DE102008009741B4

DE102008009741B4 - Verfahren und Vorrichtung zur elektrostatischen Beflockung von nicht-flächigen Substraten

Info

Publication number: DE102008009741B4
Application number: DE200810009741
Authority: DE
Inventors: Felix Hellmuth
Original assignee: Hellmuth Felix 96250
Current assignee: Hellmuth Felix 96250
Priority date: 2008-02-18
Filing date: 2008-02-18
Publication date: 2011-07-14
Anticipated expiration: 2028-02-19
Also published as: DE102008009741A1

Abstract

Verfahren zur elektrostatischen Beflockung von nicht-flächigen Substraten (2), insbesondere von Teilen zur Verwendung in der Automobilindustrie, a) bei dem Flockfasern (32) in einer Beflockungskabine (22) mittels eines elektrischen Feldes (26) auf das mit einer Kleberschicht (30) versehene Substrat (2) aufgebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass b) das Substrat (2) an einem Roboter (4) angebracht ist, c) das Substrat (2) mittels des Roboters (4) in die Beflockungskabine (22) einbringbar und wieder herausbringbar ist, d) das Substrat (2) bei der Beflockung zeitweise oder ständig in hochfrequente mechanische Schwingungen versetzt wird, d1) wobei die Schwingungen des Substrats (2) über eine mit dem Roboter (4) zusammenwirkende Schwingungserregervorrichtung (8) erregt werden, und d2) wobei die Frequenz der Schwingungen zeitweise oder ständig einer Eigenfrequenz des Substrats (2) entspricht, und e) das Substrat (2) mittels des Roboters (4) bei der Beflockung zeitweise oder ständig translatorisch innerhalb der Beflockungskabine (22) verschoben...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrostatischen Beflockung von nicht-flächigen Substraten, bei dem Flockfasern in einer Beflockungskabine mittels eines elektrischen Feldes auf ein mit einer Kleberschicht versehenes Substrat aufgebracht werden, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur elektrostatischen Beflockung von nicht-flächigen Substraten, insbesondere geeignet zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens, mit einer Beflockungskabine, in der Flockfasern mittels eines elektrischen Feldes auf ein mit einer Kleberschicht versehenes Substrat aufgebracht werden, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13.
Mit dem Begriff „elektrostatische Beflockung” wird ein elektrostatisch-mechanisch durchgeführtes Verfahren zum Aufbringen von geschnittenen oder gemahlenen synthetischen oder natürlichen Fasern, dem sogenannten Flock, auf ein mit Klebstoff beschichtetes und geerdetes Substrat bezeichnet. Je nach Art, Länge und Menge des Flockes kann eine velours-, samt- oder wildlederähnliche Oberfläche erzeugt werden. Als synthetische Faser wird häufig Polyamid, Kunstseide oder Polyester benutzt. Durch Beflocken werden insbesondere Teile in der Automobilindustrie beschichtet, beispielsweise Handschuhkästen, Ablagefächer, Türtaschen, Brillenfächer, Mittelkonsolen, Polstergewebe, Himmelauskleidungen, etc., neben vielfachen weiteren Anwendungen beispielsweise in der Möbel-, Spielzeug-, Textil- und Lederindustrie usw.
Je nach Anforderungen an mechanische Stabilität, Griff und Gebrauchsechtheit werden natürliche oder synthetische Textilfasern, aber auch Glas-, Carbon- oder Metallfasern auf eine definierte Länge zwischen 0,1 mm und 10 mm geschnitten. Anschließend werden die so gewonnenen Flockfasern mit einer Präparation versehen, die die elektrische Leitfähigkeit, die Trennfähigkeit und die Ausrichtung im elektrischen Feld beeinflussen. Aus einem Vorratsbehälter mit einem Siebboden schneit das Flockmaterial auf das zu beschichtende Substrat auf.
Beim elektrostatischen Beflocken fallen die Fasern durch ein Elektrodennetz und werden dabei elektrostatisch aufgeladen. Die Flockfasern richten sich entlang der elektrischen Feldlinien aus und bewegen sich auf das zu beschichtende Substrat zu, wobei sie aufgrund des elektrischen Feldes von dem geerdeten Substrat angezogen werden.
Aufgrund ihrer Ausrichtung im elektrischen Feld treffen die Flockfasern auf dem mit Kleber versehenen Substrat senkrecht auf. Anschließend wird der Klebstoff getrocknet und dadurch die Flockfasern dauerhaft verankert.
Die Beflockung von flächigen oder bandförmigen Substraten, wie Stoffbahnen oder Folien, lässt sich in der Regel sehr gut kontrollieren und mit einem gleichmäßigen Ergebnis durchführen. Bei der Beflockung von nicht-flächigen Substraten, bei denen Profile, Ecken oder sogar Hinterschnitte auftreten, wie es beispielsweise bei den erwähnten Teilen zur Verwendung in der Automobilindustrie üblicherweise der Fall ist, kann das Beflockungsergebnis beeinträchtigt sein, unter anderem durch einen aufgrund der Oberflächenkontur des Substrates veränderten Verlauf der elektrischen Feldlinien, d. h. durch Feldinhomogenitäten. Im Stand der Technik wird daher vorgeschlagen, die Feldgeometrie durch Zusatzelektroden entsprechend korrektiv zu beeinflussen.
In der DE 29 08 522 A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrostatischen Beflocken von Oberflächen langgestreckter Teile beschrieben, bei dem das Elektrodennetz der Kontur des zu beschichtenden Teiles angepasst ist und dieses teilweise umgibt. Dadurch entfällt zwar die Notwendigkeit einer Zusatzelektrode zur Feldbeeinflussung, jedoch wird die Gestaltung einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens kompliziert, da für unterschiedliche Teile jeweils das Elektrodennetz angepasst und geändert werden muss.
Verfahren und Vorrichtungen zur elektrostatischen Beflockung sind auch aus JP 59 147671 AA , DE 1560 694 A , US 2 903 376 A und WO 03/039765 A1 bekannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrostatischen Beflocken zu schaffen, mit dem bzw. der auf einfache Weise eine gleichmäßige Beschichtung, insbesondere ein gleichmäßiger Flockflor, in hoher Qualität auch auf Substraten mit komplexer Oberflächengeometrie aufgebracht werden kann.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung hinsichtlich des Verfahrens durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und hinsichtlich der Vorrichtung durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat an einem Roboter angebracht ist. Mittels dieses Roboters kann das Substrat in die Beflockungskabine eingebracht und wieder herausgebracht werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat bei der Beflockung zeitweise oder ständig in hochfrequente mechanische Schwingungen versetzt wird. Hierbei werden die Schwingungen des Substrats über eine mit Roboter zusammenwirkende Schwingungserregervorrichtung erregt. Die Schwingungserregervorrichtung kann ein elektrisch angesteuerter Elektromotor sein, der mittels eines Frequenzumrichters regelbar ist, insbesondere ein Schwingmotor, dessen Erregerfrequenz mittels eines Frequenzumrichters regelbar ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht die Frequenz der Schwingungen zeitweise oder ständig einer Eigenfrequenz des Substrats. Die Eigenfrequenz des Substrats ist diejenige Frequenz, in der das Substrat nach einer Anregung in Resonanz schwingt. In Abhängigkeit von der Form, dem Material und der Größe liegen typische Eigenfrequenzen der vorerwähnten Teile zum Einbau in Automobile in der Größenordnung von einigen kHz.
Festkörper können mehrere Schwingungsmoden, auch Eigenmoden genannt, besitzen. Jede Eigenmode hat die ihr zugeordnete Eigenfrequenz. Man spricht bei Eigenfrequenzen auch von den Eigenfrequenzen erster, zweiter oder höherer Ordnungen. Je höher die Ordnung, desto höher die Eigenfrequenz. Die Anregung des Substrats in einer Eigenfrequenz ermöglicht eine einfache Anregung, die wenig Anregungsenergie erfordert.
Ferner wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Substrat mittels des Roboters bei der Beflockung zeitweise oder ständig translatorisch innerhalb der Beflockungskabine verschoben.
Dabei kann das Substrat nacheinander oder in zeitlich getrennten Intervallen in verschiedene Richtungen translatorisch verschoben werden, insbesondere durch Bewegung in zueinander senkrecht stehende Richtungen, vorzugsweise durch Bewegungen entlang der Achsen eines kartesischen Koordinatensystems.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen insbesondere darin, dass durch die hochfrequenten mechanischen Schwingungen des Substrats im Beflockungsbereich die Verankerung der Flockfasern in der Kleberschicht verstärkt wird. Die Schwingungen des zu beschichtenden Substrats fördern das Eindringen der aufgeladenen Fasern in allen Bereichen des Substrats, auch in Bereichen mit geometriebedingten Feldinhomogenitäten, wie beispielsweise Hinterschnitte des Substrats. Die Fasern dringen besser und tiefer in die Kleberschicht ein, es erfolgt eine zusätzliche Verfestigung der Faser im Kleber. Dadurch lässt sich auch auf Substraten mit einer schwierigen Oberflächengeometrie ohne weitere Nachbehandlung eine Flockschicht mit einer gleichbleibend hohen Qualität und gleichmäßigen Flordichte herstellen.
Die Erregung zu hochfrequenten Schwingungen des Substrats kann dabei kontinuierlich während der gesamten Dauer des Beflockungsprozesses erfolgen, oder aber diskontinuierlich. In letzterem Fall könnte die hochfrequente Schwingung beispielsweise in mehreren kurz andauernden Intervallen mit einem dazwischen liegenden zeitlichen Abstand von einigen Sekunden angeregt werden. Vorteilhaft an letzterer Variante ist die geringe mechanische Belastung des Substrats.
Eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das Substrat nacheinander oder in zeitlich getrennten Intervallen in Schwingungen unterschiedlicher Frequenzen versetzt wird. Hierbei entsprechen die unterschiedlichen Frequenzen bevorzugt jeweils zumindest in etwa verschiedenen Eigenfrequenzen des Substrats.
In einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform liegt die Bewegungsgeschwindigkeit bei den genannten translatorischen Bewegungen im Bereich mehrerer hundert mm/s liegt, insbesondere vorteilhaft ist es, wenn die Bewegungsgeschwindigkeit im Bereich von 100 mm/s bis 1.600 mm/s liegt, vorzugsweise im Bereich von 500 mm/s und 1500 mm/s, weiter vorzugsweise im Bereich von 800 mm/s bis 1.000 mm/s.
Die schnellen linearen Bewegungen des Substrats, beispielsweise in Richtung der X-Achse, der Y-Achse und/oder der Z-Achse, bewirken eine weitere Verbesserung des Eindringens der Flockfasern in die Kleberschicht auf der Substratoberfläche, insbesondere auch bei komplex geformten Oberflächen an schwer zugänglichen Stellen, wie beispielsweise an Hinterschnitten.
Gemäß einer Weiterbildung können die translatorischen Verschiebungen des Substrats derart erfolgen, dass jede zu beflockende außen liegende Teilfläche des Substrats wenigstens einmal eine zumindest im Wesentlichen der Bewegung der Flockfasern entgegen gerichtete Bewegung ausführt.
Insbesondere bei der serienmäßigen Beflockung von Teilen der Automobilindustrie kann das zu beschichtende Substrat beispielsweise von einem Linear- oder Sechsachsenroboter aufgenommen werden.
Zur Anbringung bzw. Fixierung des Substrats an dem Roboter kann eine Haltevorrichtung, insbesondere umfassend eine Spanneinheit (beispielsweise ein Fingergreifer) und/oder eine Saugvorrichtung (beispielsweise ein Sauggreifer), vorgesehen sein. Mit dieser Haltevorrichtung kann dann die Schwingungserregervorrichtung, beispielsweise ein elektrisch angesteuerter Schwingmotor, zusammenwirken, der das von dem Greifer gehaltene Substrat in Eigenschwingungen versetzt. Dazu ist der Schwingmotor vorzugsweise frequenzgesteuert ausgeführt, so dass die dem jeweiligen Substrat innewohnende Eigenfrequenz eingestellt werden kann.
Wenn das Substrat, wie oben erwähnt, von einem Sechsachsenroboter aufgenommen wird, so sind die linearen Bewegungen des Substrats mittels programmierbarer Bewegungen des Roboterarms einfach zu realisieren. Die Bewegungsbahn kann dabei individuell dem jeweiligen Substrat angepasst werden. Bewegungen in Richtung der X-Achse und/oder der Y-Achse und/oder der Z-Achse können nacheinander, oder gleichzeitig ausgeführt werden. Sie können vorteilhafterweise so aufeinander abgestimmt werden, dass jede zu beschichtende Teilfläche des Substrats wenigstens einmal eine schnelle Bewegung senkrecht auf die Netzelektrode und die von dort herausrieselnden Flockfasern zu macht.
Durch die Kombination der anliegenden hochfrequenten Schwingung des Substrats mit den gleichzeitig ausgeführten schnellen Bewegungen des Substrats in dem elektrischen Feld wird das Eindringen der Flockfasern in die Kleberschicht an allen Stellen des Substrats unterstützt, auch bei schwierigen Geometrien, so dass dadurch auch bei Substraten mit komplex geformter Oberfläche ohne jede weitere Nachbehandlung eine Beflockung von einer gleichbleiben hohen Qualität herstellbar ist.
In einer weiter vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Substrat bei der Beflockung zusätzlich wenigstens zeitweise gedreht, d. h. das Substrat führt, beispielsweise mittels des Roboters, eine Rotationsbewegung aus. Damit wird das Eindringen der Flockfasern an entfernt liegenden Stellen der Substratoberfläche weiter unterstützt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung, die insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet oder ausgebildet ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat an einem Roboter, insbesondere einem Linear- oder Sechsachsenroboter, angebracht ist und mittels des Roboters in die Beflockungskabine einbringbar und wieder herausbringbar ist. Ferner ist eine Schwingungserregervorrichtung vorgesehen, die direkt oder über den Roboter an das Substrat angekoppelt ist, zur Versetzung des Substrats in hochfrequente mechanische Schwingungen.
Weiter ist vorgesehen, dass die Frequenz der Schwingungen zeitweise oder ständig einer Eigenfrequenz des Substrats entspricht.
Ferner ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Roboter ausgebildet zur Ausführung von translatorischen Bewegungen des Substrats in der Beflockungskabine, insbesondere in verschiedene Richtungen, vorzugsweise in zueinander senkrecht stehende Richtungen und/oder entlang der Achsen eines kartesischen Koordinatensystems. Insbesondere kann der Roboter ausgebildet sein zur Ausführung der translatorischen Verschiebung des Substrats mit einer Bewegungsgeschwindigkeit im Bereich mehrerer hundert mm/s oder zwischen 100 mm/s und 1.600 mm/s, vorzugsweise zwischen 500 mm/s und 1.500 mm/s, insbesondere im Bereich von 800 mm/s bis 1.000 mm/s.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den vorstehend erläuterten Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Schwingungserregervorrichtung kann dazu ausgebildet sein, das Substrat kontinuierlich während der Dauer der Beflockung in hochfrequente mechanische Schwingungen zu versetzen. Alternativ kann die Schwingungserregervorrichtung auch dazu ausgebildet sein, das Substrat während der Dauer der Beflockung diskontinuierlich, also nur in zeitlich begrenzten Intervallen, in hochfrequente mechanische Schwingungen zu versetzen.
Die Schwingungserregervorrichtung kann auch dazu ausgebildet sein, das Substrat nacheinander oder in zeitlich getrennten Intervallen in Schwingungen unterschiedlicher Frequenzen zu versetzen, wobei die unterschiedlichen Frequenzen vorzugsweise jeweils zumindest in etwa verschiedenen Eigenfrequenzen des Substrats entsprechen.
Gemäß einer Weiterbildung umfasst die Schwingungserregervorrichtung einen elektrisch angesteuerten Elektromotor, der mittels eines Frequenzumrichters regelbar ist, insbesondere einen Schwingmotor, dessen Erregerfrequenz mittels eines Frequenzumrichters regelbar ist.
Der Roboter kann dazu ausgebildet sein, das Substrat derart translatorisch zu bewegen, dass jede zu beflockende außen liegende Teilfläche des Substrats wenigstens einmal eine zumindest im Wesentlichen der Bewegung der Flockfasern entgegen gerichtete Bewegung ausführt.
Des Weiteren kann der Roboter ausgebildet sein zur Ausführung von Rotationsbewegungen des Substrats im Beflockungsbereich.
Ferner kann der Roboter zur Anbringung bzw. Fixierung des Substrats eine Haltevorrichtung, insbesondere umfassend eine Spanneinheit und/oder eine Saugvorrichtung, aufweisen. Hierbei kann die Schwingungserregervorrichtung zur Versetzung des Substrats in hochfrequente mechanische Schwingungen mit der Haltevorrichtung zusammenwirken.
Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen
1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
2 schematisch eine Detailansicht der Vorrichtung nach 1 mit einem beflockten Substrat, welches einen Hinterschnitt aufweist.
Einander entsprechende Komponenten und Teile sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens der elektrostatischen Beflockung. Das zu beschichtende Substrat 2 ist an dem freien Ende eines Armes eines Roboters 4 mittels eines als Haltevorrichtung dienenden Sauggreifers 6 gehalten. Es könnte auch eine Spanneinheit oder ein anderweitig ausgebildetes, für die Halterung und Handhabung des Substrates geeignetes Haltewerkzeug sein.
Das Substrat 2 ist schematisch als quaderförmiger Körper dargestellt, dessen äußere Oberfläche mit einer Kleberschicht 30 bedeckt ist. Ein sehr wichtiges Einsatzgebiet des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt bei der Beflockung von Einbauteilen für die Automobilindustrie, beispielsweise Handschuhkästen, Ablagefächer, Türtaschen, Brillenfächer, Mittelkonsolen usw.
Die Beschichtung erfolgt in einer einseitig durch eine Zugangsöffnung 23 zugänglichen Kabine 22. Dort befindet sich ein Vorratsbehälter 12 für die Flockfasern 32. Es handelt sich dabei beispielsweise um PA66 Schnittflock. Der Vorratsbehälter 12 ist mit einer Dosiervorrichtung 14, beispielsweise einer Förderschnecke, ausgestattet, die dafür sorgt, dass die Flockfasern gleichmäßig aus dem Vorratsbehälter 12 heraus durch einen Maschenboden 15 nach unten fallen.
Die Flockfasern fallen durch das Netz einer Gitterelektrode 16, welche über eine Hochspannungsversorgung 18 auf hohem elektrischen Potential, insbesondere etwa in der Größenordnung von 10 kV bis 100 kV, beispielsweise etwa 70 kV, liegt. Beim Durchfallen der Gitterelektrode 16 werden die Flockfasern elektrostatisch aufgeladen. Das zu beschichtende Substrat 2 ist über eine Erdungsleitung 20 geerdet, so dass sich zwischen der Gitterelektrode 16 und dem zu beschichtenden Substrat ein elektrostatisches Feld 26 ausbildet. Die Feldstärke kann durch Wahl der Hochspannung und des Abstandes zwischen der Gitterelektrode 16 und dem Substrat 2 auf Werte eingestellt werden, die beim elektrostatischen Beschichten bekannt und üblich sind, beispielsweise zwischen 1 kV/cm und 8 kV/cm.
Das Substrat kann mit dem Roboterarm 4 durch die Zugangsöffnung 23 hindurch in das Inneren der Kabine 22, in dem sich auch die elektrostatisch geladenen Flockfasern befinden, hinein gefahren und auch wieder herausgefahren werden.
Das Substrat 2 ist an den zu beschichtenden Stellen mit einer Klebstoffschicht versehen. Vorteilhafterweise ist der Klebstoff elektrisch leitend, damit auch bei Substraten aus elektrisch isolierendem Material, beispielsweise Kunststoff, eine elektrostatische Beflockung stattfinden kann.
Das auf Erdpotential liegende Substrat 2 zieht die beim Durchgang durch die Gitterelektrode 16 elektrostatisch aufgeladenen Flockfasern an, und diese dringen im Wesentlichen senkrecht zu der Substratoberfläche in den Klebstoff ein.
Das aufgespannte Substrat 2 wird mittels eines elektrisch ansteuerbaren Schwingmotors 8 in mechanische Schwingungen versetzt. Der Schwingmotor 8 ist an der Haltevorrichtung 6 angebracht und wirkt mit dieser zusammen zur Schwingungserregung des Substrates 2. Der Schwingmotor 8 kann mit Hilfe eines Frequenzumrichters 10, welcher räumlich in der Nähe der Robotersteuerung angebracht sein kann, in an sich bekannter Weise in seiner Frequenz geregelt werden. Die Verbindungsleitungen zwischen dem Schwingmotor 8 und dem Frequenzumrichter 10 verlaufen in an sich bekannter Weise entlang des Roboterarmes.
Die auf das Substrat 2 durch den Schwingmotor 8 aufgebrachte Schwingung wird auf eine Frequenz geregelt, die einer Eigenfrequenz des Substrates entspricht. Bei einer Eigenfrequenz schwingt das Substrat in Resonanz, weshalb dann nur wenig Anregungsenergie erforderlich ist.
Durch die hochfrequente Eigenschwingung des Substrates 2 wird das Eindringen der Fasern in die Kleberschicht unterstützt und die Befestigung bzw. Verankerung der Fasern in der Kleberschicht dadurch verstärkt. Es kann dann auch an Stellen mit geringer Feldstärke an der Oberfläche, etwa an abgewandten Seiten oder an Hinterschnitten des Substrates, wo die elektrostatische Anziehung der Flockfasern in Richtung zu der Kleberschicht hin nicht stark genug ausgeprägt ist, um eine feste Verbindung der Flockfaser mit der Kleberschicht zu gewährleisten, ein tiefes Eindringen der Flockfasern in die Kleberschicht erreicht werden, nämlich durch die mechanische Unterstützung aufgrund der hochfrequenten Eigenschwingung des Substrates 2.
Das Substrat kann bereits beim Einfahren in die Kabine 22 in Schwingung versetzt sein. Eine Variante der Prozessführung besteht darin, dass das Substrat erst dann in Schwingungen versetzt wird, wenn es sich im elektrischen Feld 26 befindet. Eine noch weitere Variante der Prozessführung kann vorsehen, dass die Erregung des Substrates 2 zu hochfrequenten Eigenschwingungen nur in kurzen Intervallen während der Beflockung erfolgt, mit dazwischen liegenden Schwingungspausen, so dass eine diskontinuierliche Schwingungsanregung eingestellt wird. Dies könnte sich bei mechanisch empfindlichen Substraten als günstig erweisen, da diese dann der Belastung einer Resonanzschwingung nicht über einen längeren Zeitraum hin ausgesetzt wären.
Eine weitere Variante der Prozessführung kann darin bestehen, dass das Substrat nacheinander zu Schwingungen in verschiedenen Eigenmoden, also bei unterschiedlichen Eigenfrequenzen, angeregt wird. Die elektronische Frequenzregelung des Schwingmotors 8 macht dies möglich. Gerade bei komplex geformten Substraten kann sich das Schwingverhalten des Substrates bei unterschiedlichen Eigenmoden unterscheiden. So kann beispielsweise der Ort maximaler Schwingungsamplitude bei verschiedenen Eigenfrequenzen an unterschiedlichen Stellen des Substrates liegen. Somit bietet diese Variante der Prozessführung die Möglichkeit, noch zielgenauer an Problemstellen des Substrates die Befestigung der Flockfasern in der Kleberschicht zu optimieren.
Um jegliche dreidimensionalen Geometrien beflocken zu können, sogar hinterschnittene Kanten, führt die Bewegungseinheit, hier der Arm des Roboters 4, in dem elektrischen Feld 26 lineare Bewegungen in der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse aus, angedeutet durch das kartesische Koordinatensystem 24 in 1. Die Bewegungsgeschwindigkeit ist hoch, sie liegt beispielsweise im Bereich zwischen 800 mm/s und 1000 mm/s. Die schnelle Linearbewegung unterstützt ebenfalls das Eindringen der Flockfasern in die Kleberschicht, auch an unzugänglichen Stellen wie an Hinterschnitten.
Durch die Verwendung eines Roboters kann die schnelle Linearbewegung des Substrates einfach durch entsprechende Programmierung der Bewegungsbahn des Roboterarmes realisiert werden.
Zusätzlich zu der schnellen Linearbewegung kann das Substrat 2 auch noch gedreht werden, angedeutet durch den eine Drehbewegung veranschaulichenden Pfeil 38. Durch das Drehen können Flockfasern noch zuverlässiger auch an abgeschattete Teile der Substratoberfläche gelangen.
Die 2 veranschaulicht die sehr guten Beschichtungsergebnisse, die sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielen lassen, am Beispiel eines profilierten Substrates mit einem Hinterschnitt 34. Die der Gitterelektrode 16 abgewandte Fläche des Substrates 2 ist von den Feldlinien 28 des elektrischen Feldes relativ gut abgeschirmt. Dennoch erfolgte dort eine sehr gleichmäßige und homogene Beschichtung mit den Flockfasern 32, diese sind auch hier sehr gut in der Kleberschicht 30 verankert.
Gleiches gilt für die Stelle des Hinterschnittes 34. In diesem Bereich herrscht eine starke Feldinhomogenität. Dennoch ist durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch hier eine homogene und dichte Belegung des Substrates mit Flockfasern 32 und ein tiefes Eindringen der Flockfasern 32 in die Kleberschicht 30 erreicht worden.
Möglich wurde dies durch die Kombination einer hochfrequenten Schwingung des Substrates 2 in einer Eigenfrequenz, angedeutet durch die Pfeile 36, welche die Schwingung des Substrates 2 in zwei verschiedenen Schwingungsmoden symbolisieren sollen, und der gleichzeitig ausgeführten schnellen Bewegungen des Substrates 2 im elektrischen Feld 26.
Selbstverständlich lässt sich das beschriebene Verfahren auch mit anderen Vorrichtungen realisieren, die als Handhabungsvorrichtung keinen Roboter aufweisen, sondern beispielsweise einen konventionellen Handhabungsautomaten, der das Substrat in wenigstens drei Achsen verschieben kann.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zum Beflocken
2: Substrat
4: Handhabungsvorrichtung, Roboter
6: Haltevorrichtung
8: Schwingungserregungsvorrichtung
10: Frequenzumrichter
12: Vorratsbehälter
14: Dosiervorrichtung mit Maschenboden
15: Maschenboden
16: Gitterelektrode
18: Hochspannungsversorgung
20: Erdung
22: Kabine
23: Zugangsöffnung
24: Koordinatensystem der translatorischen Verschiebung
26: elektrisches Feld
28: Feldlinien
30: Kleberschicht
32: Flockfasern
34: Hinterschnitt
36: hochfrequente Schwingung
38: Drehbewegung

Claims

Verfahren zur elektrostatischen Beflockung von nicht-flächigen Substraten (2), insbesondere von Teilen zur Verwendung in der Automobilindustrie, a) bei dem Flockfasern (32) in einer Beflockungskabine (22) mittels eines elektrischen Feldes (26) auf das mit einer Kleberschicht (30) versehene Substrat (2) aufgebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass b) das Substrat (2) an einem Roboter (4) angebracht ist, c) das Substrat (2) mittels des Roboters (4) in die Beflockungskabine (22) einbringbar und wieder herausbringbar ist, d) das Substrat (2) bei der Beflockung zeitweise oder ständig in hochfrequente mechanische Schwingungen versetzt wird, d1) wobei die Schwingungen des Substrats (2) über eine mit dem Roboter (4) zusammenwirkende Schwingungserregervorrichtung (8) erregt werden, und d2) wobei die Frequenz der Schwingungen zeitweise oder ständig einer Eigenfrequenz des Substrats (2) entspricht, und e) das Substrat (2) mittels des Roboters (4) bei der Beflockung zeitweise oder ständig translatorisch innerhalb der Beflockungskabine (22) verschoben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) kontinuierlich während der Dauer der Beflockung in hochfrequente mechanische Schwingungen versetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) während der Dauer der Beflockung diskontinuierlich, also nur in zeitlich begrenzten Intervallen, in hochfrequente mechanische Schwingungen versetzt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) nacheinander oder in zeitlich getrennten Intervallen in Schwingungen unterschiedlicher Frequenzen versetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Frequenzen jeweils verschiedenen Eigenfrequenzen des Substrats (2) entsprechen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungserregervorrichtung (8) einen elektrisch angesteuerten Elektromotor, der mittels eines Frequenzumrichters regelbar ist, umfasst, insbesondere einen Schwingmotor, dessen Erregerfrequenz mittels eines Frequenzumrichters (10) regelbar ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) nacheinander oder in zeitlich getrennten Intervallen in verschiedene Richtungen translatorisch verschoben wird, insbesondere durch Bewegung in zueinander senkrecht stehende Richtungen, vorzugsweise durch Bewegungen entlang der Achsen eines kartesischen Koordinatensystems.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die translatorische Verschiebung des Substrats (2) teilweise oder ständig mit einer Bewegungsgeschwindigkeit im Bereich mehrerer hundert mm/s oder zwischen 100 mm/s und 1.600 mm/s liegt, insbesondere im Bereich von 800 mm/s bis 1.000 mm/s.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die translatorischen Verschiebungen des Substrats (2) derart erfolgen, dass jede zu beflockende außenliegende Teilfläche des Substrats (2) wenigstens einmal eine zumindest im Wesentlichen der Bewegung der Flockfasern entgegengerichtete Bewegung ausführt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) bei der Beflockung zeitweise oder ständig mittels des Roboters (4) eine Rotationsbewegung ausführt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (4) ein Linear- oder Sechsachsenroboter ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Anbringung des Substrats (2) an dem Roboter (4) eine Haltevorrichtung (6), insbesondere umfassend eine Spanneinheit und/oder eine Saugvorrichtung, vorgesehen ist.
Vorrichtung zur elektrostatischen Beflockung von nicht-flächigen Substraten (2), insbesondere von Teilen zur Verwendung in der Automobilindustrie, a) mit einer Beflockungskabine (22), in der Flockfasern (32) mittels eines elektrischen Feldes (26) auf das mit einer Kleberschicht (30) versehene Substrat (2) aufgebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass b) das Substrat (2) an einem Roboter (4) angebracht ist und mittels des Roboters (4) in die Beflockungskabine (22) einbringbar und wieder herausbringbar ist, c) dass eine Schwingungserregervorrichtung (8) vorgesehen ist, die direkt oder über den Roboter (4) an das Substrat angekoppelt ist, zur Versetzung des Substrats (2) in hochfrequente mechanische Schwingungen, d) wobei die Frequenz der Schwingungen zeitweise oder ständig einer Eigenfrequenz des Substrats (2) entspricht, und e) das der Roboter (4) ausgebildet ist zur Ausführung von translatorischen Bewegungen des Substrats (4) in der Beflockungskabine (22).
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungserregervorrichtung (8) dazu ausgebildet ist, das Substrat (2) kontinuierlich während der Dauer der Beflockung in hochfrequente mechanische Schwingungen zu versetzen.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungserregervorrichtung (8) dazu ausgebildet ist, das Substrat (2) während der Dauer der Beflockung diskontinuierlich, also nur in zeitlich begrenzten Intervallen, in hochfrequente mechanische Schwingungen zu versetzen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungserregervorrichtung (8) dazu ausgebildet ist, das Substrat (2) nacheinander oder in zeitlich getrennten Intervallen in Schwingungen unterschiedlicher Frequenzen zu versetzen.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Frequenzen jeweils verschiedenen Eigenfrequenzen des Substrats (2) entsprechen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungserregervorrichtung (8) einen elektrisch angesteuerten Elektromotor, der mittels eines Frequenzumrichters (10) regelbar ist, umfasst, insbesondere einen Schwingmotor, dessen Erregerfrequenz mittels eines Frequenzumrichters (10) regelbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (4) ausgebildet ist zur Ausführung von translatorischen Bewegungen des Substrats (4) im Beflockungsbereich in verschiedene Richtungen, vorzugsweise in zueinander senkrecht stehende Richtungen und/oder entlang der Achsen eines kartesischen Koordinatensystems.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (4) ausgebildet ist zur Ausführung der translatorischen Verschiebung des Substrats (2) teilweise oder ständig mit einer Bewegungsgeschwindigkeit im Bereich mehrerer hundert mm/s oder zwischen 100 mm/s und 1.600 mm/s, insbesondere im Bereich von 800 mm/s bis 1.000 mm/s.
Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (4) dazu ausgebildet ist, das Substrats (2) derart translatorisch zu bewegen, dass jede zu beflockende außen liegende Teilfläche des Substrats (2) wenigstens einmal eine zumindest im Wesentlichen der Bewegung der Flockfasern entgegen gerichtete Bewegung ausführt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (4) ausgebildet ist zur Ausführung von Rotationsbewegungen des Substrats (4) in der Beflockungskabine (22).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (4) ein Linear- oder Sechsachsenroboter ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (4) zur Anbringung des Substrats (2) eine Haltevorrichtung (6), insbesondere umfassend eine Spanneinheit und/oder eine Saugvorrichtung, aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungserregervorrichtung (8) zur Versetzung des Substrats (2) in hochfrequente mechanische Schwingungen mit der Haltevorrichtung (6) zusammenwirkt.