DE102008058556A1

DE102008058556A1 - Verfahren zur Trockenbeschichtung

Info

Publication number: DE102008058556A1
Application number: DE200810058556
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Proestler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-11-21
Filing date: 2008-11-21
Publication date: 2010-05-27
Also published as: WO2010057470A3; DE112009003380A5; WO2010057470A2; DE112009003380B4

Abstract

Verfahren zum Beschichten der Oberflächen eines Gegenstandes aus schmelzbarem Material mit farbigen Linien und Flächen durch Auftragen einer Farbschicht und dann Anschmelzen der Farbschicht und/oder der Oberfläche des Gegenstandes im Bereich der Linien und Flächen durch Erhitzen mittels einer gerichteten Wärmequelle und dann Entfernen der übrigen Farbschicht, wobei die Farbschicht aus einem Farbpulver besteht, das Farbpigmente und ein Trägermaterial enthält, und zuerst trocken aufgebaut wird und dann im Bereich der Linien und Flächen erhitzt wird und dann von den übrigen Bereichen wieder trocken entfernt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Beschichten der Oberflächen eines Gegenstandes aus schmelzbarem Material mit farbigen Linien und Flächen durch Auftragen einer Farbschicht und dann Anschmelzen der Farbschicht und/oder der Oberfläche des Gegenstandes im Bereich der Linien und Flächen durch Erhitzen mittels einer gerichteten Wärmequelle und dann Entfernen der übrigen Farbschicht.
Zum Aufbringen von Schriftzeichen, Symbolen, Grafiken und Dekorationen von Gegenständen aller Art ist das Auftragen einer Farbschicht aus einer pastösen Masse, die anschließend trocknet, seit sehr langer Zeit bekannt. Bekannt ist es auch, die Haftfähigkeit dieser Farbschicht zu erhöhen, indem nach der Beschichtung der Gegenstand mitsamt der Farbschicht erhitzt wird. Ein Beispiel ist das Glasieren von Keramikgegenständen.
Wenn ein Gegenstand nicht vollflächig beschichtet werden soll, sondern nur Linien und Flächen aufgebracht werden sollen, die scharfkantig begrenzt sein müssen, so wird die Begrenzung durch selektives Auftragen der pastösen Farbmasse erreicht, wie z. B. durch einen Pinsel oder durch einen Druckvorgang, also das Aufdrücken einer Farbtragenden Schicht, die die Abmessungen der gewünschten farbigen Fläche hat.
Ein anderes bekanntes Verfahren zum selektiven Auftragen einer Farbschicht ist ein Tintenstrahldrucker. Ein pulsierender Tintenstrahl erzeugt zahlreiche, nebeneinander gelegte Bildpunkte, die zu einer farbigen Fläche ineinander verfließen. Eine wesentliche Einschränkung dieses Verfahrens ist, dass die Arbeitstemperatur des Farbstoffes beim Aufbringen nicht frei gewählt werden kann, sondern vom Arbeitsprinzip des Tintenstrahldruckers bestimmt ist. Wenn der ausgestoßene Tintenstrahl auf einer Oberfläche aufgetroffen ist, dann hängt die Haftfähigkeit der Farbschicht nur davon ab, wie die Tinte und die Oberfläche des zu beschichtenden Materials miteinander reagieren. Eine Beeinflussung des Farbpunktes ist ausgeschlossen, sobald die Tinte die Düse des Tintenstrahldruckers verlassen hat.
Ein anderes Verfahren, farbige Linien und Flächen aufzubringen und dauerhaft zu fixieren, wird in der Patentschrift DD 278 130 , Matthias Kupka beschrieben. Auf eine Glasfläche wird eine „resistente Einschmelzfarbe” aufgebracht. Ein Laserstrahl erhitzt alle zum Einfärben bestimmten Linien und Flächen für 30 bis 60 Millisekunden so stark, dass die Einschmelzfarbe und die Oberfläche der darunter befindlichen Glasfläche in einen mischungsfähigen, viskosen Zustand gebracht werden und vollflächig miteinander verschmelzen.
Anschließend wird von den nicht zu färbenden Bereichen der Oberfläche die nunmehr überschüssige Farbschicht abgewaschen. Zurück bleibt nur der angeschmolzene Bereich der ehemaligen Farbschicht als farbige Linien und Flächen.
Ein wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens ist, dass die Farbschicht ein Lösungsmittel, wie z. B. Wasser enthält, das mit dem zu beschichtenden Gegenstand reagieren kann, ihn z. B. zum Aufquellen bringt.
Andere Lösungsmittel können unerwünschte Wirkungen auf die menschliche Gesundheit, auf die Stabilität des zu beschichtenden Gegenstandes oder auf andere, vom Lösungsmittel kontaminierte Gegenstände haben. Ein weiterer Nachteil ist die eingeschränkte Lagerungsmöglichkeit, da das prinzipiell sehr leicht verdampfende Lösungsmittel auch mitunter bereits während der Lagerung der Farbe unerwünschter Weise als Gas ausdiffundiert, sodass die Farbe nicht mehr verwendbar ist.
Ein ebenfall sehr störender Nachteil des oben genannten Prinzips ist, dass die Farbe in den nicht zu färbenden Bereichen der Oberfläche abgewaschen werden muss, wozu Wasser oder ein anderes geeignetes Lösungsmittel erforderlich ist. Dadurch wird die Kontaminierung des Gegenstandes mit Lösungsmitteln weiter verstärkt.
Auf diesem Hintergrund hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Beschichtung von Oberflächen mit Linien und abgegrenzten Flächen zu entwickeln, für das ein sehr lange lagerfähiger Farbstoff verwendet wird, der in kurzer Zeit aufgetragen, an den gewünschten Flächen fixiert und von den nicht zu färbenden Flächen sehr schnell wieder entfernt wird.
Als Lösung präsentiert die Erfindung, dass die Farbschicht aus einem Farbpulver besteht, dass Farbpigmente und ein Trägermaterial enthält und zuerst trocken aufgebaut wird und dann im Bereich der Linien und Flächen erhitzt wird und dann von den übrigen Bereichen wieder trocken entfernt wird.
Das entscheidende Merkmal der Erfindung ist also die Verwendung von Pulver zum Aufbau der Farbschicht. Ein wichtiger Vorteil ist, dass dieses Pulver zu seiner Verarbeitung nicht weiter aufbereitet werden muss. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich zahlreiche Werkstoffe, wie z. B. Kunststoff, in Form eines feinen Pulvers beim Aufbringen auf eine Oberfläche elektrostatisch aufladen, weil sie sich an der Wand des Behälters und an der Austrittsöffnung oder an der Düse reiben und dadurch an dem zu beschichtenden Gegenstand haften.
Diese Wirkung beschränkt sich jedoch auf einen sehr geringen Abstand von der Oberfläche. Dadurch reguliert sich die Pulverschicht selbsttätig über die gesamte Oberfläche des zu beschichtenden Gegenstandes hinweg auf eine gleichmäßige Schichtdicke.
Das Auftragen eines Pulvers benötigt im Gegensatz zum Auftragen von Farbstoffnebeln mit Lösungsmitteln keine zusätzliche Zeit und keine zusätzliche Wärmequelle um abzutrocknen. Vielmehr kann der nächste Schritt des Prozesses sofort erfolgen, nämlich die selektive Erhitzung der Flächen und der Linien, die gefärbt werden sollen, durch eine gerichtete Wärmequelle, wie z. B. einen Laserstrahl.
Diese Wärmequelle kann in drei Varianten wirken: Wenn die Schmelzpunkte des Gegenstandes und des Farbpulvers in einem ähnlichen Bereich liegen, ist es sinnvoll, nicht nur das Farbpulver zu schmelzen, sondern auch – über das Farbpulver als Wärmeleiter – die Oberfläche des zu beschichtenden Gegenstandes zu verflüssigen, jedoch nur bis zu einer sehr geringen Eindringtiefe. Dadurch verbindet sich die flüssige Farbschicht mit der angeschmolzenen Oberfläche des Gegenstandes sehr innig– ähnlich einer Schweißverbindung – wodurch die Beschichtung besonders dauerhaft auf dem Gegenstand haftet.
Die zweite Möglichkeit ist, dass die Farbpulverschicht schmilzt, aber die Oberfläche des zu beschichtenden Gegenstandes nicht schmilzt oder nur erweicht wird. Dann werden die Elemente der Farbschicht jedoch ganz exakt der Oberfläche des Gegenstandes angepasst und dringen in Vertiefungen und Öffnungen der Oberflächenstruktur ein, wodurch sie ebenfalls darauf haften.
Die dritte Möglichkeit ist, dass nur die Oberfläche des Gegenstandes anschmilzt, nicht aber die Partikel des Farbpulvers, die dann von den flüssigen Bestandteilen der Oberfläche des Gegenstandes teilweise umschlossen werden und dadurch haften.
Die Auswahl einer dieser drei Methoden wird von der Materialpaarung zwischen Farbpulver und Material des Gegenstandes bestimmt. Zu bevorzugen ist die Variante, dass sowohl die Oberfläche als auch das Farbpulver schmilzt und sich in einem Bereich beiderseits der Trennlinie miteinander vermischen.
Das verwendete Farbpulver enthält stets Farbpigmente und ein Trägermaterial. In den meisten Fällen werden die Farbpigmente und das Trägermaterial verschiedene Werkstoffe sein. In die Erfindung ist jedoch ausdrücklich eingeschlossen, dass das Trägermaterial selbst auch die Funktion eines Farbpigmentes übernehmen kann. Darüber hinaus kann – je nach Anwendung – das Farbpulver noch weitere Bestandteile enthalten, wie z. B. einen medizinischen Wirkstoff für die Herstellung von Tabletten. Denkbar ist auch, dass die Farbintensität der Pigmente sehr gering ist oder gegen Null geht.
Für das Aufbauen der Farbschicht aus dem Farbpulver nennt die Erfindung vier konkrete Möglichkeiten:
Mit einem Zerstäuber kann ähnlich wie beim so genannten „Zerstäuben” von pastöser Farbe zu einem Farbnebel auch das trockene Farbpulver aus einem Vorratsbehälter mit Druckluft in eine Düse befördert werden, von wo es austritt und als Farbstaub auf den zu schichtenden Gegenstand trifft.
Eine weitere Alternative zum Aufbau der Farbschicht ist eine elektrostatische Aufladung des zu beschichtenden Gegenstandes. Dafür sind hohe Spannungen erforderlich, die über Elektroden an den zu beschichtenden Gegenstand geleitet werden müssen. Wenn dieser Bereich z. B. zum Reinigen oder zum Warten für Personen zugängig gemacht wird, müssen die Elektroden zuvor entladen werden.
Die dritte Alternative ist eine horizontal angeordnete Walze mit Noppen oder anderen, gleichmäßig auf der Oberfläche verteilten Ausbuchtungen. Oberhalb der Walze ist ein Trichter angeordnet, der Farbpulver auf die Noppen der Walze fallen lässt. Wenn die Walze weiter gedreht wird, fällt das Farbpulver durch seine Schwerkraft auf den zu beschichtenden Gegenstand. Alternativ kann das Farbpulver auch durch Bürsten aus den Noppen ausgekehrt werden.
Die vierte Variante zur Verteilung des Farbpulvers auf der Oberfläche des zu beschichtenden Gegenstandes ist ein Sieb. Dieses Sieb kann entweder „geschüttelt” werden, also in eine horizontale, oszillierende Bewegung versetzt werden. Oder anstatt das Sieb zu bewegen kann auch ein Rakel – ein Schieber, der auf dem Sieb entlang streicht – oszillieren und dadurch die Farbpulverteilchen durch das Sieb hindurchbefördern.
Als Antrieb für die oszillierenden Bewegungen wird ein Piezokristall oder ein Elektromagnet vorgeschlagen. Ein alternativer Antrieb ist ein Elektromotor, entweder als rotierender Motor oder als Linearantrieb.
Je feinmaschiger das Sieb ist, desto geringer ist die erforderliche Amplitude der Hübe aber desto schneller muss die Hubbewegung ausgeführt werden sein, also die Frequenz der Oszillation gesteigert werden.
Bei allen Verfahren ist es ein Vorteil, dass sich die Farbschicht sowohl in Vertiefungen als auch auf Erhebungen der zu beschichtenden Oberfläche etwa in der gleichen Schichtstärke ablagert. Dadurch ist das Auftragen einer Farbschicht aus Pulver dem Auftragen einer Lösungsmittelhaltigen, viskosen Farbschicht überlegen, weil diese von Erhebungen herunter fließt und die Tendenz hat, sich in Vertiefungen zu sammeln.
Nach dem Auftragen der Farbschicht aus einem Farbpulver folgt als nächster Schritt das selektive Erwärmen der mit Farbe zu beschichtenden Linien und Flächen. Dazu kann im Prinzip jede gerichtete Wärmequelle verwendet werden, wie z. B. Leuchtdioden oder Laserdioden.
Besonders attraktiv sind jedoch Laser, weil sie eine verhältnismäßig große Energiemenge auf kleinstem Raum fokussieren und dabei die zu temperierende Fläche relativ exakten begrenzen. Dabei ist das erfinderische Prinzip auf keinen bestimmten Typ eines Lasers beschränkt, sondern kann je nach Material und Anwendungsfall mit verschiedenen Arten von Lasern ausgeführt werden.
Ein CO₂-Laser ist ein elektrisch angeregter Gaslaser mit typischen Ausgangsleistungen zwischen 10 Watt und 20 Kilowatt. Seine Wellenlänge von 10,6 Mikrometer liegt deutlich über dem Bereich sichtbaren Lichtes, weshalb das von ihm abgestrahlte Licht meist mit Umlenkspiegeln aus Kupfer oder metallbeschichtetem Silizium auf die Farbschicht geführt wird. CO₂-Laser sind relativ effizient und kostengünstig und daher weit verbreitet.
Die Excimer-Laser erzeugen Strahlen im ultravioletten Wellenbereich. Excimer-Laser werden gepulst betrieben mit einer Pulsdauer meist zwischen 4 und 40 Nanosekunden. Diese Art von Laser ist vor allem für sehr feine und sehr genau begrenzte Linien und Farbflächen geeignet. Eine andere weit verbreitete Variante ist ein YAG-Laser, ein Feststofflaser, der Yttrium und Aluminium als ein Granat, also in einer speziellen Kristallform als Strahlerzeugendes Medium enthält. Aber auch viele andere Arten von Lastertypen sind verwendbar.
Stets werden die Strahlen des Lasers oder aus anderen gerichteten Wärmequellen ausschließlich auf die zu färbenden Linien oder Flächen gerichtet. Dabei ist die Leistung der Wärmequelle auf die Materialeigenschaften des Farbpulvers und des Gegenstandes abzustimmen. Idealerweise wird sowohl das Farbpulver als auch die Oberfläche des zu beschichtenden Gegenstandes geschmolzen, wobei die Eindringtiefe der geschmolzenen Zone im Gegenstand nur wenige Molekühle umfassen muss. Um jedoch die Verbindung zu beschleunigen, ist eine Vergrößerung der Eindringtiefe sinnvoll. Dann ergeben sich Konvektionen der beiden zu vermischenden Flüssigkeiten und damit eine beschleunigte und intensivierte Verbindung. In den meisten Fällen ist die Eindringtiefe jedoch deutlich kleiner als 1 Millimeter.
Ein Laser als Wärmequelle kann als Rasterlaser oder als Scannerlaser arbeiten. Bei einem Rasterlaser lässt eine Schablone den Laserstrahl nur auf die zu erhitzenden Linien und Flächen strahlen und deckt die übrigen Bereiche ab. Der Vorteil ist, dass ein leistungsstarker Laser eingesetzt werden kann, wodurch die für das Erhitzen erforderliche Zeit sinkt. Alternativ dazu wird der Lichtstrahl eines Scannerlasers entlang der zu beschichtenden Linien und Flächen geführt.
Dadurch entfällt die Schablone, aber dadurch steigt auch die zum Erhitzen erforderliche Zeit an, sinkt also die Bearbeitungsgeschwindigkeit.
Die Frequenz des Lasers sollte auf die Materialeigenschaften des Gegenstandes und des Farbpulvers abgestimmt sein. Dafür kann ein Laserprinzip gewählt werden, das geeignet ist. Zusätzlich kann die Frequenz durch einen Frequenzvervielfacher oder einen Frequenzteiler noch besser auf das Material adaptiert werden.
Wenn also im zweiten Schritt die zu beschichtenden Linien und Flächen durch Erhitzung fixiert sind, muss im dritten Schritt das überschüssige Farbpulver von den außerhalb gelegenen Bereichen entfernt werden. Als dafür geeignete Verfahren nennt die Erfindung: Abbürsten, Wegblasen oder Abschütteln.
Für das Wegblasen ist eine praktische Ausführungsform eine Absaugkammer. In dieser Kammer wird das überschüssige Farbpulver durch Druckluft vom Gegenstand weg geblasen. Der entstehende Staub wird in der Kammer durch Absaugen der darin enthaltenen Luft auf ein Filter zu bewegt und lagert sich auf der Oberfläche dieses Filters ab, nur die Luft tritt zwischen den Staubpartikeln und dem Filter hindurch nach draußen. Es bildet sich eine Farbpulverschicht auf dem Filter, die in regelmäßigen Abständen dadurch vom Filter abgestoßen wird, dass über ein Ventil stoßartig Druckluft in den Filter gedrückt wird. Der Druck ist so hoch, dass er das Vakuum überlagert. Dadurch werden die aneinander haftenden Partikel des Farbpulvers abgestoßen und fallen von der Schwerkraft getrieben nach unten, z. B. in einen bereitstehenden Sammelbehälter.
Auf der Basis des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Beschichtungseinrichtung mit drei Stationen sinnvoll. Die erste Station, die „Pulverauftragung”, dient zum Auftragen der Farbpulverschicht z. B. nach einem der beschriebenen Verfahren. In der nächsten Station werden die zu beschichtenden Linien und Flächen mit einer gerichteten Wärmequelle, wie z. B. einem Laser erhitzt. In der dritten Station der „Pulverentfernung” wird das überschüssige Farbpulver entfernt, z. B. in einer Absaugkammer. Eine solche Beschichtungseinrichtung kann aus drei Kammern bestehen, in die die Gegenstände durch Öffnen eines Tores eingefahren, bearbeitet und durch ein weiteres Tor wieder heraus und in die nächste Station gefahren werden.
Denkbar ist auch das Beschichten von durchlaufendem „Endlosmaterial” wie z. B. Schläuchen oder Profilen. Eine interessante Anwendung ist z. B. das Beschriften von Schläuchen. Eine besondere Herausforderung ist die Beschriftung von sogenannten „Weltschläuchen”, also Schläuchen, bei denen die Außenwand wellenförmig ist, sodass ihr Durchmesser über die Länge hinweg regelmäßig wechselt. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, sowohl die Wellenberge als auch die Wellentäler mit den Linien von Schriftzeichen zu versehen. Die Erfindung ermöglicht es auch, die Linien der Schriftzeichen nur auf die Wellenberge, also die größten Durchmesser des Wellschlauches, zu beschränken. Dann kann die Schrift auch dann erkannt werden, wenn der Blick nicht in etwa senkrecht auf die Oberfläche des Schlauches fällt sondern in einem spitzen Winkel.
Eine andere interessante Anwendung ist das Dosieren des Wirkstoffes von Tabletten. Sowohl der Gegenstand als auch die Farbschicht müssen aus einem im Magen lösbaren und verdaulichen Material bestehen. Das Farbpulver enthält als weiteren Bestandteil den medizinischen Wirkstoff. Um diesen zu dosieren wird von der aufgebrach ten, noch pulverförmigen Farbschicht nur ein bestimmter Anteil durch Erhitzen fixiert. Das übrige Farbpulver mit dem übrigen Wirkstoff wird weg geblasen und beim nächsten Beschichtungsvorgang verwendet.
Bei dieser Anwendung wird das Material des Gegenstandes und das Farbpulver natürlich auch durch Erhitzen verflüssigt, darf aber in diesem Temperaturbereich noch keine chemische Umformung erleiden, die die Wirksamkeit und die Magenverträglichkeit einschränkt. Ein denkbares Material könnte z. B. Zucker sein, das unter Wärmeinfluss karamellisiert und dadurch gut haftet.
Der Vorteil dieses Verfahrens gegenüber dem bisherigen Stand der Technik ist, dass auch sehr kleine Stückzahlen von Tabletten mit einer bestimmten Dosierung mit wirtschaftlich sinnvollen Kosten hergestellt werden können. Ein weiterer, entscheidender Vorteil ist, dass beim Verfahren ein Text oder ein Symbol für den Wirkstoff auf die Tablette aufgebracht werden kann, sodass auch an der Tablette selber noch erkennbar ist, welcher Wirkstoff darin enthalten ist. Zusätzlich kann auch die jeweilige Dosierung noch grafisch erkennbar sein. Die Auswahl der zu fixierenden Linien und Flächen erfüllt also eine Doppelfunktion: Einmal die tatsächliche Bereitstellung der gewünschten Dosis und zum zweiten ihre nach außen hin sichtbare Kennzeichnung.
Eine andere Anwendung im pharmazeutischen Bereich ist das Aufbringen eines Data-Matrix-Codes auf Tabletten oder Tablettenschachteln. Dieser Code dient zur Echtheitszertifizierung eines ersten, mit einem bestimmten Exemplar eines Tintenstrahldruckers aufgebrachten Matrix-Codes. Über ein Lesegerät wird das Rauschverhalten des ersten Data-Matrix-Codes erfasst und das Ergebnis dieser Überprüfung in einem zweiten aufgedruckten Data-Matrix-Code hin terlegt. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein solcher Data-Matrix-Code auch auf der Verpackung eines Arzneimittels aufgebracht werden. Besonders interessant ist es jedoch, dieses Echtheitszertifikat auch auf den Tabletten selber aufzubringen, was nachträgliche Manipulationen eines bereits geprüften und wieder verpackten Arzneimittels sehr erschwert.
Eine andere, vielleicht in nicht so ferner Zukunft sehr wichtige Anwendung ist das Aufbringen von elektrisch halbleitenden Schichten, mit denen Sonnenlicht in elektrischen Strom umgewandelt wird. Bislang sind dafür fast ausschließlich Siliziumkristalle verwandt worden, deren Verarbeitung jedoch recht umständlich und daher teuer ist.
Derzeit sind halbleitende Schichten aus organischen Materialien wie z. B. Kohlenwasserstoff-Polymeren in Entwicklung. Diese Werkstoffe sind im Prinzip thermoplastisch verformbar und können deshalb mit einem erfindungsgemäßen Verfahren auf Trägermaterialien wie z. B. Folien aufgebracht werden. Zwar ist ein niedrigerer Wirkungsgrad als wie bei der Verwendung von Silizium zu erwarten, aber durch die dramatische Reduzierung der Kosten werden insgesamt die Wirtschaftlichkeit und damit die Verbreitung von Solarmodulen deutlich verbessert.
Im Folgenden sollen weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung anhand eines Beispiels näher erläutert werden. Dieses soll die Erfindung jedoch nicht einschränken, sondern nur erläutern. Es zeigt in schematischer Darstellung:
1a bis 1f Schnitt durch einen Gegenstand in sechs Stadien seiner Beschichtung
2 Beschichtungseinrichtung für einen durchlaufen den Schlauch
Die Figuren zeigen im Einzelnen:
Die 1a bis 1f geben sechs aufeinander folgende Zustände bei der Beschichtung eines Gegenstandes 2 wieder. In allen Figuren ist der zu beschichtende Gegenstand 2 im Querschnitt abgebildet, wobei die Querschnittsfläche schwarz ausgelegt ist. Das Farbpulver 31 ist durch eine schwarze Fläche mit horizontalen weißen Strichen gekennzeichnet, das geschmolzene Farbpulver durch eine diagonal fein schraffierte Fläche und die Beschichtung der Linien und Flächen 1 durch eine grob schraffierte Fläche.
In 1a liegt auf dem Gegenstand 2 die Farbschicht 3, die in diesem Zustand noch ausschließlich aus dem ursprünglichen Farbpulver 31 besteht.
In 1b wird der Teilbereich des Farbpulvers 31, der später als Linie oder Fläche 1 auf dem Gegenstand 2 haften soll, durch eine Wärmequelle 4 erhitzt, deren Wärmestrahlen durch vertikale Linien gekennzeichnet sind. Als Resultat dieser Wärmebestrahlung ist die Farbschicht 3 an den Stellen, an den sie von den Laserstrahlen getroffen ist, geschmolzen, was durch eine feine diagonale Schraffur gekennzeichnet ist.
In 1c ist die Erhitzung weiter fortgesetzt worden, sodass sich nunmehr auch die Oberfläche des Gegenstandes 2 so weit erhitzt hat, dass sie verflüssigt worden ist. In 1c ist gut zu erkennen, dass der verflüssigte Bereich in den Gegenstand 2 hineinreicht, aber nur einen begrenzten Abstand von dessen Oberfläche hat.
In 1d ist die Bestrahlung durch die Wärmequelle 4 beendet, weshalb die Wärmequelle 4 nicht mehr dargestellt wird. In 1d wird deutlich, dass die geschmolzenen Bereiche des Farbpulvers 31 und des Gegenstandes 2 nunmehr beginnen zu erhärten, was durch die Auslegung dieser Querschnittsfläche mit einer groben Schraffur gekennzeichnet ist. In dieser Phase sind die zu beschichtenden Linien und Flächen 1 bereits deutlich zu erkennen.
In 1e wird das überschüssige Farbpulver 31 auf beiden Seiten der Fläche 1 beseitigt. Dazu wird Druckluft 6 auf die Oberfläche geblasen – in 1e durch zwei Pfeile dargestellt – wodurch das restliche Farbpulver 31 weggeblasen wird.
In 1f ist – wie zuvor – im Querschnitt der Gegenstand 2 als schwarze Fläche dargestellt und die darauf haftende Linie oder Fläche 1 durch eine grobe Schraffur. Zu erkennen ist, dass diese Beschichtung über die ehemalige Trennlinie zwischen Farbpulver 31 und Gegenstand 2 hinweg in den Gegenstand 2 hineinreicht, dass sich also Farbpulver 31 und Teile des Gegenstandes 2 miteinander vermischt haben.
In 2 ist ein zu beschichtender Gegenstand 2, – in diesem Beispiel ein Schlauch – eingezeichnet, der als Abschnitt eines Endlosprofils von links nach rechts durchläuft. Dabei ist die Laufrichtung des Schlauches durch Doppelpfeile markiert. Zuerst tritt er in die Pulverauftragung 8 ein, wo ihm eine Farbschicht 3 aufgetragen wird. Die nächste Station – in Bildmitte – ist die Erhitzung der zu beschichtenden Linien und Flächen 1 mit einer gerichteten Wärmequelle 4. Die dritte Station an der rechten Seite von 2 ist die Absaugkammer 5 zum Entfernen des überschüssigen Farbpulvers 31.
In der ersten Station, der Pulverauftragung 8, ist oben ein Behälter enthalten, der mit Farbpulver 31 gefüllt ist. Dieses Farbpulver 31 wird durch den Trichter 81 gesammelt und in eine Düse geführt, aus der es austritt, was durch eine andere Markierung des Farbpulvers 31 in 2 kenntlich gemacht wird. Als nächstes trifft das Farbpulver 31 auf das Sieb 82, mit dem es auf den zu beschichtenden Schlauch verteilt wird. Dadurch bildet sich auf dem zu beschichtenden Gegenstand 2 die Farbschicht 3, in 2 mit horizontalen weißen Strichen auf schwarzem Grund gekennzeichnet. Da das Pulver nur in einer bestimmten, von den Materialeigenschaften und seiner im Sieb 82 und im Trichter aufgenommene, elektrostatischen Aufladung haftet, fällt über eine Maximalstärke der Schicht hinausragendes Farbpulver 31 wieder ab und wird unterhalb des Gegenstandes 2 von einem zweiten Trichter in einen Sammelbehälter 9 geführt. Von dort kann es wieder in den oberen Behälter zur weiteren Verwendung eingefüllt werden.
In der ersten Station, der Pulverauftragung 8, ist der Gegenstand 2 mit der Farbschicht 3 versehen worden, die bis jetzt aus dem aufgeschichteten Farbpulver 31 besteht.
In der zweiten Station, der Erhitzung, strahlt eine gerichtete Wärmequelle 4, wie z. B. ein Laser, auf die zu fixierenden Linien und Flächen der Beschichtung. Durch das Erhitzen der Farbpulvers 31 und der Oberfläche des Gegenstandes 2 verschmilzt die Oberfläche mit dem Farbpulver.
In 2 ist als Beispiel eingezeichnet, dass die Oberseite des Schlauches 2 abwechselnd beschichtet und unbeschichtet ist. Dabei sind die auf der Oberfläche fixierten Bereiche der Farbschicht 3 durch eine grobe Schraffur gekennzeichnet. Direkt unter der Wärme quelle 4 und kurz dahinter sind die später fixierten Bereiche der Farbschicht 3 noch flüssig, was durch eine feine und anders geneigte Schraffur dargestellt ist. Wenn sie abgekühlt und dadurch erhärtet sind, wird das in 2 durch den Wechsel zu einer groben und anders geneigten Schraffur verdeutlicht wird.
Zwischen den beschichteten Bereichen des Schlauches, also auf denjenigen Teilen seiner Oberfläche, die unbeschichtet bleiben sollen, darf das Farbpulver 31 nicht erhitzt werden. Diese Bereiche des Schlauches laufen ohne Schmelzen des Farbpulvers 31 der Farbschicht 3 durch die zweite Station, weil die Wärmequelle 4 in diesen Momenten deaktiviert ist.
In der dritten Station, der Pulverentfernung, werden die nicht geschmolzenen, immer noch pulverförmigen Reste der Farbschicht 3 entfernt. Dazu läuft der Gegenstand 2 in die Absaugkammer 5, in der noch locker auf dem Gegenstand 2 liegende Teile der Farbschicht 3 durch Druckluft 6 weggeblasen werden. Die Leitung für die Druckluft 6 ist in 2 durch eine schwarze Linie von der Luftpumpe 71 bis zur Düse in der Absaugkammer 5 dargestellt. Diese Düse ist durch eine Pfeilspitze symbolisiert.
Das weggeblasene, überschüssige Farbpulver 31 wird in der Absaugkammer an das Filter 51 angesaugt, welches an eine Leitung angeschlossen ist, in der der Unterdruck 7 durch die Luftpumpe 71 erzeugt wird. Das Filter 51 lässt die Luft aus der Absaugkammer durch, hält aber die Elemente des Farbpulvers 31 zurück. Dadurch lagern sich diese Elemente zu einer – in 2 nicht gezeichneten – Schicht an. Diese Schicht muss in regelmäßigen Abständen entfernt werden.
Dazu ist der Filter 51 auch über ein Ventil 61 mit einer Leitung für Druckluft 6 verbunden. In regelmäßigen Intervallen wird das Ventil 61 kurzzeitig geöffnet und lässt dadurch Druckluft 6 in den Filter 51. Der Druck ist so hoch, dass er den Unterdruck 7 überlagert, sodass Luft durch die Maschen des Filters 51 durchtritt und die darauf abgelagerten Elemente des Farbpulvers 31 ablöst. Die Elemente des Farbpulvers 31 fallen daraufhin von der Gravitation getrieben nach unten und werden in einem Sammelbehälter 9 gesammelt.
Ein gleichartiger Sammelbehälter 9 befindet sich auch unterhalb der ersten Station, der Pulverauftragung 8, und sammelt dort überschüssiges Farbpulver 31, das während des Auftragens wieder herunter gefallen ist.
In 2 ist nachvollziehbar, dass das Farbpulver 31 aus den beiden Sammelbehältern 9 wieder in der Station der Pulverauftragung 8 verwendet werden kann. Dazu werden entweder die Sammelbehälter 9 manuell in den Behälter der Pulverauftragung 8 entleert. Oder eine Pulverleitung mit einer Fördereinrichtung bewegt das Pulver laufend und selbsttätig von den Sammelbehältern 9 zur Pulverauftragung 8.

1: Linien und Flächen, als Beschichtung auf Gegenstand 2
2: Gegenstand, der beschichtet wird
3: Farbschicht, auf Gegenstand 2 aus Farbpulver 31
31: Farbpulver zum Aufbau der Farbschicht 3
4: Wärmequelle
5: Absaugkammer zur Entfernung des überschüssigen Farbpulvers 31
51: Filter in Absaugkammer, zur Anlagerung des überschüssigen Farbpulvers 31
6: Druckluft
61: Ventil, lässt Druckluft 6 kurzzeitig in den Filter 31
7: Unterdruck, saugt die Luft aus der Absaugkammer 5 ab
71: Luftpumpe, erzeugt die Druckluft 6 und den Unterdruck 7
8: Pulverauftragung, zum Aufbau der Farbschicht 3 auf dem Gegenstand 2
81: Trichter, zur Führung des Farbpulvers 31
82: Sieb, zur Verteilung des Farbpulvers 2 auf dem Gegenstand 2
9: Sammelbehälter für überschüssiges Farbpulver 31

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DD 278130 [0005]

Claims

Verfahren zum Beschichten der Oberflächen eines Gegenstandes 2 aus schmelzbarem Material mit farbigen Linien und Flächen 1 durch – Auftragen einer Farbschicht 3 und dann – Anschmelzen der Farbschicht 3 und/oder der Oberfläche des Gegenstandes 2 im Bereich der Linien und Flächen 1 durch Erhitzen mittels einer gerichteten Wärmequelle 4 und dann – Entfernen der übrigen Farbschicht 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbschicht 3 aus einem Farbpulver 31 besteht, das – Farbpigmente und – ein Trägermaterial enthält, und – zuerst trocken aufgebaut wird und dann – im Bereich der Linien und Flächen 1 erhitzt wird und dann – von den übrigen Bereichen wieder trocken entfernt wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Farbschicht 3 schmilzt und auf der Oberfläche haftet oder – die Oberfläche anschmilzt und die Farbschicht 3 darauf haftet oder – sowohl die Farbschicht 3 als auch die Oberfläche schmelzen und sich an der Trennlinie miteinander verschmelzen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbschicht 3 aus einem Farbpulver 31 durch – einen Zerstäuber oder – elektrostatische Aufladung oder – eine Noppenwalze oder – ein Sieb 82 aufgebaut wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Farbpulver 31 auf dem Gegenstand zu einer Farbschicht 3 verteilt wird, indem es durch einen Trichter 81 auf die Noppenwalze fällt und durch Schwerkraft aus den Noppen wieder heraus fällt und oder durch Bürsten aus der Noppenwalze ausgekehrt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Farbpulver 31 auf dem Gegenstand zu einer Farbschicht 3 verteilt wird, indem es in ein Sieb 82 fällt, das entweder in horizontale, oszillierende Bewegung versetzt wird oder auf dem ein Rakel kontinuierlich hin- und her fährt.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die oszillierende Bewegung durch einen Elektromagneten oder einen Piezokristall erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das schmelzbare Material des Gegenstandes ebenso wie das Trägermaterial des Farbpulver 31s ein thermoplastischer Kunststoff, wie z. B. Polethylen, Polyurethan oder ein anderes Polyester oder ein Harz, wie z. B. Acryl- oder Epoxydharz ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle 4 – ein CO₂-Laser oder – ein Excimerlaser oder – ein YAG-Laser oder – ein anderer Festkörperlaser oder – ein anderer Laser oder – eine Laserdiode oder – eine Infrarotdiode oder – eine Leuchtdiode ist.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle 4 – als Rasterlaser arbeitet, bei dem eine Schablone den Laserstrahl nur auf die zu erhitzenden Linien und Flächen 1 strahlen lässt und die übrigen Bereiche abdeckt oder – als Scannerlaser nur die zu erhitzenden Linien und Flächen 1 bestrahlt.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des Lasers durch die Auswahl eines passenden Laserprinzips sowie durch einen Frequenzvervielfacher oder einen Frequenzteiler auf die Materialeigenschaften des Gegenstandes 2 und/oder der Farbschicht 3 abgestimmt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Farbpulver 31 von den Bereichen außerhalb der Linien und Flächen 1 durch – Abbürsten und/oder – Wegblasen und/oder – Abschütteln durch Vibrieren des Gegenstandes 2 wie z. B. eine Schwingungsanregung mittels Ultraschall entfernt wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Absaugkammer 5 das überschüssige Farbpulver 31 – durch Druckluft 6 vom Gegenstand 2 weggeblasen wird und – sich dann auf einem Filter 51 in der Ansaugkammer anlagert, – aus dem von der Außenseite her Luft durch Unterdruck 7 abgesaugt wird und – in das in regelmäßigen Abständen durch das Öffnen eines Ventils 61 stoßartig Druckluft 6 gedrückt wird und – diese Druckstöße das Farbpulver 31 vom Filter lösen und – das Farbpulver 31 per Gravitation in einen Sammelbehälter fällt.
Beschichtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder zu beschichtende Gegenstand 2 nacheinander drei Stationen durchläuft, nämlich – zuerst eine Pulverauftragung 8 zum Auftragen der Farbpulverschicht 3 und dann – eine Erhitzung der zu beschichtenden Linien und Flächen 1 mit einer gerichteten Wärmequelle 4 und dann – eine Pulverentfernung, wie z. B. eine Absaugkammer 5, zum Entfernen überschüssigen Farbpulvers 31.
Anwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Dosieren des Wirkstoffes bei Tabletten, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand 2 und die Farbschicht 3 aus einem im Magen lösbaren und verdaulichen Material besteht und die Farbschicht 3 einen medizinischen Wirkstoff enthält, dessen Dosierung durch die Größe des thermisch fixierten Anteils der Farbschicht 3 bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach diesem Prinzip ein zweiter Data-Matrix-Code auf Tabletten oder auf Tablettenschachteln aufgebracht wird, der zur Echtheitszertifizierung eines ersten, mit einem bestimmten Exemplar eines Tintenstrahldruckers aufgebrachten Data-Matrix-Codes dient.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach diesem Prinzip elektrisch halbleitende Schichten aufgebracht werden, die Sonnenlicht in elektrischen Strom umwandeln.