DE102007023717A1

DE102007023717A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufbringen eines Beschichtungsmittels

Info

Publication number: DE102007023717A1
Application number: DE200710023717
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr. Ernst
Original assignee: Continental AG
Current assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Priority date: 2007-05-22
Filing date: 2007-05-22
Publication date: 2008-11-27

Abstract

Verfahren zum Aufbringen eines viskosen, kohäsiven und klebrigen Beschichtungsmittels auf die Oberfläche eines Substrats, wobei das Beschichtungsmittel kontinuierlich und auf der Substratoberfläche haftend aufgebracht und das kontiniuerliche Aufbringen des Beschichtungsmittels alternierend unterbrochen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen eines viskosen, kohäsiven und klebrigen Beschichtungsmittels oder Beschichtungsmaterials auf die Oberfläche eines Substrats, wobei das Beschichtungsmittel kontinuierlich und auf der Substratoberfläche haftend aufgebracht wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine zur Durchführung des Verfahrens besonders entwickelte Vorrichtung.
Das Aufbringen von solchen Beschichtungsmitteln, bei denen die Kohäsionskräfte die Adhäsionskräfte bei weitem übersteigen, ist deswegen besonders schwierig, weil solche Beschichtungsmittel in extremer Weise dazu neigen, zu verkleben, zu verklumpen und Fäden zu ziehen. Damit werden sämtliche zur Beschichtung benötigten Einrichtungen und Mittel mit dem Beschichtungsmittel benetzt und verklebt, so dass die Arbeit relativ schnell wieder zur Säuberung der Arbeitsmittel unterbrochen werden muss.
Abhilfe schafft hier die vermehrte Zugabe von Lösungsmitteln. Diese erzeugt jedoch Probleme durch das Entstehen von Lösungsmitteldämpfen bei der Verarbeitung, durch schwierige Entsorgung der Restbestände und durch mögliche Beeinträchtigung der Arbeitsumgebung. Dazu werden durch den Einsatz von Lösungsmitteln natürlich die Produktionskosten erhöht.
Im Stand der Technik sind in verschiedenen Anwendungsbereichen Beschichtungsverfahren zum Aufbringen eines kohäsiven und klebrigen Beschichtungsmittels auf die Oberfläche von Substraten bekannt, beispielsweise auch zur Beschichtung der Innenseiten von Autoreifen mit einem „selbsttätigen" Dichtmittel, dass beim Eindringen von Fremdkörpern letztere einkapseln und die entstandenen Löcher schließen soll.
Die US 4,115,172 offenbart hierzu eine Vorrichtung und ein Verfahren für das Aufbringen eines Reifendichtmittels auf die Innenseite eines Reifens, bei dem der Reifen mit einer Hubvorrichtung so positioniert wird, dass die innere Zenitfläche waagerecht steht. Der Reifen wird dann gedreht, und während eine Spreizvorrichtung die Reifenwülste auseinander spreizt, fährt eine Beschichtungseinrichtung in den Innenraum des Reifens ein und versieht die innere Zenitfläche mit einer in ihrer Dicke gleichmäßigen Beschichtung aus Dichtmittel. Die Beschichtungseinrichtung weist dabei eine der Reifeninnenoberfläche zugewandte und an deren Form und Breite angepasste Schlitzdüse auf, mit welcher das Dichtmaterial während der Rotation des Reifens aufgebracht wird.
Die US 3,935,893 offenbart einen mit einem Dichtmittel versehenen Reifen und ein dafür geeignetes Dichtmittel aus verschiedenen Butyl-Kautschukarten, Klebzusätzen und Lösungsmitteln, welches durch mehrfaches und nacheinander erfolgendes Aufsprühen einzelner Komponenten oder Kombinationen davon im Reifen aufgebracht wird. Zwischen den einzelnen Sprühvorgängen ist ein Trocknen oder Anvulkanisieren der vorher aufgebrachten Schichten vorgesehen. Diese Verfahren sind relativ zeitaufwendig.
Beide Verfahren benötigen nachteiligerweise Lösungsmittel, um die Dichtmittel während des Aufbringens hinreichend flüssig oder streichfähig zu halten.
Für die Erfindung bestand also die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit dem ein hochviskoses, kohäsives und klebriges Beschichtungsmittel ohne oder mit nur wenig Zugabe von Lösungsmittel auf die Oberfläche eines Substrats, aufgebracht werden kann, mit dem eine einfache und kostengünstige Verfahrensweise erreicht wird und mit dem das Aufbringen in nur einem oder in möglichst wenigen Fertigungsschritten erfolgen kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen offenbart.
Dabei wird das kontinuierliche Aufbringen des Beschichtungsmittels alternierend unterbrochen.
Das für den Fachmann, der ja eine möglichst gleichmäßig aufgetragene Beschichtung erreichen will, zunächst widersinnig erscheinende Unterbrechen des Beschichtungsvorganges, führt bei hochviskosen, kohäsiven Beschichtungsmitteln überraschenderweise und dann nicht zu einer unterbrochenen bzw. ungleichmäßigen Beschichtung, wenn das alternierende Unterbrechen genügend schnell, d. h. mit einer genügend hohen Frequenz geschieht. Da die so erzeugten einzelnen „Beschichtungsmengen" oder Beschichtungstropfen sich auf dem Substrat durch die Kohäsionskräfte wieder zu einer gleichmäßigen Beschichtung zusammenziehen, ergibt sich erst durch eine solche Verfahrenweise eine sichere und kontinuierliche Möglichkeit der Beschichtung ohne ständige Unterbrechungen aufgrund von Verklebungen der Werkzeuge durch „Fadenziehen".
Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass das Aufbringen des Beschichtungsmittels durch einen in einem kontinuierlichen Beschichtungsprozess über Leitungseinrichtungen aufgebrachten und unter Druck stehenden Beschichtungsmittelstrom erfolgt, der durch einen pulsierenden Gasstrom alternierend unterbrochen wird, wobei der Gasstrom den Beschichtungsmittelstrom jeweils kurzzeitig durchtrennt. Damit erfolgt die alternierende Unterbrechung des Beschichtungsmittelstroms „berührungslos" und ohne das Benetzen weiterer Trenneinrichtungen oder mechanisch arbeitender Unterbrecher.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass der pulsierende Gasstrom mit einem höheren Druck als der Beschichtungsmittelstrom in den Beschichtungsmittelstrom eingebracht und von letzterem in Beschichtungsrichtung mitgeführt wird. Die Unterbrechung des Beschichtungsmittelstroms wird dann durch die Volumenvergrößerung der im Beschichtungsmittelstrom expandierenden Gasanteile/Gasblasen unterstützt, was insbesondere dann gut funktioniert, wenn der Beschichtungsmittelstrom und der Gasstrom gemeinsam durch Kanäle oder Düsen geleitet werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass der pulsierende Gasstrom mit einem höheren Druck als der Beschichtungsmittelstrom quer zur Strömungsrichtung des Beschichtungsmittelstroms in letzteren eingebracht wird. Die Unterbrechung des Beschichtungsmittelstroms wird dann nicht nur durch die Volumenvergrößerung der im Beschichtungsmittelstrom expandierenden Gasanteile/Gasblasen unterstützt, sondern zusätzlich durch die Bewegungsenergie der einzelnen Gasanteile/Gasblasen mit deren Hilfe der Beschichtungsmittelstrom zerschnitten wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass die kontinuierliche Beschichtung durch einen mit Hilfe einer Düse unter Druck auf die Oberfläche des Substrats aufgebrachten Beschichtungsmittelstrom erfolgt. Durch das Zusammenwirken einer Düse für den Beschichtungsmittelstrom und das Einführen des pulsierenden Gasstroms vor der Düse mit einem höheren Druck längs oder quer zur Strömungsrichtung des Beschichtungsmittelstrom ergibt sich eine besonders sichere Trennung des Beschichtungsmittelstroms in einzelne Mengen (Batches) oder Tropfen.
Gleichermaßen vorteilhaft für eine sichere Trennung ist eine weitere Ausbildung, die darin besteht, dass der Druck des Beschichtungsmittelstromes vor dem Austritt aus der Düse 10 bis 100 bar beträgt, insbesondere in Verbindung mit einer alternierende Unterbrechung des Beschichtungsmittelstroms, die mit einer Frequenz von mehr als 1 Hz erfolgt. Damit treffen die einzelnen Tropfen des Beschichtungsmittelstroms in so schneller Folge auf das Substrat, dass durch die Kohäsionskräfte in sehr kurzer Zeit eine kontinuierliche Beschichtung entsteht.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass das Beschichtungsmittel mit einer mindestens 30°C über Raumtemperatur liegenden Temperatur auf die Oberfläche eines Substrats aufgebracht wird. Damit lässt sich nämlich das Beschichtungsmittel „fließfähig" halten, wodurch die Neigung zur Fadenbildung reduziert wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung bzw. Anwendung des Verfahrens besteht darin, dass das Beschichtungsmittel ein hochviskoses und bei Umgebungstemperatur weitgehend festes elastomeres Dichtmittel zur Abdichtung eines Reifenwerkstoffes ist und zur Herstellung eines selbst dichtenden Fahrzeugluftreifens mindestens im Bereich des Laufstreifens auf die Innenoberfläche eines Reifens kontinuierlich und haftend aufgebracht wird. Insbesondere, wenn das Beschichtungsmittel ein auf Kautschuk-Basis hergestelltes Dichtmittel ist und auf die Innenoberfläche eines Kautschukreifens aufgebracht wird, zeigen sich die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens. Damit können nämlich solche Dichtmittel erstmalig und in den meisten Fällen ohne Lösungsmittel aufgetragen werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass ein pulsierender Luftstrom den Beschichtungsmittelstrom jeweils kurzzeitig durchtrennt. Druckluft ist billig, überall herstellbar und stellt somit ein besonders leicht verfügbares Gas dar.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass ein pulsierender Gasstrom aus Kohlenstoffgasen, also etwa ein Methan, Propan oder Butan bzw. ein anderer leicht flüchtiger Kohlenwasserstoff oder auch Kohlendioxid den Beschichtungsmittelstrom jeweils kurzzeitig durchtrennt. Der Vorteil besteht hier darin, dass sich diese Gase bei entsprechend hohen Anlagendrücken teilweise im Beschichtungsmittel lösen und damit zusätzlich die Kohäsion erniedrigen und anschließend schnell entweichen.
Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders entwickelte Vorrichtung weist eine auf die Oberfläche des zu beschichtenden Substrats gerichtete und am Ende einer Zufuhrleitung für das Beschichtungsmittel angeordnete Düse auf, sowie Einrichtungen, welche die Substratoberfläche relativ und quer zur Austrittsrichtung des Beschichtungsmittelstroms bewegen. Die Vorrichtung weist weiterhin eine Zufuhrleitung für Druckgas auf, die so angeordnet ist, dass der Beschichtungsmittelstrom vor dem Auftreffen auf die Substratoberfläche alternierend unterbrochen wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Vorrichtung besteht darin, dass die Zufuhrleitung für Druckgas zufuhrseitig vor der Düsenöffnung angeordnet ist, sich bis kurz vor die Düse erstreckt und an ihrem Ende eine Austrittsöffnung für das Druckgas aufweist. Damit kann das Druckgas durch Expansion die Kanalströmung des Beschichtungsmittels leicht unterbrechen.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Vorrichtung besteht darin, dass die Zufuhrleitung für Druckgas innerhalb des Beschichtungsmittelstroms und parallel zu letzterem angeordnet ist und an ihrem stromabwärts gelegenen Ende eine Austrittsöffnung für das Druckgas aufweist. Dabei wird das Druckgas in Strömungsrichtung des Beschichtungsmittels „mitgezogen" und kann gesteuert so zugeführt werden, dass erst kurz vor dem Austritt des Beschichtungsmittels dessen Trennung in Einzelmengen erfolgt.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Vorrichtung besteht darin, dass die Zufuhrleitung für das Druckgas und die Strömungsrichtung des ausströmenden Druckgases senkrecht zum Beschichtungsmittelstrom ausgebildet ist. Wie bereits dargestellt, erfolgt die Unterbrechung des Beschichtungsmittelstroms dann nicht nur durch die Volumenvergrößerung der im Beschichtungsmittelstrom expandierenden Gasanteile/Gasblasen unterstützt, sondern zusätzlich durch die Bewegungsenergie der einzelnen Gasanteile/Gasblasen mit deren Hilfe der Beschichtungsmittelstrom zerschnitten wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Vorrichtung besteht darin, dass die Düse im Bereich ihres Austrittsquerschnitts einen den Austrittsquerschnitt umgebenden und mit der Zufuhrleitung für das Druckgas verbundenen Ringkanal aufweist, wobei der Ringkanal mindestens in seinen den Dichtmittelstrom einschließenden Wänden Öffnungen aufweist, durch welche das Druckgas mindestens in Teilbereiche des Dichtmittelstroms eintreten kann. Durch die ggf. mehrfachen Öffnungen in der Innen- oder Außenwand des Ringkanals lässt sich nicht nur der Dichtmittelstrom trennen, sondern auch ein „Fadenziehen" oder ein Ankleben am Düsenmund weitgehend vermeiden.
Anhand eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden. Die 1 zeigt hierzu in Form einer Prinzipskizze die wesentlichen Teile einer Vorrichtung 1 zur Beschichtung eines selbst dichtenden Fahrzeugluftreifens mit hochviskosem Dichtungsmittel zur Abdichtung eines Reifenwerkstoffes beim Eindringen von Fremdkörpern.
Die Vorrichtung 1 weist eine auf die Innenoberfläche 2 des zu beschichtenden Reifens 3 gerichtete Düse 4 auf, die am Ende einer Zufuhrleitung 5 für das Dichtungsmittel 6 angeordnet ist. Der Reifen 3 befindet sich dabei auf einer hier nicht näher dargestellten Drehvorrichtung, so dass sich die Innenoberfläche 2 des Reifens 3 relativ und quer zur Austrittsrichtung des Dichtungsmittelstroms in Drehrichtung 7 bewegt.
Die Vorrichtung weist weiterhin eine zufuhrseitig kurz vor der Düsenöffnung endende Zufuhrleitung 8 für einen mit 1,5 Hz pulsierenden Strom von Butan-Druckgas 9 auf, welches in Strömungsrichtung 13 eintritt. Die Zufuhrleitung 8 ist so angeordnet ist, dass der Strom des Dichtungsmittels 6 vor dem Auftreffen auf die Innenoberfläche 2 des Reifens 3 alternierend durch expandierende Butangasblasen 10 unterbrochen wird und als Einzelmengen/Tropfen 11 von Dichtungsmittel die Innenoberfläche 2 des Reifens 3 erreicht.
Das Druckgas wird in Düsennähe in Strömungsrichtung 12 des Dichtungsmittels „mitgezogen" und kann gesteuert so zugeführt werden, dass erst kurz vor dem Austritt des Dichtungsmittels dessen Trennung in Einzelmengen 11 erfolgt.

1: Beschichtungsvorrichtung
2: Innenoberfläche eines Reifens
3: Reifen
4: Düse
5: Zufuhrleitung für Dichtungsmittel
6: Dichtungsmittel
7: Drehrichtung
8: Zufuhrleitung für Butan-Druckgas
9: Butan-Druckgas
10: Butangasblasen
11: Einzelmengen/Tropfen
12: Strömungsrichtung des Dichtungsmittels
13: Strömungsrichtung des Butan-Druckgas

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 4115172 [0005]
- US 3935893 [0006]

Claims

Verfahren zum Aufbringen eines viskosen, kohäsiven und klebrigen Beschichtungsmittels (6, 11) auf die Oberfläche (2) eines Substrats (3), wobei das Beschichtungsmittel kontinuierlich und auf der Substratoberfläche haftend aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das kontinuierliche Aufbringen des Beschichtungsmittels alternierend unterbrochen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen des Beschichtungsmittels (6, 11) durch einen in einem kontinuierlichen Beschichtungsprozess über Leitungseinrichtungen (5) aufgebrachten und unter Druck stehenden Beschichtungsmittelstrom (6) erfolgt, der durch einen pulsierenden Gasstrom (9) alternierend unterbrochen wird, wobei der Gasstrom (9) den Beschichtungsmittelstrom (6) jeweils kurzzeitig durchtrennt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der pulsierende Gasstrom (9) mit einem höheren Druck als der Beschichtungsmittelstrom (6) in den Beschichtungsmittelstrom eingebracht und von letzterem in Beschichtungsrichtung mitgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der pulsierende Gasstrom (9) mit einem höheren Druck als der Beschichtungsmittelstrom (6) quer zur Strömungsrichtung des Beschichtungsmittelstroms in letzteren eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die kontinuierliche Beschichtung durch einen mit Hilfe einer Düse (4) unter Druck auf die Oberfläche (2) des Substrats (3) aufgebrachten Beschichtungsmittelstrom (6) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Beschichtungsmittelstromes vor dem Austritt aus der Düse 10 bis 100 bar beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die alternierende Unterbrechung des Beschichtungsmittelstroms mit einer Frequenz von mehr als 1 Hz erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmittel mit einer mindestens 30°C über Raumtemperatur liegenden Temperatur auf die Oberfläche eines Substrats aufgebracht wird.
Verfahren zum Aufbringen eines Beschichtungsmaterials nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmittel ein hochviskoses und bei Umgebungstemperatur weitgehend festes elastomeres Dichtmittel (6, 11) zur Abdichtung eines Reifenwerkstoffes ist und zur Herstellung eines selbst dichtenden Fahrzeugluftreifens (3) mindestens im Bereich des Laufstreifens auf die Innenoberfläche (2) eines Reifens (3) kontinuierlich und haftend aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmittel ein auf Kautschuk-Basis hergestelltes Dichtmittel (6) ist und auf die Innenoberfläche eines Kautschukreifens aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein pulsierender Luftstrom den Beschichtungsmittelstrom jeweils kurzzeitig durchtrennt.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein pulsierender Strom eines Kohlenstoffgases (9) den Beschichtungsmittelstrom (6) jeweils kurzzeitig durchtrennt.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 12, wobei die Vorrichtung (1) eine auf die Oberfläche (2) des zu beschichtenden Substrats (3) gerichtete und am Ende einer Zufuhrleitung (5) für das Beschichtungsmittel (6) angeordnete Düse (4) aufweist, sowie Einrichtungen, welche die Substratoberfläche relativ und quer zur Austrittsrichtung des Beschichtungsmittelstroms bewegen, und die eine Zufuhrleitung (8) für Druckgas aufweist, die so angeordnet ist, dass der Beschichtungsmittelstrom (6) vor dem Auftreffen auf die Substratoberfläche (2) alternierend unterbrochen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhrleitung für Druckgas (8) zufuhrseitig vor der Düsenöffnung angeordnet ist, sich bis kurz vor die Düse (4) erstreckt und an ihrem Ende eine Austrittsöffnung für das Druckgas aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhrleitung für Druckgas (8) innerhalb des Beschichtungsmittelstroms (6) und parallel zu letzterem angeordnet ist und an ihrem stromabwärts gelegenen Ende eine Austrittsöffnung für das Druckgas aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhrleitung für das Druckgas und die Strömungsrichtung des ausströmenden Druckgases senkrecht zum Beschichtungsmittelstroms ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse im Bereich ihres Austrittsquerschnitts einen den Austrittsquerschnitt umgebenden und mit der Zufuhrleitung für das Druckgas verbundenen Ringkanal aufweist, wobei der Ringkanal mindestens in seinen den Dichtmittelstrom einschließenden Wänden Öffnungen aufweist, durch welche das Druckgas mindestens in Teilbereiche des Dichtmittelstroms eintreten kann.