von einem Übergabebereich 36 zwischen
der Substrat-Herstellungsmaschine 15 und dem Drehtisch 37 die
Substrate über eine Übergabestation 38 in
die Vakuumkammer 11 eingebracht werden. Der Vakuumkammer 11 können,
müssen jedoch nicht wenigstens eine Eingangskammer 12 vorgeschaltet
und wenigstens eine Ausgangskammer 13 nachgeschaltet sein.
Das fertig beschichtete Teil kann anschließend in einer
Entnahmestation 39 entnommen werden. Eine der Kammern,
im Ausführungsbeispiel die Konditionierungskammer 34 kann
auch dafür vorgesehen sein, die Substrate vor dem Einbringen
in die Vakuumkammer zu konditionieren, d. h., es können z.
B. Wärmestrahler und/oder Ventilatoren vorgesehen sein,
um die Oberflächentemperatur der Substrate in einen bestimmten
Temperaturbereich zu bringen oder zu halten. Die Temperatur kann
z. B. durch kontaktlose Temperaturfühler erfasst werden
oder mittelbar durch die Temperatur in der Konditionierungskammer 34 bestimmt
werden. Die Schritte ggf. Konditionieren, Einbringen, ggf. stufenweises
Evakuieren, Beschichten, Aushärten und Entnehmen erfolgen
so nacheinander in verschiedenen Stationen des Drehtischs.
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Das
Verfahren arbeitet weitestgehend ähnlich wie bezüglich 1 erläutert.
Vorzugsweise gelangen die Substrate 10 nachdem FiFo-Prinzip
aus der Substrat-Herstellungsmaschine 15 und bleiben weitestgehend
unter Reinraumbedingungen. Die Substrate können dann inline
einzeln oder gruppenweise nacheinander die Vakuumkammer durchsetzen.
In der Vakuumkammer 11 erfolgt die Beschichtung mit Lack,
in der Ausgangskammer 13 das Aushärten durch die
Aushärtemittel 18.
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Das
Aushärtemittel kann ein IR-Strahler oder ein UV-Strahler
sei, der z. B. einen Abstand von ca. 350 mm zum Substrat 10 hat.
Die Strahler werden mit einem gewissen Abstand voneinander ausgerichtet und
arbeiten mit einer sehr hohen Überhitzung, die zeitgesteuert
wieder zu einer Untertemperatur führt. Es hat sich gezeigt,
dass ein Durchsatz derzeit mit einigen Minuten je Teil bzw. je Charge
möglich ist. Von unten kann zusätzlich ein stetiger
Strahlungsteppich gleichbleibender Temperatur eingesetzt werden.
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Bedarfsweise
sind auch Mehrfachlackierungen möglich. Dazu kann entweder
in einer Kammer nacheinander aus verschiedene Dosierbehältern
das Substrat be schichtet werden oder es können auch mehrere
Vakuumkammern 11, oder Eingangs- und Ausgangskammern aneinandergesetzt
werden. So kann z. B. eine Handyschale als Substrat in einer ersten
Kammer mit einer Grundfarbe beschichtet werden, die dann unter Vakuum
getrocknet wird. In einer weiteren Kammer kann dann z. B. ein Inlay
oder ein Abdeckteil aufgebracht werden und dann die nächste Farbe
aufgebracht werden, usw. Ebenso können in einer gemeinsam
zu bearbeitenden Charge in der Folge zusammengehörige Teile
gemeinsam beschichtet werden, wie z. B. das Ober- und Unterteil einer
Handyschale.
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Ein
typischer Ablauf kann wie folgt beschrieben werden:
Zunächst
wird das Substrat 10 aus Kunststoffmaterial oder ähnlichen
Materialien unter Reinraumbedingungen spritzgegossen, wobei die
Reinraumbedingungen zumindest auf der Werkzeugschließseite
vorliegen sollten. Damit wird verhindert, dass Staubpartikel über
das Werkzeug in die Oberfläche eindringen können
bzw. nach der Entformung eine Kontamination entsteht. Anschließend
erfolgt eine Zwangsentnahme durch Robotsysteme und ein weiterer
Transport vorzugsweise unter Reinraumbedingungen, z. B. zu einer
Zwischenspeicherung mit dem Ziel der Abkühlung, des Temperierens
und des Konditionierens der Teile. Durch diesen Zwischenspeicher
wird eine zeitliche Zwangsfolge und somit Konstanz für
die Prozessbedingungen der Weiterverarbeitung festgelegt. Hier kann
es auch von Vorteil sein, wenn das Substrat 10 beim Eintritt
in die Vakuumkammer noch eine bestimmte Mindesttemperatur aufweist,
d. h. die Energie genutzt wird, die dem Substrat aus der Substrat-Herstellungsmaschine
mitgegeben worden ist.
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Der
Weitertransport der Teile erfolgt durch Robotsysteme bis zur nächsten
Station, z. B. der Einrichtung zur Herstellung der Lackierung. Alternativ sind
Inline-Oberflächenbehandlungen, Laser-Behandlungen oder
ein Inline-Besprühen möglich. Durch den lagegerechten
Weitertransport ist eine genaue Positionierung gegeben, was wiederum
eine Voraussetzung für eine exakte Weiterverarbeitung im 3-D-Bereich
ist. Nach dem Aushärten und nach oder vor dem Freisetzen
des Substrats aus dem Vakuum können noch weitere Stationen
z. B. zum Bedrucken mit Symbolen oder Lasern von behandelten Oberflächen
vorgesehen werden. Ziel kann sein, Markierungen an der Oberfläche
durch Herauslösen des zusätzlichen Auftrags zu
errei chen. Am Ende des Herstellungsprozesses kann ein Palettieren
bzw. Stapeln gegebenenfalls auch unter Reinraumbedingungen erfolgen.
Durch die Zwangsläufigkeit werden kurze Durchlauf- und
Fertigungszeiten erreicht, was wiederum hohe und schnelle Verfügbarkeit
bedeutet. Damit kann die Anlage auch flexibel kleinere Losgrößen
wirtschaftlich herstellen.
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- 10
- Substrat
- 11
- Vakuumkammer
- 12
- Eingangskammer
- 13
- Ausgangskammer
- 14
- Dosierbehälter
- 15
- Kunststoff-Spritzgießmaschine
- 16
- Vakuumpumpe
- 17
- Ladungsquelle
- 18
- Aushärtemittel
- 19
- Vakuumpumpe
- 20,
21, 25, 27
- Ventil
- 22
- Leitung
- 22a
- Eintrittspunkt
- 23
- Zerstäuberdüse
- 24
- Lackbehälter
- 26
- Träger
- 30
- Ventil
- 34
- Konditionierungskammer
- 31
- Belüftungsleitung
- 36
- Übergabebereich
- 37
- Drehtisch
- 38
- Übergabestation
- 39
- Entnahmebereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - „In-Line-Beschichtungsanlage
zur Abscheidung optisch hochwertiger Schichtsysteme aus Kunststoff-
und Aluminium-Reflektoren für die Leuchtenindustrie", I.
Kaden, P. Vetters, Otec Jordan GmbH & Co. KG, Olbernhau [0004]
- - P. Botzler, A. Langer, H. Waydbrink, von Ardenne Anlagentechnik
GmbH, Dresden, H.-U. Poll, Prof. Dr., FZM GmbH, Flöha,
erschienen zu B. Neues Dresdner Vakuumtechnisches Kolloquium, Dresden,
19/20. Oktober 2000 [0004]
- - http://www.sinqulus.de/deutsch/3_presse/index presse.htm [0005]
- - „Singulus 3DS" [0005]
- - http://www.sinqulus.de/deutsch/4_Produkte/index_decorative.htm [0005]