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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Beschichten von
metallischen Werkstücken mit einem flüssigen,
wässrigen oder lösungsmittelhaltigen Beschichtungsmittel
mit Mitteln zum Fördern von Werkstücken, Mitteln
zum Auftragen von flüssigen Beschichtungsmitteln und mit
einem Gehäuse, das die Mittel zum Fördern und
die Mittel zum Auftragen mindestens teilweise umschließt.
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Stand der Technik
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Zur
Beschichtung von Werkstücken und dgl. werden beispielsweise
Inline-Beschichtungsanlagen eingesetzt, in welche die Werkstücke
kontinuierlich oder diskontinuierlich eingeschleust und nach erfolgter
Behandlung wieder ausgeschleust werden. Derartige Beschichtungsanlagen
weisen vorzugsweise verschiedene Kammern auf, die beispielsweise
als Einschleuskammer mit nachfolgenden Prozesskammern und einer
folgenden Ausschleuskammer ausgebildet sind. In den einzelnen Kammern
und/oder zwischen diesen befinden sich je nach Anforderung entsprechend
ausgebildete Ein- und Ausgangsschleusen, wie sie beispielsweise
in der
DE 10 2004 008
598 B4 oder
US 5 622
564 beschrieben sind. Bei einer Inline-Vakuumbeschichtungsanlage
gemäß der
EP
0 554 522 B1 sind solche Schleusen zum Ein- und/oder Ausbringen
eines Substrats von der einen in eine benachbarte Behandlungskammer
oder aus einem atmosphärischen Raum in eine Kammer geringeren
Drucks vorgesehen. Dabei kann gemäß einem allgemeinen
Stand der Technik nach dem Einschleusen der Substrate in den aus
der Einschleus- und/oder Pufferkammer gebildeten Raum der Atmosphärendruck
auf einen ersten vorgegebenen Druck evakuiert und im Anschluss hieran
der Druck in der Pufferkammer auf einen Druck reduziert werden,
der etwa dem der eigentlichen Prozesskammer entspricht. Auch können
mehrere hintereinander geschaltete Einschleus- und Prozesskammern
vorgesehen sein.
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Insbesondere
bei der Verwendung lösungsmittelhaltiger Beschichtungsmittel
ist es bei Beschichtungsanlagen aus Gründen der Sicherheit üblich,
das sich bildende Lösungsmittelluftgemisch zur Vermeidung
einer erhöhten Lösungsmittelanreicherung und Verminde rung
einer daraus resultierenden Explosionsgefahr aus den Prozesskammern
abzusaugen. Aufgrund der dadurch bedingten Reduzierung des Lösungsmittelanteils
tritt eine Übertrocknung und demzufolge eine vorzeitige
Aushärtung des Beschichtungsmittels ein. Damit ist zwangläufig
auch eine schnellere Aushärtung des Beschichtungsmittels
an den Fördermitteln verbunden, deren Standzeit sich durch
den ständigen Anbackprozess und die dadurch hervorgerufene übermäßige
Aufschichtung des Beschichtungsmittels entsprechend reduziert. Darüber
hinaus ist ein Verlaufen des Beschichtungsmittels insbesondere an
kritischen Werkstückoberflächen oder an Stellen,
an denen die Werkstücke anliegen bzw. abgestützt
werden, nicht in ausreichender Weise gewährleistet.
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Aufgabe der Erfindung
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine vorteilhafte Lösung aufzuzeigen, mit der die Trocknungsbedingungen
hinsichtlich der gestellten Anforderungen optimiert und mit der
eine unerwünschte vorzeitige Aushärtung des Beschichtungsmittels
bzw. dessen Übertrocknung mit den daraus resultierenden Nachteilen
vermieden werden.
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Diese
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei einer Vorrichtung
zum Beschichten von Werkstücken gemäß Oberbegriff
des Hauptanspruches dadurch gelöst, dass in dem Gehäuse
im Betriebszustand bei lösungsmittelhaltigen Beschichtungsmitteln
eine Atmosphäre mit oberhalb des Explosionspunktes liegenden
Lösungsmittelkonzentrationen eingestellt ist, und dass
bei wässrigem Beschichtungsmittel eine mit Wasserdampf
angereicherte Atmosphäre eingestellt ist.
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Durch
die auf diese Weise ausgebildete Atmosphäre innerhalb des
Gehäuses oder einer entsprechenden Prozesskammer ist durch
die erhöhte Konzentration des Lösungsmittelanteils
oder des Wasserdampfgehaltes eine vorzeitige Aushärtung oder Übertrocknung
des jeweiligen Beschichtungsmittels ausgeschlossen. Ferner ist auch
nach Verlassen des Gehäuses oder der Prozesskammer ein
einstellbares und vorbestimmbares Verlaufen des Beschichtungsmittels
auch auf schwierigen Werkstückoberflächen sichergestellt.
Die beschichteten Werkstücke verlassen demzufolge das Gehäuse
mit einer Beschichtung, die allenfalls berührungsfest,
aber noch nicht ausgehärtet ist.
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Nach
einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist die Atmosphäre
im Gehäuse im Betriebzustand bei lösungsmittelhaltigen
Beschichtungsmitteln nicht mit gasförmigem Lösungsmittel
gesättigt, bzw. bei wässrigem Beschichtungsmittel
nicht mit Wasserdampf gesättigt. Vorteilhaft an dieser
Ausführung der Erfindung ist es, daß so bei hohem
Lösungsmittel- bzw. Wassergehalt in der Atmosphäre
im Gehäuse ein Kondensieren von Lösungsmittel
und/oder Wasser vermieden wird. An sich ist ein Kondensieren von Lösungsmittel
oder Wasser unschädlich, nur wenn das Kondensieren auf
der soeben aufgebrachten Beschichtung auf dem Werkstück
erfolgt, wird der Beschichtungsaufbau gestört. Dieses mögliche
Risiko des Kondensieren von Lösungsmittel oder Wasser wird
vermieden, wenn der Gehalt an gasförmigem Lösungsmittel
oder Wasserdampf unterhalb des Sättigungspunktes eingestellt
ist.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gehäuse
die Mittel zum Auftragen vollständig umschließt,
und dass das Gehäuse die Mittel zum Fördern mindestens
abschnittweise umschließt, wobei ein Einlass und ein Auslass
für die Mittel zum Fördern von Werkstücken
vorgesehen sind. Der auf diese Weise gebildete geschlossene Raum
innerhalb des Gehäuses kann mit einfachen Mitteln auf die
zur Behandlung geforderte Konzentration des Lösungsmittelgehaltes
oder Wasserdampfanteils eingestellt werden.
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Zur
Vermeidung einer unerwünschten Verflüchtigung
der in dem Gehäuse eingestellten Konzentration sind die
Ein- und Auslässe im Gehäuse oder im Gehäusebereich
für die Mittel zum Fördern der Werkstücke
zweckmäßig als Schleuse ausgebildet.
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Vorzugsweise
sind dazu mechanische Schleusen in Form von Türen, Schleusenkammern und/oder
gasgefüllte, insbesondere mit Inertgas gefüllte
Schleusen vorgesehen.
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Um
möglichst eine Vielzahl von Werkstückvarianten
in der Beschichtungsanlage behandeln zu können, sind die
Mittel zum Fördern dieser Werkstücke als Ketten,
Trays, Schnecken, Körbe oder dergleichen ausgebildet.
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Nach
einer weiteren Gestaltung der Erfindung sind die Mittel zum Auftragen
des Be schichtungsmittels als Sprühdüsen, Gieß-,
Spül- und/oder Tauchvorrichtungen ausgebildet, so dass
praktisch alle gängigen oder erforderlichen Beschichtungsvarianten
abgedeckt werden können.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung sind im Anschluss an die Mittel zum Auftragen
des flüssigen Beschichtungsmittels weitere Mittel zum Auffangen von
gasförmigen Komponenten, die aus dem Beschichtungsmittel
freigesetzt werden, vorgesehen. Durch ein Auffangen der freigesetzten
Lösungsmittel nach dem Auftragen des Beschichtungsmittels
werden die Schleusen entlastet. Das aufgefangene Lösungsmittel
kann entweder gezielt entsorgt oder zur Steuerung der Atmosphäre
in der Beschichtungsanlage eingesetzt werden.
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Im
Rahmen der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass die Mittel zum
Auffangen von gasförmigen Bestandteilen des Beschichtungsmittels
in der Weise angeordnet sind, dass das gasförmige Beschichtungsmittel
zurück in das Gehäuse geführt wird, vorzugsweise
vor die Mittel zum Auftragen von flüssigen Beschichtungsmittel.
Durch diese Anordnung ist eine vorteilhafte gesteuerte Durchmischung
des Lösungsmittel/Luftgemisches in Verbindung mit der Absaugung
bzw. dem Auffangen von gasförmigen Komponenten nach dem
Auftragen des Beschichtungsmittels in Bewegungsrichtung der Werkstücke
gewährleistet.
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Dieser
Vorgang wird noch dadurch weiter verbessert, wenn, wie im Rahmen
der Erfindung vorgesehen, die Mittel zum Auffangen von gasförmigen Bestandteilen
der Beschichtungsmittel mit einem Filter ausgestattet sind. Mit
dieser Maßnahme werden über entsprechend geeignete
Filterelemente die Festkörperbestandteile wie beispielsweise
Zink, Aluminium und dergleichen entfernt, so dass entsprechend gereinigte
gasförmige Bestandteile dem Kreislauf wieder zugeführt
werden können.
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Zweckmäßig
ist dabei in dem Umlauf für das gasförmige Beschichtungsmittel
je nach einzustellender Viskosität des Beschichtungsmittels
die Konzentration des zurückzuführenden Lösungsmittel/Luftgemisches
einstellbar. Auf diese Weise können auch bei Einsatz unterschiedlicher
Beschichtungsmittel reproduzierbare und anpassbare Beschichtungen
ausgeführt werden.
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Eine
weitere Verbesserung des Beschichtungsvorganges wird ferner dadurch
erzielt, dass der Druck des Lösungsmittel/Luftgemisches
in dem Gehäuse und das jeweils anstehende Mischungsverhältnis überwachbar
und steuerbar ist.
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Im
Zusammenhang mit dem Auffangen und Rückführen
der gasförmigen Bestandteile des Beschichtungsmittels bzw.
von dessen Lösungsmittel ist nach einer vorteilhaften Ausführung
der Erfindung vorgesehen, daß Mittel zum kontrollierten
Ausschleusen von Überschüssen an gasförmigen
Beschichtungs- und/oder Lösungsmitteln vorgesehen sind. Weiter
bevorzugt ist es, wenn im Anschluß an die Mittel zum kontrollierten
Ausschleusen Mittel zum Kondensieren des gasförmigen Beschichtungs-
und/oder Lösungsmittel angeordnet sind.
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Insbesondere
aus Sicherheitsgründen ist vorgesehen, dass der das Gehäuse
an dem Ein- und Auslass abschirmende Inertgasschleier mittels Sensoren überwacht
und in seiner Konzentration veränderbar ist.
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In
diesem Zusammenhang ist weiter vorgesehen, dass im Bereich des Ein-
und Auslasses Detektor gesteuerte Schnellverschlusssysteme angeordnet
sind, die bei einer Überkonzentration des gasförmigen
Beschichtungsmittels in dem Gehäuse in Schließstellung
gehen.
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Ausführungsbeispiel
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Bevorzugte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung. Im
Nachfolgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In der Zeichnung zeigt:
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1 eine
Seitenansicht der Vorrichtung in vereinfachter Darstellung.
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Die
dargestellte Beschichtungsanlage 1 ist beispielsweise als
Inline-Beschichtungsanlage ausgebildet und weist einen Einlass 2 an
einem nachfolgenden Gehäuse 3 und einen Auslass 4 auf.
In dem Einschleusbereich des Einlasses 2 befindet sich
beispielsweise eine mechanische Schleuse 5 mit einer sich
daran anschließenden Prozesskammer 6. In Durchlaufrichtung 12 der
Werkstücke 7 schließt sich der Ausschleusbereich
des Auslasses 4 mit einer weiteren Schleuse 8 an.
Das Gehäuse 3 und damit auch eine Prozesskammer 6 sind
zweckmäßig in ihren Ausmaßen den zu verarbeitenden
Werkstücken 7 sowie der vorgegebenen Durchsatzleistung
entsprechend ausgebildet. Insbesondere bei Einsatz mechanischer
Schleusen 5, 8 und einer dann bevorzugten diskontinuierlichen
Arbeitsweise der Beschichtungsanlage 1 können
ausgewählte Zykluszeiten zur Zu- und Abführung
der Werkstücke 7 vorgesehen sein. Diese Zykluszeiten
können durch Eingliederung weiterer Prozesskammern 6 in
dem Gehäuse 3 entsprechend verkürzt werden.
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Anstelle
der mechanischen Schleusen 5, 8 können
entsprechende Schleusenkammern, die nicht weiter dargestellt sind,
eingegliedert werden. Diese Schleusenkammern weisen beispielsweise eine
geeignete Inertgas-Atmosphäre auf. Dazu kann die Schleusenkammer
beispielsweise als Sperr- oder Prozessgas Stickstoff, Argon oder
ein Gemisch aus Inertgasen und dgl. beinhalten. Es ist auch denkbar, geeignete
Inertgassperren in Form von gezielt gerichteten Inertgasströmungen
als Sperrvorhänge, sog. Inertgas-schleier in oder an dem
Gehäuse 3 oder entsprechenden Prozesskammern 6 bzw.
an den Ein- und Auslässen 2, 4 anzuordnen.
Diese Inertgasschleier sind mittels geeigneter Sensoren überwacht
und in ihrer Konzentration veränderbar. Bei Bedarf können
von diesen Inertgasschleiern geeignete Strömungsanteile
in das Gehäuse 3 zur partiellen Inertgasanreicherung
geleitet werden. Diese gilt auch für kritische Stellen
wie Antriebe, spezielle Lager und dergleichen.
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In
dem Gehäuse 3 oder entsprechend vorgesehenen Prozesskammern 6 sind
die Mittel 9 zum Auftragen des Beschichtungsmittels eingegliedert. Als
Mittel 9 zum Auftragen sind alle geeigneten Spritz- und
Auftragsvorrichtungen einsetzbar. So können beispielsweise
Sprühdüsen, Düsenstöcke, Gieß-,
Spül- und/oder Tauchvorrichtungen Verwendung finden Diese
sind in Bezug auf gegebenenfalls unterschiedliche Beschichtungsmittel
und Prozessabläufe auch bei mehreren hintereinander geschalteten
Prozesskammern 6 beliebig gegeneinander und/oder untereinander
austauschbar angeordnet.
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Das
Gehäuse 3 oder die Prozesskammern 6 weisen
ferner Mittel 10 zum Fördern der jeweiligen Werkstücke 7 entweder
für einen kontinuierlichen und/oder diskontinuierlichen
Betrieb auf. Insbesondere bei einem vorgesehenen kontinuierlichen
Betrieb sind als Transportsysteme umlaufende Schnecken, die mit
entsprechenden siebartigen Wannen zur Abstützung der Werkstücke 7 teilweise
umgeben sein können, umlaufende Ketten, die ggf. mit Mitteln zum
Stützen der Werkstücke versehen sein können, Trays
oder Körbe vorgesehen. Ferner können auch andere
Transportsysteme wie ein- oder mehrteilige Carrier, gegebenenfalls
mit entsprechenden Einsätzen zur Aufnahme der Werkstücke,
eingesetzt werden. Bei Transportsystemen, die nicht das gesamte Gehäuse 3 durchlaufen,
sondern die getrennt oder abschnittsweise angeordnet sind, sind
diese Transportsysteme entsprechend der Fördervorgabe synchron
geschaltet. Die vorbeschriebenen Transportsysteme sind durch entsprechende
Einstellvorrichtungen auf die Größe der zu verarbeitenden
Werkstükke einstell- oder umstellbar.
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In
dem Gehäuse 3 oder mindestens einer diesem entsprechenden
Prozesskammer 6 wird im Betriebszustand der Behandlungsanlage
beispielsweise bei Verwendung eines lösungsmittelhaltigen Beschichtungsmittels
eine Atmosphäre aufgebaut und aufrechterhalten, die mit
einer oberhalb des Explosionspunktes liegenden Lösungsmittelkonzentration
eingestellt ist. Bei Einsatz eines wässrigen Beschichtungsmittels
wird dabei eine mit Wasserdampf angereicherte Atmosphäre
während des Behandlungsvorganges in dem Gehäuse 3 oder
einer entsprechenden Prozesskammer eingestellt.
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In
beiden Fällen führt die so vorgenommene Anreicherung
der Atmosphäre zu einer optimal eingestellten Viskosität
des jeweils zum Einsatz gelangenden Beschichtungsmittels. Die Viskosität
kann durch Veränderung der jeweiligen Konzentrationen auf
beliebige Weise den jeweiligen Anforderungen angepasst werden.
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Das
Anreichern der Atmosphäre erfolgt durch Mittel 11 zum
Auffangen von gasförmigen Komponenten, die aus dem Beschichtungsmittel nach
dem Auftragen freigesetzt werden. Die Mittel 11 zum Auffangen
sind in dem Gehäuse 3 oder in der Prozesskammer 6 eingegliedert.
Diese Mittel 11 sind zweckmäßig im Auftragsbereich,
in dem die Mittel 9 zum Auftragen des Beschichtungsmittels
angeordnet sind oder im Anschluss daran eingegliedert. Dabei sind
die Mittel 11 zum Auffangen von gasförmigen Bestandteilen
mit weiteren Einrichtungen, bevorzugt Filtern, in der Weise ausgebildet,
dass das gasförmige Medium mindestens teilweise und vorzugsweise von
bestimmten festen oder gasförmigen Stoffen gereinigt in
das Gehäuse 3 oder eine Prozesskammer 6 zurückgeführt
werden kann. Die Eingangszone zur Zurückführung
des gasförmigen Mediums oder des Wasserdampfes befindet
sich vorzugsweise vor den Mitteln 9 zum Auftragen von flüssigen
Beschichtungs mitteln, wodurch eine gezielte Strömung in Richtung
des Absaugbereiches mit entsprechender Vermischung erzeugt wird.
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Vorzugsweise
ist in dem Umlauf für das gasförmige Beschichtungsmittel
je nach einzustellender Viskosität des Beschichtungsmittels
die Konzentration des zurückzuführenden Lösungsmittel/Luftgemisches
einstellbar. Dieses ist einerseits aus Sicherheitsgründen
und andererseits zur Einstellung eines optimalen Beschichtungsgrades
von Bedeutung.
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Schließlich
sind in dem Bereich des Ein- und Auslasses 2, 4 nicht
weiter dargestellte Detektor gesteuerte Schnellverschlusssysteme
angeordnet, die beispielsweise bei einer Unterkonzentration des
gasförmigen Beschichtungsmittels in dem Gehäuse 3 in Schließstellung
gehen. Gegebenenfalls können weitere Detektoren innerhalb
des Gehäuses 3 angeordnet sein, die bereits im
Vorfeld einer zu erwartenden Unterkonzentration Entlastungsventile öffnen
und einen direkten Zustrom des im Schleusenbereich anstehenden Inertgases
in das Gehäuse veranlassen oder aus einem Speicher zusätzliches
Lösungsmittel in das Gehäuse einbringen, um die
Gaskonzentration oberhalb vorgeschriebener Werte zu halten.
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Die
Erfindung ist auch bei konstruktiv anders ausgebildeten Beschichtungsanlagen
wie Rundläufermaschinen oder dgl., bei denen die Werkstücke beispielsweise
auf einem Rotor oder entlang einer horizontalen kreisförmigen
Behandlungsstrecke durch mindestens eine Prozesskammer der beschriebenen
Art transportiert werden, in entsprechender Weise anwendbar. Dies
gilt ebenfalls für Beschichtungsanlagen, in denen die Werkstücke
spiralförmig in vertikaler Ebene kontinuierlich oder diskontinuierlich
durch entsprechende Prozesskammern bewegt werden.
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Die
Beschichtung der Werkstücke erfolgt in der Weise, dass
diese beim Fördern durch das Gehäuse die Eingangsschleuse 5 passieren,
dann durch die Mittel 9 zum Beschichten mit einem Überzug
aus Beschichtungsmittel versehen werden und schließlich
die Ausgangsschleuse 8 passieren. Von der Eingangsschleuse 5 bis
zur Ausgangsschleuse 8 sind die Werkstücke von
einer Atmosphäre umgeben, die mit Lösungsmitteln
oder Wasser angereichert ist. Im Falle der Lösungsmittel
ist die Atmosphäre bis über den Explosionspunkt
mit Lösungsmitteln angereichert. Bei einer Beschichtung,
die in dieser Atmosphäre erfolgt, findet nach dem Auftragen
des Beschichtungsmittels kaum ein Antrocknen der Beschich tung am
Werkstück statt. Damit wird auch ein Antrocknen des Beschichtungsmittels
an den Mitteln 10 zum Fördern verhindert. Dieser
Aspekt ist für die Praxis besonders vorteilhaft hervorzuheben,
weil das Anhaften von Beschichtungsmitteln an Fördermitteln nicht
zur zu einem unnötigen, uneffizienten Verbrauch an Beschichtungsmitteln
führt. Die Fördermittel werden auch zugesetzt
und müssen aufwändig gereinigt werden. Das Reinigen
geschieht vielfach durch Strahlen oder andere mechanische Verfahren, die
auf Dauer die Fördermittel beeinträchtigen. Es liegt
also auf der Hand, dass das Vermeiden von solchen Anhaftungen sich
in der Praxis als besonders vorteilhaft erweist. Erfindungsgemäß kann
sich das Reinigen der Mittel 10 zum Fördern auf
ein Abspülen von noch flüssigem Beschichtungsmittel
beschränken.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004008598
B4 [0002]
- - US 5622564 [0002]
- - EP 0554522 B1 [0002]