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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zum
Dekorieren eines Kunststoffteils durch Aufbringen einer Beschichtung.
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Das
Aussehen von Kunststoffteilen sowie die an Kunststoffteile gerichteten
Anforderungen hinsichtlich ihrer Haltbarkeit hängen im Wesentlichen von ihrer
Verwendung ab. So werden beispielsweise an geschnittene Kunststoffteile,
etwa Stoßstangenteile
oder Armaturenbretter, sowohl Anforderungen an die Deutlichkeit
der Wiedergabe, nachfolgend DOI (= distinctness of image) genannt,
gestellt, als auch an die Lackhaftung. Die DOI stellt ein objektives
[messbares] Erscheinungskriterium für die Lackbrillianz und den
Lackglanz dar, welches auch visuelle Effekte einer rauen und unebenen
Beschichtungsfläche,
auch "Orangenhaut" genannt, einschließt. Die
DOI kann beispielsweise mit einem Wellenmessgerät der Firma BYK-Gardner gemessen
werden. Sowohl Lackhaftung als auch DOI hängen von den chemischen Oberflächeneigenschaften
der Kontaktflächen zwischen
dem Kunststoffteil und dem Lack ab.
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Faktoren,
wie beispielsweise die Art des verwendeten Kunststoffes, Verunreinigungen
der Oberfläche vor
der Beschichtung und Vorhandensein von Formtrennmitteln, können die
chemischen Oberflächeneigenschaften
des Kunststoffteiles beeinflussen. Die chemische Oberflächeneigenschaft
ist auch anfällig
in Bezug auf Kratzer, Abrutschvorgänge oder Verfahrensadditive,
wodurch sich der Reibungskoeffizient der Oberfläche erheblich verringern kann.
Diese Faktoren tragen sämt lich
zu der resultierenden Oberflächenenergie
des Kunststoffes bei. Des Weiteren kann ein Kunststoff mit einer
niedrigeren Oberflächenenergie
nur schwer zu beschichten sein Dies beruht zum Teil darauf, dass
eine Beschichtung das Austrocknen der Oberfläche behindert, was eine "Orangenhaut" und eine fehlerhafte
Lackhaftung zur Folge haben kann.
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Zur
Behebung dieser Nachteile kann entweder die Kunststoffoberfläche vor
der Beschichtung präpariert
oder ein aufwendigeres Lackierungsverfahren eingesetzt werden. So
kann beispielsweise kann ein mehrstufiges, nasses, saures oder basisches,
chemisches Waschverfahren gemeinsam mit Blitzöfen eingesetzt werden, um Formtrennmittel
und Verunreinigungen zu entfernen. Alternativ kann ein Kunststoffsystem
mit einem aggressiven Lösungsmittelpaket
verwendet werden, um die Kunststoffoberfläche anfänglich anzuschwellen zu lassen
und so eine Polymerverflechtung zwischen dem Kunststoff und dem
Lack zu ermöglichen.
Auch ein chloriertes Polyolefin-Haftmittel (sog. "ad pro") kann für eine vorgeschaltete
Oberflächenbehandlung
verwendet werden, um eine dekorative Lackierung aufzutragen. Ein
Einsatz aggressiver Lösungsmittel
oder chlorierter Polyolefin-Haftmittel ist jedoch oftmals sowohl
aus ökonomischen
als auch ökologischen
Gründen
unerwünscht.
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In
neuerer Zeit werden Vakuumplasmabehandlungsverfahren eingesetzt,
um die Oberflächenenergie von
Kunststoffelementen vor einer Lackierung zu erhöhen. Dieses Verfahren beseitigt
oder minimiert häufig den
Bedarf einer weiteren Oberflächenbehandlung
oder eines aufwendigeren Lackierungsverfahren, erfordert jedoch
einen größeren Ausstattungsaufwand,
unter anderem den Einsatz von Vakuumkammern, die wiederum den Einsatz
wenig effizienter Batch-Verarbeitungsverfahren erforderlich machen.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie
eine Vorrichtung zum Behandeln und Beschichten eines Kunststoffteiles
bereitzustellen, bei dem bzw. bei der wenigstens einige der genannten unerwünschten
Erscheinungen nicht auftreten.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Anspruch
1 gelöst.
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Es
wird ein Verfahren dargelegt, ein Kunststoffteil zu beschichten,
das eine Außenoberfläche mit
einer bestimmten anfänglichen
Oberflächenenergie
aufweist und bei dem zumindest ein Bereich der Außenoberfläche mit
einer Beschichtung versehen wird. Das Verfahren beinhaltet ein Fixieren
des Kunststoffteils, wobei zumindest der genannte Bereich der Außenoberfläche innerhalb
einer festgelegten Toleranz positioniert wird. Es erfolgt eine Plasmabehandlung
mit einer Umgebungsdruck-Luftplasmadüse zumindest des genannten
Bereichs der Außenoberfläche derart.
dass der behandelte Bereich nach der Behandlung eine größere Oberflächenenergie
als anfänglich
aufweist. Die Beschichtung wird mindestens auf den Bereich der Außenoberfläche aufgebracht,
wobei die Beschichtung eine Oberflächenenergie aufweist, welche
die Oberflächenenergie
der behandelten Oberfläche
nicht wesentlich überscheitet.
Anschließend
wird die Beschichtung ausgehärtet.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen, welches
geeignet ist, ein Kunststoffteil, das eine Außenoberfläche mit einer anfänglichen
Oberflächenenergie
und eine Innenoberfläche aufweist,
mit einer Beschichtung zu versehen. Dabei ist wenigstens ein Bereich
der Außenoberfläche mit
einer Beschichtung versehen. Bei diesem Verfahren wird das Kunststoffteil
fixiert. Dabei umfasst das Fixieren des Kunststoffteils ein Platzieren
des Kunststoffteils an einer nahe der Innenoberfläche angeordneten
Fixiereinrichtung. Das Kunststoffteil wird relativ zu der Fixiereinrichtung über mehrere
Positionierungsmittel positioniert, die sich sowohl an der Fixiereinrichtung
als auch an dem Kunststoffteil befinden. Das Kunststoffteil wird
durch die Fixiereinrichtung, welche mehrere Teilunterstützungselemente
umfasst, unterstützt,
wobei diese jeweils derart gestaltete Kontaktoberflächen aufweisen,
dass den Stützelementen
benachbarte Bereiche der Innenoberfläche unterstützt werden. Das Kunststoffteil
wird durch mehrere beabstandet voneinander angeordnete Haltevorrichtungen,
die sich auf der Fixiereinrichtung befinden, gehalten, wobei diese
das Kunststoffteil an mindestens einem Bereich der Außenoberfläche innerhalb
einer festgelegten Toleranz platzieren, stützen und halten. Das Verfahren
beinhaltet ferner eine Plasmabehandlung zur Behandlung mindestens
des Bereichs der Außenoberfläche auf
eine Oberflächenenergie
der behandelten Oberfläche
im Bereich von circa 8 bis 72 Dyn/cm [38 bis 72·10–5 N/cm
oder 0,00038 bis 0,00072 N/cm]. Die Plasmabehandlung umfasst eine
Lenkung eines Plasmastrahls durch eine Umgebungsdruck-Luftplasmadüse auf zumindest
den genannten Bereich der Außenoberfläche, wobei
die Düse
circa 2 bis 20 mm von der Außenoberfläche entfernt
positioniert ist. Die Düse
wird relativ zur Außenoberfläche entlang
eines Pfades mit einer Geschwindigkeit im Bereich von etwa 50 bis
600 mm/s bewegt, um eine funktionalisierte Polymerschicht zu bilden,
die mindestens den genannten Bereich der Außenoberfläche abdeckt. Das Verfahren
umfasst weiterhin das Aufbringen der Beschichtung auf zumindest den
genannten Bereich der Außenoberfläche. Die
Beschichtung weist eine Beschichtungsoberflächenenergie im Bereich von
33 bis 67 Dyn/cm [33 bis 67·10–5 N/cm
oder 0,00033 bis 0,00067 N/cm] auf. Anschließend wird die Beschichtung
ausgehärtet.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu
entnehmen.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen
und unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Vorrichtung für eine Plasmabehandlung eines
Kunststoffteils;
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2 eine
perspektivische Ansicht einer Fixiereinrichtung und einer Drehachse
für eine
Plasmabehandlungsvorrichtung;
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3 eine
perspektivische Ansicht der Fixiereinrichtung mit einem Kunststoffteil
und einer Drehachse für
eine Plasmabehandlung;
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4 eine
perspektivische Ansicht der Vorrichtung für eine Plasmabehandlung eines
Kunststoffteils;
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5 eine
seitliche Ansicht der Vorrichtung für eine Plasmabehandlung eines
Kunststoffteils;
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6 eine
Aufsicht der Vorrichtung für
eine Plasmabehandlung eines Kunststoffteils;
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7 eine
Aufsicht einer weiteren Vorrichtung für eine Plasmabehandlung eines
Kunststoffteils;
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8 ein
Ablaufdiagramm einer Plasmabehandlung und einer Beschichtung eines
Kunststoffteiles gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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9 ein
Ablaufdiagramm einer Plasmabehandlung und einer Beschichtung eines
Kunststoffteiles gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Nachfolgend
werden Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung erläutert.
Es versteht sich, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaft
sind und die Erfindung in diversen alternativen Ausgestaltungen
realisiert werden kann. Die Abbildungen sind nicht notwendigerweise
maßstabsgetreu,
wobei einige Merkmale übertrieben
oder minimalisiert dargestellt sind, um Details bestimmter Komponenten
zu erläutern.
Daher sind die offenbarten funktionellen Details nicht einschränkend zu
interpretieren, sondern sie bilden lediglich eine beispielhafte
Basis für
die Patentansprüche
und/oder eine Basis für
den Fachmann zur Ausführung
der vorliegenden Erfindung.
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Im
Folgenden werden Ausführungsformen
einer Vorrichtung für
eine Plasmabehandlung eines Kunststoffteils und eines Verfahrens,
das Kunststoffteil mit einer Beschichtung zu versehen, erläutert. Eine
Vakuumplasmabehandlung von Kunst stoffteilen wird dazu eingesetzt,
die Oberflächen
der Kunststoffteile auf die Beschichtung vorzubereiten. Dadurch
kann die Oberfläche
des kompletten Teils verändert
und es ermöglicht
werden, eine Oberflächen-Lackierung
direkt auf die Oberfläche
des Kunststoffteils ohne Verwendung einer Grundierung aufzubringen.
Ein negativer Aspekt dieser Form der Oberflächenbehandlung ist, dass sie
in erster Linie auf ein Batch-Verfahren beschränkt ist, da die Teile für diese
Behandlung in eine Niederdruckkammer eingebracht werden müssen. Für Großserienanwendungen
kann dieser Ansatz sehr beschränkend
sein.
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Neuere
Entwicklungen auf dem Gebiet der Plasmabehandlungstechnik haben
zu einer als Umgebungsdruck-Luftplasma (auch "APAP" =
atmospheric-pressure air plasma genannt) bezeichneten Technik geführt Mit
dieser Technik kann die Oberfläche
eines Kunststoffteils durch eine Präparierung für eine Beschichtung so verändert werden,
dass kein Einsatz einer Niedrigdruckkammer erforderlich ist. Die
veränderte
Oberfläche
wird durch die Bildung einer funktionalisierten Polymerschicht erreicht.
Viele Kunststoffe weisen Oberflächenzusammensetzungen
auf, die aus langen, nichtpolaren Polymerketten bestehen und niedrige
Oberflächenenergien
aufweisen können
Darüber
hinaus können
diese Oberflächen
auch chemisch nicht reaktiv sein. TPO, Polyethylen und Polypropylen
beispielsweise sind bekannte Vertreter nichtpolarer Kunststoffstoffe.
Polare Polymere, wie ABS und Polykarbonat (PC) können ebenfalls von APAP profitieren,
da sie – verglichen
mit anderen Nichtkunststoffen – immer
noch relativ niedrige Oberflächenenergien
aufweisen. Darüber
hinaus können
auch leitfähige
Polymere, die gemeinhin in elektrostatischen Lackierungsprozessen
verwendet werden, beispielsweise TPO, von APAP profitieren. Ein
Funktionalisieren der Oberflächenpolymere
erhöht
die Oberflächenenergie
und sorgt dafür,
dass die Beschichtung die Oberfläche
austrocknen lassen kann. Eine Behinderung eines Austrocknens der
Oberfläche
durch die Beschichtung kann sich in schlechter Lackhaftung und unerwünschten
DOI-Werten aufgrund
einer "Orangenhaut" niederschlagen.
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Ein
Funktionalisierungsmechanismus, der sich infolge einer APAP-Behandlung
auf einer Kunststoffoberfläche
einstellen kann, ist Oxydation und/oder Addition von Aminen, NOx,
-OH und -NH funktionellen Gruppen zu den Oberflächenpolymeren.
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Ein
chemisches Verändern
der Oberflächenpolymere
durch APAP-Behandeln führt
zu verbesserten polaren Eigenschaften. Beschichtungen, wie beispielsweise
Haftschichten, Lacke, Grundierungen und Haftvermittler, werden typischerweise
mit polaren Polymeren hergestellt. Wenn ein fester polarer Polymer/Kunststoff
mit einer flüssigen
polaren Beschichtung in Berührung
kommt, nimmt die Oberflächenspannung
zwischen den beiden Phasen ein Minimum an, wodurch sich die flüssige Phase
gleichmäßiger auf
der festen Phase verteilen und die Oberfläche des Kunststoffbauteils
austrocknen kann.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, wie man die APAP-Technik auf Kunststoffteile in
einem Produktionsablauf, wie etwa einer geeigneten Oberflächenbehandlung
vor einer Beschichtung, anwenden kann. Insbesondere wurde erkannt,
dass die APAP eine funktionalisierte Polymerschicht auf der Oberfläche eines
Kunststoffteils ausbilden kann, wenn sie in einem vorgegebenen Prozessfenster
verwendet wird. Ein solches Prozessfenster kann jedoch untypisch
für viele
Kunststoffteil-Herstellungsprozesse sein, bei denen leicht Abmessungsunregelmäßigkeiten
auftreten können.
Solche Abmessungsunregelmäßigkeiten
stellen oftmals inhärente
Eigenschaften vieler Kunststoffe dar, die aus ihrem relativ niedrigen
E-Modul und ihrer Neigung zur Verwölbung resultieren. Ein Problem
aufgrund von Abmessungsunregelmäßigkeit
ist insbesondere dann vorhanden, wenn das Kunststoffteil ein großes konturiertes
geschnittenes Bauteil ist, wie beispielsweise eine Stoßstangenteil
oder ein Armaturenbrett. Dementsprechend hat es sich als erforderlich
herausgestellt, die Kluft zwischen den oftmals vorhandenen Abmessungsunregelmäßigkeiten
bei Kunststoffteilen und den höheren
Genauigkeitsanforderungen einer APAP-Behandlung zu überbrücken.
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Anhand
der nachfolgenden Versuchsergebnisse wird eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erläutert.
Stoßstangenteile
aus thermoplastischem Polyolefin (TPO) wurden entsprechend der in
Tabelle 1 gegebenen Matrix mit einem APAP-Verfahren behandelt. Die
APAP-Behandlung wurde mittels einer Umgebungsdruck-Luftplasmadüse durchgeführt, die
einen Plasmastrahl erzeugt. Bei der Umgebungsdruck-Luftplasmadüse handelte
es sich um eine Openair®-Plasmadüse, hergestellt von der Firma
Plasmatreat North American Incorporated.
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Wie
aus Tabelle 1 ersichtlich, wurden sieben Armaturenbretter bzw. Instrumententafeln
getestet. Instrumententafel 7 war ein Referenzbeispiel, das eine
herkömmliche
Behandlungsweise repräsentierte,
bei der vor Aufbringen der oberen Lackschicht eine Haftvermittlerschicht
aufgebracht wurde und eine Nachbehandlung erfolgte. Bei Behandlung
der anderen sechs Instrumententafeln wurde entweder eine Waschbehandlung oder
keine Waschbehandlung in Verbindung mit der APAP-Behandlung eingesetzt.
Die APAP-Düse
wurde relativ zur Außenoberfläche der
Instrumententafel mit der in Tabelle 1 angegebenen Geschwindigkeit
und einem auf die Oberfläche
gerichteten Plasmastrahl geführt.
Einige der Probekörper
wurden mit einer Geschwindigkeit von 100 mm/s, andere mit einer
Geschwindigkeit von 300 mm/s behandelt. Die APAP-Düse war dabei
circa 10 mm von der Oberfläche
der Instrumententafeln entfernt. Das Ziel der Waschbehandlung, manchmal
Power-Waschbehandlung genannt, bestand darin, eine Feststellung
zu ermöglichen,
wie kritisch ein Entfernen grober Verunreinigungen hinsichtlich
der Effektivität
der Plasmabehandlung zu beurteilen ist.
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Nach
der Lackierung wurden die Instrumententafeln gemeinsam mit der Referenz-Instrumententafel hinsichtlich
des Vorhandenseins von "Orangenhaut" untersucht. Hierfür wurde
die Deutlichkeit der Wiedergabe (DOI) unter Verwendung eines Wellenmessgerätes verwendet.
Tabelle 2 zeigt einen Vergleich des Grades der Erscheinungsverbesserung
unter Verwendung von Qualitätsmesssystemwerten
(QMS). Die Ergebnisse zeigen eine durchschnittliche Verbesserung
durch die Plasmabehandlung um 22% auf vertikal und um 13% auf horizontal
lackierten Oberflächen,
verglichen mit dem Referenzprobekörper.
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Die
in Tabelle 3 aufgelisteten TPO Instrumententafeln wurden einer APAP-Behandlung gemäß der Parametermatrix
der Tabelle 1 unterworfen. Herausgeschnittene Abschnitte einer jeden
Instrumententafel wurden einem 45-minütigen Benzinangriffstest unterzogen.
Die Ergebnisse zeigten keinen Farbverlust des plasmabehandelten
TPO und einen 15%-igen Farbverlust bei dem konventionellen Haftvermittlerprozess.
Der hier beobachtete Unterschied kann der Tatsache zugeschrieben
werden, dass herkömmliche
Haftvermittlerbeschichtungen am Trä gemedium durch physikalische
Verhakungsprozesse haften, wohingegen der APAP-Behandlungsprozess
kovalente chemische Verbindungen zwischen der funktionalisierten
Oberfläche
und der Lackbeschichtung hervorruft. Verbindungen infolge physikalischer
Verhakung sind möglicherweise
aufgrund von Benzindiffusion in die Verbindungsschicht anfälliger als
kovalente chemische Verbindungen.
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Wie
aus Tabelle 3 ersichtlich, zeigten die Instrumententafeln 1 und
2, die keiner Waschung vor der Plasmabehandlung unterzogen wurden,
keinerlei Lackhaftungsverlust oder Zerstörung des Lacks während eines
45-minütigen
Benzinangriffstests. Die Instrumententafeln 3 und 4 wurden vor der
Plasmabehandlung vorgewaschen und wiesen ebenfalls keinerlei Lackhaftungsverlust
oder Zerstörung
des Lacks während
des 45-minütigen
Benzinangriffstests auf. Die Instrumententafeln 5 und 6 wurden nach
der Plasmabehandlung einem Kraftwaschgang unterzogen und wiesen
ebenfalls keinerlei Lackhaftungsverlust oder Zerstörung des Lacks
während
des 45-minütigen
Benzinangriffstests auf. Die Prozessparameter, die in Tabelle 1
wiedergegeben sind (für
dieses besondere TPO Substrat), zeigten zufrieden stellende visuelle
Ergebnisse und Haltbarkeitsresultate für lackierte Stoßfänger-Instrumententafeln. Tabelle 1: APAP-Behandlungstestmatrix
| Instrumententafel | Säuberung | Geschwindigkeit (mm/s) | Entfernung
(mm) |
| 1 | nicht
gewaschen "wie gegossen" | 100 | 10 |
| 2 | nicht
gewaschen "wie gegossen" | 300 | 10 |
| 3 | gewaschen "vor der Behandlung" | 100 | 10 |
| 4 | gewaschen "vor der Behandlung" | 300 | 10 |
| 5 | gewaschen "nach der Behandlung" | 100 | 10 |
| 6 | gewaschen "nach der Behandlung" | 300 | 10 |
| 7 | gewaschen
vor dem Haftvermittler | - | - |
Tabelle 2: Verbesserungen im Erscheinungsbild
unter Verwendung von APAP, verglichen mit herkömmlichen Haftvermittlern
| Instrumententafel | % Verbesserung
im Erscheinungsbild mit der Plasmabehandlung |
| | Vertikal
lackierte Oberflächen | horizontal
lackierte Oberflächen |
| 1 | 25% | 14% |
| 2 | 19% | 7% |
| 3 | 27% | 17% |
| 4 | 20% | 14% |
| 5 | 22% | 18% |
| 6 | 23% | 10% |
| Prozent | 22% | 13% |
Tabelle 3: Lackabtrag nach einem 45-minütigen Benzinangriffstest
| Instrumententafeln | %
Lackabtrag |
| 1 | 0% |
| 2 | 0% |
| 3 | 0% |
| 4 | 0% |
| 5 | 0% |
| 6 | 0% |
| 7 | 15% |
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1 zeigt
eine Vorrichtung für
eine Plasmabehandlung eines Kunststoffteils gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Ein Kunststoffteil 10 weist
eine Außenoberfläche 12 und
eine Innenoberfläche 14 auf.
Das Kunststoffteil 10 kann aus einem beliebigen geeigneten
Kunststoffharzmaterial, beispiels weise TPO, TPE, Polyester, Polyurethan,
PE, PC, ABS, leitfähigen
Polymeren oder Polypropylen, bestehen.
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Das
Kunststoffteil 10 kann durch Spritzguss, Thermoverformung,
Sturzguss oder beliebige andere, in Fachkreisen bekannte Herstellungsverfahren
hergestellt sein. Das Kunststoffteil 10 kann ein großes konturiertes
Bauteil sein, beispielsweise eine Stoßstange oder eine Instrumententafel
bzw. ein Armaturenbrett. Alternativ kann das Kunststoffteil 10 ein
relativ kleines Bauteil sein, beispielsweise ein Gehäuse.
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Die
Vorrichtung weist zumindest eine insgesamt mit 16 bezeichnete
Fixiereinrichtung auf. Die Fixiereinrichtung 16 kann aus
einem beliebigen geeigneten Material, das hinsichtlich seiner Struktur
und Abmessung stabil ist, bestehen, beispielsweise aus Aluminium,
Stahl, anderen Metallen oder Metalllegierungen. Alternativ kann
die Fixiereinrichtung 16 aus einem mit Zusatzstoffen versehenen
Polymer oder aus einem Verbundwerkstoff, wie Ren-Wood oder Fiberglas-Epoxydharz,
bestehen.
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Die
Vorrichtung umfasst des Weiteren zumindest eine Umgebungsdruck-Luftplasmadüse
20,
die einen Plasmastrahl
22 erzeugt. Details der Plasmadüse
20 und
des Plasmastrahl
22 sind in Spalte 3, Zeile 6ff des
U.S. Patents 6,800,336 ,
auf welches hier Bezug genommen wird, beschrieben. Andere geeignete
Umgebungsdruck-Luftplasmadüsen
20,
die dem Fachmann bekannt sind, können
ebenfalls eingesetzt werden.
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Die
Umgebungsdruck-Luftplasmadüse 20 relativ
zur Außenoberfläche 12 entlang
eines Pfades bewegbar angeordnet. Die Umgebungsdruck-Luftplasmadüse 20 lenkt
einen Plasmastrahl 22 auf zumindest einen Bereich der Außenoberfläche 12,
wodurch eine Fläche
auf der Oberfläche
gebildet wird, die mit einem funktionalisierten Polymer überzogen
ist. Eine funktionalisierte Polymerschicht, die zumindest den Bereich
abdeckt, wird durch viele benachbarte Flächen gebildet, die wiederum
in mehreren Arbeitsgängen
der Umgebungsdruck-Luftplasmadüse 20 relativ
zu der Außenoberfläche 12 gebildet
werden. Ein Stoßstangenteil
etwa, welches mit zweifarbiger Farbgebung versehen ist, kann auf
diese Weise plasmabehandelt werden. Das Teil kann aus vorgefärbtem oder
in Farbe gegossenem Kunststoffharz bestehen und so einfarbig sein.
Eine Plasmabehandlung eines Bereichs der Außenoberfläche und Lackieren nur des behandelten
Bereichs mit einer zweiten Lackfarbe kann ein zweifarbiges Teil
ergeben. Darüber
hinaus kann die Plasmabehandlung in Kombination mit entweder einer
harten oder einer weichen Abdeckung für einen verbesserten Zwei-Farben-Effekt verwendet
werden. Alternativ dazu kann die gesamte Außenoberfläche 12 für eine nachfolgende
Beschichtung plasmabehandelt werden.
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Die
Umgebungsdruck-Luftplasmadüse 20 (APAP-Düse) kann
ungefähr
2 bis 20 mm von der Außenoberfläche 12 entfernt
positioniert sein. Die APAP-Düse 20 kann
sich relativ zur Außenoberfläche 12 mit
einer Geschwindigkeit von 50 bis 600 Millimeter pro Sekunde (mm/s)
bewegen. Wenn sich beispielsweise die APAP-Düse 20 mit
100 mm/s in eine Richtung und das Kunststoffteil 10 an
der Fixiereinrichtung 16 mit 100 mm/s in eine entgegen
gesetzte Richtung bewegen, bewegt sich die APAP-Düse 20 relativ
zur Außenoberfläche 12 mit
einer Geschwindigkeit von 200 mm/s. In zumindest einer Ausführungsform
ist die APAP-Düse 20 ungefähr 5 bis
15 mm von der Außenoberfläche 12 entfernt
positioniert und bewegt sich relativ zur Außenoberfläche 12 mit einer Geschwindigkeit
im Bereich von ungefähr
250 bis 350 mm/s.
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Die
Fixiereinrichtung 16 kann beweglich sein. Die Fixiereinrichtung 16 kann
an einem Träger 24 montiert,
befestigt oder mit diesem verbunden sein. In zumindest einer Ausführungsform
hat der Träger 24 Räder 26,
um sich auf einer Oberfläche
entlang zu bewegen. Der Träger 24 kann
mehrere Fixiereinrichtungen 16 aufweisen. Der Träger 24 kann
beispielsweise kettenbetrieben oder Teil einer motorisierten Fördervorrichtung,
wie einer geradlinigen Vorrichtung [eines geradlinigen Produktionsprozesses,
eines geradlinigen Fließbandes] sein.
Alternativ dazu kann der Träger 24 Teil
einer Überkopffördervorrichtung
sein. Andere geeignete Konfigurationen des Trägers 24 können ebenfalls
eingesetzt werden.
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Die
Vorrichtung kann zumindest einen Roboter 30 aufweisen,
der die APAP-Düse 20 nahe
der Außenoberfläche 12 positioniert
und sie relativ zur Außenoberfläche 12 entlang
eines Pfades bewegt. Der Roboter 30 kann beispielsweise
ein 6-achsiger Roboter sein, der dazu in der Lage ist, sich relativ
zu einem Kunststoffteil 10 mit komplexer Geometrie zu bewegen.
Alternativ dazu kann der Roboter 30 weniger Bewegungsachsen
haben, um die Düse 20 relativ
zu einem Kunststoffteil 10 mit weniger komplexer Geometrie
zu bewegen.
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Die
Vorrichtung kann des Weiteren einen Positionssensor 32 aufweisen,
der an dem Roboter 30 oder einem beliebigen geeigneten
benachbarten Ort angebracht sein kann. Der Positionssensor 32 misst
die Strecke zwischen dem Sensor 32 und der Außenoberfläche 12 nahe
des Plasmastrahls 22. Der Sensor 32 bestimmt die
Position der Oberfläche 12 und
vermittelt die Positionsdaten an eine Steuerungseinheit für die APAP-Düse 20.
Der Positionssensor 32 kann beispielsweise über die
Steuerungseinheit eine Schnittstelle mit dem Roboter 30 haben,
so dass eine Positionierungskommunikation der Steuerungseinheit
und des Roboters 30 mit der APAP-Düse 20 ermöglicht wird.
Alternativ dazu kann der Positionssensor 32 eine Schnittstelle
mit einer CNC Schienengerüstanordnung
haben, die wiederum eine Schnittstelle mit der APAP-Düse 20 hat.
Eine Positionierungskommunikation zwischen dem Positionssensor 32 und
der APAP-Düse 20 kann
durch die CNC Schienengerüstanordnung
erreicht werden. Der Positionssensor 32 kann beispielsweise
ein visueller Führungssensor
oder ein Kontaktsensor sein, der die Außenoberfläche 12 berührt. Weitere,
dem Fachmann bekannte Sensoren können
ebenfalls verwendet werden.
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2 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer Fixiereinrichtung 16 für eine Plasmabehandlungsvorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Fixiereinrichtung 16 weist
eine Unterstützungsstruktur 40 auf,
welche die Innenoberfläche 14 berührt, um
das Kunststoffteil 10 zu unterstützen. Die Unterstützungsstruktur 40 kann
aus einem beliebigen geeigneten Material bestehen, das hinsichtlich
seiner Struktur und Abmessung stabil ist. Stahl oder Aluminium beispielsweise
sind hierzu geeignete Materialien. Alternativ dazu können hochgradig
mit Zusatzstoffen versehene Polymere, wie Ren-Wood, geeignet sein.
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Die
Fixiereinrichtung 16 weist weiterhin mehrere Positionierungsteile 42 auf,
die sich an der Unterstützungsstruktur 40 befinden
und dazu dienen, das Kunststoffteil 10 relativ zur Fixiereinrichtung 16 zu
positionieren. Die Positionierungsteile 42 können beispielsweise
Anschlussstifte, Dübel
oder andere abstehende Teile auf der Unterstützungsstruktur 40 sein,
die in Übereinstimmung
gebracht und ausgerichtet werden mit Schlitzen, Löchern oder
anderen zurückweichenden
Teilen, die sich im Kunststoffteil 10 befinden. Eine passende 2-Wege
oder 4-Wege Positionierungseinrichtung kann durch diese Mittel erreicht
werden, um das Kunststoffteil 10 relativ zur Fixiereinrichtung 16 zu
fixieren. Alternativ dazu können
verschiedene Oberflächen
der Unterstützungsstruktur 40 mit
der Innenoberfläche 14 übereinstimmen
oder an dieser ausgerichtet sein, um das Kunststoffteil 10 relativ
zur Fixiereinrichtung 16 zu positionieren. Andere dem Fachmann
bekannte Positionierungsmittel können
ebenfalls verwendet werden.
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Die
Fixiereinrichtung 16 weist weiterhin mehrere Haltevorrichtungen 44 auf,
die sich auf der Unterstützungsstruktur 40 befinden,
um das Kunststoffteil 10 an der Fixiereinrichtung 16 zu
halten. Die Unterstützungsstruktur 40,
die Positionierungsteile 42 und die Haltevorrichtungen 44 arbeiten
zusammen, um zumindest einen Bereich der Außenoberfläche 12 in einem bestimmten
Toleranzbereich zu positionieren. In zumindest einer Ausführungsform
beträgt
der festgelegte Toleranzbereich ungefähr +/–5 mm.
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Die
Haltevorrichtungen 44 können
als Saugnäpfe
ausgebildet sein, die mit einer Vakuumquelle verbunden sind. Die
Saugnäpfe
können
beispielsweise kontinuierlich oder intermittierend mit der Vakuumquelle verbunden
sein. In zumindest einer Ausführungsform
ist die Fixiereinrichtung 16 derart ausgelegt, dass sie
sich entlang eines Fließbandes,
das mehrere Haltestationen aufweist, bewegen kann. Die Saugnäpfe können auf diese
Weise einerseits an jeder Haltestation mit einer Vakuumquelle verbunden
werden, sind jedoch andererseits nicht mit einer Vakuumquelle verbunden,
wenn sich die Fixiereinrichtung 16 entlang des Fließbandes
bewegt. Es wurde festgestellt, dass die Saugnäpfe zwischen den Haltestationen
ausreichend abgedichtet werden können,
um das Kunststoffteil 10 während der Bewegung an der Fixiereinrichtung 16 zu
halten. Alternativ können
die Haltevorrichtungen 44 auch als Klammern oder als federunterstützte mechanische
Clips ausgebildet sein, die auch automatisiert sein können. Außerdem können die
Haltevorrichtungen 44 als Keilverbindungsvorrichtungen
ausgebildet sein, die durch Einfügen
und Ausdehnen oder durch Eindrehen einer Vorrichtung in eine andere
funktionieren. Andere dem Fachmann bekannte Haltevorrichtungen 44 können ebenfalls
verwendet werden.
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Die
Unterstützungsstruktur 40 kann
mehrere voneinander entfernt angeordnete Unterstützungsteile 46 aufweisen.
Die Unterstützungsteile 46 können jeweils
eine Kontaktoberfläche 48 haben,
die so beschaffen ist, dass sie zu der Innenoberfläche 14 im
Bereich der Unterstützungsteile 46 passt.
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Die
Unterstützungsteile 46 können voneinander
entfernt angeordnet sein, um das Kunststoffteil 10 im Wesentlichen
zu unterstützen
und festzuhalten, so dass zumindest der Bereich der Außenoberfläche 12 innerhalb
der festgelegten Toleranz positioniert wird. Beispielsweise kann
ein Abstand zwischen den Unterstützungsteilen 46 von
100 bis 300 mm verwendet werden, um eine Außenoberfläche 12 einer TPO Stoßstange in
einer Toleranz von +/–2
mm zu positionieren.
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Auch
während
einer Bewegung der Fixiereinrichtung 16 wird zumindest
der Bereich der Außenoberfläche 12 im
Wesentlichen innerhalb der festgelegten Toleranz gehalten. Wie den 6 und 7 zu
entnehmen ist, kann die Fixiereinrichtung 16 beispielsweise
an einem Beförderungssystem
als Teil einer geradlinigen oder kreisförmigen Produktionslinie befestigt
sein. Alternativ dazu und wie in den 2 und 5 dargestellt, kann
die Fixiereinrichtung 16 an einem Drehzapfen befestigt
sein, die sich um eine Achse dreht. Darüber hinaus kann die Fixiereinrichtung 16 Rollen
oder Räder
aufweisen, um ihre Bewegung entlang einer Oberfläche zu erleichtern.
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Bezugnehmend
auf die 2 bis 5 kann die
Vorrichtung des Weiteren einen primären Drehzapfen 60 aufweisen,
der mit der Fixiereinrichtung 16 an festgeleg ten Stellen
verbunden ist. Der primäre
Drehzapfen 60 dreht sich um eine primäre Achse 64.
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Die
Fixiereinrichtung 16 kann des Weiteren mehrere Kraftsensoren 70 aufweisen,
die an der Unterstützungsstruktur 40 angebracht
sind. Jeder der Kraftsensoren 70 kann so beschaffen sein,
dass er ein Signal übermittelt,
wenn das Kunststoffteil 10 an der Fixiereinrichtung 16 positioniert
wird. In zumindest einer Ausführungsform
ist der Kraftsensor 70 als Kontaktsensor ausgebildet, der
ein Signal übermittelt,
wenn das Kunststoffteil 10 den Kontaktsensor berührt. Andere,
dem Fachmann bekannte Kraftsensoren 70 können ebenfalls verwendet
werden, um eine Kraft zu registrieren, die durch ein Bauteil ausgeübt wird.
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Zumindest
eine Haltevorrichtung 44, etwa eine Klammer oder Saugnapf,
kann das Kunststoffteil 10 aufgrund des Signals des Kraftsensors 70 automatisch
an der Fixiereinrichtung 16 halten. Die Kraftsensoren 70 können so
an der Unterstützungsstruktur 40 positioniert
sein, dass die Haltevorrichtungen 44 das gesamte Kunststoffteil 10 automatisch
an der Fixiereinrichtung 16 halten, wenn das Kunststoffteil 10 auf
die Fixiereinrichtung 16 gesetzt wird.
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Die
Fixiereinrichtung 16 kann des Weiteren einen Bauteilanwesenheitssensor 72 einschließen, der
an der Unterstützungsstruktur 40 angebracht
ist. Der Bauteilanwesenheitssensor 72 übermittelt ein Signal, wenn das
Kunststoffteil 10 an der Fixiereinrichtung 16 positioniert
wird. In zumindest einer Ausführungsform
lenkt die APAP-Düse 20 den
Plasmastrahl 22 in Abhängigkeit
von diesem Signal auf das Kunststoffteil 10. Solange die APAP-Düse 20 kein
Signal erhält,
wird kein Plasmastrahl 22 erzeugt oder auf das Kunststoffteil 10 gelenkt.
Der Bauteilanwesenheitssensor 72 kann ein Licht- oder Kontaktsensor
sein. Andere, dem Fachmann geeignet erscheinende Sensoren können ebenfalls
verwendet werden, um das Vorhandensein eines Bauteils zu registrieren.
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In
den 2 und 3 ist die Fixiereinrichtung 16 zusammen
mit einem Kunststoffteil 10 und einer APAP-Düse 20 dargestellt.
Das Kunststoffteil 10 ist an der Fixiereinrichtung 16 positioniert
und wird durch die Unterstützungsteile 46 unter stützt. Die
Unterstützungsteile 46 arbeiten
mit den Positionierungsteilen 42 und den Haltevorrichtungen 44 zusammen,
um zumindest einen Bereich der Außenoberfläche 12 innerhalb einer festgelegten
Toleranz zu halten. Die Position der Außenoberfläche 12 wird beibehalten,
während
sich die Fixiereinrichtung 16 im Laufe der Plasmabehandlung
bewegt.
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Die
APAP-Düse 20 und
der primäre
Drehzapfen 60 sind so abgestimmt, dass sich die APAP-Düse 20 entlang
eines Pfades relativ zur Außenoberfläche 12 bewegt.
Die APAP-Düse 20 lenkt
entlang des Pfades den Plasmastrahl 22 auf die Außenoberfläche 12,
um eine funktionalisierte Polymerschicht zu erzeugen.
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In
den 4 und 5 ist dargestellt, dass die
Vorrichtung zur Plasmabehandlung eines Kunststoffteils 10 des
Weiteren einen zweiten primären
Drehzapfen 84, der sich um eine zweite primäre Achse 86 dreht, aufweisen
kann. Die Vorrichtung kann des Weiteren auch einen sekundären Drehzapfen 80 einschließen, der sich
um eine sekundäre
Achse 82 zwischen einer Ladeposition 90 und einer
Behandlungsposition 92 dreht. Die primären Drehachsen 60 und 84 können drehbar
mit dem sekundären
Drehzapfen 80 verbunden sein. In zumindest einer Ausführungsform
sind die primären
Drehachsen 60 und 84 an diametral entgegen gesetzten Stellen
so an dem sekundären
Drehzapfen 80 befestigt, dass sie sich um die sekundäre Achse 82 drehen
können.
Die sekundäre
Achse 82 ist im Wesentlichen sowohl zu der ersten primären Achse 64 als
auch zu der zweiten primären
Achse 86 parallel.
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Das
Kunststoffteil 10 ist in einer Ladeposition 90 an
der Fixiereinrichtung 16 positioniert. Das Kunststoffteil 10 kann
an der Fixiereinrichtung 16 manuell oder durch einen beliebigen
geeigneten automatisierten Prozess positioniert sein. Das Kunststoffteil 10 erfährt eine
Plasmabehandlung, durch die eine funktionalisierte Polymerschicht
auf der Außenoberfläche 12 gebildet
wird, wenn es sich in der Behandlungsposition 92 befindet.
Wände und
Trennplatten 94 können
verwendet werden, um feste Grenzen zwischen der Ladeposition 90 und
der Behandlungsposition 92 zu bilden und so eine abgeschlossene
Behandlungszelle zu bilden.
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Die
Vorrichtung kann des Weiteren Schienengerüstanordnungen 100 und 102 aufweisen.
Die Schienengerüstanordnungen 100 und 102 positionieren
die APAP-Düsen 120 und 122 nahe
der Außenoberfläche 12 und
bewegen sie relativ zu dieser.
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In
zumindest einer Ausführungsform
sind Roboter 110 und 112 beweglich mit den Schienengerüstanordnungen 100 und 102 verbunden.
In dieser Anordnung arbeiten die Roboter 110 und 112 mit
den Schienengerüstanordnungen 100 und 102 zusammen,
um die APAP-Düsen 120 und 122 an
der Außenoberfläche 12 zu
positionieren und sie entlang eines Pfades relativ zur Außenoberfläche 12 zu
bewegen. Alternativ dazu können
die Schienengerüstanordnungen 100 und 102 die
APAP-Düsen 120 und 122 auch
direkt und ohne Roboter 110 und 112 bewegen. In
einer weiteren Ausführungsform
können
die Roboter 110 und 112 stationär sein und ohne
Schienengerüstanordnungen 100 und 102 zur
Positionierung und Bewegung der APAP-Düsen 120 und 122 verwendet
werden.
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6 zeigt
eine Vorrichtung zur Plasmabehandlung eines Kunststoffteils 10.
Mehrere Fixiereinrichtungen 16 können kontinuierlich entlang
einer geradlinigen Plasmabehandlungsvorrichtung 150 bewegt
werden. In zumindest einer Ausführungsform
halten die Fixiereinrichtungen 16 an Mehrfachhaltestationen
entlang einer Bewegungsstrecke 152. Die Mehrfachhaltestationen
können
Indextafeln enthalten, um die Fixiereinrichtung 16 zwischen
verschiedenen Positionen zu bewegen.
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Mehrere
Roboter 30 können
neben der Bewegungstrecke 152 angeordnet sein. Die Roboter 30 können die
APAP-Düsen 20 positionieren,
relativ zur Außenoberfläche 12 bewegen
und die Außenoberfläche 12 mit
Plasmastrahlen 22 behandeln.
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In 7 ist
eine alternative Ausführungsform
einer Vorrichtung zur Plasmabehandlung eines Kunststoffteils 10 gezeigt.
Mehrere Fixiereinrichtungen 16 können sich kontinuierlich entlang
einer runden Plasmabehandlungsvorrichtung 160 bewegen.
Die runde Plasmabehandlungsvorrichtung 160 kann einen Ladebe reich 162 und
einen Entladebereich 164 aufweisen. Kunststoffteile 10 werden
in dem Ladebereich 162 an den Fixiereinrichtungen 16 positioniert.
Mehrere Roboter 30 können
zwischen dem Ladebereich 162 und dem Entladebereich 164 angeordnet
sein. Die Roboter 30 können
die APAP-Düsen 20 positionieren
und relativ zur Außenoberfläche 12 bewegen,
um sie mit Plasmastrahlen 22 zu behandeln und so eine funktionalisierte
Polymerschicht zu bilden. Die behandelten Kunststoffteile 10 können an
dem Entladebereich 164 entnommen und zu einer Lackierstraße 166 gebracht
werden, die sich bewegt, während
die Beschichtung auf die Kunststoffteile 10 aufgebracht
wird.
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In 8 ist
ein Verfahren zur Plasmabehandlung und Beschichtung eines Kunststoffteils
dargestellt. Das Kunststoffteil hat eine Außenoberfläche mit einer anfänglichen
Oberflächenenergie.
Zumindest ein Bereich der Außenoberfläche soll
mit einer Beschichtung versehen werden. Die Beschichtung kann ein
Lack oder eine Lackgrundierung sein, die nachfolgend mit einer Grundschicht,
einer Deckschicht und/oder einer Klarschicht beschichtet werden
kann. Der Begriff "Lack" soll hier breit
definiert sein und schließt
Ein- und Zweikomponenten-Systeme, Systeme auf Lösungsmittel- und Wasserbasis,
Polymer- und/oder Vorpolymersysteme, Haftvermittler und andere,
dem Fachmann bekannte und zur Beschichtung von Kunststoffen geeignete
Lacke ein. Alternativ dazu kann die Beschichtung eine Haftschicht
sein, die verwendet werden kann, um dekorative Laminate, Etiketten
und/oder andere geeignete Ergänzungen
am Kunststoffteil anzubringen. Die Haftschicht kann flüssig oder
fest sein, beispielsweise eine Klebefolie. In zumindest einer Ausführungsform
wird die Innenoberfläche
des Kunststoffteils plasmabehandelt, um ein Haftetikett an dieser
zu befestigen.
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Das
Verfahren umfasst ein Fixieren des Kunststoffteils in einem Schritt 200 mit
zumindest einem Bereich der Außenoberfläche und
im Wesentlichen innerhalb einer festgelegten Toleranz. Das Verfahren
umfasst in einem Schritt 202 des Weiteren eine Plasmabehandlung
des Abschnitts der Oberfläche,
die behandelt wird, um die Oberflächenenergie auf ein Niveau
zu bringen, das oberhalb der anfänglichen
Oberflächenenergie liegt.
Die Plasmabehandlung wird mit einer APAP-Düse durchgeführt.
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Die
Plasmabehandlung kann in einem Schritt 204 die Lenkung
eines Plasmastrahls durch die APAP-Düse auf den Bereich der Oberfläche beinhalten.
Der Plasmastrahl kann ein einzelnes Flächenstück funktionalisierten Polymers
auf der Außenoberfläche erzeugen.
Die Plasmabehandlung kann in einem Schritt 206 des Weiteren
die Bewegung der APAP-Düse
relativ zur Außenoberfläche entlang
eines Pfades beinhalten, um eine funktionalisierte Polymerschicht
mit mehreren Flächenstücken in
mehreren Übergängen der
Düse relativ
zur Außenoberfläche zu erzeugen.
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Das
Verfahren umfasst in einem Schritt 208 des Weiteren das
Aufbringen der Beschichtung auf den Bereich der Außenoberfläche. Die
Beschichtung kann gesprüht,
elektrostatisch gesprüht,
dispensiert, laminiert oder durch ein beliebiges anderes, dem Fachmann
bekanntes Verfahren aufgebracht werden.
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Die
Beschichtung weist eine Oberflächenenergie
auf, die im Wesentlichen die Oberflächenenergie der behandelten
Oberfläche
nicht überschreitet.
In zumindest einer Ausführungsform
liegt die Oberflächenenergie der
behandelten Oberfläche
im Bereich von circa 38 bis 72 Dyn/cm [38 bis 72·10–5 N/cm
oder 0,00038 bis 0,0072 N/cm]. Insbesondere kann die Oberflächenenergie
der Beschichtung in einem Bereich von circa 33 bis 67 Dyn/cm [33
bis 67·10–5 N/cm
oder 0,00033 bis 0,0067 N/cm] liegen. In zumindest einer Ausführungsform
ist die Oberflächenenergie
der Beschichtung geringer als die Oberflächenenergie der behandelten
Oberfläche.
In zumindest einer weiteren Ausführungsform
ist die Oberflächenenergie
der Beschichtung um mindestens 5 Dyn/cm [5·10–5 N/cm
oder 0,00005 N/cm] geringer als die Oberflächenenergie der behandelten
Oberfläche.
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Das
Verfahren umfasst in einem Schritt 210 des Weiteren ein
Aushärten
der Beschichtung. Aushärten ist
breit definiert und schließt
Polymerisierung, chemische Umwandlung der Reaktionspartner der Beschichtung,
Trocknung, Verschmelzung oder beliebige anderen physikalischen oder
chemischen Umwandlungen der Beschichtung ein.
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Entsprechend
einer Ausführungsform
kann das Kunststoffteil eine beschädigte, ausgehärtete Lackierung
an der Oberfläche
aufweisen, beispielsweise eine abgenutzte Stelle oder eine Beschädigung.
Eine Plasmabehandlung des beschädigten
Bereichs auf der Außenoberfläche mittels
der APAP-Düse
kann als Vorbehandlung vor der erneuten Lackierung der Außenoberfläche ein
geeignetes Verfahren zur Reparatur des beschädigten Bereichs darstellen.
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Entsprechend
einer weiteren Ausführungsform
kann das Kunststoffteil ein Formtrennmittel auf der Außenoberfläche aufweisen.
Das Formtrennmittel kann beispielsweise ein Stearat, ein Hydrokarbon,
eine Fettsäure
oder eine Silikonverbindung sein. Alternativ dazu kann das Formtrennmittel
ein Kratz- oder Gleitmittel sein, das dazu verwendet wird, den Reibungskoeffizienten
der Oberfläche
herabzusetzen. Während
des Verfahrens kann das Formtrennmittel durch den Plasmastrahl verdampft
werden.
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Entsprechend
einer weiteren Ausführungsform
umfasst das Verfahren des Weiteren einen Kraftwaschgang zumindest
des Bereichs der Außenoberfläche. Der
Kraftwaschgang kann entweder vor oder nach der Plasmabehandlung
der Außenoberfläche durchgeführt werden.
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Entsprechend
einer weiteren Ausführungsform
ist das Kunststoffteil ein Spritzgussteil mit Formgraten entsprechend
den Formtrennlinien. Der Plasmastrahl wird dazu benutzt, die Formgrate
vom Kunststoffteil zu entfernen. Alternativ dazu können die
Formgrate durch mechanische Mittel entfernt werden.
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In 9 ist
ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Plasmabehandlung und Beschichtung
eines Kunststoffteils gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung dargestellt. Das Kunststoffteil weist eine Außenoberfläche und
eine Innenoberfläche
auf. Zumindest ein Bereich der Außenoberfläche wird mit einer Beschichtung
versehen. Das Verfahren umfasst in einem Schritt 220 ein
Fixieren des Kunststoffteils. Das Fixieren des Kunststoffteils umfasst
in einem Schritt 222 ein Platzieren des Kunststoffteils
an einer Fixiereinrichtung, die in die Innenoberfläche eingreift.
Das Kunststoffteil wird in einem Schritt 224 relativ zur
Fixierein richtung mittels mehrerer Positionierungsteile, die sich
sowohl an der Fixiereinrichtung als auch am Kunststoffteil befinden, positioniert.
Das Kunststoffteil wird in einem Schritt 226 durch die
Fixiereinrichtung unterstützt,
wobei die Fixiereinrichtung mehrere voneinander beabstandet angeordnete
Unterstützungsteile
aufweist. Die Unterstützungsteile
sind so beschaffen, dass sie zu der Innenoberfläche des Kunststoffteils im
Bereich der Unterstützungsteile
passen. Das Kunststoffteil wird in einem Schritt 228 durch
mehrere Positionierungsteile, die sich an der Fixiereinrichtung
befinden, positioniert. Die Fixiereinrichtung positioniert, unterstützt und
hält das
Kunststoffteil, um den gewünschten
Bereich der Außenoberfläche innerhalb
der festgelegten Toleranz zu positionieren.
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Das
Verfahren umfasst in einem Schritt 240 des Weiteren eine
Plasmabehandlung zumindest des Bereichs der Außenoberfläche auf eine Oberflächenenergie
der behandelten Oberfläche
im Bereich von circa 38 bis 72 Dyn/cm [38 bis 72·10–5 N/cm
oder 0,00038 bis 0,00072 N/cm]. Die Plasmabehandlung schließt in einem Schritt 242 ein
Lenken eines Plasmastrahls durch die APAP-Düse
auf den Bereich des Kunststoffteils ein. Die APAP-Düse ist in
einem Abstand von ungefähr
2 bis 20 cm zu dem ausgewählten
Bereich positioniert. Der Plasmastrahl erzeugt ein einzelnes Flächenstück funktionalisierten
Polymers auf der Außenoberfläche. Die APAP-Düse wird
in einem Schritt 244 relativ zur Außenoberfläche entlang eines Pfades mit
einer Geschwindigkeit im Bereich von 50 bis 600 mm/s bewegt, um
eine funktionalisierte Polymerschicht mit mehreren Bereichen in
mehreren Arbeitszyklen der Düse
relativ zur Außenoberfläche zu erzeugen.
Die funktionalisierte Polymerschicht überdeckt zumindest den ausgewählten Bereich.
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Das
Verfahren beinhaltet des Weiteren in einem Schritt 250 das
Aufbringen der Beschichtung auf den ausgewählten Bereich. Die Beschichtung
weist eine Oberflächenenergie
im Bereich von circa 33 bis 67 Dyn/cm [33 bis 67·10–5 N/cm
oder 0,00033 bis 0,00067 N/cm]. Auf. Die Beschichtung wird anschließend in
einem Schritt 260 ausgehärtet.
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In
zumindest einer Ausführungsform
hat das Kunststoffteil eine anfängliche
Oberflächenenergie
unterhalb von 38 Dyn/cm [38·10–5 N/cm
oder 0,00038 N/cm].
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In
zumindest einer weiteren Ausführungsform
wird die APAP-Düse
5 bis 15 mm von der Außenoberfläche positioniert,
und die APAP-Düse
sowie die Außenoberflächen bewegen
sich in einer Geschwindigkeit von ungefähr 250 bis 350 mm/s relativ
zueinander.